三磷酸腺苷敏感性钾通道开放剂与心脏保存液

三磷酸腺苷敏感性钾通道开放剂与心脏保存液 三磷酸腺苷敏感性钾通道开放剂与心脏保 存液 ?关键词?  三磷酸腺苷     关键词:心脏移植,心肌保护,三 磷酸腺苷,钾通道开放剂                                               20世纪80年代以来～心脏移植在世界范围内得到广 泛开展。在心脏移植手术中～供心长时间缺血缺氧期间～心 功能的保护和再灌注损伤的减轻与避免至关重要～直接关系 着手术的成功与否。目前～移植心脏冷缺血保存被限制在 4~6h～其有效保存很大程度上取决于保存液和保存温度。因 此有必要对移植心脏保存液进行改进～提高心肌保护效果～ 延长供心保存时间～解决当前供心日益缺乏的矛盾。三磷酸 腺苷,ATP,敏感性钾通道开放剂,PCOs,是目前心肌保护 效果趋于理想化研究的一个热点～其保存液有望能满足移植 供心长时间,超过公认时间5h,低温保存的有效性。本文就 此作一探讨。 1  ATP敏感性钾通道及其开放剂     〖HT5SS〗ATP敏感性钾通道,KATPC,是一种受细胞内ATP浓度调节启闭的钾离子通道。细胞内生理浓度的ATP抑制其开放～而当细胞内ATP浓度下降到某一水平时则被激活。KATPC存在于胰腺β细胞、心肌、骨骼肌、平滑肌、中枢及周围神经系统中～可能参与细胞兴奋与细胞内代谢间的信息传递～并与各种细胞功能有关。如:激素分泌、血管扩张、心肌细胞动作电位平台期缩短、骨骼肌细胞兴奋性、神经递质的释放等。 PCOs是一类特异性增强细胞膜对K+通透性的化合物。主要药物有:二氮嗪,Diazoxide,, 尼可地尔(Nicorandil), 阿普卡林,Aprikalim,,匹那地尔,Pinacidil,等。它们能在较高浓度ATP的情况下～促使KATPC经过G蛋白耦联和磷酸化途径激活～从而产生相应的生理作用。 2 ATP敏感性钾通道开放剂的研究现状 PCOs已被大量实验证实在各种类型的心肌缺〖HT5” SS〗〖CD10〗〖HT5”H〗 〖HT5SS〗血模型中具有心肌保护作用～表现为在局部或全心缺血时能够保存心室肌功能和高能磷酸化合物～减小缺血后的梗塞面积～并在缺血性预处理的保护机制中起重要作用,1,。因而学者们开始将其应用于心肌停搏液及保存液中～引起心脏超极化停搏和延时有效的保存。1993年Cohen等,2,认为PCOs可使心肌细胞停留在可逆的超极化状态,一种自然的接近静息电位的静息状态,～使心肌细胞无兴奋性～直至再灌注时冲掉PCOs～同时使缺血期间心肌维持在最小的代谢状态～保护了细胞跨膜离子梯度、胞内的能量储备及细胞的完整性。由于心肌细胞动作电位,APD,的缩短～减少了缺血期Ca2+内流～预防Ca2+超载～缓解再灌注损伤,同时PCOs有扩张冠状动脉的作用～可使停搏液分布更合理。膜超极化接近心脏天然静息状态～使心肌缺血时间安全延长～是一种简便易行的心肌保护手段。自从Murry等,3,首次提出缺血性预处理,IPC,的保护作用～1994年Yao等,4,研究认为IPC与内源性腺苷释放并使KATPC激活有关。IPC对心肌的保护作用可以被PCOs复制。二者均使心脏对缺血的耐受性增强～说明KATPC开放确实有助于IPC引起的心肌保护。1997年Garlid等,5,首次研究发现线粒体KATPC可能 是PCOs心肌保护作用的效应器。但最近研究表明两种KATPC 都参与IPC心肌保护作用。Toyoda等,6,研究认为线粒体KATPC主要在缺血期间介导处理抗心肌梗死作用,而胞膜KATPC主要参与改善心功能的恢复。究竟是线粒体KATPC还是胞膜KATPC或者两种KATPC 都起到心肌保护作用是目前研究的焦点。此外～PCOs与心肌缺血预处理和钙预处理关系的研究,PCOs对心肌顿抑作用和心肌梗塞的研究,PCOs停搏液作用机理的研究等也正在不断的深入。近年来研究提出通过线粒体KATPC分子克隆进行更深入的生物特性研究～可以更好的认识停搏液与保存液的保护作用机理～并将指导临床防治发挥重要作用。〖HS2〗 3 心脏保存液的研究现状     〖HT5SS〗目前常用的心脏保存液主要有UW液、HTK液、Celsior液、EuroCollins液和STH液等。根据其成分不同可分为:仿细胞内液型、仿细胞外液型、血浆类似液、载氧保存液和非体液型保存液。仿细胞外液型冷停搏液保存心脏～移植后的心脏均有不同程度的心功能降低而需正性肌力药物支持,仿细胞内液型冷停搏液的极度高钾可引起心肌坏死。但对其进行改良后～临床证实仿细胞内液型保存液,如UW液,保存效果要明显优于仿细胞外液型 保存液。UW液已被认为是肝、肾、胰的标准保存液。UW液对心脏的有效保存时间并未能延长至6h以上。Pankaj等,7,研究发现UW液在中低温度下保存心脏时可引起冠状动脉血管内皮损伤～说明UW液仍存在不少缺陷～诸如其粘度高～处理与检测不便等。这就促使人们去寻求新的性价比更高的保存液。Saitoh-Y等,8,研究表明HTK液保存心脏的效果优于UW 液～对保存和灌注期间的冠脉系统具有保护作用。HTK液可减轻心肌损伤～加快心功能恢复。其主要改进方面是采用了一种组胺酸/组胺酸盐的强大缓冲系统～可防止内皮细胞肿胀和抑制缺血引起的组织酸中毒。此外HTK液粘度低～易于扩散至组织间隙～也易于在短时间内使器官降温～减轻心肌损伤,9,。截止1997年底～世界上40多个医疗中心常规应用HTK液进行开心手术约210,000例。德国及其它欧洲移植中心应用HTK液进行心脏移植约400例。心脏冷缺血保存4~8h,最长为18h,是安全的,10,。HTK液是一种效果肯定的心肌保存液～已被成功地应用于临床～具有很好的发展前景。Celsior液是现在唯一的一种高钠低钾保存液,11,。它能明显减轻细胞水肿～防止细胞内酸中毒～局限间质水肿～防止氧自由基损伤～提供能量合成底物等～目前在临床上仅用于心脏保存～但价格十分昂贵。中药在心脏保存的应用研究近来也有报道～如陈氏等,12,对人参皂甙的研究表明:人参皂甙有促进心功能恢复的作用。此外PCOs 应用于心脏保存液中的研究也甚多。 4 PCOs在心脏保存液中应用的研究 1     〖HT5SS〗Belzer于1988年提出～一种恰当而有效的保存液须具备以下六项要求:?使低温导致的细胞水肿减至最少,?能防止细胞内酸中毒,?能阻止细胞间隙在灌注期间的扩大,?防止氧自由基造成的损伤,?提供再灌注期间产生高能磷酸化合物的底物,?保持细胞内环境的稳定。目前临床上应用的保存液大多数是高钾去极化保存液～靠高钾产生去极化停搏并维持其静息状态。高钾停搏液虽然可以起到良好的心肌麻痹保护作用～但尚不够理想～临床应用与基础研究均发现高钾停搏液可引起心脏收缩功能下降、传导障碍、离子跨膜流异常、细胞水肿等不良后果,13,。Chambers等,14,研究表明心肌细胞在去极化状态下会产生“窗流”、Na+-Ca2+交换等～启动离子泵～消耗能量～终致钙超载、血管内皮损伤等～造成心肌顿抑、缺血再灌注损伤等～对心肌保护极为不利。超极化停搏是近年来心肌保护研究的焦点。1996年Kwansong Ku等,15,在HTK液中加入尼可地尔,Nicorandil,～4?保存鼠心12h后～心功能恢复较好～心肌酶漏出较少～说明HTK液中加入 Nicorandil后具有比HTK 液更好地心肌保存效果。Dorman等,16,实验发现:与高钾停搏液相比～加用PCOs,Aprikalim,可以保护心肌细胞的收缩力～并减轻高钾停搏液所致的细胞内钙超载。提示超极化停搏液优于去极化停搏液。Lawton等,17~19,实验比较了Pinacidil、Nicorandil及STH液～发现三者心脏保护效果相当。但Pinacidil组心脏的机械活动时间和电活动时间比STH液组长～且复灌后心肌氧耗量和心肌含水量增加,而Nicorandil产生心肌停搏时间与高钾停搏液一致～且没有其它PCOs表现出来的毒性作用。Hoenicke等,20,将不同浓度的PCOs,Pinacidil,添加到KH液中～与UW液及STH液对比研究。结果显示PCOs长时间保存离体心脏的效果与STH液相同～次于UW液。然王氏等,21,研究认为在KH液中加入100μmol/L的Nicorandil～其保存效果超过STH液～达到了与UW液相当的水平。Nicorandil对心脏保护作用的机制可能是减少Na+-Ca2+交换～降低细胞内Ca2+浓度～减轻了钙超载。值得注意的是KH液只是一种缓冲液～没有心肌保护作用～UW液的效果取决于其所含的多种有效物质。若给Nicorandil保存液中加入其他限制水肿、胶体和自由基清除剂等成分时～效果可能会更好。PCOs在心脏保存液中应用已成为目前研究的焦点。诸多研究表明不同PCOs以及不同浓度的PCOs对心肌的保护作用不尽相同～PCOs的研究还需逐步深入。〖JP2〗但PCOs 对心肌的保护作用是肯定的～在心脏保存领域中的应用～是 研制保存液的新途径～有望满足移植供心长时间低温保存～ 解决供心短缺的矛盾。其优点表现在:?提供心肌代谢更理 想的条件,?避免去极化时产生损伤性离子流动,?能对左 室收缩功能提供明显的保护。但其机制尚须进一步研究～更 好地为临床应用提供直接证据。 参考文献:                                        ,1,管玉龙,龙村. 超极化停搏液研究进展,J,.心 肺血管病杂志, 2002,21 ,3,:189-190.                                       ,2,Cohen NM, Wise RM, Wechsler AS, et al. Elective cardiac arrest with a hyperpolarizing adenosine triphosphate-sensitive potassium channel opener ,J,. J Thorac Cardiovasc Surg, 1993,106:317-328.                                       ,3,Murry CE, Jennings RB, Reimer KA. Preconditioning with ischemia: a delay of lethal cell injury in ischemia myocardium ,J,. Circulation, 1986,74:1124-1136.                                       ,4,Yao Z, Gross GJ. Acomparison of adenosine-induced cardioprotection and ischemia preconditioning in dogs ,J,. Circulation, 1994,89:1229-1236.                              &n bsp;         ,5, Garid KD, Paucek P, Yarov-Yarovoy V, et al. Cardioprotective effect of diazoxide and its interaction with mitochondrial ATP-sensitive K+ channels. Possible mechanism of cardioprotection,J,. Circ Res, 1997,81:1072-1082.                                      ,6,Toyoda Y, Frichs I, Parker RA, et al. Differential role of sarcolemmal and mitochondrial KATP channels in adenosine enhanced ischemic preconditioning,J,. Am J Physiol, 2000,279:H2694-2703.                              &nbs p;        ,7,Pankaj M, Zdenek Slavik, Magdi Yacoub. Endothelial dysfunction caused University of Wisconsin preservation in the rat heart,J,. J Thorc Cardiovasc Surg, 1992,104(2): 1618-1624.                                       ,8,Saitoh-Y, Hashimoto-M, Ku-K, et al. Heart preservation in HTK solution: role of coronary vasculature in recovery of cardiac function ,J,. Ann Thorac Surg, 2000,69(1): 107-112.                                       ,9, Rauen U, Reuter I, Fucks A, et al. Oxygenfree radicalmediated injury to cultured rat hepatocytes during cold incubation in preservation solution,J,. Hepatology, 1997,26(1): 351-356.                                       ,10,孙备, 曲欣, 姜洪池. HTK器官保存液及其研 究近况,J,. 中华器官移植杂志, 2000,21(6):377-378.                                       ,11,赵子粼,张云生,俞金龙,等. 肝移植用保存液 ,J,. 世界华人消化杂志, 2001,9(1):77-79.              &n bsp;                         ,12,陈龙,张宝仁,郭卫星. 人参皂甙增强心脏停搏 液对离体大鼠心肌的保护作用,J,. 第二军医大学学 报,1992,13(6):527-531.                   & nbsp;                   ,13,Christopher T, Ducko, MD,Edward R, et al. Potassium channel openers: are they effective as pre-treatment or additives to cardioplegia ,J,? Ann Thorac Surg, 2000,69:1363-1368.                                      ,14,Chambers DJ, Hearse DJ. Developments in cardioprotection: "Polarized" arrest as an alternative to "Depolarized " arrest,J,. Ann Thorac Surg, 1999,68: 1960-1966.                                        ,15,Gu K, Kin S, Saiton Y, et al. The HTK soution with Nicorandil can improve function after simple cold storage ,J,. Transplantation Proceedings, 1996,28:77-79.                                    ,16,Dorman BH. Hebbar L, Hinton RB, et al. Preservation of myocyte contractile function after hyperthermic cardioplegic arrest by activation of ATP-sensitive potassium channels ,J,. Circulation, 1997,96:2376-2384.                                       ,17,Hoenicke-EM, Peterseim-DS, Ducko-CT, et al. Donor heart preservation with the potassium channel opener pinacidil: comparison with University of Wisconsin and St.Thomas' solution ,J,. J Heart Lung Transplant, 2000,19(3): 286-297.                                       ,18,Jayawant AM, Lawton JS, Hsia PW, et al. Hyperpolarized cardioplegic arrest with nicorandil: advantages over other potassium channel openers,J,. Circulation, 1997,96(suppl ?): 240-246.                          & nbsp;          ,19,Lawton JS, Hsia PW, Damiano RJJr. The adenosine-triphosphate-sensitive potassium channel opener pinacidil is effective in blood cardioplegia ,J,. Ann Thorac Surg, 1998,66:768-773. ,20,Jayawant AM, Damiano RJJr. The superiority of pinacidil over adenosine cardioplegia in blood perfused isolated heart ,J,. Ann Thorac Surg, 1998,66:1329-1336.&nb sp;                                      ,21,王克学,梁志强,刘志永,等. 尼可地尔超极化 心脏保存液保存兔心地效果,J,. 中华器官移植杂志, 2002,23(1):21-23.