缺血后处理-心肌再灌注保护新策略

　　作者：樊泽元,杨龙,杨新春    作者单位：首都医科大学附属朝阳医院心脏中心,北京 100020 　　【摘要】  缺血后处理（ischemia postconditioning）是指在心肌缺血后,长时间再灌注之前，对心脏进行数次短暂的再灌注/缺血循环的处理方法。与缺血预适应一样，它能减轻再灌注损伤，具有心肌保护作用。目前有多种后处理方法应用于基础和临床研究中。本文就后处理的处理方法、作用机制、临床应用及与预处理的关系作一综述。

　　【关键词】  缺血;再灌注损伤;心肌

　　迄今大量的在体及离体动物实验证实，后处理可明显缩小缺血/再灌注心脏的心肌梗塞范围，降低再灌注心律失常的发生率，有心肌保护作用，这一保护方法已应用于临床。

　　1  缺血后处理概念的提出及发展

　　后处理的概念最先由高峰于1999年提出，他们在研究大鼠心肌培养细胞的缺氧－复氧模型时发现，在长时间复氧前经过3次短暂的复氧/缺氧处理者比直接长时间的复氧在细胞存活率和细胞凋亡方面均有明显改善，从而提出缺氧后处理(hypoxic postconditioning)的概念[1]。次年陶凌等［2］在兔缺血再灌注心肌模型上观察到，在长时间的再灌注前，反复进行数次短暂再灌注/缺血能明显减轻心肌梗塞面积，减少再灌注心律失常的发生，进而提出心肌缺血后处理的概念。2003年赵志清等［3］在犬的在体缺血再灌模型中，证实缺血后处理确能缩小心肌梗塞面积。2004年，Galagudza等在鼠的离体缺血再灌模型中证实缺血后处理可减少缺血再灌注损伤引起的室颤，有抗心律失常作用。随后在多种动物多个实验室缺血后处理的心肌保护作用得到证实。2005年，法国学者Staat等[4] 率先在临床上证实了缺血后处理的心肌保护作用。他们将30例急性心肌梗塞（AMI）患者随机分为对照组和后处理组，对照组给予常规冠状动脉血管成形术，不施加其它干预措施，后处理组在开始再灌注时，利用球囊的充、放气给予再灌注1 min，缺血1 min，连续4个循环，然后长时间灌注，心梗面积用心肌酶释放曲线下的面积来评估，结果缺血后处理组的心肌酶曲线下降的面积明显低于对照组，后处理组的缺血区Blush分级明显高于对照组，由此证明缺血后处理对AMI患者心肌具有保护作用，并有较大的临床应用价值。

　　2  缺血后处理的方式和时机

　　2.1  细胞缺氧后处理    　　即在缺氧细胞长时间复氧之前，给予数次短暂复氧/缺氧处理。在高峰等[1]报道的细胞缺氧/复氧模型中，缺氧后处理为3次复氧5 min/缺氧5 min，能有效减少心肌细胞的死亡。Sun等[5]采用同样3次复氧5 min/缺氧5 min后处理，明显减轻心肌损伤。Dosenko等在培养的新生大鼠心肌细胞模型中，三组细胞分别进行3次复氧/缺氧1、3、5 min处理，结果发现保护作用最强的为1 min，5 min最弱。

　　2.2  在体冠状动脉结扎缺血后处理

　　即对在体心肌长时间再灌注前给予数次短暂冠状动脉再灌注/停灌处理，自2003年赵志清等［3］报道以来，目前有关后处理的研究多基于此模型。赵等采用的方法为3个循环的再灌注30 s/缺血30 s。Kin等[6]在犬缺血再灌注模型发现，以数次再灌注10 s/缺血10 s为后处理方式，仅在再灌注第一分钟内开始进行缺血后处理才能减少心肌梗塞面积，减少肌酸肌酶（CK）、丙二醛(MDA)和超氧阴离子的产生；连续在再灌注最初两分钟内行后处理对心肌的保护作用与仅在再灌注第一分钟内实施无差别；而在再灌注第二分钟开始实施缺血后处理即不能减少心梗面积。

　　2.3  离体心脏缺血/缺氧后处理

　　即运用离体灌注模型，在心肌缺血后长时间再灌注前，反复短暂灌注/停灌，或者以低氧灌注液替换正常灌注液行短暂灌注模拟缺血/缺氧后处理。Serviddio等[7]在再灌注开始时给予低氧灌注液灌流3 min，继予正常含氧液灌注，与对照组比较能减轻心肌损伤。

　　2.4  药物后处理（pharmacological postconditioning）

　　指心肌缺血后长时间的再灌注前给予药物干预。Chiari等[8]在兔的在体缺血/再灌模型中，证实给予异氟烷后处理能产生心肌保护作用，并证实此保护作用是通过激活磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）途径。

　　2.5  遥控后处理(remote postconditioning)

　　是指在心肌缺血后，再灌注之前对远膈器官进行缺血/再灌处理后再对心肌进行长时间的灌注。Kerendi等[9]报道鼠在体心肌缺血模型中，在缺血心肌再灌注前，结扎肾动脉5 min，在心肌再灌注前1 min松开，能减少心梗面积和肌酸激酶(CK)的释放，提出这种保护作用是通过内源性腺苷和腺苷受体的激活实现的。

　　2.6  逐渐再灌注（gradual reperfusion）

　　又称温和再灌注（gentle reperfusion）或阶段性再灌注（staged reperfusion），是指再灌注时从零开始逐渐增加冠脉血流到不加以控制。Sato等证实该法亦能减少心梗面积，但对内皮功能没有保护作用，且增加心肌缺血区中性粒细胞的聚集。

　　3  缺血后处理的心肌保护的作用机制

　　3.1  减少氧自由基生成和钙超载

　　心肌缺血再灌注时产生大量氧自由基，氧自由基具有极强的化学活性，一方面通过与细胞膜的不饱和脂肪酸发生脂质过氧化反应，使细胞膜的流动性降低和通透性增加，细胞的完整性及选择性离子渗透功能遭到破坏，另一方面，通过与膜脂质过氧化反应，改变了膜结合酶、受体和离子的脂质微环境，从而改变了这些蛋白酶的正常功能，引起细胞内Ca2+超载，促进膜蛋白和磷脂交联，引起蛋白酶的不可逆性变性，导致细胞结构和功能破坏，可引起蛋白质、核酸、DNA损伤、变性，并损伤线粒体和生物膜，促进细胞的凋亡及坏死。Zhao等[3]通过犬的在体心肌缺血后处理发现，后处理组血MDA浓度和心肌缺血区双血外磷脂(DHE)明显下降，心肌损伤区中性粒细胞聚集减少，提示脂质过氧化物和超氧阴离子生成较对照组减少。Kin等[6]在大鼠模型实验中证实缺血后处理能阻止氧化反应，减轻心肌氧化损伤。Sun等[5]研究发现，缺氧后处理能改善细胞存活率，减少活性氧族 (ROS)和脂质过氧化反应，防止细胞内和线粒体内钙超载。Serviddio等[7]发现，在再灌注开始时给予低氧灌注液灌注3 min，能减少线粒体过氧化物的产生，阻止还原性谷胱甘肽(GSH)被氧化。

　　3.2  内源性活性物质的释放

　　内源性介质一氧化氮和腺苷与后处理心肌保护有关。Yang等[10]发现，一氧化氮合酶（NOS）抑制剂可以抵消缺血后处理的心肌保护作用，而对单纯缺血再灌注组的心梗范围无影响；Yang等还研究证实，后处理可通过激活腺苷受体而发挥心肌保护作用。Tsang等［11］在鼠的离体心模型实验中观察到， 缺血后处理组的内皮型一氧化氮合酶（eNOS）的表达较对照组明显增高，表明在缺血后处理心肌保护中一氧化氮（NO）起着重要作用，一氧化氮可能是通过调节ATP敏感性钾通道和线粒体通透性转运孔道而发挥作用。Kerendi等[9]在遥控后处理实验中发现，短时间的肾脏缺血诱导腺苷的生成并释放入血，到达心肌而产生保护作用。Kin等在离体大鼠心脏模型发现，后处理组在再灌注2 min时血管内腺苷含量明显高于对照组，用非特异性腺苷受体阻滞剂能抵消后处理的心肌保护作用，认为后处理的心肌保护作用与其延缓了心脏血管内腺苷的冲刷丢失有关。

　　3.3  激活ATP敏感性钾通道(KATP)   　　线粒体通透性转运孔道（mitochondrium permeability transition pore，MPTP）是于线粒体内、外膜之间的非特异性孔道，由电位依赖阴离子通道、腺苷酸转位酶和亲环素D共同构成，MPTP通过调节线粒体基质中的Ca2+、pH和电荷，维持线粒体内环境的稳定，保证氧化磷酸化通路通畅。MPTP开放后，膜间隙的细胞色素C、凋亡诱导因子被放入胞浆，激活了线粒体凋亡途径。抑制MPTP开放 、KATP激活可通过减轻钙超负荷、降低心肌氧耗和减少ATP消耗而发挥心肌保护作用。Griffiths等在鼠的离体心脏缺血/再灌模型中证实MPTP在缺血期是关闭的，在再灌注期是开放的。Argaud等[12]在兔在体缺血模型中证实，缺血后处理可抑制缺血区心肌MPTP的开放，缩小心肌梗塞面积，缺血后给予NIM811（MPTP特异阻断剂）具有和缺血后处理相似的结果，提示缺血后处理是通过抑制MPTP开放产生的心肌保护作用。2004年，Yang等[10]报道他们在家兔心肌缺血/再灌注模型上发现ATP敏感性钾通道（ATP-sensitive potassium channels，kATP）抑制剂可以抵消缺血后处理的心肌保护作用。Obal等在麻醉剂后处理中也观察到了同样的现象，说明KATP的开放是缺血后处理的保护机制之一。MPTP是位于线粒体内的非特异性孔道，其开放能引起细胞的凋亡和坏死，在再灌注初期的开放范围明显影响再灌注损伤的程度。Bopassa等[13]在离体大鼠心脏模型中发现，后处理组MPTP开放所需钙离子量明显高于对照组，用PI3K抑制剂渥曼青霉素（wortmannin） 或LY294002能抵销后处理的心肌保护作用，包括对MPTP的影响，从而认为后处理可通过激活PI3K途径抑制MPTP开放。Feng等[14]在离体大鼠模型中研究发现，异氟烷后处理可通过激活磷酸肌醇3激酶－蛋白激酶B－丝氨酸-苏氨酸激酶糖原合成酶激酶3β(PI3K-PKB/Akt-GSK3β)通路而抑制MPTP开放。

　　3.4  再灌注损伤补救酶(RISK)途径      　　RISK途径由激活的磷酸肌醇3激酶－蛋白激酶B/丝氨酸-苏氨酸激酶(PI3K-PKB/Akt)途径和细胞外信号调节激酶(ERK)途径共同组成，参与缺血再灌注时心肌的保护。Tsang等［11］在鼠的离体心模型实验中观察到， 缺血后处理组磷酸化的Akt、内皮型一氧化氮合酶（eNOS）和p70S6激酶(p70S6K)的表达较对照组明显增高, 给予磷酸肌醇3激酶（PI3K）抑制剂可以抵消缺血后处理对心肌的保护作用, 因此PI3K激活可能是缺血处理心肌保护作用的机制之一。Krolikowski等[15]在兔在体心肌缺血再灌注模型中观察到，于再灌注前3 min至再灌注后2 min时间内吸入挥发性麻醉药异氟烷(isoflurane)，亦能增强eNOS和P70S6K表达。Yang等[10]证实，缺血后处理不仅能激活eNOS，而且能激活ERK途径。亦有学者的研究结果不支持上述观点。Darling等在兔离体心脏实验中发现，用PI3K特异性阻止剂LY-L94002不能抵消后处理的心肌保护作用，而用ERK1/2的阻止剂PD-98059可消除后处理的保护作用；用免疫印迹法观察到磷酸化的ERK1/2增多，而磷酸化的Akt并不增加，故认为后处理通过激活ERK1/2而减少心梗面积，而与PI3K/Akt无关。Schwartz等[[16]发现，缺血后处理和缺血预处理皆能激活ERK1/2、Akt和P70S6K，但后处理组与对照组比较不能减少心梗面积。

　　3.5  抑制细胞凋亡

　　细胞凋亡是心肌缺血再灌注损伤导致心肌细胞丢失、心功能恶化的重要原因。高峰等[1]在首先报道的缺氧后处理实验中即观察到缺氧后处理组细胞凋亡较对照组明显减少；Weihrauch等[17]在兔在体模型中发现，异氟烷和/或吗啡后处理能激活PI3K，阿片受体而保护心肌，减少心肌细胞凋亡。

　　3.6  抗再灌注心律失常

　　陶凌等发现，缺血后处理组室性心动过速、室性期前收缩较之对照组发生明显减少；仅有1例在再灌注12 min时出现心跳停止，经抢救心跳恢复；而对照组在再灌注早期出现3例心室颤动，其中1例死亡。Shliakhto等[18]在大鼠离体心脏模型观察到，在再灌注过程中后处理组室颤全部消失，心律全部恢复正常节律；对照组无一例恢复正常心律。

　　4  预适应与后处理的关系

　　缺血预适应的概念由Murry等于1986年提出，其后在此基础上出现多种方式的预适应，能有效保护缺血再灌注心肌。后处理与预适应之间既存在明显的不同，又有密切的联系。预适应应用于心肌缺血之前，而后处理是在缺血再灌注之前实施，其应用的时机明显不同。就作用机制而言，目前的研究发现二者皆可减轻心肌细胞内钙超负荷，抑制氧自由基生成和MPTP开放，促进eNOS的表达和KATP酶活性。除少数报道外[19]，多数研究支持后处理能激活PI3K-Akt途径，此亦为预适应的保护机制之一。对于ERK途径，目前认为后处理能激活之而产生保护作用，预适应对其无影响[20]。后处理与预适应何者保护作用较强，目前的报道不一。以心肌梗塞面积、血清心肌坏死标记物浓度等作为检测指标，部分学者认为二者无明显差别，亦有报道发现预处理组心梗面积较后处理组减小。Yang等[10]的研究发现，同组兔在体心脏既予缺血预处理，又予缺血后处理，对心脏的保护作用强于单作预处理或后处理。但有更多的报道认为既加诸预处理，又作后处理并不比单实施二者之一有效。 

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