心肌缺血再灌注损伤的基本理论及其进展 - 心血管内科讨论版 - 爱爱医医学论坛
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心肌缺血再灌注损伤的基本理论及其进展
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众所周知，一切组织、器官正常的机能、代谢和形态结构的维持，必须有充分的、与代谢相适应的血液灌注，如果血液灌流量绝对或相对不足，均可引起相应组织、器官不同程度的机能、代谢紊乱和结构损害，即发生了缺血性损伤（ischemic injury）。不同的组织、器官对缺血的耐受性不同，甚至有相当大的差异，但持续的缺血最终将不可避免地导致一切组织发生严重坏死。这种变化如果发生在重要器官，特别是心脏和大脑，将会给机体带来严重影响。心脑血管缺血性疾病是危害人类健康和生命的一大类疾病。仅美国每年患心肌梗死、脑卒中和其他血栓性疾病的就有130万人以上。据1995年卫生部发布的统计，我国每年新发生的脑卒中有150万例，心血管疾病（包括脑卒中）死亡占人口总死亡的40.7%，据此推算每年全国死于心血管疾病的在200万人以上。北京心血管研究中心于1984年倡议、组织，对16省、市、自治区约500万人口进行监测结果，我国冠心病事件发病率最高108.7/10万，最低3.3/10万，脑卒中事件发病率最高553.3/10万，最低33.0/10万。近年来，我国人群心血管病发病率和死亡率有持续上升的趋势。
& & 对缺血性疾病的治疗，当然首要的是恢复血液灌注，目的在于解除组织的缺氧和营养物质供应不足的状态，以阻止缺血性损伤的发展或促使其恢复，这本来是合乎逻辑和无可非议的，而且大量临床实践证明，这种治疗在许多情况下都获得了较好的效果。正因为如此，恢复血液灌注已成为治疗缺血性疾病的基本原则，在临床上为达此目的而采取的各种措施，如解痉、溶栓、手术取栓、血管成形术等已成为传统的治疗方法广泛应用，并不断发展。
但是，事情远远不是这样简单，近年来在大量的临床和实验研究中发现了一系列反常（paradox）现象，如1955年Sewell等发现，结扎狗的冠状动脉后，突然恢复血液灌流，动物立即发生心室纤维颤动并导致死亡；1966年，Jennings首先提出缺血再灌注损伤的概念（ischemic reperfusion injury）：当组织细胞低灌流缺血后获得血液再供应时，不但未使组织细胞缺血性损害减轻或恢复，反而加重了缺血性损伤。它是高等动物机体缺血后再灌注发生的普遍现象。如心脏手术、冠脉搭桥、脏器血供梗塞后再通、器官移植以及休克脏器低灌流纠正后都可能发生再灌注损伤。本节重点介绍心肌缺血再灌注损伤的病理改变、临床表现、机理以及防治原则。
二、再灌注损伤的病理改变和表现
再灌注性损伤既包括组织器官的代谢紊乱和功能的障碍，又包括其结构的破坏。其主要的病理改变是：
1.心肌细胞水肿&&首先因胞膜Na+-K+泵受损，致使细胞内Na+蓄积、渗透压升高，使细胞外水分进入胞内，发生爆发性细胞水肿、肿胀。实验显示缺血15分钟后再灌注20分钟则可出现明显的水肿，再灌前缺血的时间愈长，再灌注所致细胞肿胀也愈明显，而细胞内钠、钙及水含量愈多，钾、镁的丢失也愈大。& &
2.超微结构的改变&&细胞膜和细胞器膜完整性破坏；线粒体肿胀、嵴断裂溶解，并伴有大量的钙沉积；基质中致密物增多；肌纤维出现破坏性断裂、收缩带等。这些因再灌注而导致的超微结构的改变，被认为是心肌在缺血时的可逆性损伤向不可逆改变的病理标志。
3.微血管受损和无再灌注现象&&再灌后不但使心肌细胞发生上述的病理变化，同时也导致微血管的内皮水肿和破坏，致使扩血管的内皮扩张因子（EDRF）减少和收缩血管的内皮素等形成增多，以及血小板与白细胞粘附阻塞管壁。结果由于微血管的收缩和阻塞，加之心肌缺血性的强烈收缩外在压挤心肌血管。结果，虽然恢复了器官的血液灌流，但灌流区组织却出现无再灌注现象（no-reflow phenomenon）。
在上述再灌注损伤的病理改变的基础上，主要发生以下“临床”表现。
1.较持久的心室收缩功能低下&&即休克时虽然恢复了血压和血容量，但心脏的功能并未随之改善甚至恶化。主要是由于再灌性心肌顿抑（myocardial stunning），所谓心肌顿抑是指心肌缺血恢复血液灌注后，而心肌的力学功能并未恢复，须经一定时间，有时须数天甚至数周后才能恢复，它是一种可逆性的心肌力学功能性障碍。常发生心肌缺血5 ~ 15分钟再灌后（有时发生在缺血40 ~ 120分钟再灌注）的心肌坏死边缘区的心肌。
（1）顿抑心肌发生机制：尚未完全清楚，以往认为可能与缺血时被耗竭的高能磷酸化合物的恢复较慢有关。在缺血恢复后，缺血时ATP的代谢产物如腺苷、次黄嘌呤及黄嘌呤核苷等大量进入血液循环而被清除。这些物质既是ATP的代谢分解产物，又是合成ATP的前体，由于前体的缺乏，故ATP的合成也必然受到影响。但目前认为主要与再灌时自由基产生过多和/或细胞钙超载有关。因为实验证明预先应用自由基清除剂可减轻或防止心肌顿抑的发生；应用低钙灌流液再灌缺血心肌，可保护心肌不出现心肌顿抑和收缩功能的减弱。
（2）心肌顿抑的意义：关于心肌顿抑的临床意义，决定于顿抑心肌发生的量、延续的时间和发生的部位等因素。如量大、延续时间长或发生左室或传导部位，则具有重要的临床意义。例如，在休克低灌流或冠状动脉闭塞被解除，使缺血心肌恢复供血后，虽然心肌得到“挽救”，但由于大量心肌顿抑的存在，在较长时间内仍有死于心衰的可能性。因此，临床上不但应考虑如何尽快恢复器官低灌流和解除供血障碍外，同时还应考虑如何使心肌尽早脱离顿抑状态。
此外，再灌注时出现心室功能低下的另一个可能原因是再灌注损伤所致的心肌细胞的再灌性死亡。因细胞死亡发生的心室功能低下，则更难恢复。
2.再灌注性心律失常（reperfusion arrhythemia）&&常发生在再灌的初期，动物多在再灌10 ~ 20分钟发生，犬在心肌缺血再灌后心律失常的发生率约为50% ~ 70%，冠状动脉阻塞用链激酶治疗再通后的心律失常的发生率可达80%。主要表现为期前收缩、自发性室性节律或室性过速，有时出现室颤。多为一时性的，但也可出现致死性室颤。一般认为临床上休克时心肌再灌或解除冠脉阻塞再灌后出现再灌注性心律失常，尤其致命性心律失常的机遇不大，因为再灌是逐步缓慢进行的。
关于再灌注性心律失常的发生机制，现认为它与自由基过多和胞内钙超载有关。
3.心肌酶及钙蛋白亚单位漏出&&由于再灌注损伤和胞膜通透性增高，使心肌富含有的酶如磷酸肌酸激酶（CPK）、乳酸脱氢酶（LDH）等大量漏出入血，致使血清中浓度升高。从血清这些酶活性升高的程度，即可反映心肌损害的程度。因为CPK和LDH其他组织都含有，为了排除休克时因其他组织受损释放的可能性，除了测定血清中总CPK和LDH含量外，尚须测定为心肌特有的CPK同工酶CPK-MB（CPK同工酶分MM、BB和MB三亚型，MM骨骼肌含有，而BB神经组织含有）和LDHl（LDH分LDHl、LDH2、LDH3、LDH4和LDH5，LDHl为心肌所特有）。
再灌注诱导上述酶的泄漏，虽与缺血损伤程度呈正相关，但对评定再灌注心肌死亡的意义敏感性不高，因为活心肌可含有失活酶，而死心肌细胞也可滞留活性酶。现认为钙蛋白亚基（Tn-T）为心肌具有高度特异性的小分子量蛋白，心肌受损时更易漏出进入血液循环，故在血液中升高较CPK-MB还早，在血液中维持的时间也长。正常人血中的Tn-T浓度甚低，心肌细胞损伤时可超过正常水平上限的400余倍。由于Tn-T具有高度的特异性和敏感性，现认为它是反映心肌受损（包括再灌注损伤）的敏感指标。
三、再灌注损伤的发生机制
现认为引起再灌注损伤的主要机理是自由基过多和细胞钙超载。
1.自由基生成过多
1.1自由基&&自由基是指外层轨道带有不配对电子的原子、原子团或分子，具有极强的活性和不稳定性，极易同含不饱和键的化合物发生过氧化反应。体内重要的自由基：a.氧自由基：氧自由基是含有氧的自由基，包括超氧阴离子（O2∙‾）和羟自由基（•OH）。如把单线态氧（′O2）和过氧化氢（H2O2）包括在内时，统称为活性氧。活性氧是人体生命所必须，具有灭菌防卫的重要生理作用。但当产生过多或/和清除减弱时，又会损伤组织细胞，其中尤其羟自由基活性最高，而体内又缺少内源性•OH的清除剂。b.烷自由基：是指氧自由基与多聚不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物，如烷自由基（L•）、烷氧基（LO•）、烷过氧基（LOO•）。
1.2心肌缺血再灌注引起氧自由基增加的主要原因和机制：
（1）线粒体氧化磷酸化障碍&&在正常情况下，大部分的分子氧经氧化磷酸化过程经四电子被还原成水，其中一小部分氧在线粒体内电子传递过程中经单电子还原生成氧自由基，产生后随即被细胞内自由基清除剂如超氧化物岐化酶（SOD）使超氧阴离子（O2∙‾）变为过氧化氢（H2O2），后者再通过谷胱甘肽过氧化酶（glutathione peroxidase）和触酶（catalase）的作用还原成水和分子氧。但在心肌缺血再灌注时，由于线粒体的损伤，使正常氧化磷酸化途径减弱和经带电子还原成氧自由基过程的加强，加之内源性自由基清除剂的活性降低不能及时清除，结果使氧自由基经线粒体膜大量漏出。
（2）中性粒细胞（PMN）“呼吸爆炸”&&当PMN吞噬异物的瞬间使摄氧、耗氧增加和代谢加强的现象称谓“呼吸性爆炸”（respiratory burst），又称“代谢性爆炸”。在此过程中辅酶Ⅱ（NADPH）氧化酶被激活，使还原型辅酶Ⅱ变成氧化型辅酶Ⅱ（NAPD+），并产生O2∙‾、H2O2、OH•和′O2等活性氧。活性氧和过氧化氢及髓过氧化物酶组成一个很强的杀菌系统。但在缺血/再灌注时，由于大量的PMN聚集和激活，在呼吸爆炸过程中产生大量的活性氧，通过对膜的脂质过氧化作用破坏膜完整性。
（3）黄嘌呤氧化酶（XO）催化产生自由基&&XO可催化ATP的分解代谢产物次黄嘌呤和黄嘌呤产生氧自由基。而该酶是由黄嘌呤脱氢酶经蛋白水解酶的作用后产生的。当心肌缺血时，因心肌缺血或/和Ca2+超载，可激活蛋白水解酶促使黄嘌呤脱氢酶变为黄嘌呤氧化酶，该酶利用再灌注所供应的氧，使心肌缺血时大量分解ATP所产生的次黄嘌呤和黄嘌呤进行分解时产生氧自由基。但应指出的是人的血管内皮和心肌中XO含量甚微，故认为由本途径所产生的自由基对再灌注损害的病理意义也甚微。
1.3当再灌注组织中氧自由基的生成过多时，由于自由基具有很活泼的反应性，所以它能和各种细胞成分（膜磷脂、蛋白质、核酸）发生反应，造成组织损伤。
（1）破坏膜脂质成分：再灌注时，自由基引发的脂质过氧化反应增强，细胞膜内多价不饱和脂肪酸减少，生物膜不饱和脂肪酸/蛋白质比例失调，膜的液态性、流动性改变，通透性增强，细胞外Ca2+内流；同时膜上的Na+-K+-ATP酶失活，使细胞内Na+升高，Na+-Ca2+交换增强，使细胞内钙超负荷。细胞膜的脂质过氧化，使膜受体、膜蛋白酶、膜离子通道的脂质微环境改变，引起它们的功能改变。线粒体膜的脂质过氧化，或细胞内形成的脂质过氧化物作用于线粒体膜，使后者液态性和流动性改变，并导致其功能障碍，引起ATP生成减少，自由基产生增多。细胞内能量不足，使细胞膜及肌浆膜ATP依赖的钙泵（Ca2+-ATP酶）运转失灵，不能将胞浆中过多的Ca2+摄入肌浆网或泵出细胞外，再加上前述的由于细胞膜通透性增高引起的细胞外Ca2+内流，导致细胞内Ca2+超负荷。溶酶体膜的脂质过氧化、通透性增高，引起溶酶释放，使细胞结构及周围组织破坏。
（2）破坏蛋白质和酶：在自由基的作用下，胞浆与膜蛋白以及某些酶的分子可发生交联、聚合或肽腱断裂，使蛋白质和酶结构破坏、活性丧失。膜的脂质微环境改变，也影响膜蛋白和酶的功能，如Na+-K+-ATP酶失活，使Na+内流增多；Na+-Ca2+交换增强使细胞内Ca2+超负荷。近年来特别注意到，在缺血/再灌注时微粒体及质膜上的脂加氧酶（1ipoxygenase）及环加氧酶（cyclooxygenase）激活，催化花生四烯酸代谢，在加强自由基产生及脂质过氧化的同时，还形成具有高度活性的物质，如前列腺素、血栓素、白三烯等。许多实验证明，缺血特别是再灌注时血栓素形成增加，前列腺素形成减少，从而产生微循环障碍，与无再流现象有关。
（3）破坏核酸和染色体：自由基可引起核酸碱基改变、DNA断裂和染色体畸变，这些改变80%由OH•引起。OH•易与脱氧核糖及碱基起反应并使其改变。
（4）破坏细胞间基质：氧自由基可使透明质酸降解，胶原蛋白交联，从而使细胞间质变得疏松、弹性降低。
1.4自由基参与缺血-再灌注损伤的证据
（1）使用电子自旋共振（ESR）分光镜和ESR自旋捕获方法直接测定活性氧及由氧化剂诱导产生的脂质过氧化的副产物，如丙二醛、脂质过氧化物和共轭双烯等。
（2）在未发生缺血和再灌注情况下，组织与外源性氧化剂产生系统接触，可产生类似缺血再灌注组织发生的结构和功能变化。
（3）使用限制氧化剂产生的药物（黄嘌呤氧化酶抑制剂如别嘌呤醇）或能有效清除活性氧的药物（超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、二甲亚砜）治疗能减轻缺血再灌注损伤，使用羟自由基清除剂或铁螯合剂/结合蛋白同超氧化物歧化酶和过氧化氢酶一样能改善缺血后组织的功能不全。
2.细胞钙超载&&钙在胞质内过度蓄积谓之钙超载或钙超负荷，它是导致再灌注损伤另一个重要原因和机制。
2.1维持正常细胞内外钙稳态的机制
在正常情况下，细胞内钙离子的浓度约为0.1 umol/L，细胞外液的钙离子浓度约为1 ~ 3 mmol/L，细胞内外液钙离子的浓度相差1万倍以上，这样大的电化学梯度和浓度差需要强有力的机制来维持。如果这种机制受损，大量钙离子进入细胞内引起钙超载，对细胞产生一系列严重损害。目前认为，细胞内钙离子超载是细胞损伤不可逆发展的共同通路。
维持细胞内外钙稳态的机制包括两个方面：
（1）钙通道
（a）电压依赖性钙通道（voltage-dependent calcium channel，VDCC）：在电兴奋细胞（如心肌细胞、神经细胞等），细胞外钙离子主要通过电压依赖性钙通道内流，是目前了解最清楚的钙通道，有开放、失活、关闭三种状态，主要通过跨膜电压变化来控制其功能，升高细胞外钾离子浓度使细胞膜去极化，可以使电压依赖性钙通道开放。
（b）受体操纵性钙通道（receptor-operated calcium channel，ROCC）：即由受体介导的钙离子内流，其机制可能是配体与受体结合后直接调节钙离子通道开放；或配体与受体结合后通过G蛋白调节钙通道开放；也可能是配体与受体结合后通过G蛋白偶联激活某些酶，产生第二信使，来修饰电压依赖性钙通道来调节其对钙离子的通透性，或通过细胞内贮存钙调节钙离子内流。
（2）Na+-Ca2+交换体：Na+-Ca2+交换体催化Na+从膜的一侧转移到另一侧，并交换Ca2+向相反的方向运动，不直接利用ATP，膜内外Na+浓度梯度是钙离子内流的必要条件，通过Na+-Ca2+交换将Ca2+排出细胞外。
（3）H+-Na+交换器：Na+是细胞外液浓度最高的阳离子。正常情况下Na+内流与外运保持动态平衡，使细胞内的Na+远远低于细胞外。Na+进入细胞的量显著地受细胞内外pH值的影响，升高细胞外的pH值或使细胞内的pH值降低，均可增加Na+内流量；反之则使Na+内流量减少，H+-Na+交换是生理条件下Na+内流的主要途径。细胞内H+与细胞外Na+交换的能量来自细胞内外Na+的浓度梯度，H+-Na+交换的方向取决于细胞内Na+梯度的方向，细胞内H+对H+-Na+交换器有变构激活剂的作用。在交换器的胞浆面有两个分离的H+结合位点，当一个位点被H+占据时，交换器被激活，然后另一个特异性的转运位点开始排H+，并与细胞外Na+进行交换。
（4）钙泵：钙泵为特异性的Ca2+-Mg2+-ATP酶，是位于细胞膜上的跨膜蛋白，通过耗能过程逆浓度差将钙离子排出细胞外。
（5）细胞内贮存钙池对胞浆游离钙浓度的调节：钙在细胞内有三个贮池，即与膜蛋白或非膜蛋白结合，内质网或肌浆网以及线粒体。钙结合蛋白有特殊的钙结合位点，与钙有高亲和力，能可逆地与钙离子结合，调节胞浆内钙离子浓度；肌浆网和内质网通过特异的ATP酶摄取钙，平均每水解1个ATP使2个Ca2+集聚；肌醇磷脂分解产物三磷酸肌醇与内质网膜受体结合，使Ca2+释放进入胞浆中；线粒体基质中非溶解的钙磷酸盐沉淀含有沉积的钙，当胞浆Ca2+过高时激活其低亲和摄取系统，使胞浆Ca2+浓度降低。
2.2细胞内钙超载的机制
A 胞外钙内流加大：
（1）细胞膜通透性增高：正常时细胞外板与糖被表面由Ca2+结合在一起，以维持正常的通透性，当离体心肌用无钙生理盐溶液灌流时出现二者分离，使细胞膜通透性增高，由于这种损伤导致再灌注时钙离子大量内流。
（2）钙通道开放：在组织缺血时，能量产生不足，依赖ATP的Na+-K+泵不能正常运转，细胞膜内外的钠钾离子梯度不能维持，引起钠离子内流，细胞膜去极化，电压依赖性钙通道开放；同时缺血时心肌组织释放的一些化学物质可以和相应受体相结合，使受体依赖性钙通道开放，促进大量钙离子内流，使细胞内钙离子浓度增高。
（3）H+-Na+交换机制激活：组织缺血时，无氧代谢增强，细胞代谢产物乳酸及H＋积聚，细胞间隙内pH降低，Na+-H+交换处于抑制状态；再灌注时细胞内仍处于酸化状态，细胞外的代谢产物因血液灌流恢复而受到冲洗，使pH明显上升，这样就形成一个新的pH跨膜梯度，激活Na+-H+交换，引起细胞内Na+增多，再进一步激活Na+-Ca2+交换，使细胞内钙离子内流增加；又由于Ca2+-H+间的相互作用，导致细胞内H+浓度升高，更进一步激活Na+-H+交换，如此形成恶性循环。在低血流期给予高糖及胰岛素，再灌注损伤加重，这可能由于在缺血期糖利用加强，细胞内酸性代谢产物及乳酸堆积引起细胞内pH显著降低有关；而耗竭糖元由于减少H＋堆积表现出细胞保护作用。在钙反常模型实验中发现，无钙灌注再复钙可导致心肌挛缩并伴有大量磷酸肌酸激酶和乳酸脱氢酶漏出，给予Na+-H+交换抑制剂amiloride或benzami1可减轻复钙后的损伤，表明Na+-H+交换机制在缺血再灌注损伤中起重要作用。
（4）Na+-Ca2+交换机制激活：Na+-Ca2+交换机制对维持细胞内钙浓度有重要意义。使用Na+携带剂提高缺血时细胞内Na+浓度，再灌注时细胞内钙浓度增加；在缺血前应用Na+-Ca2+交换阻滞剂DCB不能抑制缺血时Na+浓度升高，但可减少再灌时细胞内Ca2+浓度升高约50%，这表明缺血再灌注时细胞内Ca2+浓度的升高主要来自Na+-Ca2+交换机制。70年代以来，Na+对细胞内Ca2+的调节作用越来越受到重视，Renlund等认为细胞内外的Na+比值对Ca2+的转动运及超载有密切关系。
（5）Ca2+-Mg2+-ATP酶活性降低：由于缺血期血液供应严重减少，能量产生不足，使肌膜上的钙泵功能障碍，不能将胞浆中的Ca2+排出细胞外；
B肌质网（SR）释放钙增多、摄取和外移障碍：
心肌缺血再灌时，因SR膜的受损，使SR内浓度远高于胞质内的钙释放入胞质中；加之，因ATP的不足，使SR和胞膜钙泵运转障碍，不能把胞质中的Ca2+及时完全的摄回SR或移至胞外，结果导致钙超载。
2.3钙的超载可通过以下机制参与再灌注损伤：
（1）钙超载可导致心室舒张不全，严重者可因心室充盈不足引起舒张性心力衰竭。再灌注时心肌出现的强烈收缩带、肌纤维断裂和坏死，都是胞质钙超载的结果。
（2）激活蛋白酶和钙依赖性磷脂酶，破坏生物膜的结构完整性，并在膜磷脂分解过程中产生溶血磷脂进入线粒体抑制ATP的合成；加之大量Ca2+进入线粒体以磷酸钙的形式沉积于线粒体中，从而破坏了线粒体的氧化磷酸化功能。线粒体结构和功能的破坏是再灌注不可逆损伤的重要标志。
（3）加重酸中毒：钙超载所致的Ca2+在线粒体与磷酸根结合过程中，可释放H+，每结合3个Ca2+可释放2个H+；同时钙超载也可激活ATP酶分解ATP，在ATP分解过程中释放H+。由于H+的增多可促进酸中毒，从而加重再灌注损害。
（4）促发再灌注性心律失常：再灌注性心律失常的机制虽尚未完全清楚，目前认为主要与钙超载有关。细胞内游离Ca2+主要贮存于内质网（ER）和肌浆网（SR）中，它是受ryanodine受体（RyR）系统和1，4，5三磷酸肌醇（IP3）受体（IP3-R）系统调控。IP3R有低亲和（RL）和高亲和（RH）两种状态。在正常情况下，当胞内Ca2+较低时，RH转为RL从而促使Ca2+的释放；当胞内Ca2+增加到一定水平时，RL又转为RH状态，使Ca2+释放停止。这种周期性反复就形成了胞内小的比较恒定的生理性钙振荡和钙波动。当心肌缺血时，因能量不足，使SR对Ca2+的摄取受阻，Ca2+在胞质中聚集，当再灌注时由于补充了能量，又启动并促进SR泵对Ca2+的摄取，从而也增加了下次收缩时对钙的释放。这样，就造成了胞钙内浓度节律性较大的波动，超过了胞内正常钙振荡的范围，结果因心肌自律性增高而导致异位心律失常，又称为钙依赖性心律失常。Thandroyen等应用阻滞RyR剂，抑制SR对Ca2+摄取和释放所致的胞内钙的大振荡，即可减少或制止这种再灌注性心律失常的发生。
2.3钙超载的损伤作用
（1）激活钙依赖蛋白酶：细胞内钙超载激活钙依赖蛋白酶，促使黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶，大量产生自由基，造成脂质过氧化。
（2）激活蛋白水解酶：引起蛋白质水解，细胞结构破坏。
（3）激活磷脂酶：促使膜磷脂水解为游离脂肪酸，造成细胞膜及细胞器膜受损，使细胞膜通透性增高；同时在环氧化酶与脂氧化酶的作用下，生成前列腺素、白三烯和自由基等活性物质引起微血管收缩、通透性增高。
（4）钙沉积于线粒体：缺血时线粒体结构和功能障碍出现最早，表现为线粒体肿胀、嵴断裂，线粒体膜流动性降低，氧化磷酸化功能受损，ATP生成不足，细胞膜及肌浆网/内质网的钙泵功能障碍。这样在胞浆内Ca2+浓度升高，引起钙超载时，不能把胞浆中过多的Ca2+排出细胞外和摄入钙池，致使胞浆内Ca2+浓度进一步升高，胞浆中过多的钙最终形成磷酸盐沉积于线粒体，使线粒体的结构和功能障碍进一步加重。
四、影响再灌注损伤的因素
实验和临床研究证明，心肌再灌注损伤是否发生、发生早晚和严重程度主要决定于以下几个因素：
1.缺血时间&&缺血时间过短后，在恢复再灌注后，一般无明显再灌注损害；如缺血时间过长，由于缺血组织已经坏死，也难以发生再灌注性损害。至于再灌注损伤易发时间因组织器官不同而异。大鼠在体结扎冠脉左心室支解除结扎后，再灌性心律失常多发生在再灌后2 ~ 15分钟之后，如小于2分钟或超过15分钟则难以发生。人发生急性心肌梗死后，在2小时内经溶栓恢复冠脉血流，除常出现一时性再灌性心律失常外，别无其他明显的再灌注损伤，但如缺血超过2小时，则可出现严重再灌注性损伤，且缺血时间愈长，损伤也愈明显。
2.再灌注的速度和条件&&实验证明再灌注压力愈高，造成的再灌注损伤愈严重。临床也证明缺血器官恢复血运速度愈快，出现再灌注损伤的可能性愈大，表现也多严重。另外，与灌流液的温度和成分也有关，一般用低温（25℃）、低钙及适当增加K+的灌流液，则可减少再灌注损伤的发生率和损伤程度。
3.再灌注时的机体和器官状态&&在再灌注时，如缺血器官如心肌中储存能量较多、储Ca2＋较少，且处于低耗氧量、低温状态下，或有较丰富的侧支循环建立时，则不易发生，即便发生也较轻。
以上影响再灌注损伤的因素，多是来自实验材料。至于休克时影响再灌性损伤的因素可能更复杂。& &
五、再灌注损伤的防治
由于再灌注损伤的发病机制和条件多来自动物实验或初步的临床观察，故目前尚缺乏成熟的规范措施和特殊的防治方案，一般多从以下几方面着手。
1.自由基清除剂和抗氧化剂的应用&&体内氧自由基的产生，对机体既起着重要生理信号和生命攸关的保护作用，又能给组织造成严重损害。这种双重作用表现在多方面。例如，氧自由基不但可通过脂质过氧化破坏生物膜，同时O2•‾还可终止脂质过氧化；它既是细胞杀菌的“卫士”，但杀菌的同时又因炎症造成组织损伤；它既对生理细胞分裂过程起着调控作用，但在某些情况下又能引起细胞的癌变和凋亡。在生理情况下，细胞内超氧化物的产生与清除处于最佳平衡状态，但在病理情况下包括缺血再灌注时，最佳平衡状态被破坏，导致生成大于清除。故应用氧自由基清除剂或抗氧化剂的最终目的是恢复最佳平衡状态，绝非把体内起生理作用的氧自由基都清除掉。
实验证明在动物心肌缺血15分钟后再灌注的过程中，或在开始再灌注时给以自由基清除剂均可减轻再灌注性损伤和心肌顿抑的发生和发展。常用的自由基清除剂，大致分为酶类和非酶类（如下表）。
& && && && && && &&&表7-3-1&&自由基清除剂
____________________________________________________________________________
酶类清除剂：
&&超氧化物岐化酶 （SOD）& &2O2•‾ + 2H+&&→&&H2O2+O2
&&触酶 （CAT）& && && && & 2 H2O2&&→&&O2十H2O
&&谷胱甘肽过氧化酶& && & 2GSH + Lipid-OOH&&→&&GSSG + Lipid-OH + H2O
& && && && && && && && & 2GSH十H2O2&&→ GSSG + 2H2O
非酶类清除剂：
&&维生素E、c& && && && & 提供氢原子、抗过氧化
&&亚硒酸钠& && && && && &谷胺甘肽过氧化酶组成成分
甘露醇& && && && && &&&直接清除OH•
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（1）酶类自由基清除剂：可通过表中所述的作用清除自由基。也有不少报道给予或在心脏灌流液中加入SOD或CAT等可减轻再灌注损伤、降低心律失常的发生率，或缩小心肌梗死面积。但还有不少报道应用SOD或CAT未见上述作用。之所以存在实验结果不同，可能系实验条件不同所致。当再灌注损伤严重、且自由基对再灌注损伤作用持续时间较长的条件下，应用半衰期极短（仅1小时）的SOD作短暂灌流（一般1小时），就很难发挥SOD抗再灌注损伤的作用；同时外源性SOD灌流后又难以被细胞所摄取。此外，已如前述，SOD的效应与O2•‾和过氧化物产生速度和峰值密切相关，即心肌处于各不同水平的氧化应激时，都有相应的一个最佳效应浓度，才能起到对心肌的保护作用。故SOD的剂量就需要随着过氧化物产生的多少而上下调节，但这种不断变化着的剂量选定，目前是难以达到的。故应用SOD和CAT等氧自由基清除剂防治再灌注损伤的实际效应以及如何使之达到最大效应，仍待进一步研究和确定。
（2）非酶类低分子氧自由基拮抗剂：如维生素E、C等主要是提供氢原子，使氧自由基变为不活泼的分子，使之失去氧化的有害作用，故又称抗氧化剂。亚硒酸钠中的硒是谷胱甘肽过氧化酶的组成成分，故有参与清除氧自由基的作用。从理论上讲，这些非酶类都有清除氧自由基和减轻再灌注损害的作用。但对人心肌再灌注损伤的实际客观效应仍待确定，因为临床上尚缺乏客观科学的评定指标和严格的对照。
（3）别嘌呤醇：是黄嘌呤氧化酶的抑制剂。通过抑制黄嘌呤氧化酶减少氧自由基的产生。实验证明别嘌呤醇可限制心肌梗死面积和减少心律失常的发生率，但因人类由于经本途径产生氧自由基甚少，故应用于临床效果不大。
（4）丹参酮和654-2：我国从中药丹参中提出的丹参酮和从唐古特莨菪（anisocustangutica）中提出的生物碱（654-2）。据报道它们除有改善微循环、提高组织器官的有效灌流量外，都有抗过氧化、保护心肌细胞的作用，并能降低再灌性心律失常的发生率。
此外，应用PMN制剂抑如过氟化合物（perfluor chemical），可通过抑制PMN的化学趋向性和粘附性，减少PMN向缺血再灌区的聚集和超氧阴离子的产生，也可减轻再灌注损伤。腺苷可减轻再灌注损伤，与抑制PMN和内皮细胞粘附和减少氧自由基的生成有关，至于临床实际疗效仍待研究。
2.Ca2+拮抗剂和通道抑制剂&&钙超载是引起再灌注损害的主要原因之一，故应用此类制剂防治再灌注损伤是近来注意的中心。同时有实验证明应用本类制剂由于防止或减轻了钙超载，对再灌注损伤有明显的保护作用。但也有不少报道应用Ca2+拮抗剂无效。目前存在的关键问题是如何针对再灌注钙超载发生的主要机制，选用不同的钙拮抗或通道抑制剂。例如，Na+-Ca2+交换加强是再灌注早期导致钙超载的重要机制，应用Na+-Ca2+交换抑制剂Mn2+则可防止心肌再灌注损伤，但用膜钙通道抑制剂则无效。如再灌注钙超载主要是由于氧自由基或/和磷脂酶活化导致胞膜通透性增高，使Ca2+进入胞内增加所致，应早选用磷脂酶A和PMN抑制剂或自由基清除剂保护细胞膜防止钙内流，可能收到较好效果。但如因心肌细胞膜结构发生不可逆性改变，因大量Ca2+浸入胞内导致钙超载时，恐怕选用任何钙拮抗剂则难以奏效。
3.控制缺血/再灌注损伤发生因素&&实验和临床均证明从各方面控制缺血/再灌注损伤发生因素，是防止或减轻缺血/再灌注损伤行之有效的措施。例如：①尽量缩短再灌注前心肌缺血时间，因缺血时间愈长，再灌注损伤可能愈严重；②延缓再灌注的速度和降低再灌注压力；③改变再灌流液的成分（如低钙、高能、富含腺苷或加适量氧自由基清除剂等），调控其温度（低温）和酸碱度（偏酸）。通过上述多种措施，在心脏外科和冠脉阻塞后再通等时对防止或减轻再灌注损伤方面确实收到了较好效果，但如何应用于防治休克时再灌性损伤，尚缺乏报道。
4、吸入和静脉麻醉药的心肌保护作用
心肌缺血不但是心血管系统疾病的常见症状，而且是病人致死的主要原因之一。各种心脏手术中心肌缺血的防治也是急需解决的问题，但目前一直缺乏有效的减轻缺血再灌注损伤程度的方法。1985年发现吸入麻醉药恩氟烷增强离体心脏缺血后的功能恢复，随后其他吸入麻醉药在各种手术和有创检查中不可或缺的作用，对其心肌保护效能和机理的研究将是心肌缺血再灌注损伤研究的新领域。
& & 4.1、吸入麻醉药的心肌保护作用
无论是在体还是离体实验，目前的研究结果都证实了吸入麻醉药对可逆性心肌缺血再灌注损伤的保护作用。离体研究表明，各种吸入麻醉药从低浓度到高浓度对不同时间的缺血均有保护作用，表现为再灌注期左室收缩力增强、左室舒张功能改善；能量消耗减少；减少缺血后心肌梗死范围的作用（吸入麻醉药不仅有预处理作用，因为在缺血的最后5分钟或在再灌注的最初15分钟给予异氟烷、恩氟烷、地氟烷和七氟烷也可减少梗死面积）。但是，也有在缺血前、中、后应用氟烷和异氟烷反而加重心肌顿抑的报道。所以离体研究中吸入麻醉药是否缓解心肌顿抑尚未取得一致结论，也许和不同实验中缺血再灌注损伤的程度有关。
& & 在体研究的结果基本一致，均证实了吸入麻醉药有减轻心肌顿抑、减少缺血后心肌梗死范围的作用。& &
& & 4.2、静脉麻醉药的心肌保护作用
& & 由于阿片类药物在心血管外科的广泛应用，阿片受体激动剂特别是吗啡和芬太尼的保护作用受到日益重视。阿片受体拮抗剂钠络酮阻断缺血预处理限制心肌梗死的效果；在大鼠、兔、鸡心室细胞的多项研究证实了吗啡的预处理效应，这种保护作用可被受体拮抗剂纳屈酮、PKC抑制剂chelerythfine、KATP通道阻滞剂优降糖和5-HD阻断；也证实阿片受体激动剂不但有效地减少梗死面积，而且阿片类药物布洛芬（Buprenorphin）和喷他佐辛（Pentazocine）还减轻缺血后心肌的功能障碍。由此推断吗啡可激活心肌细胞膜上的阿片受体，然后发挥与缺血预处理同样的心肌保护作用。
除了阿片类药物，异丙酚是唯一被证实具有心肌保护作用的静脉麻醉药。在大鼠心脏Langendorff模型，30 μM和100 μM的异丙酚增强25分钟全心缺血后的收缩功能恢复、减少乳酸脱氢酶释放、改善心肌组织结构。Kokita报告25 μM和50 μM的异丙酚改善离体作功心脏15分钟缺血后的机械功能，同时伴随组织脂质过氧化物代谢产物的减少。
4.3、麻醉药减轻缺血再灌注损伤的机制
由于氧自由基的大量生成和释放以及细胞内钙离子浓度升高是缺血再灌注损伤的两个主要原因，吸入麻醉药抑制氧自由基生成和减少钙离子内流可能是其保护作用的重要机制。
A：抑制氧自由基生成
麻醉浓度的吸入麻醉药具有自由基清除剂样的作用。研究证实氟烷、异氟烷和恩氟烷减小自由基引起的心脏收缩功能的冠状血流减少。氟烷完全抑制犬心再灌注时•OH的形成。异氟烷和恩氟烷在离体大鼠心脏也减少•OH的生成。已证实异丙酚是过氧化氮阴离子（ONOO-）的清除剂，后者是具有高度细胞毒作用的自由基，异丙酚还能减少源于血小板和中性白细胞的氧自由基生成。
B：降低细胞内钙离子浓度
氟烷处理过的心脏在再灌注期[Ca2+]i明显降低。细胞内Ca2+超载与肌膜和肌浆网上的Na+-Ca2＋交换有关。氟烷、异氟烷和恩氟烷不等程度地抑制Na+-Ca2+交换。Na+-H+交换可增强Na＋-Ca2＋交换的作用，但其作用也可被吸入麻醉药抑制。氟烷还能降低再灌注时Ca2+从肌浆网的释放。此外，氟烷和恩氟烷同时减少肌浆网Ca2+储存，避免缺血再灌注过程中Ca2+震荡。在有氧条件下，吸入麻醉药如氟烷、异氟烷和恩氟烷减少豚鼠、狗心室细胞的Ca2+内流。吸入麻醉药还能引起Ca2+通道形态的变化，抑制L-型Ca2+阻断剂与肌膜结合。
目前尚未明确阿片类药物是否降低[Ca2+]i。芬太尼（30 ~ 100 μmol）剂量依赖性地降低心室[Ca2+]i，而吗啡（3 ~ 100 μmol）则不能。在离体肌浆网，吗啡（100 μmol）降低咖啡因诱发的Ca2＋释放和肌浆网对Ca2+的摄取，1μmol芬太尼却没有这种作用。一过性增加的细胞内Ca2+同样可激活缺血预处理的机制，导致KATP通道开放。异丙酚也能通过L-型Ca2+通道降低Ca2＋的内流。Zhou等发现异丙酚抑制Ca2+通道阻断剂与Ca2+通道的结合，而不改变Ca2+通道密度。
可见，麻醉药从多个方面影响细胞内钙离子的平衡，降低缺血和/或再灌注期细胞内钙离子浓度升高。
C：激活腺苷受体、PKC酶和KATP通道。
多数实验已经证明KATP开放剂缓解缺血再灌注损伤，吸入麻醉药对KATP通道也有调节作用。研究表明异氟烷减慢ATP浓度降低时的KATP通道关闭，提示异氟烷可增加KATP通道开放，发挥心肌保护作用。在缺血前后给予异氟烷可减轻冠脉阻断15分钟后的心肌损伤，而KATP阻断剂优降糖却减弱异氟烷的这种保护作用。Kersten证实优降糖阻断异氟烷预处理产生的减少心肌梗死面积的效果；同时优降糖也削弱氟烷、七氟烷的减少心肌梗死程度的作用。说明吸入麻醉药的心肌保护作用与KATP通道有关，可能与缺血预处理具有同样的分子机制，发挥药物预处理的作用。
腺苷受体和PKC是心肌保护的重要调质。非特异性的腺苷受体拮抗剂减弱吸入麻醉药引起的缩小梗死面积的作用。选择性的腺苷Al受体拮抗剂DPCPX阻断异氟烷的抗心肌顿抑作用。Cope证实PKC抑制剂消除吸入麻醉药的保护作用、增加梗死面积。虽然这些研究证实吸入麻醉药的保护作用与KATP通道、腺苷受体和PKC有关，但具体的信号转导通路尚不明确。
D：其他机理
有实验发现异氟烷和七氟烷可减少豚鼠15分钟全心肌缺血后的白细胞粘附现象，而白细胞和血小板的聚集能减少再灌注时的组织灌注。在狗缺血模型，七氟烷增加缺血区的侧枝血流。在离体心脏七氟烷预处理还可扩张冠状动脉、增加冠脉流量、引起NO释放。这些因素在吸入麻醉药心肌保护中的作用亦应引起重视。
六、心肌预适应（preconditioning）
（一）预适应研究历史
缺血心肌保护一直是心血管领域的研究热点。进入80年代以来，心肌保护的研究重点转向细胞保护，即增强心肌细胞对缺血缺氧等损伤的抵抗力。
1986年Murry等首先观察到狗心肌在短暂不致命的缺血后，对随后持续性较严重的缺血和再灌注性损伤，不但不会加重其损害，反而会增强心肌对缺血性损害的抵抗性，从而起到保护作用，此称之为缺血预适应 （ischemic precondition，IPC，简称预适应）。后来发现这种预适应不但发生在狗身上，而在猪、犬、兔、鼠等动物身上也发生类似的预适应。引起预适应的刺激不但是缺血，而且缺氧、高温、牵扯、化学物质等都可引起预适应。现认为它是一种古老的在种族进化过程中保留下来的细胞对应激性刺激的一种自我保护反应。
预适应的表现，由于动物种属和实验条件（如在体或离体心脏，麻醉与否及麻醉程度等）不同，其表现也不尽相同。但主要的表现是：缩小心肌梗死面积、防止或减轻再灌注性心律失常、改善心肌的收缩功能。随后的研究发现，IPC的保护作用存在2个时期：IPC后1 ~ 3小时以内，即IPC的早期保护作用；IPC后24小时再度出现的保护作用，及IPC的延迟保护作用，亦称心肌保护的第二窗口。
（二）预适应的实验研究方法
1、& & & & 缺血预适应动物模型的复制
（1）整体动物模型的复制：目前用于IPC实验研究的动物包括大鼠、兔、豚鼠、犬、猪，其诱导IPC的方法均采用反复短暂阻断冠状动脉血流后再恢复血流的方法，但是在IPC所需要的缺血再灌注时间和次数因动物种属而异。犬的试验多采用4次5分钟缺血继之5分钟再灌注的方法，大鼠多采用2次以上5分钟缺血继之5分钟再灌注进行IPC。兔的IPC需1 ~ 3次5分钟缺血继之5分钟再灌注。猪的IPC采用2次5分钟缺血继之5分钟再灌注。
（2）离体心脏IPC模型的复制：离体心脏的IPC通过Langendorff灌流进行的，主要用兔和大鼠心脏，以反复停灌和复灌复制IPC模型。
2、其他的预适应方法
由于IPC方法具有一定局限性，人们一直在探索更有临床实用价值的预适应方法，其中一些方法对于深入研究预适应的保护机制和推进其临床应用具有重要意义。
（1）缺氧预适应：用一次短暂的缺氧刺激使细胞或组织在后续的长期缺氧或缺血中得到保护的预适应方法。将培养或分离的心肌或其他组织细胞进行短暂的缺氧、无代谢底物预孵育，目前采用的方法主要有两种，一种是将细胞放入特制的细胞缺氧仓内进行操作，该方法较为简便，但是缺氧仓价格较贵。另一种是见细胞沉淀于离心管底部，去除培养液后覆以矿物油隔绝空气进行缺氧预适应。缺氧预适应已被用于细胞、器官和整体水平预适应的研究。
（2）快速起搏预适应：通过快速起搏造成心肌短暂的供血减少，进而对后续的长期缺血产生保护。该方法消除了IPC本身短暂缺血的致心律失常作用，常用于研究预适应对心律失常的保护作用，并且有良好的临床应用前景。
（3）药物预适应：预先用亚致损量的药物处理，调动机体对后续长期缺血缺氧抵抗力的预适应方法，具有良好的临床应用前景。目前用于药物预适应的药物有：A：内毒素 特别是无致热源性的内毒素减毒衍生物单磷酰脂A，主要用于延迟保护作用的研究，其心脏保护作用已经在兔、大鼠、猪和犬的实验中得到证实。B：去甲肾上腺素 已经用于预适应的早期与延迟保护作用的研究。C：血管紧张素Ⅱ 血管紧张素Ⅱ预适应家兔心脏，提高心脏对缺血再灌注损伤抵抗力，明显缩小缺血再灌注后心肌梗塞面积。D：腺苷。E：吸入麻醉药等。
（4）温度预适应：用42˚C灌注液灌注15分钟，可以增加离体灌流大鼠心脏内HSP70 mRNA的表达及其蛋白质合成，并改善后续常温下缺血再灌注后的心功能。动物用42˚C全身温度预适应后，心脏对于后续缺血再灌注抵抗力提高，用于预适应的早期与延迟保护作用的研究。
（5）其他：以急性容量超负荷对心脏进行牵张预适应、钙预适应和能量预适应也具有明显的心脏保护作用。
（三）缺血预适应的细胞保护作用
1、& & & & 心脏保护作用&&主要涉及以下三个方面：减轻心肌坏死、减少恶性心律失常的发生及促进心肌功能恢复。
（1）减轻心肌坏死：目前已证实，IPC可以缩小缺血再灌注所致家兔、大鼠、猪和犬的心肌梗死面积，其保护时间为IPC后1 ~ 3小时；在大鼠、兔、犬这种保护作用可以持续到IPC后24 ~ 72小时。另外，缺血、药物预适应可以减少缺血再灌注后心肌肌酸激酶和乳酸脱氢酶的漏出。
（2）减少恶性心律失常的发生：1987年，有学者首次报道IPC降低大鼠缺血后恶性心律失常的发生率，随后的研究进一步表明，IPC除明显降低犬、大鼠和猪的缺血后心律失常发生率及其严重程度，还可以减轻大鼠和犬的再灌注心律失常的严重程度。另外，用快速起搏预适应也能明显降低缺血后心律失常的发生率。
（3）改善心肌功能：IPC可以明显改善缺血再灌后心肌收缩及舒张功能。临床上有报道，急性心肌梗死前24小时内反复心绞痛发作的病人，在急性心肌梗死发病6小时内成功地进行冠状动脉内溶栓后，其左室射血分数即梗死区域室壁运动均明显高于病前未发生心绞痛者。
2、远隔器官的保护作用&&这方面最初的研究发现，犬的冠状动脉左旋支IPC可以明显减轻后续长时间左前降支结扎所致的损伤，提示IPC的保护作用可以存在于远隔组织。10分钟缺血和10分钟再灌注的肾脏IPC，明显缩小后续心脏缺血再灌注所致的心肌梗死面积。IPC对远隔器官的保护作用机制较为复杂，尚待进一步研究。
（四）预适应发生的机制
关于预适应产生的机制，目前尚不完全清楚。现已知IPC对心肌的保护作用呈快速和延迟两个时相。其发生机制也有所不同。& & ，
1、受体-跨膜信号转导系统&&有人认为快速IPC主要与本系统激活有关。
（1）受体：预适应的产生可能与下列受体激动有关：①腺苷受体（AR1）：应用ARl激动剂或给犬冠脉内注入腺苷均可限制心肌梗死面积、改善缺血后的心肌功能和加速ATP的恢复，用ARl拮抗剂则可阻滞对心肌的保护作用。②α1受体：已如前述，儿茶酚胺是产生预适应的刺激，如用α1受体阻滞剂或先用利血平处理耗竭突触前神经末梢肾上腺素后，都可减弱缺血预适应对心肌的保护作用。③AngⅡ受体：用AngⅡ预处理可产生预适应。AngⅡ通过AngⅡ受体早期激活磷脂酶C快速产生DG；通过激活磷脂酶D，缓慢持久的产生DG，故认为AngⅡ对速发和迟缓性预适应的产生都有一定的作用。④M2受体：用M2受体激动剂carbachol处理兔心可改善心肌缺血再灌注后血液动力学及其能量代谢，如用M2受体阻滞剂（阿托品）则可减弱这种预适应性保护作用。
需要指出的是，虽然实验证明上述各种受体都可能参与预适应的发生，但各种受体在预适应中的实际作用尚不清楚。
（2）跨膜信号转导：现认为上述受体主要通过以下跨膜信号转导引起IPC效应的：
A：受体-抑制性G蛋白（Gi）-腺苷环化酶（AC）系统：上述ARl、α1和M受体偶联Gi蛋白（百日咳敏感蛋白），使Gi活化抑制AC，降低心肌细胞内cAMP水平，从而减少Ca2+内流，降低心肌机械功能和能量消耗。如在IPC前用百日咳毒素处理动物，可使IPC保护心肌效应消失。& &
B：受体-磷脂酶C（PLC）-蛋白激酶C（PKC）系统：上述受体也可通过偶联百日咳不敏感的G蛋白Gq活化PLC，进而使二磷酸酯酰肌醇（PIP2）分解生成甘油二酯（DAG），DAG使胞浆中的PKC向膜内侧移位并活化之，活化的PKC使KATP磷酸化并使之开放。KATP存在于心肌细胞膜和线粒体膜上，在正常情况下，该通道是处于关闭状态，短暂预缺血时，由于胞内ATP浓度下降和PKC的激活，致使KATP通道开放，心肌细胞膜KATP的开放可以导致心肌细胞K+外流增加和Ca2+内流抑制，结果降低了胞内的钙超载和心肌机械功能与能量消耗，故可提高心肌对缺血的抵抗力。而线粒体KATP的开放可以促使线粒体膜的去极化、抑制线粒体内钙超载和加快电子传递、增加呼吸链ATP合成。应用PKC激动剂（佛波酯、OACT）能模拟缺血预适应对心肌的保护作用，而应用PKC阻断剂（多粘菌素B）则可抑制或减弱上述各种受体所致预适应的保护作用。此外，如用K+通道激动剂（pinnacidil）也可模拟预适应的保护作用，但用其阻滞剂（优降糖）又可抑制之。
C：另外，有人认为NO-cGMP信号转导系统被激活，促使cAMP的降解和抑制Ca2+经钙通道内流，也可能参与IPC效应的产生。尚有报道短暂预缺血可导致ATP酶发生缓慢的可逆性抑制，节省能量的分解，从而改善缺血时的时间-平均能量消耗状态。
上述各受体-跨膜信号转导途径在IPC的产生中，很可能起着协同作用。但在不同种属动物，各受体-跨膜信号转导途径在IPC的保护中的作用所占比重可能有所不同。例如兔心脏以A1R作用为主，而大鼠心脏则可能以α1－AR作用为主。
2、IPC的细胞核反应机制&&在哺乳动物的心脏中存在着一个高度保守的激酶家族：丝裂素活化蛋白激酶家族（MAPK）。这个家族的成员可以被PKC激活，有研究者研究了MAPK在预适应中的作用。在心脏中已确认的MAPK家族成员有：细胞外信号调节蛋白激酶（ERKs）、应激活化蛋白激酶（SAPK，又称c-Jun N末端激酶，即JNK）和蛋白激酶p38。目前的证据表明JNK和p38MAPK可能组成了预适应的下游通路。
引起ERKs激活的细胞外信号主要是有丝分裂刺激，其下游为核转录因子c-Myc、EIK-1、ATF-2和下游激酶（S6kinase）。IPC的短暂缺血再灌注过程能激活ERKs缩小缺血再灌注后心肌梗塞面积。其下游激酶S6kinase发生核转位，与c-fos 转录高峰一致。
被激活的JNK作用于其磷酸化底物，其中c-Jun是转录因子bzip的成员，JNK使其结构中Ser63/73磷酸化，并结合到Ser63/73的邻近区域，从而调控c-Jun的转录激活活性。c-Jun通过形成同源二聚体或与c-Fos形成异源二聚体AP-1，参与其66位点的转录活化。
p38MAPK的底物是MAPK激活的蛋白激酶2（MAPKAPK2），MAPKAPK2又可以将热休克蛋白25/27（HSP27）磷酸化。小分子量的HSP27是肌动蛋白代谢过程中重要的调节因素，HSP27磷酸化后促进肌动蛋白纤维的多聚化，增强细胞骨架的稳定性，维持细胞的完整性。实验证明：新生大鼠室性心肌的PKC激活，增强MAPKAPK2的活性。Anisomycin是一种细菌产物，可以激活p38MAPK和JNK。减轻离体兔心脏的梗塞程度。而p38MAPK的选择性抑制剂SB203580可以阻断此保护作用。
因此，IPC产生的细胞外信号通过MAPKs的介导，在转录水平上主要引起一些早期原癌基因（c-fos、egr-1、jun-Bc-myc、c-jun、jun-B和hsp）的表达增多。在翻译水平上主要引起一些内源性保护物质的合成增多。
3、热休克蛋白等内源性保护蛋白的合成&&
（1）热休克蛋白：是生物体遭受诸如物理性（高温、创伤、缺血缺氧等）、化学性（重金属、乙醇、过氧化氢或氧自由基等）和生物性（细菌、毒素等）应激原的作用后而产生的一组具有自我保护的蛋白质，预适应可以诱导HSP27、70、89的mRNA转录增多，参与预适应的延迟保护作用。
HSP对细胞的保护作用主要在于它能稳定细胞结构提高其抗损伤能力。目前认为HSP稳定细胞结构与它能清除胞内形成的有害的凝聚或变性蛋白密切相关。另外，它还可能提高巨噬细胞抗氧化能力或直接抗过氧化的作用稳定细胞膜结构。
近来应用转基因技术制备了HSP70基因动物模型，在转入HSP70基因大鼠的心肌培养细胞中，HSP70生成增加，并可提高该细胞对缺氧和糖耗竭的抗损伤能力。
（2）氧自由基清除系统：IPC可以使心肌细胞中几种主要的氧自由基清除酶、触酶、谷胱甘肽过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶活性增高，并改善了再灌注后左心室功能。
（3）金属硫蛋白：金属硫蛋白参与了大鼠离体和兔在体心脏缺血预适应的延迟心肌保护作用。
4、其他&&冠脉血流量的增加，可能是IPC的重要机制之一，因为冠脉血流量的增加，可使再灌后心肌代谢产物更快的排出和血氧供应迅速恢复，从而可减轻再灌注损伤。同时内毒素等中毒时所致心功能低下，使能量消耗的降低，对随后心肌缺血再灌注产生预适应也可能起一定的作用。
（四）预适应的临床意义和展望
1、临床意义：
（1）在心肌梗死前24 ~ 48小时发生过心绞痛的患者，根据CPK-MB释放值反映心梗面积和用心室造影测定室壁运动减弱程度反映心功能，均证明显著好于预先无心绞痛者，其心衰和休克的发生率也低。
（2）临床给因左前降支单支狭窄患者行PTCA时，在各次球囊扩张前的基础特征相似的条件下，连续两次90秒球囊的扩张中，在第二次扩张时，心绞痛、ST段抬高以及心肌乳酸的产生均显著低于第一次扩张时；且连续5次短暂扩张，其心绞痛和ST段抬高随着扩张次数的增加而逐渐改善。这可能有侧支循环建立的作用，但也不能排除预适应的效应。因为先服用KATP通道阻滞剂，可使球囊扩张所致的ST段抬高和心绞痛的减轻效应消失，应用A1腺苷拮抗剂也得到相同结果。
（3）体外循环时，使心脏接受预适应刺激（2 ~ 3分钟关闭主动脉和随后2分钟再灌注），另组不给预适应，两组在体外循环开始心肌ATP含量相同的情况下，在10分钟缺血时，预适应组ATP下降明显较未预适应组轻。
（4）最近，在心脏手术中取的人心肌细胞，事先给予20分钟的缺氧预处理，较未给缺氧处理者，对随后缺氧的耐受性明显提高，主要表现在非存活细胞率降低和释放到上清液中LDH量减少。
从上述各方面资料看，人类心肌也存在预适应。但最近有人提出这仅能提示人类存在预适应的最大可能性，尚缺乏有力的科学明确结论。因为评估人类预适应所用的指标多为“非经典”，且人的侧枝循环差异较大，故所提供的资料多含混杂因素。
另外，评价缺血预适应的临床应用价值时必须考虑年龄、疾病因素如高血脂、动脉粥样硬化及等的影响。
如人类心肌确实存在预适应，掌握和了解它发生的条件和机理，则可通过预适应处理（如热应激、短暂缺血、缺氧或给以诱导预适应药物）或者利用基因工程技术增强细胞HSP的表达或激发受体-PKC信号转导系统，不但能保护心脏抵抗休克等所致急性缺血和再灌注损伤及其所致的心律失常，并为限制心肌梗死面积、降低心肌梗死后室颤阈和室颤发生率，提供了新思路和新途径。此外，也为人类如何提高在特殊环境下的适应性生存能力开辟了广阔前景。Sample Text
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转自丁香园。
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