缺血预处理对离体兔心的保护作用
作者：张永科 张琦 李红 杨辰垣 马君志 郅兴义 张愔
单位：张永科 杨辰垣(同济医科大学附属协和医院心外科 武汉 430030)；张琦(郑州市中心医院麻醉科 郑州 450007)；李红 马君志 郅兴义 张愔(河南医科大学第一附属医院 郑州 450052)
关键词：缺血预处理；心肌保护；Langendroff灌注；心麻液；兔
河南医科大学学报000332 摘要 目的：探讨缺血预处理结合低温晶体心麻液对心肌叠加保护作用及机制。方法：20只健康成年家兔随机均分为2组，采用改良的Langendroff灌注模型，对照组(C)经历缺血120 min再灌注45 min；实验组(E)在缺血再灌注前用单次5 min缺血再灌注10 min预处理。用生物发光法测定心肌中ATP含量，用生理八道仪测定心功能指标，透射电镜观察心肌超微结构。结果：①再灌注期间E组心律失常发生率明显低于C组(P<0.01)；②实验结束观察心功能、生化、心肌能量代谢及心肌超微结构各项指标，E组明显优于C组(P<0.05)。结论：在低温晶体心麻液保护措施下，缺血预处理也具有对心肌的保护作用。
, 百拇医药
分类号 R654.2
The protective effects of ischemic preconditioning on vitro-rabbit hearts
ZHANG Yongke，YANG Chenyuan,(Department of Cardiothoracic Surgery,the Affiliated Xiehe Hospital of Tongji Medical University,Wuhan 430030)
ZHANG Qi,(Department of Anesthesilogy, the Central Hospital,Zhengzhou 450007)
LI Hong,MA Junzhi,ZHI Xingyi,ZHANG Yin
, 百拇医药
(Department of Anesthesilogy,the First Affiliated Hospital,Henan Medical University,Zhengzhou 450052)
Abstract Aim：To investigate the accumulatedly protective effects of ischemic preconditioning (IPC) in conjunction with hypothermic cardioplegia on vitro-rabbit hearts.Methods:Twenty rabbits were divided into two groups randomly.The Langendorff model was adopted in the present study.Control group(C) underwent 120-minute ischemia and 45-minute reperfusion.Experimental group (E) was induced with 1×IPC.Results:The incidence of arrhythmia during the period of reperfusion in group E was much lower than that in group C.The indices including cardial function,biochemistry,energic metabolism and cardial ultrastructure in group E were better than those in group C.Conclusion：IPC in combination with hypothermic cardioplegia has exactly cardioprotective effect.
, 百拇医药
Key words ischemic preconditioning;cardioprotection;Langendroff model;cardioplegia;rabbit
传统心脏直视手术中，人们常用外源性心肌保护方法，其效果没有突破性进展。1986年Murry等[1]首次发现心肌缺血预处理(Ischemic preconditioning,IPC)现象，为当今心肌保护提供了新思路。作者模拟心脏手术全心缺血复制IPC结合低温晶体心麻液灌注，观察对心功能、生化、能量代谢及心肌超微结构恢复的影响，以探讨IPC的心肌的保护效果及机制。
1 资料与方法
1.1 模型建立和实验程序 健康成年家兔20只，雌雄不拘，随机均分2组。对照组(C)Langendroff建立方法为：动物全身麻醉和肝素化后，正中开胸取心，在1～2 min内行主动脉插管，以7.8 kPa的压力和充以体积分数为95% O2+体积分数为5%CO2混合气体的K-H液(pH 7.4，37 ℃)作Langendroff逆行灌注，15 min后转入左心工作状态，左房压为1.96 kPa，左室对抗7.8 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 ℃ ST.Thomas Ⅱ号心麻液，同时心脏表面覆盖冰泥进行局部降温。每30 min复灌心麻液用量为首次1/2，保证心肌无电机械活动。停搏120 min，心肌温度维持在20 ℃直至复温。恢复Langendroff灌注40 min，转入工作状态5 min。实验全程中在心外膜固定电极，术中动态观察心脏停跳情况。实验组(E)在心脏灌注心麻液前，给以单次5 min缺血和10 min再灌注，其余实验程序同C组。
, 百拇医药
1.2 样本采集和检查方法 ①记录再灌注期间心律失常发生率。②心功能恢复情况：分别记录预处理前、再灌注末左室内压(pLVES、pLVED)，左室内压最大变化速率(±dp/dtmax)。以预处理前基础水平为100%，比较再灌注末心功能恢复的百分率(%)。③实验结束，取左室心肌100～200 mg冻存于-85℃低温冰箱，随后低温制作心肌匀浆液，离心取上清液，分别用二甲基亚砚-鲁米诺化学发光法、荧光素酶生物发光法、硫代巴比妥酸显色法、紫外线分光光度法测定心肌组织中SOD活力、ATP、LPO及CK-MB含量。④心肌超微结构观察：实验结束时在心尖固定部位取心肌组织常规方法超薄切片，用H-7500透射电镜观察并摄片。
1.3 统计处理 心律失常发生率采用直接概率检验。其余指标用
±s表示。组间比较用t检验，P<0.05为组间差异有显著性。
, 百拇医药
2 结果
2.1 缺血预处理对再灌注期间心律失常的影响 2组再灌注期间均有心律失常发生，主要表现为室性早搏、室性心动过速、心室纤颤。C组发生率为80%，且持续时间长，而E组为20%，多为一过性，未经处理迅速转为窦性，2组间差异有显著性(P<0.01)。
2.2 缺血预处理对心功能恢复率的影响 见表1。
表1 心肌缺血120 min
再灌注45 min心功能恢复率(±s，%) 组别
n
pLVES
, 百拇医药 pLVED
+dp/dtmax
-dp/dtmax
fh
对照组
10
72.2±5.8
156.4±22.0
74.1±7.3
75.0±6.2
86.2±4.5
, 百拇医药
实验组
10
78.6±7.9△
138.4±16.5△
86.8±8.4△
81.74.9△
92.1±3.1
与对照组相比，△P<0.05
2.3 心肌组织中SOD、LPO、CK-MB及ATP变化 见表2。
表2 心肌组织SOD活力、LPO、CK-MB及ATP含量(±s) 组别
, 百拇医药
n
SOD活力/
(u.g-1)
LPO/
(nmol.g-1)
CK-MB/
(u.g-1)
ATP/
(nmol.g-1)
对照组
, 百拇医药
10
129.2±20.6
126.9±26.7
106.6±20.3
3.9±0.41
实验组
10
164.9±18.4△
94.8±17.4▲
182.0±29.6▲
4.7±0.65△
, http://www.100md.com
与对照组相比，△ P<0.05；▲ P<0.01
2.4 心肌超微结构改变 C组：线粒体高度肿胀，排列紊乱，基质丢失，内嵴普遍改变和液化，大部分空泡形成；肌原纤维高度肿胀，排列紊乱，大部分断裂溶解，各带较模糊。E组：个别线粒体轻度肿胀，排列较整齐，可见少部分嵴断裂和空泡形成；肌原纤维无明显断裂和溶解。
3 讨论
缺血预处理(IPC)即在长时间缺血前给予几次短暂缺血处理，此方法能诱发心肌产生内源性保护机制以抵抗随后长时间缺血[2]。这一理论的提出为防止缺血再灌注损伤开拓了一个新的研究领域，并成为近几年来关注的热点，但诸多报道主要侧重于常温局部缺血条件下研究，并从某一侧面观察其效果。作者在模拟临床环境中实验结果表明，IPC结合低温晶体心麻液对心肌保护作用呈叠加现象，表现在E组缺血再灌注心律失常发生率下降，心功能恢复良好，心肌超微结构损伤较轻，能量储备也较为理想。
, 百拇医药
有关IPC对心肌保护机制众说纷纭，可能有以下几方面。①启动心肌内源性介质(腺苷、降钙素基因相关肽等)激活蛋白激酶C(PKC)共同信号传导通路，使K+-ATP依赖性通道开放，细胞膜超极化，缩短了动作电位时程，限制了Na+-Ca2+交换，抑制了Ca2+内流，使胞内Ca2+/Mg2+浓度降低，从而延缓细胞凋亡[3]。②Bell等[4]研究指出IPC激活心脏微循环系统的血管生长因子(VEGF)，活化NO合成酶(iNOS)从而促进NO释放，抑制白细胞在心肌组织粘附和浸润，减少心肌细胞坏死[5]。③IPC使心肌细胞对能量的利用从不重要细胞活动转移到更关键离子梯度维持[6]。④最近有学者研究发现IPC通过腺苷降低巨噬细胞产生肿瘤坏死因子(TNF-a)的多向性，从而降低TNF-a介导的缺血再灌注损伤[7]。IPC具有潜在的应用前景，若在心脏手术中有规则实施缺血预处理，将可能有益于术后心功能恢复和低排综合征的预防。
, 百拇医药
研究方向：冠脉搭桥，心脏移植
作者简介：张永科，男，32岁，博士，参考文献
[1]Murry CE,Jenning RB,Reimer KA,et al.Preconditioning with ischemia:delay of lethal cell injury in ischemic myocardium. Circulation,1986,74:1 124
[2]Marc F,Janier,Jean-Lous J,et al.Ischemic preconditioning stimulates anaeroblic glycolysis in the isolated rabbit hearts.Am J Physiol,1994,267:H1 353
[3]Olafson B,Forman MB.Reduction of reperfusion injury in the canine preparation by intracoronary adenosine:importance of the endothetium and the no-reflow phenomenon.Circulation,1987,76:113
, 百拇医药
[4]Bell D,Schlater KD,Zhou XJ,et al.Protein Kinase C-mediated preconditioning of cardiac myocyte.Am J physial,1997，24：273
[5]Lang BT.The effect of ischemic preconditioning on postischemic leukocyte adhesion:role of nitric oxide.J mol cell cardiol,1995,27:2 433
[6]Van wylen DG.Effect of ischemic preconditioning on interstitial purine metabolite and lactate accumulation during myocardial ischemia.Circulation,1996,89:2 283
[7]David R,Charles AE.Ischemic preconditioning decrease postichemic myocardial Tumor Necrosis Factor-a production:potential ultimate effector mechanism of preconditioning.Circulation,19(supplⅡ)：210
1999-11-24收稿, http://www.100md.com
单位：张永科 杨辰垣(同济医科大学附属协和医院心外科 武汉 430030)；张琦(郑州市中心医院麻醉科 郑州 450007)；李红 马君志 郅兴义 张愔(河南医科大学第一附属医院 郑州 450052)
关键词：缺血预处理；心肌保护；Langendroff灌注；心麻液；兔
河南医科大学学报000332 摘要 目的：探讨缺血预处理结合低温晶体心麻液对心肌叠加保护作用及机制。方法：20只健康成年家兔随机均分为2组，采用改良的Langendroff灌注模型，对照组(C)经历缺血120 min再灌注45 min；实验组(E)在缺血再灌注前用单次5 min缺血再灌注10 min预处理。用生物发光法测定心肌中ATP含量，用生理八道仪测定心功能指标，透射电镜观察心肌超微结构。结果：①再灌注期间E组心律失常发生率明显低于C组(P<0.01)；②实验结束观察心功能、生化、心肌能量代谢及心肌超微结构各项指标，E组明显优于C组(P<0.05)。结论：在低温晶体心麻液保护措施下，缺血预处理也具有对心肌的保护作用。
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The protective effects of ischemic preconditioning on vitro-rabbit hearts
ZHANG Yongke，YANG Chenyuan,(Department of Cardiothoracic Surgery,the Affiliated Xiehe Hospital of Tongji Medical University,Wuhan 430030)
ZHANG Qi,(Department of Anesthesilogy, the Central Hospital,Zhengzhou 450007)
LI Hong,MA Junzhi,ZHI Xingyi,ZHANG Yin
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(Department of Anesthesilogy,the First Affiliated Hospital,Henan Medical University,Zhengzhou 450052)
Abstract Aim：To investigate the accumulatedly protective effects of ischemic preconditioning (IPC) in conjunction with hypothermic cardioplegia on vitro-rabbit hearts.Methods:Twenty rabbits were divided into two groups randomly.The Langendorff model was adopted in the present study.Control group(C) underwent 120-minute ischemia and 45-minute reperfusion.Experimental group (E) was induced with 1×IPC.Results:The incidence of arrhythmia during the period of reperfusion in group E was much lower than that in group C.The indices including cardial function,biochemistry,energic metabolism and cardial ultrastructure in group E were better than those in group C.Conclusion：IPC in combination with hypothermic cardioplegia has exactly cardioprotective effect.
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Key words ischemic preconditioning;cardioprotection;Langendroff model;cardioplegia;rabbit
传统心脏直视手术中，人们常用外源性心肌保护方法，其效果没有突破性进展。1986年Murry等[1]首次发现心肌缺血预处理(Ischemic preconditioning,IPC)现象，为当今心肌保护提供了新思路。作者模拟心脏手术全心缺血复制IPC结合低温晶体心麻液灌注，观察对心功能、生化、能量代谢及心肌超微结构恢复的影响，以探讨IPC的心肌的保护效果及机制。
1 资料与方法
1.1 模型建立和实验程序 健康成年家兔20只，雌雄不拘，随机均分2组。对照组(C)Langendroff建立方法为：动物全身麻醉和肝素化后，正中开胸取心，在1～2 min内行主动脉插管，以7.8 kPa的压力和充以体积分数为95% O2+体积分数为5%CO2混合气体的K-H液(pH 7.4，37 ℃)作Langendroff逆行灌注，15 min后转入左心工作状态，左房压为1.96 kPa，左室对抗7.8 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 ℃ ST.Thomas Ⅱ号心麻液，同时心脏表面覆盖冰泥进行局部降温。每30 min复灌心麻液用量为首次1/2，保证心肌无电机械活动。停搏120 min，心肌温度维持在20 ℃直至复温。恢复Langendroff灌注40 min，转入工作状态5 min。实验全程中在心外膜固定电极，术中动态观察心脏停跳情况。实验组(E)在心脏灌注心麻液前，给以单次5 min缺血和10 min再灌注，其余实验程序同C组。
, 百拇医药
1.2 样本采集和检查方法 ①记录再灌注期间心律失常发生率。②心功能恢复情况：分别记录预处理前、再灌注末左室内压(pLVES、pLVED)，左室内压最大变化速率(±dp/dtmax)。以预处理前基础水平为100%，比较再灌注末心功能恢复的百分率(%)。③实验结束，取左室心肌100～200 mg冻存于-85℃低温冰箱，随后低温制作心肌匀浆液，离心取上清液，分别用二甲基亚砚-鲁米诺化学发光法、荧光素酶生物发光法、硫代巴比妥酸显色法、紫外线分光光度法测定心肌组织中SOD活力、ATP、LPO及CK-MB含量。④心肌超微结构观察：实验结束时在心尖固定部位取心肌组织常规方法超薄切片，用H-7500透射电镜观察并摄片。
1.3 统计处理 心律失常发生率采用直接概率检验。其余指标用
±s表示。组间比较用t检验，P<0.05为组间差异有显著性。, 百拇医药
2 结果
2.1 缺血预处理对再灌注期间心律失常的影响 2组再灌注期间均有心律失常发生，主要表现为室性早搏、室性心动过速、心室纤颤。C组发生率为80%，且持续时间长，而E组为20%，多为一过性，未经处理迅速转为窦性，2组间差异有显著性(P<0.01)。
2.2 缺血预处理对心功能恢复率的影响 见表1。
表1 心肌缺血120 min
再灌注45 min心功能恢复率(
±s，%) 组别n
pLVES
, 百拇医药 pLVED
+dp/dtmax
-dp/dtmax
fh
对照组
10
72.2±5.8
156.4±22.0
74.1±7.3
75.0±6.2
86.2±4.5
, 百拇医药
实验组
10
78.6±7.9△
138.4±16.5△
86.8±8.4△
81.74.9△
92.1±3.1
与对照组相比，△P<0.05
2.3 心肌组织中SOD、LPO、CK-MB及ATP变化 见表2。
表2 心肌组织SOD活力、LPO、CK-MB及ATP含量(
±s) 组别, 百拇医药
n
SOD活力/
(u.g-1)
LPO/
(nmol.g-1)
CK-MB/
(u.g-1)
ATP/
(nmol.g-1)
对照组
, 百拇医药
10
129.2±20.6
126.9±26.7
106.6±20.3
3.9±0.41
实验组
10
164.9±18.4△
94.8±17.4▲
182.0±29.6▲
4.7±0.65△
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与对照组相比，△ P<0.05；▲ P<0.01
2.4 心肌超微结构改变 C组：线粒体高度肿胀，排列紊乱，基质丢失，内嵴普遍改变和液化，大部分空泡形成；肌原纤维高度肿胀，排列紊乱，大部分断裂溶解，各带较模糊。E组：个别线粒体轻度肿胀，排列较整齐，可见少部分嵴断裂和空泡形成；肌原纤维无明显断裂和溶解。
3 讨论
缺血预处理(IPC)即在长时间缺血前给予几次短暂缺血处理，此方法能诱发心肌产生内源性保护机制以抵抗随后长时间缺血[2]。这一理论的提出为防止缺血再灌注损伤开拓了一个新的研究领域，并成为近几年来关注的热点，但诸多报道主要侧重于常温局部缺血条件下研究，并从某一侧面观察其效果。作者在模拟临床环境中实验结果表明，IPC结合低温晶体心麻液对心肌保护作用呈叠加现象，表现在E组缺血再灌注心律失常发生率下降，心功能恢复良好，心肌超微结构损伤较轻，能量储备也较为理想。
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有关IPC对心肌保护机制众说纷纭，可能有以下几方面。①启动心肌内源性介质(腺苷、降钙素基因相关肽等)激活蛋白激酶C(PKC)共同信号传导通路，使K+-ATP依赖性通道开放，细胞膜超极化，缩短了动作电位时程，限制了Na+-Ca2+交换，抑制了Ca2+内流，使胞内Ca2+/Mg2+浓度降低，从而延缓细胞凋亡[3]。②Bell等[4]研究指出IPC激活心脏微循环系统的血管生长因子(VEGF)，活化NO合成酶(iNOS)从而促进NO释放，抑制白细胞在心肌组织粘附和浸润，减少心肌细胞坏死[5]。③IPC使心肌细胞对能量的利用从不重要细胞活动转移到更关键离子梯度维持[6]。④最近有学者研究发现IPC通过腺苷降低巨噬细胞产生肿瘤坏死因子(TNF-a)的多向性，从而降低TNF-a介导的缺血再灌注损伤[7]。IPC具有潜在的应用前景，若在心脏手术中有规则实施缺血预处理，将可能有益于术后心功能恢复和低排综合征的预防。
, 百拇医药
研究方向：冠脉搭桥，心脏移植
作者简介：张永科，男，32岁，博士，参考文献
[1]Murry CE,Jenning RB,Reimer KA,et al.Preconditioning with ischemia:delay of lethal cell injury in ischemic myocardium. Circulation,1986,74:1 124
[2]Marc F,Janier,Jean-Lous J,et al.Ischemic preconditioning stimulates anaeroblic glycolysis in the isolated rabbit hearts.Am J Physiol,1994,267:H1 353
[3]Olafson B,Forman MB.Reduction of reperfusion injury in the canine preparation by intracoronary adenosine:importance of the endothetium and the no-reflow phenomenon.Circulation,1987,76:113
, 百拇医药
[4]Bell D,Schlater KD,Zhou XJ,et al.Protein Kinase C-mediated preconditioning of cardiac myocyte.Am J physial,1997，24：273
[5]Lang BT.The effect of ischemic preconditioning on postischemic leukocyte adhesion:role of nitric oxide.J mol cell cardiol,1995,27:2 433
[6]Van wylen DG.Effect of ischemic preconditioning on interstitial purine metabolite and lactate accumulation during myocardial ischemia.Circulation,1996,89:2 283
[7]David R,Charles AE.Ischemic preconditioning decrease postichemic myocardial Tumor Necrosis Factor-a production:potential ultimate effector mechanism of preconditioning.Circulation,19(supplⅡ)：210
1999-11-24收稿, http://www.100md.com