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编号:10239521
大鼠心肌缺血预适应对心肌缺血-再灌注损伤的保护作用及ATP敏感钾通道的作用
http://www.100md.com 《第一军医大学学报》 1999年第4期
     作者:欧阳伟 钱学贤 付向阳 李志梁 王素华

    单位:第一军医大学珠江医院心内科,广州,510282

    关键词:缺血预适应;心肌保护;ATP敏感钾通道;缺血/再灌注损伤

    第一军医大学学报990411 摘要:目的 本研究旨在确定在完整大鼠模型中,心肌缺血预适应是否具有心肌保护作用,且这种保护作用是否由KATP通道介导。方法 将48只大鼠随机分为4组:对照组、IPC组、优降糖+IPC组和优降糖组。所有动物均接受30 min缺血/2 h再灌注。预适应方案由3次5 min缺血/5 min再灌注组成。梗塞大小由硝基四唑氮蓝染色判定,并以坏死区占危险区的百分率表示。结果 IPC几乎完全抑制了缺血/再灌注所致的室性心律失常的发生,但这种保护作用不能被KATP通道阻滞剂优降糖所阻断。IPC也能显著缩小缺血/再灌注后的心肌梗塞范围,且这种作用能被优降糖完全取消。结论 IPC的心肌保护作用是由KATP介导的。
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    中图分类号:R541.4

    Protective effects of cardiac ischemic preconditioning against myocardial ischemia-reperfusion injury and role of ATP-sensitive potassium channels in the effect in rat

    Ou-Yang Wei,Qian Xuexian,Fu Xiangyang,Li Zhiliang,Wang Suhua

    (Department of Cardiology,Zhujiang Hospital,First Military Medical University,Guangzhou,510282)

    Abstract:Objective To investigate whether the myocardial ischemic preconditioning (IPC) has cardioprotective effect and the effect is mediated by ATP-sensitive potassium channels (KATP).Method Forty-eighty rats were subjected to 30 min of local ischemia followed by 2 h of reperfusion.The preconditioning protocol consisted of 3 cycles of 5 min of local ischemia and 3 cycles of 5 min of reperfusion.The infarct size was measured by nitroblue tetrazolium staining.Result IPC almost completely abolished ischemia- and reperfusion-induced ventricular arrhythmias,which failed to be blocked by glibenclamide.IPC also resulted in marked reduction in infarct size,which was completely abolished by glibenclamide.Conclusion KATP is involved in IPC-induced cardioprotection in the intact rat heart.
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    Key words:ischemic preconditioning;myocardial protection;ATP-sensitive potassium channels;Ischemia-reperfusion injury

    自从Murry等[1]1986年在犬缺血/再灌注模型中首先发现心肌缺血预适应(Ischemic precon ditioning,IPC)具有心肌保护作用以来,在犬、兔、猪、大鼠、人等中进行的大量研究均证实了这种现象的存在[2],但IPC的作用机理迄今尚未完全阐明。有研究表明,在犬、兔等模型中,ATP敏感钾通道(KATP)在IPC中起重要作用[3],但在完整大鼠模型中,KATP激活在其中的作用尚有争议[4]。本文旨在研究在完整大鼠模型中,IPC是否具有心肌保护作用以及其保护作用是否由KATP介导。
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    1 材料与方法

    1.1 材料 健康雄性SD大鼠,体重284.1±22.3(250~350)g,由第一军医大学动物中心提供;硝基四唑氮兰(NBT)为Serva产品;优降糖(GLI,用10%吐温-80和无水酒精溶解)和伊文思蓝均为Sigma产品;DH-140B动物人工呼吸机由渐江医科大学医学仪器实验厂提供;LH-662型传感器调理仪由南京隆海科技实业公司提供;NSA-III型信号传导处理系统由海军神经生物学研究中心提供。

    1.2 方法

    1.2.1 动物模型的制作 详见参考文献[5]。

    1.2.2 实验设计 将48只SD大鼠随机分为4组。对照组:先行3次5 min假性缺血/再灌注(仅穿线不结扎),然后行30 min缺血/2 h再灌注。首次假性缺血前30 min静脉注射溶解优降糖的溶质。IPC组:先行3次5 min缺血/再灌注,以后同对照组。GLI+IPC组:先行3次5 min缺血/再灌注,然后行30 min缺血/2 h再灌注,首次缺血前30 min静脉注射优降糖(0.3 mg/kg)。GLI组:先行3次5min假性缺血/再灌注,以后同GLI+IPC组。
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    对照组、GLI+IPC组和GLI组在给药前、持续缺血前即刻、缺血末和再灌注末分别用Backman自动生化分析仪测定血糖。

    1.2.3 梗塞大小的测定 用伊文思蓝+NBT双重染色[5] ,用称重法[6]测量梗塞大小。梗塞大小用坏死区(IS)在危险区(AAR)中所占的百分比表示。

    1.2.4 心律失常的记录和分析 用生理信号处理系统中的心电描记软件持续记录心电图,将缺血前5min、持续缺血和再灌注时的心电变化分段(每段320 s)储存在电脑中。以后用该系统中的信号处理软件分段统计VF或VT的发生频率、开始时间、持续时间和发生次数。VF或VT的诊断根据Lambeth Conventions所拟定的标准确定[7]

    1.2.5 统计学处理 所有结果用±s表示。两组均值的比较用非配对t检验。两组以上的均值比较用随机设计的方差分析+q检验。率的比较用四表格的确切概率法。当P<0.05时,即认为有统计学上的显著性差异。
, 百拇医药
    2 结果

    2.1 血压和心率变化 4组大鼠持续缺血前、再灌注前和再灌注末时的平均动脉压和心率与相应的基础值相比均无显著性差别。

    2.2 血糖的变化 从表1可以看出,对照组在4个测定值中的血糖之间均无显著性差异,但在GLI+IPC组和GLI组时的缺血末和再灌注末时的血糖均较相应基础值显著性降低(P<0.01)。

    表1 血糖(g/L)

    Tab.1 Blood glucose (g/L) (Mean±SD)

    Control

    GLI+IPC

    GLI

, 百拇医药     Baseline

    1.22±0.17

    1.19±0.12

    1.23±0.14

    Pre-ischemia

    1.25±0.15

    1.10±0.14

    1.18±0.17

    End-ischemia

    1.25±0.24

    0.75±0.08*
, 百拇医药
    0.70±0.09*

    End-reperfusion

    1.19±0.14

    0.68±0.09*

    0.65±0.09*

    *P<0.01 vs baseline

    2.3 缺血所致的室性心律失常变化 从表2可以看出,在持续缺血所致的VF或VT中,与对照组相比,IPC几乎完全抑制了室性心律失常的发生。预先用优降糖不能取消上述作用。优降糖本身对室性心律失常无影响。

    表2 30 min缺血时的室性心律失常
, 百拇医药
    Tab.2 Ventricular arrhythmias during 30 min occlusion

    Control

    IPC

    GLI+IPC

    GLI

    VF

    Frequency(%)

    100

    0**

    8**

    92
, 百拇医药
    Onsect(min)

    9±2

    -

    -

    9±2

    Duration(sec)

    43±14

    -

    -

    44±13

    No.

    14±8

    -
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    -

    12±7

    VT

    Frequency(%)

    100

    17**

    8**

    92

    Onsect(min)

    9±2

    18±4*

    -
, 百拇医药
    9±2

    Duration(sec)

    226±44

    42±43**

    -

    234±49

    No.

    43±16

    7±7**

    -

    43±18

    *P<0.05 vs control **P<0.01 vs control
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    2.4 再灌注所致室性心律失常的变化 从表3可以看出,在再灌注所致的VT或VF中,与对照组相比,IPC完全抑制了室性心律失常的发生。预先用优降糖不能取消上述作用。优降糖本身对室性心律失常无影响。

    表3 2 h再灌注时的室性心律失常

    Tab.3 Ventricular arrhythmia during 2 h reperfusion

    Control

    IPC

    GLI+IPC

    GLI

    VF

    Frequency(%)
, 百拇医药
    100

    0*

    8*

    92

    Onsect(sec)

    9±4

    -

    -

    8±4

    Duration(sec)

    14±5

    -

, 百拇医药     -

    17±9

    No.

    7±4

    -

    -

    8±5

    VT

    Frequency(%)

    100

    0*

    0*

    92
, 百拇医药
    Onsect(sec)

    7±4

    -

    -

    8±5

    Duration(sec)

    34±12

    -

    -

    34±13

    No.

    11±6

    -
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    -

    12±7

    *P<0.01 vs control

    2.5 梗塞大小的变化 从表4可以看出,4组大鼠的体重、心脏重和AAR之间均无显著性差别。GLI组的IS和IS/AAR与对照组相比均无显著性差别。但IPC组的IS [(0.04±0.04)g,P<0.01]和 IS/AAR[(15.7±9.0)%,P<0.01]均较对照组[(0.13±0.03)g,(52.8±14.2)%]和GLI+IPC组[(0.14±0.04) g,(58.2±16.8)%]显著性降低。

    表4 梗塞大小

    Tab.4 Infarct size

    Control
, 百拇医药
    IPC

    GLI+IPC

    GLI

    Body weight(g)

    284±26

    284±27

    289±28

    289±24

    Heart weight(g)

    1.02±0.07

    1.07±0.09

    1.07±0.09
, 百拇医药
    1.08±0.09

    AAR(g)

    0.25±0.04

    0.27±0.05

    0.29±0.04

    0.28±0.04

    IS(g)

    0.13±0.03

    0.04±0.04*#

    0.14±0.04

    0.15±0.03

, http://www.100md.com     IS/AAR(%)

    52.8±142

    15.7±9*#

    58.2±16.8

    54.3±16.9

    *P<0.01 vs control; #P<0.01 vs GLI+IPC

    3 讨论

    本研究证实,在本完整大鼠模型中,预先用3次5 min缺血/再灌注不仅限制了随后30 min缺血/2 h再灌注的心肌梗塞范围,而且还几乎完全抑制了室性心律失常的发生。

    IPC的保护作用的机理目前尚未完全弄清。但已有大量研究表明,IPC限制心肌梗塞范围作用与其抗心律失常作用的机理不同。我们的研究也发现,预先用KATP阻滞剂优降糖能取消IPC的限制心肌梗塞的作用,但对其抗心律失常作用无影响。目前倾向认为,IPC限制心肌梗塞范围的作用与下列因素密切相关[3]:(1)G蛋白偶联受体激活;(2)蛋白激酶C(PKC)激活;(3)KATP激活。因为用它们的拮抗剂或阻断剂均能取消IPC的心肌保护作用。但它们之间的确切联系目前尚不清楚,还需要大量研究来证实。一般认为,在IPC的细胞信息传导过程中,G蛋白偶联受体可能为始动因素,KATP为终末效应物质,而PKC为中间物质。尽管IPC具有很强的抗心律失常作用,但目前就其机理所知甚少。初步研究认为,缓激肽、前列环素或一氧化氮可能参与IPC的抗心律失常作用[4]。但确切的机理还需进一步研究。
, 百拇医药
    Noma[8]首先证实心肌中存在有KATP。该通道是否开放取决于细胞内ATP浓度。在ATP高浓度时,该通道关闭;在低浓度(缺血时)时,该通道开放。KATP通道开放能导致细胞膜超极化和动作电位时间缩短。上述作用与钙内流降低有关,使心肌发生节能效益,并能保护心肌免于缺血时钙超载所致的不可逆损害。Grover等[9]首先发现KATP开放剂能减轻心肌缺血损伤。随后其他研究也证实了上述作用[10]。Gross等[11]首先显示,犬心肌IPC是由KATP介导的。随后其他研究也发现KATP也介导猪、兔和人的IPC[2,10]。以往的研究认为,KATP不介导大鼠的心肌IPC[12]。但近年来有两项研究表明[5,13],在完整大鼠模型中,KATP阻滞剂优降糖能完全取消IPC的心肌保护作用。提示大鼠心肌IPC也由KATP介导。这两项研究与以往研究不同的是,前者预适应前给予优降糖的时间为30 min,而以往的研究给药时间为5或10 min。Findlay[13]研究认为,优降糖与心肌膜上受体结合缓慢,因此其抑制KATP的作用起效也慢,且药物清除后恢复也慢。药物作用峰值时间为1.5~2 h。我们的研究也证实,在完整动物模型中,预适应前30 min给予GLI能完全取消IPC的心肌保护作用。在给药后30 min血糖降低不明显,给药后1 h才开始明显降低,到再灌注末血糖仍降低。符合优降糖的作用规律。
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    作者简介:欧阳伟,男,1963年出生;1998年毕业于第一军医大学毕业,主治医师,讲师,硕士,电话020-85143893

    参考文献

    1 Murry CE,Jennings RB,Reimer KA.Preconditioning with ischemia:a delay of lethal cell injury in ischemic myocardium.Circulation,1986,74:1124

    2 欧阳伟.人心肌缺血预适应的研究进展.国外医学-心血管疾病分册,1997,26(6):6

    3 James RP.Protection of the heart by ischemia proconditioning: mechanisms and possibilities for pharmacological exploitation.TIPS,1994,15(1):19
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    4 Walker DM,Yellon DM.Ischemia preconditioning:from mechanisms to exploitation.Cardiovasc Res,1992,26(8):734

    5 Schultz JEJ,Yao Z,Cavero I et al.Glibenclamide-induced blockade of ischemic preconditioning is time dependent in intact rat heart.Am J Physiol .1997,272(6 pt2):H2607

    6 Hide EJ,Thiemermann C.Limitation of myocardial infarct size in the rabbit by ischaemic preconditioning is abolished by sodium 5-hydroxydecanoate.Cardiovasc Res,1996,31(6):941
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    7 Walker MJA,Curtis MJ,Hearse DJ et al.The Lambeth Conventions: guidelines for the study of arrhythmias in ischaemia,infarction,and reperfusion.Cardiovasc Res,1988,22(7):447

    8 Noma A.ATP-regulated K+ channels in cardiac myocytes.Nature,1983,305(5930):147

    9 Grover GJ,McCullough DE,Conder DE et al.Anti-ischemic effects of the potassium channel activators pinacidil and cromakalim and the reversal of these effects with the potassium channel blocker.J Pharmacol Exp Ther,1989,251(1):98
, 百拇医药
    10 Qiam YZ,Levasseur JE,Yoshida KI et al.KATP channels in rat heart: blockade of ischemic and acetylcholine-mediated preconditioning by glibenclamide.Am J Physiol,1996,271(5 pt2):H23

    11 Auchampach JA,Gross GJ.Adenosine A1 receptors KATP channels,and ischemic preconitioning in dogs.Am J physiol,1993,264(5 pt2):H1327

    12 Parrtt JR,Kane KA.KATP Channels in ischemic preconditioning.Cardiovasc Res,1994,28(6):783

    13 Findlay I.Inhibition of ATP-sensitive K+ channels in cardac muscle by sulphonylurea drug glibenclamide.J Pharmacol Exp Ther,1992,261(2):540

    (收稿日期:1998-05-26), 百拇医药