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枸櫞酸預(yù)處理對缺血再灌注大鼠心肌細胞凋亡和再灌注心律失常的影響及其分子機制研究

發(fā)布時間:2019-03-26 21:19
【摘要】:背景持續(xù)一定時間的缺血后,重新實現(xiàn)血流再灌注,不但沒能減少缺血組織器官的損傷,反而導(dǎo)致更嚴重的損傷,被稱為缺血再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury,I/RI)。伴隨臨床工作中實現(xiàn)血運重建的新措施和新技術(shù)的不斷發(fā)展,缺血再灌注損傷也逐漸成為臨床實踐中受到廣泛關(guān)注的重大課題,需要得到迫切、有效的解決。詹寧斯于1960年首次提及心肌缺血再灌注損傷的概念,揭示了即使實現(xiàn)血流再灌注,心肌超微結(jié)構(gòu)發(fā)生壞死的病理過程仍將持續(xù),甚至出現(xiàn)不可逆性的損傷,這一觀點的發(fā)表逐步得到了醫(yī)學界的關(guān)注和進一步證實。心肌缺血再灌注后,缺血心肌組織細胞的超微結(jié)構(gòu)、代謝、功能及電生理的損害進一步加重,導(dǎo)致病情更加惡化,甚至不可逆,由此產(chǎn)生的病理生理過程,即為缺血再灌注損傷。閉塞的冠狀動脈實現(xiàn)血運重建,梗死區(qū)心肌組織恢復(fù)血流灌注后的一段時間內(nèi),出現(xiàn)低血壓、休克、泵功能衰竭、惡性心律失常甚至猝死等多種并發(fā)癥,導(dǎo)致病情不斷惡化。因此,缺血再灌注損傷的發(fā)生機制及相關(guān)的防治措施逐漸受到醫(yī)學界的廣泛重視,并致力于探索能有效防治I/RI發(fā)生和進展的措施和手段。直接經(jīng)皮冠狀動脈介入治療(primary percutaneous coronary intervention,PPCI)是急性心肌梗死最有效的治療手段。近幾年來,PPCI治療越來越多,隨之心肌缺血再灌注損傷(I/RI)也逐漸成為血運重建術(shù)后血流動力學異常、泵功能衰竭、惡性心律失常甚至死亡的重要因素。據(jù)統(tǒng)計,有60%以上的急性心梗患者PCI術(shù)后出現(xiàn)圍手術(shù)期的可逆性泵功能衰竭,因而,如何防治缺血心肌I/RI的研究,逐漸成為心血管專業(yè)不斷探索的熱點。心臟在缺血再灌注過程中會出現(xiàn)以下的病理生理改變:1.心肌頓抑(myocardial stunning)。心肌組織發(fā)生了一次或數(shù)次的短暫的缺血,并沒有發(fā)生心肌的壞死,僅表現(xiàn)為心肌功能異常,在血流重新灌注后,心肌組織的血液灌注已恢復(fù)正常或接正常,但缺血導(dǎo)致的心肌功能異常的病理現(xiàn)象仍在一定時間內(nèi)存在著。缺血的心肌組織接受再灌注后出現(xiàn)損傷改變,導(dǎo)致的心肌功能異常在持續(xù)一定時間(大約3-24h)后,逐漸恢復(fù)正常狀態(tài),這種病理改變是暫時的,可逆的。令人印象深刻的是,再灌注后心肌收縮功能異常持續(xù)的時間往往超過缺血的時間,例如狗的心臟缺血時間為15min,但再灌注后心肌泵功能的異常將維持1天以上。臨床上,該病理改變于心絞痛反復(fù)發(fā)作、急性心肌梗死冠狀動脈血運重建治療后并不少見。研究發(fā)現(xiàn)心絞痛的患者即使通過藥物干預(yù)后疼痛與不適感消失,但檢測到他的心臟異常運動有可能會持續(xù)幾天。又如發(fā)生急性心肌梗死的患者在進行溶栓治療后,雖然堵塞的冠脈血管已經(jīng)恢復(fù)血流,但患者心臟的收縮功能并沒有馬上恢復(fù)到原來的水平。因此,評價溶栓或心臟手術(shù)療效應(yīng)在再灌注后2周左右進行為宜。有研究此現(xiàn)象的發(fā)生機制的指出,可能是由于缺血后線粒體的功能發(fā)生了障礙,合成的ATP數(shù)量大幅減少,無氧酵解增加,氧自由基不斷增多,激活、促進炎癥反應(yīng)如炎性細胞聚集以及鈣超載等,導(dǎo)致了心肌頓抑這一現(xiàn)象的發(fā)生。2.心肌冬眠(myocardial hibernating)。心肌在各種原因下導(dǎo)致了缺血性損傷,隨后的再灌注雖然沒有導(dǎo)致心肌出現(xiàn)壞死,但心肌猶如冬眠一樣,出現(xiàn)代謝降低,超微結(jié)構(gòu)發(fā)生重構(gòu),ATP合成能力下降,氧合需求下降,心肌出現(xiàn)了功能與灌注的再分配現(xiàn)象,維持更為平衡的血流與功能,此時心肌氧耗減少,收縮力降低,通過這種自我保護性調(diào)節(jié)方式,避免進展至心肌壞死,保存盡可能多的存活心肌細胞,也是缺血心肌對再灌注損傷的一種適應(yīng)性、自我調(diào)節(jié)的保護機制。因此,冬眠心肌的特征性表現(xiàn)為血液灌注低下的狀態(tài)下,心肌能夠重新調(diào)整能量合成與代謝的平衡狀態(tài),降低心肌的血流灌注量、減少心肌組織的氧耗量,通過類似于代償?shù)臋C制,讓仍舊正常的心肌細胞代替所有的功能。其發(fā)生機制也與線粒體合成能力下降而出現(xiàn)的一系列改變有關(guān),表現(xiàn)為脂肪酸合成減少,糖轉(zhuǎn)化利用增加,能力儲備下降。冬眠心肌也會出現(xiàn)細胞的退行性變性,心肌結(jié)構(gòu)變化的適應(yīng)性或心肌纖維化如果長時間維持下去,將失去恢復(fù)的能力,因此這種適應(yīng)性的改變是有限度的、不完全的。CCB(鈣通道拮抗劑)、β受體阻滯劑和ACEI(血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑)可促進冬眠心肌的代謝和功能的逐漸改善。3.無復(fù)流現(xiàn)象。結(jié)扎犬冠狀動脈引起的供血區(qū)域心肌缺血,一段時間后重新開放結(jié)扎的動脈,血流再次灌注缺血區(qū)心肌,此時的缺血區(qū)心肌并不能得到有效的灌注,這種現(xiàn)象被稱為無復(fù)流或無再灌注。作為一種獨特的缺血再灌注損傷,它是缺血區(qū)組織器官血流低灌注的延續(xù),缺血組織并沒有得到有效的再灌注,缺血持續(xù)存在,嚴重妨礙了缺血組織心肌的功能恢復(fù)。無復(fù)流現(xiàn)象發(fā)生在心內(nèi)膜下心肌和心內(nèi)膜下心肌微血管,冠狀動脈分支在終末分支的直徑比較小,心內(nèi)膜下心肌承受的張力高于其他部位,承擔心肌收縮擠壓和心室腔內(nèi)高充盈壓的雙重作用,需氧量最大,對血流低灌注的耐受能力也最差。4.細胞凋亡。細胞凋亡是心肌IRI的病理特征性改變,形態(tài)特征上顯示出發(fā)生減少的細胞體積、胞質(zhì)濃縮,核固縮,細胞膜最終把細胞漿與已經(jīng)出現(xiàn)斷裂的染色質(zhì)分割并且包圍起來而形成的致密顆粒,成為凋亡小體(apoptotic body)。它的細胞膜仍完整,也保持著相對完整的細胞器結(jié)構(gòu),既沒有發(fā)生炎性反應(yīng),也沒有出現(xiàn)細胞內(nèi)容物的外溢。細胞壞死是病理性攻擊的結(jié)果,破壞了細胞膜和細胞結(jié)構(gòu),細胞崩解,細胞內(nèi)容物的釋放,出現(xiàn)進行性的損傷和炎癥反應(yīng)。在心肌如果出現(xiàn)6小時內(nèi)的缺血,細胞死亡主要是以細胞凋亡的形式出現(xiàn),但當缺血持續(xù)延長,會出現(xiàn)明顯的心肌壞死并且在24小時內(nèi)將達到峰值,心肌細胞雖然有一定的缺血耐受能力,但如果超出了其耐受的最大時間間隔,就會逐漸出現(xiàn)細胞凋亡。心肌細胞凋亡出現(xiàn)于心肌缺血的早期階段,如果延續(xù)到心肌缺血的晚期階段,心肌就會發(fā)生大量壞死。以什么方式死亡取決于細胞內(nèi)ATP的的存儲量,而當線粒體所合成的ATP耗盡,尤其在心肌細胞持續(xù)嚴重缺血時,細胞凋亡可轉(zhuǎn)化為壞死。心肌缺血早期階段的死亡形式表現(xiàn)為凋亡,而在缺血的晚期階段壞死則成為主要的表現(xiàn)。心肌細胞凋亡是心肌缺血/再灌注損傷的重要病理改變。有效防治心肌細胞凋亡的發(fā)生、發(fā)展也成為防治心肌缺血/再灌注損傷的新方向和新手段。短時間的心肌缺血可以增加心肌組織對缺血的耐受性,從而減輕心肌缺血/再灌注損傷。因此,預(yù)處理是一種損傷性刺激,以提高心肌細胞抵抗力或適應(yīng)能。連續(xù)3次長度為5分鐘的短暫缺血及連續(xù)10次的持續(xù)2分鐘缺血可誘導(dǎo)缺血預(yù)適應(yīng)(ischemic precondition,IP)的發(fā)生,而僅僅1或2次、持續(xù)約5分鐘的血流低灌注并不能促使缺血預(yù)適應(yīng)的出現(xiàn),在誘導(dǎo)成功與否方面血流低灌注的持續(xù)時間和發(fā)生頻次可能起到?jīng)Q定作用。提示適當?shù)拇碳た僧a(chǎn)生缺血預(yù)適應(yīng),缺血時間過短,不易產(chǎn)生缺血預(yù)適應(yīng),缺血時間過久,心肌發(fā)生不可逆損傷。如低灌注時間超過30min,缺血預(yù)適應(yīng)效應(yīng)會發(fā)生減弱,如果超過90-120min的低灌注時間,幾乎不會造成缺血預(yù)適應(yīng)。枸櫞酸一般作為血液抗凝劑。在凝血過程中鈣離子可促進形成纖維蛋白、凝血酶、凝血因子Ⅲ,促進血小板活化等。枸櫞酸可與游離的Ca2+結(jié)合形成可溶性的絡(luò)合物——枸櫞酸鈣,降低血漿Ca2+濃度,從而發(fā)揮抑制凝血,阻止血液凝固的作用。目的:目前在心肌缺血再灌注過程中枸櫞酸預(yù)處理的保護作用和相關(guān)機制研究鮮有報道。本實驗應(yīng)用結(jié)扎冠狀動脈前降支法建立在體大鼠冠狀動脈缺血再灌注模型,觀察枸櫞酸預(yù)處理對I/R大鼠再灌注心律失常和心功能的影響,及心肌組織凋亡相關(guān)蛋白表達水平的作用,并通過體外心肌細胞培養(yǎng),研究枸櫞酸預(yù)處理在缺血再灌注損傷中減少心肌凋亡的作用及調(diào)控的信號通道,為臨床實踐中減輕心肌缺血再灌注損傷進行有益探索。方法:1.大鼠心肌I/R梗死模型的建立及實驗分組:建立大鼠心肌I/R梗死模型。健康的雄性SD大鼠被隨機化分為3組,每組各15只。I/R組:缺血30min/再灌注120min,再灌注期間經(jīng)股靜脈輸注生理鹽水;I/R+citrate組:同樣方法建立模型,在再灌注前經(jīng)股靜脈輸注枸櫞酸(citrate,0.05mol/L);Sham組:僅開放胸腔,不進行缺血再灌注。2.接Ⅱ?qū)?lián)心電連接線記錄心電圖,記錄缺血30min、再灌注120min心律失常發(fā)生情況。3.心肌梗死面積和心功能的測量:TTC染色法測量MI方法。對各組射血分數(shù)(EF)、左室內(nèi)壓峰值(LVSP)、左室舒張末期壓(LVEDP)、左室內(nèi)壓上升最大變化速率(+dp/dtmax)、左室內(nèi)壓下降最大變化速率(-dp/dtmax)進行檢測。4.血清酶LDH與CK及抗氧自由基指標SOD(超氧化物歧化酶)、MDA(丙二醛)與GSH-PX(谷胱甘肽過氧化物酶)的檢測。5.心肌細胞凋亡和凋亡相關(guān)蛋白‘;aspase-9、caspase-7、caspase-3、Bcl-2與Bax表達水平的檢測:熒光TUNEL聯(lián)合免疫熒光檢測心肌細胞凋亡;Western blot法檢測凋亡相關(guān)蛋白caspase-9、caspase-7、caspase-3、Bcl-2與Bax表達水平。6.乳鼠心肌細胞培養(yǎng)和心肌細胞缺血再灌注模型建立及實驗分組。7. PI3K/AKT通路及凋亡相關(guān)蛋白的檢測與分析:通過心肌細胞缺血再灌注模型建立,應(yīng)用Western blot測定p-PI3K、p-Akt的表達濃度,使用P13K特異性抑制劑LY294002(20μmol/L)對心肌細胞進行處理后,檢測其凋亡相關(guān)蛋白caspase-9、caspase-7、caspase-3與Bax蛋白表達水平。結(jié)果:1.與Sham組比較,I/R組再灌注心律失常的發(fā)生明顯增加,再灌注15min后即誘發(fā)出頻發(fā)室性早搏、持續(xù)性室速、室顫等惡性心律失常。當采用枸櫞酸0.05mol/L在再灌注前進行預(yù)處理后,各種室性心律失常發(fā)生次數(shù)明顯下降(P0.01)。結(jié)果表明,枸櫞酸預(yù)處理可減少心肌缺血再灌注時再灌注性心律失常的發(fā)生率。2.心功能的改變是本病重要表現(xiàn)之一。研究結(jié)果顯示,與Sham組比較,I/R組EF、LVSP、LVEDP、+dp/dtmax和-dp/dtmax指標均顯著改變,差異有統(tǒng)計學意義(P0.01),心功能受損;當采用枸櫞酸0.05mol/L在再灌注前進行預(yù)處理后,心功能有明顯好轉(zhuǎn)(P0.05)。與Sham組比較,I/R組中LDH與CK兩個指標均顯著升高,差異有統(tǒng)計學意義(P0.01),心肌受損;當采用枸櫞酸進行預(yù)處理后,LDH與CK濃度均有明顯的降低,心肌損傷明顯好轉(zhuǎn)(P0.05)。3.采用病理切片對結(jié)果進行驗證,病理結(jié)果顯示I/R組大鼠心臟出現(xiàn)明顯梗死區(qū),心肌梗死面積為(28.8±6.4)%。與I/R組比較,I/R Citrate組心肌梗死面積明顯縮小,差異有統(tǒng)計學意義(P0.01)。與I/R Citrate組比較,I/R組死亡率顯著升高(P0.01)。4.自由基清除障礙也是本病理過程的重要表現(xiàn)之一。與Sham組比較,I/R組SOD與GSH-PX水平降低,MDA水平升高(P0.01),提示在缺血再灌注損傷過程中心肌氧自由基清除能力降低;當采用枸櫞酸進行預(yù)處理后,SOD與GSH-PX水平升高,MDA水平降低,心肌氧自由基清除能力有所恢復(fù)(P0.05)。5.統(tǒng)計結(jié)果顯示,I/R組心肌組織中TUNEL染色陽性心肌細胞占(10.37±2.04)%。再灌注前經(jīng)枸櫞酸預(yù)處理后TUNEL染色陽性心肌細胞占(3.20±0.96)%,與I/R組比較,細胞凋亡明顯減少(P0.01)。提示,枸櫞酸預(yù)處理具有顯著的減少心肌細胞凋亡的作用。6.對凋亡相關(guān)蛋白caspase-9、caspase-7、caspase-3、Bcl-2與Bax蛋白表達水平進行檢測,發(fā)現(xiàn)I/R組心肌組織caspase-9、caspase-7、caspase-3與Bax蛋白表達顯著升高,Bcl-2蛋白表達水平明顯降低(P0.001)。與I/R組比較,再灌注前經(jīng)枸櫞酸預(yù)處理后,caspase-9、caspase-7、caspase-3及Bax蛋白表達水平明顯減低(P0.001),Bcl-2蛋白表達水平明顯升高(P0.001)。這也顯示了枸櫞酸預(yù)處理具有明顯減少心肌細胞凋亡的效應(yīng)。7.枸櫞酸預(yù)處理心肌細胞后,能夠激活PI3K/Akt信號通路,與I/R組比較,I/R+citrate組(?)p-PI3K與p-Akt水平明顯升高(P0.01)。為深入探討枸櫞酸預(yù)處理減少心肌細胞凋亡是否通過上調(diào)PI3K/Akt信號通路而實現(xiàn),使用P13K特異性抑制劑LY294002(20μmol/L)對處理心肌細胞。結(jié)果發(fā)現(xiàn),與(?)/R+Citrate組比較,I/R+Citrate+LY294002組各凋亡相關(guān)蛋白的表達水平均有顯著改變(P0.01)。結(jié)論:1.枸櫞酸預(yù)處理降低缺血再灌注大鼠心肌損傷,保護心功能,減少再灌注性心律失常的嚴重程度和發(fā)生率。2.I/R心肌細胞凋亡數(shù)量增加,心肌梗死面積擴大,枸櫞酸預(yù)處理能夠減少心肌細胞凋亡的發(fā)生,縮小心肌梗死面積,改善心臟舒縮功能。3.枸櫞酸預(yù)處理顯著提高心肌細胞的p-Akt水平,激活缺血再灌注心肌PI3K/Akt信號通路。使用PI3K特異性抑制劑LY294002,可以抑制p-Akt的升高,從而抑制枸櫞酸預(yù)處理的對缺血再灌注心肌的保護作用。4.枸櫞酸預(yù)處理激活缺血再灌注心肌PI3K/Akt信號通路,減少了細胞凋亡,縮小心肌梗死面積,保護心肌,降低再灌注心律失常的發(fā)生及嚴重程度。
[Abstract]:......
【學位授予單位】:南方醫(yī)科大學
【學位級別】:博士
【學位授予年份】:2016
【分類號】:R54

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7 夏軍;卵泡抑素樣蛋白1抵抗過量一氧化氮誘導(dǎo)的心肌細胞凋亡的機制研究[D];蘇州大學;2016年

8 趙文超;Mir-30b抑制Oxr1在雞缺硒性心肌細胞凋亡中作用機制的研究[D];東北農(nóng)業(yè)大學;2016年

9 姜小雪;PI3K/Akt通路介導(dǎo)TRPV1抑制離體小鼠心臟缺血再灌注后的心肌細胞凋亡[D];重慶醫(yī)科大學;2016年

10 趙福平;降鈣素基因相關(guān)肽對去甲腎上腺素誘導(dǎo)乳鼠心肌細胞凋亡的影響及其機制研究[D];山西醫(yī)科大學;2010年

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本文編號:2447940

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