抑制心内直视术中核转录因子激活保护心肌

作者:王云,易定华,万荣华

 【关键词】  心内直视手术；核转录因子；抑制；心肌

　　摘要：目的  在人类体外循环(CPB)心内直视手术中研究核转录因子kB(NFkB)的激活与心肌白细胞浸润及损伤的关系，并观察氧自由基清除剂辅酶Q10对NFkB激活的抑制作用及其对心肌的保护作用。方法  选取47例接受CPB心内直视手术的成年患者，随机分为对照组30例，治疗组17例。治疗组手术前5d口服辅酶Q10片剂。在体外循环转机前、心脏缺血45min和再灌注45min时取右心房肌组织，做心肌组织病理学、超微结构及NFkB活性观察。术后观察血流动力学指标、血管活性药物剂量和临床指标。结果  在缺血45min及再灌注45min后，对照组心肌毛细血管腔内可见嗜中性白细胞聚集并黏附于内皮细胞，超微结构损害，细胞胞核和胞浆内均可见NFkB阳性表达；而治疗组心肌可见少数嗜中性细胞浸润，超微结构损害轻微，细胞胞核和胞浆内有微弱的NFkB阳性表达。术后两组血流动力学指标、血管活性药物剂量和临床指标间无显著差异。结论  NFkB在心内直视术中的心肌缺血和再灌注病理过程中起重要作用，辅酶Q10对NFkB激活有明显抑制作用，并对心肌有保护作用。

　　关键词：心内直视手术；核转录因子；抑制；心肌

　　Protecting myocardium by inhibiting the activation of　nuclear factor kappa B in open heart surgery

　　Wang Yun, Yi Dinghua, Wan Ronghua, Gu Jiwei, Li Junpeng

　　(Department of Cardiothoracic Surgery, Ningxia Medical College Hospital,Yinchuan 750004; Department of Cardiovascular Surgery, Xijing Hospital of Fourth Military Medical University, Xian 710032, China)

　　ABSTRACT: Objective  To investigate the relationship of the activation of nuclear factor kappa B (NFkB) with myocardial neutrophil infiltration and injury in human open heart surgery, and to observe the inhibiting effect on the activation of NFkB and protecting effect on myocardium of the coenzyme Q10, a scavenger of oxygen free radicals. Methods  Fortyseven adult patients undergoing open heart surgery were randomly divided into two groups, the control and the treatment. CoenzymeQ10 tablets were given to the treatment group 5 days before operation. Biopsy of right atrium for myocardial pathology, activated NFkB detection and ultrastructure observation were done prior to cardiopulmonary bypass, 45 minutes of ischemia and 45 minutes of reperfusion. The dynamic indexes, vasomotor drug dosage, and outcomes were observed postoperatively. Results  Upon 45 minutes of ischemia and 45 minutes of reperfusion, in control group there were neutrophil accumulation and adhesion of vascular endothelium, ultrastructural damages, and positive expression of NFkB both in nuclei and cytoplasm, in myocardium. In treatment group, there were only mild neutrophil infiltration and ultrastructural damages, and weak positive expression of NFkB both in nuclei and cytoplasm. However, the dynamic indexes, vasomotor drug dosage, and outcomes of two groups were not significantly different. Conclusion  NFkB plays an important role in pathophysiological process of myocardial ischemia and reperfusion in open heart surgery. CoenzymeQ10 has obvious inhibiting effect on activation of NFkB and protecting effect on myocardium.

　KEY WORDS: open heart surgery; nuclear factor kappa B; inhibition; myocardium

　　心肌在缺血再灌注中产生的氧自由基可激活心肌细胞核转录因子kB(nuclear factor kappa B, NFkB)[1]，后者进入细胞核启动有关基因的转录，导致合成多种炎性细胞激酶和白细胞黏连分子，从而引起白细胞黏附浸润，释放氧自由基，损伤心肌。我们先前的实验研究将抑制NFkB激活的制剂用于这一病理过程，观察到随着该因子的抑制，白细胞浸润减少，心肌损伤减轻[2]。本课题进而首次在人类体外循环(cardiopulmonary bypass, CPB)心内直视手术中研究NFkB的激活与心肌白细胞浸润及损伤的关系，并观察氧自由基清除剂辅酶Q10对NFkB激活的抑制作用及其对心肌的保护作用[3]。

　　1  材料与方法

　　1.1  临床资料  选取2002年3月至2004年8月47例接受CPB心内直视手术的成年患者，其中男22例，女25例，年龄17-68岁(平均53岁)。病种包括二尖瓣狭窄21例，二尖瓣关闭不全17例，主动脉瓣关闭不全12例，冠心病10例。随机分为对照组30例，治疗组17例。手术均经胸骨正中切口，常规建立CPB，中度血液稀释(HCT 0.20-0.25)，中心温度27-33℃，心肌保护采用主动脉根部间断灌注冷氧合血高钾心脏停搏液，两组无手术死亡病例。两组临床资料比较(性别、心功、C/T比值、左室舒末径、右室射血分数等)无统计学差异(P>0.05)。治疗组手术前5d口服辅酶Q10片剂10mg，每日3次[4]。在体外循环转机前、心脏缺血45min和再灌注45min时取右心房肌肉。

　　1.2  组织病理学及NFkB活性观察  心肌组织经10%(体积分数)甲醛溶液固定，石蜡包埋，制片，分别行HE染色及免疫组化染色(SP法)，显微镜下观察。HE染色主要用于观察心肌细胞形态学改变及有无嗜中性细胞浸润；免疫组化染色主要检测NFkB P65表达。免疫组化试剂盒(美国Zymed公司)购自北京中山生物技术开发公司。

　　1.3  心肌超微结构观察  心肌组织块经2.5%(体积分数)的戊二醛和1%(体积分数)的锇酸后固定，酒精脱水，环氧树脂包埋，做超薄切片，经铀、铅染色，在日立H600透射式电子显微镜下观察。

　　1.4  CPB术后血流动力学及血管活性药物剂量观察  在CPB结束后1、3、5、10h监测平均动脉压(MBP)、中心静脉压(CVP)、心率(HR)等各项血流动力学指标及血管活性药物的剂量。

　　1.5  术后心脏自动复跳率、机械通气时间、监护室(ICU)时间比较  量化资料用SPSS 11.0统计软件做统计学处理，心肌NFkB活性、组织病理学及超微结构变化采用双盲法作观察、比较。

　　2  结果

　　2.1  心肌组织病理学变化  对照组：未缺血心肌结构基本正常；在缺血45min及再灌注45min后，心肌纤维横纹模糊不清，细胞核有空泡样变，部分细胞核呈“月牙状”或出现核周空亮区，毛细血管腔内可见嗜中性白细胞聚集并黏附于血管壁内皮细胞，心肌细胞胞浆内可见嗜中性细胞浸润。治疗组：未缺血心肌结构基本正常；缺血45min与再灌注45min所取心肌组织，部分区域心肌细胞胞浆肿胀，心肌横纹模糊不清，心肌胞浆内出现空泡样变，毛细血管周围可见少量淋巴细胞，在个别细胞胞浆内可见少数嗜中性细胞浸润，但数量明显少于对照组。

　　2.2  心肌NFkB活性表达  对照组：在未缺血时所取的心肌组织NFkB未见有阳性物表达，在缺血45min及再罐注45min后心肌细胞胞核和胞浆内均可见(NFkB)阳性表达，DAB显色为深黄色(图1)。 治疗组：未缺血时心肌细胞胞核和胞浆内未见阳性表达，在缺血45min及再灌注45min后仅在少数心肌细胞胞核和胞浆内有微弱的NFkB阳性表达，DAB显色为淡黄色着色，着色明显低于对照组(图2)。

　　2.3  心肌超微结构变化  对照组：未缺血时心肌细胞超微结构基本正常；在缺血45min时，心肌细胞间质水肿，线粒体肿胀，嵴紊乱；再灌注45min后，心肌细胞膜破裂，线粒体明显肿胀，嵴溶解、空泡变，肌丝排列紊乱，细胞间质水肿。治疗组：未缺血时心肌超微结构与对照组基本相同；缺血45min与再灌注45min心肌细胞间质轻度水肿，线粒体轻度肿胀，嵴稍紊乱，肌丝排列尚规则，心肌细胞膜完整。

　2.4  CPB术后血流动力学及血管活性药物剂量  术后除个别时间点治疗组血流动力学指标明显优于对照组外，其余各时间点血流动力学指标及血管活性药物剂量两组无显著差异(表1、表2)。

　　表1  两组CPB术后血流动力学指标（略）

　　Table 1  Postoperative dynamic indexes in the two groups

　　*P<0.05 vs. control group

　　表2  两组CPB术后血管活性药物剂量（略）

　　Table 2 Postoperative inotropes dosage of two groups

　　图1  对照组心肌NFkB的表达（略）       

　　Fig.1 NFkB expression of myocardium in control group (SP×200)

　　图2  治疗组心肌NFkB的表达（略）

　　Fig.2 NFkB expression of myocardium in treatment group (SP×200)

　　A: no ischemia; B: ischemia 45min; C: reperfusion 45min

　　2.5  术后心脏自动复跳率、机械通气时间、ICU时间  两组术后心脏自动复跳率、机械通气时间及ICU时间无显著差异。

　　3  讨论

　　本研究测定和观察了CPB心内直视手术中心脏经历缺血和再灌注这一过程中心肌NFkB的激活表达，微血管内皮白细胞黏附和浸润，心肌组织病理、超微结构的变化。结果表明，在缺血45min及再罐注45min后，心肌细胞胞核和胞浆内均可见NFkB阳性表达；病理切片示心肌损伤，毛细血管腔内可见嗜中性白细胞聚集并黏附于血管壁内皮细胞，心肌细胞胞浆内可见嗜中性细胞浸润；心肌超微结构观察在缺血45min时，心肌细胞间质水肿，线粒体肿胀，嵴紊乱，再灌注45min后，上述损伤加重。NFkB是一个存在于各种组织包括心肌血管内皮细胞中的因子，在正常情况下与其抑制因子(IkB) 结合以非活性状态存在于胞浆中。近年来研究证明心肌缺血和再灌注时产生的氧自由基可使IkB降解，NFkB与IkB解体后激活[57]，激活的NFkB进入细胞核，调解相应基因使白细胞黏附因子得以合成与表达，主要包括选择素族、整合素族和Ig超家族。这些白细胞黏附因子通过与白细胞表面的相应受体或配体结合，使白细胞通过减速、滚动、紧密黏附、变形和游出几个步骤到达局部组织造成浸润，释放氧自由基造成心肌组织损伤；并通过改变毛细血管通透性和阻塞毛细血管床造成组织缺血、水肿、出血、坏死等，加重缺血引起的损伤[5]。近来一些研究证实氧自由基清除剂可抑制NFkB的激活[810]。辅酶Q10是体内天然的氧自由基清除剂，机理是其可诱导产生一种强力阻止自由基形成的DT汗酶(DT diaphrase)，但在抗氧化反应中存在内源性辅酶Q10不足。本研究治疗组使用辅酶Q10，观察其对NFkB激活的抑制作用及其对心肌的保护作用。结果显示，治疗组在缺血45min及再灌注45min后仅在少数心肌细胞胞核和胞浆内有微弱的NFkB阳性表达，NFkB的激活被明显抑制；心肌病理改变及超微结构损害显著减轻。但是，本研究结果显示，在术后血流动力学方面，治疗组仅有个别时相的个别参数显著优于对照组，而血管活性药物剂量，心脏自动复跳率、机械通气时间、ICU时间等临床指标两组无显著性差异，可能是因为该组患者使用冷氧合血心脏停搏液，心肌损伤较轻所致。与我们先前所用的结扎、开放冠状动脉动物模型所得的结果有所不同[2]。总之，NFkB在CPB心内直视术中的心肌缺血和再灌注病理过程中起重要作用，氧自由基清除剂辅酶Q10对NFkB激活有明显抑制作用，并对心肌有保护作用。

　　参考文献：

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　　[10]王云，王莉，王金星，等. 核转录因子KappaB在心肌早期预缺血中的调节作用 [J]. 西安交通大学学报(医学版), 2001, 22(1):4850.

　　基金项目：宁夏自然科学基金资助项目(No. C115)

　　(宁夏医学院附属医院胸心外科，宁夏银川  750004；第四军医大学西京医院心血管外科，陕西西安  710032)