腺苷心肌保护液对离体大鼠心肌能量代谢及离子含量的影响
作者：卢成宝 叶世铎 肖诗亮
单位：同济医科大学心血管疾病研究所,武汉 430022
关键词：腺苷；心肌保护液；离子
同济医科大学学报990519 摘要 为观察腺苷心肌保护液对大鼠心肌ATP及离子含量的影响，采用离体大鼠工作心脏缺氧停搏120 min，采用高钾、高钾+腺苷及腺苷停搏液进行心肌保护。发现停搏末含腺苷的两组ATP含量明显高于高钾组，且复灌后进一步恢复；各离子含量均能保持平稳。高钾组复灌后细胞内Na+、Ca2+ 明显增高伴Mg2+的减少。结果表明：腺苷心肌保护液能够改善心肌能量代谢，维持停搏期间及复灌后细胞内离子含量的稳定，对缺氧心肌发挥保护作用。
中图法分类号 Q525， R322.1
, 百拇医药
Effects of Adenosine Cardioplegia on Myocardial Energy Metabolism and Intracelluar Ion Homeostasis in Isolated Rat Hearts
Lu Chengbao, Ye Shiduo, Xiao Shiliang
Institute of Cardiovascular Diseases, Tongji Medical University, Wuhan 430022
Abstract The effects of adenosine (Ado) cardioplegia on myocardial energy metabolism and intracellular ion homeostasis was studied.The rat isolated working hearts perfused with K-H buffer were subjected to 120 min of hypothermic (15℃) cardioplegic arrest induced by either St.Thomas' cardioplegia II (STS, group C), STS plus Ado 1 mmol/L (group AK) or modified STS (K+ 5.9 mmol/L) plus Ado 1 mmol/L (group ANK).At the end of arrest, ATP levels of myocardium were higher in groups AK and ANK than in group C.The concentration of intracellular Na+, K+, Ca2+, Mg2+ had no change in groups AK and ANK, while Na+, Ca2+were increased and Mg2+decreased in group C.In groups AK and ANK, the ATP levels during reperfusion recovered to near baseline values but tended to be further depress in group C.These results suggest that Ado cardioplegia improves the myocardial energy metabolism and maintains intracelluar ion homeostasis.
, 百拇医药
Key words adenosine; cardioplegia; ion
腺苷(Adenosine，Ado)的生成及释放与活跃的心肌能量代谢及跨膜离子运动密切相关，据报道，Ado能增加晶体心肌保护液的心肌保护作用[1] 。于1993年7～9月，我们以离体大鼠工作心脏模拟体外循环，旨在探讨含Ado的心肌保护液对离体大鼠心肌ATP及离子含量的影响。
1 材料与方法
1.1 实验模型及程序
SD大鼠，体重220～250 g，参照Neely等[2] 方法建立离体工作心脏模型，8.3 kPa压力Langendorff逆行灌注37 ℃充以混合氧的K-H液，15 min后，左房插管转入工作状态，左房压1.56 kPa，左室对8.3 kPa后负荷做功，稳定10 min，关闭左房及主动脉插管，经主动脉根部以5.9 kPa压力灌注4 ℃心肌保护液，同时心脏表面冷生理盐水降温并维持心肌温度为15 ℃直至复灌，停搏期间，每30 min复灌相同心肌保护液1次，停搏120 min，开放主动脉插管，恢复逆灌15 min，转入工作状态30 min，为取得标本，各组均重复实验2次，分别于停搏120 min及复灌后10 min中止，切取心肌供检测。另取鼠8只，于停搏前中止，取心肌检测作停搏前对照值。
, 百拇医药
1.2 实验分组
随机分为3组(n＝8)，C组，对照组：St.Thoma'sⅡ(STS)为心肌保护液；AK组，Ado高钾组：STS+Ado 1 mmol/L; ANK组，Ado组：将STS中K+调整至与K-H液相同浓度(5.9 mmol/L)+Ado 1 mmol/L，以蔗糖平衡渗透压。
1.3 观察指标
①心肌ATP含量：停搏前、停搏120 min、复灌后10 min及工作30 min时，分别切取左室尖全层心肌50～80 mg，吸干水渍，迅速液氮冻存,测前称重，低温制作心肌匀浆并离心，取上清液，以荧光素酶法于生物发光仪上测定。②心肌离子含量：于上述相同时点，以LiCl 20 ml(4 ℃,150 mmol/L)从主动脉根部快速灌洗心脏[3]后， 取左室全层心肌100～150mg，测定时烘烤至恒重，于WYX-420型原子吸收分光光谱仪上测定Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量。
, 百拇医药
1.4 统计学处理
数据以
±s表示,均数间比较采用t检验，以P<0.05示差异有显著性。
2 结果
2.1 ATP含量的变化
停搏末，各组ATP含量均有减少，含Ado的两组明显高于C组，后者随再灌注时间延长进一步降低，AK、ANK组逐渐恢复，两组间改变相似，见表1。表中A、B、C分别表示停搏120 min、复灌10 min、工作30 min时的含量。
表1 停搏及复灌后心肌ATP含量的变化(μmol/g，±s)
, 百拇医药
组别
停搏前
A
B
C
C
4.16±0.27
3.22±0.21**
3.06±0.16**
2.67±0.15**
AK
4.16±0.27
, 百拇医药
3.55±0.34**#
3.78±0.27*##
3.65±0.22**##
ANK
4.16±0.27
3.63±0.31**#
3.81±0.24*##
3.61±0.24**##
与停搏前相比 *P<0.05，**P<0.01； 与C组相比 #P<0.05， ##P<0.01
, 百拇医药
2.2 离子含量的变化
停搏末，C组Na+、Ca2+明显增加伴Mg2+降低，再灌注10 min时上述改变更为明显。工作30 min时，Na+、Mg2+有所恢复，Ca2+仍持续增高。含Ado的两组停搏末及复灌后，各离子含量均能保持平稳。各组K+的改变均不明显，见表2～5。
表2 停搏及复灌后心肌Na+的变化(μmol/g，±s)
组别
停搏前
A
, 百拇医药
B
C
C
52.4±3.6
57.2±4.2*
74.4±5.6**
58.7±4.3*
AK
52.4±3.6
54.1±4.0
55.6±4.5##
, 百拇医药
54.8±4.5
ANK
52.4±3.6
55.2±4.2
54.9±3.4##
54.3±4.9
与停搏前相比 *P<0.05， **P<0.01； 与C组相比 ##P<0.01
表3 停搏及复灌后心肌K+的变化(μmol/g,±s)
, http://www.100md.com 组别
停搏前
A
B
C
C
273.0±12.4
234.3±10.5
227.5±10.8
231.5±11.0
AK
273.0±12.4
232.5±14.7
, 百拇医药
231.7±13.4
238.5±11.9
ANK
273.0±12.4
239.7±12.1
240.4±11.7
237.2±12.4
表4 停搏及复灌后心肌Ca2+的变化(μmol/g，±s)
组别
停搏前
, 百拇医药
A
B
C
C
2.5±0.4
3.2±0.6*
5.1±0.8**
4.9±0.4**
AK
2.5±0.4
2.4±0.4##
2.6±0.4##
, 百拇医药
2.9±0.5##
ANK
2.5±0.4
2.4±0.3##
2.6±0.4##
2.9±0.5##
与停搏前相比*P<0.05， **P<0.01； 与C组相比 ##P<0.01
表5 停搏及复灌后心肌Mg2+的变化(μmol/g，±s)
, http://www.100md.com
组别
停搏前
A
B
C
C
38.4±1.5
34.5±1.9**
32.7±1.7**
36.5±1.6*
AK
38.4±1.5
, 百拇医药
39.1±2.1##
38.3±2.4##
37.2±1.9
ANK
38.4±1.5
39.6±1.8##
38.3±2.0##
39.2±2.3#
与停搏前相比 *P<0.05， **P<0.01； 与C组相比 #P<0.05， ##P<0.01。
, 百拇医药
3 讨论
3.1 高钾与心肌ATP及离子含量的关系
心肌保护效果与细胞能量代谢及离子平衡密切相关。高K+灌注后，细胞外K+浓度急剧增高，介导Ca2+内流，不仅增加停搏期间心室壁张力和能量消耗，而且于再灌注期间促发一系列病理生理反应。停搏期间的能量生成不足或(和)消耗过多，累及细胞膜的稳定及跨膜离子梯度的维持；同时刺激无氧糖酵解增强，虽然能提供少量ATP，但伴有乳酸及H+的产生，通过H+-Na+及Na+-Ca2+交换，亦使细胞内Ca2+增高，构成再灌注损伤的主要环节。本实验中，C组于停搏末ATP含量显著降低，Na+、Ca2+增多及Mg2+丢失。再灌注10 min时上述改变尤为明显。可能与停搏期间ATP减少及酸性代谢产物堆积较多有关。近年来，镁对心血管的作用受到重视，Mg2+的丢失，对心肌能量代谢，第二信使调节及电生理活动等方面均构成不利影响。
, http://www.100md.com
3.2 Ado与心肌ATP及离子含量的关系
心肌缺血缺氧及做功增强时，ATP大量降解，细胞间隙中Ado迅速增加，多方面地调整细胞的代谢及功能。Fiengan等[4] 于离体鼠心制备上比较系统地研究了Ado对缺血心肌能量代谢的影响，结果显示：Ado抑制缺血及复灌期间的糖酵解，明显减少缺血引起的乳酸产生增多，而且ATP储备高于对照组，提示Ado既能延缓缺血期间ATP的降解，又可减少乳酸及H+的产生。Ado对心肌细胞动作电位及跨膜离子运动的研究显示[5]：Ado增加膜对K+的通透性，促进4相K+外流，抑制L型通道Ca2+内流，下调钙通道数目，减少2相Ca2+内流。此外，Ado尚能抑制高K+介导的Ca2+内流。本实验中，停搏末AK和ANK组ATP含量较高，Na+、Ca2+明显低于C组，Mg2+的含量也保持平稳。
, 百拇医药
3.3 Ado与高K+的关系
从Ado与高K+对细胞K+跨膜运动来看，前者促进K+外流，后者阻止K+外流，两者合用时，可能会产生拮抗作用，然而，对单细胞膜片钳技术的研究显示[6]：Ado激活的是非时间依赖性的K+通道，其与内向整流K+通道不同，在超过平衡电位的去极化侧，K+也大量外流，因此，两者合用时，Ado也能促进K+外流，本实验中，我们仅仅探讨了Ado及高K+对心肌ATP及离子含量的影响，结果显示Ado加入STS中能改善心肌的能量储备，维持离子状态稳定，以Ado替代高K+的Ado液也能获得相同的结果。Ado与高K+同时存在对膜电位及心肌其它方面的作用和影响需进一步研究。
, 百拇医药 作者简介：卢成宝，男，1963年生，医学博士，副主任医师。
参考文献
1 Galinanes M,Hearse D J.Exogerous adenosine accelerates recovery of cardiac function and improvers coronary flow after long-term hypthermic storage and transplantation.J Thorac Cardiovasc Surg,1992, 104:151
2 Neely J R,Liebermeister H,Battersby E J et al.Effect of pressure development on oxygen consumption by isolated rat heart. Am J Physiol,1967,212:804
, 百拇医药
3 Daly M J,Elz J S,Nayler G W.Contracture and calcim paraox in the rat heart.Circ Res,1987,61:560
4 Finegan B A,Lopaschuk G D,Coulson C S et al. Adenosine alters glucose use during ischemia and reperfusion in isolated rat hearts. Circulation,1993,87:900
5 Lerman B B,Belardinelli L.Cardiac electrophysiology of adenosine.basic and clinical concepts.Circulation, 1991,83:1499
6 Belardinelli L,Gilles W, West A.Ionic mechanisms of adenosine actions in pacemaker cells from rabbit heart.J Physiol,1988,405:615
收稿日期：1997-08-06, http://www.100md.com
单位：同济医科大学心血管疾病研究所,武汉 430022
关键词：腺苷；心肌保护液；离子
同济医科大学学报990519 摘要 为观察腺苷心肌保护液对大鼠心肌ATP及离子含量的影响，采用离体大鼠工作心脏缺氧停搏120 min，采用高钾、高钾+腺苷及腺苷停搏液进行心肌保护。发现停搏末含腺苷的两组ATP含量明显高于高钾组，且复灌后进一步恢复；各离子含量均能保持平稳。高钾组复灌后细胞内Na+、Ca2+ 明显增高伴Mg2+的减少。结果表明：腺苷心肌保护液能够改善心肌能量代谢，维持停搏期间及复灌后细胞内离子含量的稳定，对缺氧心肌发挥保护作用。
中图法分类号 Q525， R322.1
, 百拇医药
Effects of Adenosine Cardioplegia on Myocardial Energy Metabolism and Intracelluar Ion Homeostasis in Isolated Rat Hearts
Lu Chengbao, Ye Shiduo, Xiao Shiliang
Institute of Cardiovascular Diseases, Tongji Medical University, Wuhan 430022
Abstract The effects of adenosine (Ado) cardioplegia on myocardial energy metabolism and intracellular ion homeostasis was studied.The rat isolated working hearts perfused with K-H buffer were subjected to 120 min of hypothermic (15℃) cardioplegic arrest induced by either St.Thomas' cardioplegia II (STS, group C), STS plus Ado 1 mmol/L (group AK) or modified STS (K+ 5.9 mmol/L) plus Ado 1 mmol/L (group ANK).At the end of arrest, ATP levels of myocardium were higher in groups AK and ANK than in group C.The concentration of intracellular Na+, K+, Ca2+, Mg2+ had no change in groups AK and ANK, while Na+, Ca2+were increased and Mg2+decreased in group C.In groups AK and ANK, the ATP levels during reperfusion recovered to near baseline values but tended to be further depress in group C.These results suggest that Ado cardioplegia improves the myocardial energy metabolism and maintains intracelluar ion homeostasis.
, 百拇医药
Key words adenosine; cardioplegia; ion
腺苷(Adenosine，Ado)的生成及释放与活跃的心肌能量代谢及跨膜离子运动密切相关，据报道，Ado能增加晶体心肌保护液的心肌保护作用[1] 。于1993年7～9月，我们以离体大鼠工作心脏模拟体外循环，旨在探讨含Ado的心肌保护液对离体大鼠心肌ATP及离子含量的影响。
1 材料与方法
1.1 实验模型及程序
SD大鼠，体重220～250 g，参照Neely等[2] 方法建立离体工作心脏模型，8.3 kPa压力Langendorff逆行灌注37 ℃充以混合氧的K-H液，15 min后，左房插管转入工作状态，左房压1.56 kPa，左室对8.3 kPa后负荷做功，稳定10 min，关闭左房及主动脉插管，经主动脉根部以5.9 kPa压力灌注4 ℃心肌保护液，同时心脏表面冷生理盐水降温并维持心肌温度为15 ℃直至复灌，停搏期间，每30 min复灌相同心肌保护液1次，停搏120 min，开放主动脉插管，恢复逆灌15 min，转入工作状态30 min，为取得标本，各组均重复实验2次，分别于停搏120 min及复灌后10 min中止，切取心肌供检测。另取鼠8只，于停搏前中止，取心肌检测作停搏前对照值。
, 百拇医药
1.2 实验分组
随机分为3组(n＝8)，C组，对照组：St.Thoma'sⅡ(STS)为心肌保护液；AK组，Ado高钾组：STS+Ado 1 mmol/L; ANK组，Ado组：将STS中K+调整至与K-H液相同浓度(5.9 mmol/L)+Ado 1 mmol/L，以蔗糖平衡渗透压。
1.3 观察指标
①心肌ATP含量：停搏前、停搏120 min、复灌后10 min及工作30 min时，分别切取左室尖全层心肌50～80 mg，吸干水渍，迅速液氮冻存,测前称重，低温制作心肌匀浆并离心，取上清液，以荧光素酶法于生物发光仪上测定。②心肌离子含量：于上述相同时点，以LiCl 20 ml(4 ℃,150 mmol/L)从主动脉根部快速灌洗心脏[3]后， 取左室全层心肌100～150mg，测定时烘烤至恒重，于WYX-420型原子吸收分光光谱仪上测定Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量。
, 百拇医药
1.4 统计学处理
数据以
±s表示,均数间比较采用t检验，以P<0.05示差异有显著性。2 结果
2.1 ATP含量的变化
停搏末，各组ATP含量均有减少，含Ado的两组明显高于C组，后者随再灌注时间延长进一步降低，AK、ANK组逐渐恢复，两组间改变相似，见表1。表中A、B、C分别表示停搏120 min、复灌10 min、工作30 min时的含量。
表1 停搏及复灌后心肌ATP含量的变化(μmol/g，
±s), 百拇医药
组别
停搏前
A
B
C
C
4.16±0.27
3.22±0.21**
3.06±0.16**
2.67±0.15**
AK
4.16±0.27
, 百拇医药
3.55±0.34**#
3.78±0.27*##
3.65±0.22**##
ANK
4.16±0.27
3.63±0.31**#
3.81±0.24*##
3.61±0.24**##
与停搏前相比 *P<0.05，**P<0.01； 与C组相比 #P<0.05， ##P<0.01
, 百拇医药
2.2 离子含量的变化
停搏末，C组Na+、Ca2+明显增加伴Mg2+降低，再灌注10 min时上述改变更为明显。工作30 min时，Na+、Mg2+有所恢复，Ca2+仍持续增高。含Ado的两组停搏末及复灌后，各离子含量均能保持平稳。各组K+的改变均不明显，见表2～5。
表2 停搏及复灌后心肌Na+的变化(μmol/g，
±s)组别
停搏前
A
, 百拇医药
B
C
C
52.4±3.6
57.2±4.2*
74.4±5.6**
58.7±4.3*
AK
52.4±3.6
54.1±4.0
55.6±4.5##
, 百拇医药
54.8±4.5
ANK
52.4±3.6
55.2±4.2
54.9±3.4##
54.3±4.9
与停搏前相比 *P<0.05， **P<0.01； 与C组相比 ##P<0.01
表3 停搏及复灌后心肌K+的变化(μmol/g,
±s), http://www.100md.com 组别
停搏前
A
B
C
C
273.0±12.4
234.3±10.5
227.5±10.8
231.5±11.0
AK
273.0±12.4
232.5±14.7
, 百拇医药
231.7±13.4
238.5±11.9
ANK
273.0±12.4
239.7±12.1
240.4±11.7
237.2±12.4
表4 停搏及复灌后心肌Ca2+的变化(μmol/g，
±s)组别
停搏前
, 百拇医药
A
B
C
C
2.5±0.4
3.2±0.6*
5.1±0.8**
4.9±0.4**
AK
2.5±0.4
2.4±0.4##
2.6±0.4##
, 百拇医药
2.9±0.5##
ANK
2.5±0.4
2.4±0.3##
2.6±0.4##
2.9±0.5##
与停搏前相比*P<0.05， **P<0.01； 与C组相比 ##P<0.01
表5 停搏及复灌后心肌Mg2+的变化(μmol/g，
±s), http://www.100md.com
组别
停搏前
A
B
C
C
38.4±1.5
34.5±1.9**
32.7±1.7**
36.5±1.6*
AK
38.4±1.5
, 百拇医药
39.1±2.1##
38.3±2.4##
37.2±1.9
ANK
38.4±1.5
39.6±1.8##
38.3±2.0##
39.2±2.3#
与停搏前相比 *P<0.05， **P<0.01； 与C组相比 #P<0.05， ##P<0.01。
, 百拇医药
3 讨论
3.1 高钾与心肌ATP及离子含量的关系
心肌保护效果与细胞能量代谢及离子平衡密切相关。高K+灌注后，细胞外K+浓度急剧增高，介导Ca2+内流，不仅增加停搏期间心室壁张力和能量消耗，而且于再灌注期间促发一系列病理生理反应。停搏期间的能量生成不足或(和)消耗过多，累及细胞膜的稳定及跨膜离子梯度的维持；同时刺激无氧糖酵解增强，虽然能提供少量ATP，但伴有乳酸及H+的产生，通过H+-Na+及Na+-Ca2+交换，亦使细胞内Ca2+增高，构成再灌注损伤的主要环节。本实验中，C组于停搏末ATP含量显著降低，Na+、Ca2+增多及Mg2+丢失。再灌注10 min时上述改变尤为明显。可能与停搏期间ATP减少及酸性代谢产物堆积较多有关。近年来，镁对心血管的作用受到重视，Mg2+的丢失，对心肌能量代谢，第二信使调节及电生理活动等方面均构成不利影响。
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3.2 Ado与心肌ATP及离子含量的关系
心肌缺血缺氧及做功增强时，ATP大量降解，细胞间隙中Ado迅速增加，多方面地调整细胞的代谢及功能。Fiengan等[4] 于离体鼠心制备上比较系统地研究了Ado对缺血心肌能量代谢的影响，结果显示：Ado抑制缺血及复灌期间的糖酵解，明显减少缺血引起的乳酸产生增多，而且ATP储备高于对照组，提示Ado既能延缓缺血期间ATP的降解，又可减少乳酸及H+的产生。Ado对心肌细胞动作电位及跨膜离子运动的研究显示[5]：Ado增加膜对K+的通透性，促进4相K+外流，抑制L型通道Ca2+内流，下调钙通道数目，减少2相Ca2+内流。此外，Ado尚能抑制高K+介导的Ca2+内流。本实验中，停搏末AK和ANK组ATP含量较高，Na+、Ca2+明显低于C组，Mg2+的含量也保持平稳。
, 百拇医药
3.3 Ado与高K+的关系
从Ado与高K+对细胞K+跨膜运动来看，前者促进K+外流，后者阻止K+外流，两者合用时，可能会产生拮抗作用，然而，对单细胞膜片钳技术的研究显示[6]：Ado激活的是非时间依赖性的K+通道，其与内向整流K+通道不同，在超过平衡电位的去极化侧，K+也大量外流，因此，两者合用时，Ado也能促进K+外流，本实验中，我们仅仅探讨了Ado及高K+对心肌ATP及离子含量的影响，结果显示Ado加入STS中能改善心肌的能量储备，维持离子状态稳定，以Ado替代高K+的Ado液也能获得相同的结果。Ado与高K+同时存在对膜电位及心肌其它方面的作用和影响需进一步研究。
, 百拇医药 作者简介：卢成宝，男，1963年生，医学博士，副主任医师。
参考文献
1 Galinanes M,Hearse D J.Exogerous adenosine accelerates recovery of cardiac function and improvers coronary flow after long-term hypthermic storage and transplantation.J Thorac Cardiovasc Surg,1992, 104:151
2 Neely J R,Liebermeister H,Battersby E J et al.Effect of pressure development on oxygen consumption by isolated rat heart. Am J Physiol,1967,212:804
, 百拇医药
3 Daly M J,Elz J S,Nayler G W.Contracture and calcim paraox in the rat heart.Circ Res,1987,61:560
4 Finegan B A,Lopaschuk G D,Coulson C S et al. Adenosine alters glucose use during ischemia and reperfusion in isolated rat hearts. Circulation,1993,87:900
5 Lerman B B,Belardinelli L.Cardiac electrophysiology of adenosine.basic and clinical concepts.Circulation, 1991,83:1499
6 Belardinelli L,Gilles W, West A.Ionic mechanisms of adenosine actions in pacemaker cells from rabbit heart.J Physiol,1988,405:615
收稿日期：1997-08-06, http://www.100md.com