腺苷预处理对瓣膜置换术患者的心肌保护作用及体外循环术后炎症因子释放的影响

摘要

缺血预处理(IschemicPreconditioning，IP)是指多次反复短暂的缺血/再灌注可使随后长时间持续缺血和/或再灌注所致心肌损伤减轻。20年来，大量动物实验及临床试验已经证实了缺血预处理对心肌缺血/再灌注损伤具有显著的保护作用。有关IP的机制人们提出了许多的学说，其中，腺苷学说是获得较多实验结果支持的学说。 腺苷(Adenosine)是一种内源性嘌呤核苷酸，为ATP代谢的中间产物，也是介导缺血预处理心肌保护作用的最重要的内源性介质之一。腺苷受体可分为A1,A2A，A2B,A3四种亚型。已证实IP的信号传导途径主要由腺苷受体A1参与。但最近的多个研究发现A2,A3受体通过不同的途径参与IP的保护作用。 腺苷的心肌保护作用主要包括以下几个方面：(1)对Ca2+超负荷及超氧自由基的抑制作用。(2)抑制儿茶酚胺的释放。(3)增加冠脉血流，改善心肌灌注。(4)抑制白细胞介导的细胞损伤，抑制血小板聚集。(5)负性传导和负性肌力作用。(6)抵御再灌注心律失常的作用。其最主要的作用机制可能为：腺苷通过激活腺苷受体从而调节G蛋白活性，进而调控心血管活动。G蛋白是主要的信息转递因子之一，可调节腺苷酸环化酶、蛋白激酶C(PKC)、K+和Ca2+通道等的活性。腺苷A1，A3受体通常与百日咳毒素敏感性G蛋白(Gi)偶联。腺苷结合腺苷A1受体后，通过与A1受体偶联的Gi蛋白调节蛋白激酶C(PKC)的活性，激活的PKC由胞浆移位至肌细胞膜并通过磷酸化过程使下游的一系列蛋白活化，并开放心肌细胞膜上ATP敏感性钾通道(K+-ATPchannel)，造成心肌细胞膜超极化，K+内流增加引起动作电位时程缩短，继而降低Ca2+内流，减轻Ca2+超载所致的细胞损伤，保护细胞内ATP；另一方面经PKC激活的各种活化因子启动相关基因的表达，转录翻译出相关的蛋白质发挥其各自的效应介导心肌保护作用。 腺苷具有较广泛的抗炎作用，这种作用是通过腺苷受体调节细胞炎症因子的释放来完成的。腺苷在体外实验中能抑制脂多糖诱导的巨噬细胞和心肌细胞产生TNFα，并减少缺血后IL-6、IL-8等致炎因子的释放，促进抗炎因子IL-10的分泌；另一方面，腺苷作用于中性粒细胞的A2受体，阻止中性粒细胞释放超氧阴离子自由基，并抑制自细胞对血管内皮的粘附。腺苷的抗炎效应将有利于减少体外循环术后炎症反应并发症的发生。 缺血预处理方法在临床中的应用并未得到广泛的推广，主要原因是其存在一定的局限性：(1)IP增加手术时间及操作步骤，减低了外科医生执行的意愿。(2)对主动脉钙化严重的患者存在着因钳夹导致钙化斑块脱落造成栓塞并发症的风险。(3)缺血预处理过程中短暂缺血导致的缺氧及代谢废物的积聚及能量物质的消耗，可引起一定程度的细胞损伤。随着腺苷等一系列IP中的重要介质及其作用机制被一一发现，人们意识到可以通过腺苷等外源性介质在人体内模拟IP的作用，从而尽可能达到IP的效果而避免了其不足之处。近年来国外对腺苷药物预处理进行了不少的研究，这些研究的病例选择较集中于冠心病需行冠脉搭桥手术的病人，而国内外有关腺苷药物预处理对瓣膜置换术病人心肌保护作用的研究较少。因此本研究希望对瓣膜置换术患者进行腺苷药物预处理(AdenosinePretreatment，AP)，并通过与缺血预处理及空白对照组的比较，检测术后心肌酶释放并观察心肌超微结构改变以及ICU监护期间血流动力学改变和正性肌力药物应用等指标，以了解其在体外循环期间及术后对心肌缺血/再灌注损伤的保护作用及其临床应用价值。也同时通过检测体外循环术后炎症因子IL-6、TNFα及抗炎因子IL-10的水平，以了解腺苷对瓣膜置换术后体内致炎因子释放与抗炎因子分泌的影响，为药物预处理应用于临床提供依据。 我们选择了2005年7月-2006年3月期间在我科进行人工瓣膜置换手术病人38例，随机分为缺血预处理组(IP组，13例)，腺苷组(AP组，13例)和对照组(C组，12例)。腺苷组在主动脉阻断前以100ug/kg/min的速度经中心静脉通道注射腺苷制剂5min，静注完毕后阻断灌注。缺血预处理组则实行单次缺血2min开放3min的预处理方法。所有病人分别于术前、术后1小时、术后24小时、72小时抽外周静脉血检测心肌酶CK-MB、肌钙蛋白cTnI；分别于术前、主动脉开放后5min、开放后6小时、开放后24小时、开放后72小时取外周静脉血检测IL-6、IL-10及TNFα的含量。记录ICU监护期间各项指标以及正性肌力药物的应用情况，记录术前、术后24小时、术后48小时、术后72小时动脉血氧分压、外周血常规白细胞计数和中性粒分页核百分比。并在主动脉开放后30min取右心耳标本，电镜观察对比心肌超微结构的变化。 结果显示术后各组的CK-MB及cTnI水平即有不同程度的上升，反映了缺血再灌注过程对心肌的损伤程度。术后1小时及24小时腺苷组与缺血预处理组的CK-MB水平明显低于对照组(p＜0.05)，且腺苷组与缺血预处理组的CK-MB高峰出现较对照组早，水平回落较对照组快。术后1小时及术后24小时IP组cTnI水平均明显低于对照组(p＜0.05)；尽管术后多个时点AP组的cTnI水平的平均值较对照组低，但统计分析并未发现AP组与对照组cTnI水平有显著性差异。另一方面，腺苷的确能明显降低体外循环术后IL-6的水平，AP组开放后5min、6小时、24小时、72小时IL-6水平均明显低于对照组(p＜0.05)；而IP组仅在开放后24小时IL-6水平均明显低于对照组(p＜0.05)，其它时点的IL-6水平与对照组无显著性差异(p＞0.05)。与术前水平相比，开放后5min各组IL-10水平均有不同程度下降；AP组的IL-10水平在术后6小时即开始上升，并在24小时后超过术前水平，明显高于对照组(p＜0.05)，反映了腺苷能增加再灌注后IL-10的分泌；IP组的IL-10水平虽然有上升趋势，但与对照组相比上升并不明显；而对照组开放后IL-10即逐渐下降，各个时间点IL-10定量均徘徊于较低水平。外源性腺苷在体内对TNFα释放有一定程度的抑制作用，但并不如体外实验那样显著，仅在开放后72小时AP组与对照组之间才出现显著的差异(p＜0.05)，而在其它时间点并未发现三组间TNFα水平有显著性差异(p＞0.05)。 AP组与IP组的ICU监护时间和术后正性肌力药物药物应用种类明显少于对照组，且两组术后24小时多巴胺剂量-时间曲线下面积(AUC)也明显低于对照组，反映了应用腺苷和缺血预处理方法都有可能使患者术后有更稳定的血流动力学水平，对正性肌力药物的依赖更少。但三个试验组术后不同时段外周血白细胞计数以及动脉血氧分压(以吸氧浓度30％为标准)并无太大的差别。扫描电镜观察心肌超微结构显示缺血预处理与腺苷两者都减轻了缺血再灌注对心肌超微结构的损伤。 本试验的结论是：(1)腺苷药物预处理能显著减少体外循环瓣膜置换术后病人心肌酶CK-MB的水平，其在人体内通过启动内源性保护机制产生与缺血预处理相似的心肌保护作用。(2)外源性腺苷具有抑制体外循环术后炎症反应的作用，能明显抑制术后炎症因子IL-6的释放和促进抗炎因子IL-10的释放，其调节细胞因子释放的作用强于缺血预处理。腺苷有可能具有抑制术后TNFα水平的作用，但本试验结果未能充分证实这一点。(3)应用腺苷和缺血预处理方法都有可能使患者术后有更稳定的血流动力学水平，对正性肌力药物的依赖更少。(4)本试验的腺苷剂量(100ug/kg/min，持续5min，平均剂量27.34±4.06mg)对大多数病人是安全的，但更大的剂量和更长的使用时间是否会带来更好的心肌保护效果还需要进一步的研究。

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