心肌缺血再灌注时一氧化氮与心功能的关系

1、    心肌缺血再灌注时一氧化氮与心功能的关系        文章编号：1004-3934(1999)05-0287-03中分类号：R541.4；Q463；Q58文献标识码：AThe Relationship between Nitric Oxide and CardiacFunction in Myocardial Ischemic ReperfusionDING Gang,HUANG Yong-lin(Institute of Cardiovascular Disease

2、,Haerbin 150001)摘要：心肌缺血/再灌注损伤可导致内皮细胞功能障碍，降低Ca2+依赖的一氧化氮合酶的活性，使一氧化氮的合成能力下降，心肌缺血再灌注损伤所导致的心功能障碍与组织中一氧化氮含量减少有关，一氧化氮合成前体左旋精氨酸及外源性一氧化氮供体可改善缺血性左室功能不全。关键词：一氧化氮；心肌缺血再灌注；心功能一氧化氮(NO)在心肌缺血与再灌注(I/R)损伤中有着十分重要的作用，NO不仅参与了对冠脉血管舒缩的调控，维持有效的冠脉循环血流，而且对缺血后心肌的转归及心肌功能的恢复可能起重要的作用，当心肌发生I/R损伤时，明确缺血心肌处NO的变化规律及NO对心肌功能的影响有着重要的临床意

3、义。1NO的合成Furchgott于1980年在乙酰胆碱(Ach)舒张血管的实验中发现了一种能舒张血管的物质，此物质的作用依赖于内皮细胞(EC)的存在，故把其命名为内皮源性舒张因子(EDRF)。于1987年Palmer等1指出EDRF就是NO，并进一步证实左旋精氨酸(L-Arg)为NO的合成前体。一氧化氮合酶(nitric oxide synthases；NOS)为EC等体内细胞合成NO必需的酶，在L-Arg充分存在的前提下，NO的合成受EC中NOS的表达及其活性的调节。NO分子结构简单，但其生物学效应极其复杂，NO分子的外层轨道上有一个未配对的电子，化学性质活泼，属于自由基，因脂溶性强，按需

4、合成后立即以内分泌和旁分泌的形式在细胞内扩散并释放到细胞外，或弥散至邻近的靶细胞。NO主要依赖于环一磷酸鸟苷(cGMP)的途径起作用，NO在靶细胞内与鸟苷酸环化酶亚铁原卟啉上的铁离子相结合，使鸟苷酸环化酶激活(活性增加50200倍)，促使三磷酸鸟苷(GTP)转化为cGMP，增加细胞内cGMP的浓度，增高的cGMP又可激活依赖cGMP的蛋白激酶和磷酸二酯酶，调解磷酸二酯酶和离子通道，而呈现出各种不同的生理功能。生理情况下和病理情况下，心肌内NO的生成量及其作用大不相同，NO对正常心肌及缺血再灌注心肌的心功能有很复杂的影响，这主要与心肌内NOS的种类、分布与激活条件等有关。心肌中NOS有三种，即神

5、经原型(nNOS)，内皮型(eNOS)及诱生型(iNOS)，心肌的各种细胞成份均可表达一种或多种NOS，产生相应的NO而发挥作用。nNOS存在于交感神经末梢，在正常心脏中的分布并不主要2，其生物活性依赖于Ca2+/钙调蛋白，而不受炎性因子的诱导，通过产生少量NO对心肌儿茶酚胺的释放起调节作用。生理情况下心脏中绝大多数的NOS为eNOS,eNOS遍布于心肌间动脉、静脉和毛细血管网络的血管内膜，动脉中eNOS分布密度大于静脉和毛细血管，心腔面的心内膜内皮也存有eNOS,eNOS存在于EC，eNOS的生物活性也依赖于Ca2+/钙调蛋白，且不受炎性因子的诱导，生理情况下产生少量的NO可使血管平滑肌细胞

6、(VSMC)Ca2+浓度下降，平滑肌松驰，局部血管扩张，另外NO还有抑制内膜下平滑肌细胞增生的作用。释放到血液中去的NO可激活血小板内的鸟苷酸环化酶，抑制血小板、中性粒细胞(PMN)和单核细胞的粘附和聚集。eNOS亦存在于心肌细胞，通过自分泌的形式抑制儿茶酚胺类的刺激肌力作用，促进心肌舒张，降低心肌耗氧量。iNOS的生物活性不依赖Ca2+/钙调蛋白，在许多炎性因子的刺激下，所有的心肌细胞均可发生iNOS高度表达，活性增高的iNOS可诱导产生大量的NO，除参与对细胞内微生物或病毒等的免疫反应外，还参与其病理发展过程，抑制心肌舒缩，甚至促进细胞凋亡的发生3。2心肌缺血时NO的变化功能正常的EC是合

7、成eNOS的必需条件，短暂的冠脉供血障碍导致的I/R损伤能使冠状动脉EC生成NO的能力受损，这种NO合成和释放的减少是心肌I/R损伤的一种重要现象。Wang等4证明心肌I/R可使鼠心肌Ca2+依赖的NOS活性降低，给予L-Arg能保持I/R中这种酶的活性不降低，在无缺血时，L-Arg还能增加此酶的活性。iNOS为非Ca2+依赖的酶，其活性不受缺血刺激的影响。Matheis等5报道，给动物造成心肌缺氧后，冠状窦内NO含量明显减低，恢复心肌氧供后，NO含量明显增高。心肌缺血后EC功能受损，NO合成障碍，冠状动脉血管对Ach的反应敏感性降低。而再灌注L-Arg可促进NO生成，使Ach的反应性血管扩张

8、程度增加，即对EC功能起到保护作用，由此间接说明心肌缺血时NO合成是减少的。Pernow等6给猪制作出心肌缺血模型后，再灌注期间经冠状静脉逆向灌注生理盐水和L-Arg，观察两组对Ach的反应，结果发现生理盐水可使Ach对冠脉血管的扩张作用受到明显的损害，而L-Arg组未受到损害。Sato等7阻断犬冠状动脉左前降支(LAD)后，取其动脉环观察对Ach的反应，也发现L-Arg可明显改善缺血后左前降支动脉环对Ach的最大舒张反应。但现也有不同的实验结果，认为心肌缺血可刺激NOS活性，使NO产生增加，从而起到降低冠脉血管阻力和代偿性减轻心肌缺血的作用8，10，这种矛盾现象还需进一步的研究澄清。心肌缺血

9、后NO的变化可能与原有冠状动脉的基础状态、心肌缺血时间与程度、及激活的NOS类型不同有关，也与是否伴随有大量炎性因子的产生有关，因为NO的半衰期非常短暂，直接测量非常困难，在诸多的心肌I/R实验中，多数通过从冠状静脉窦中检测血清中NO代谢产物的含量来判定NO的多少，由于此法为间接测定，灵敏性和特异性不高，可能会影响检测的结果。近1年来国外采用电化学法直接测定NO浓度，具有灵敏性高和实时检测的特点，结合以往的检测手段，可能有助于阐明心肌缺血后NO的变化规律。3NO对心肌收缩性的影响心肌间血管分布密集，心肌细胞与毛细血管紧密相邻，两者之间的距离不大于8微米，较短的扩散距离带来这样一个问题，即从EC

10、释放的NO是否影响邻近心肌细胞的收缩性?尤其是在心肌I/R时产生的NO对心肌收缩性有何影响?近年来一些实验室的研究结果表明，NO对缺血后心肌有正性肌力作用。Sato与Hiramatsu等7，11采用NO合成的前体L-Arg再灌注羊缺血心肌后发现NO释放量明显增加，冠脉血流量增加，左室收缩及舒张功能可以得到明显改善。L-NAME(一种NOS抑制剂)再灌注的结果正与L-Arg相反，对心功能产生负性效应。另一项研究结果表明，NOS抑制剂能够终止L-Arg对心肌功能恢复的有益作用4，而再给予L-Arg又能纠正NOS抑制剂所造成的这种负性效应。L-Arg除了对缺血心肌有正性肌力作用外，还可增加I/R后主

11、动脉内最大血流速度和主动脉血流量，再灌注期主动脉血流量的恢复与NO释放量的增加呈正相关12。NO通过何种途径对缺血心肌产生这种正性肌力作用?是单纯通过增加冠脉血流量改善心肌能量代谢，还是通过其它的机制起作用呢?Beresewicz等13经兔心肌I/R实验发现，经冠状动脉再灌注L-NOARG(一种NOS抑制剂)可使冠脉血流量降低。当在非缺血条件下以恒定的压力经冠状动脉再灌注L-NOARG时，可使冠脉血流量从30%减低到17%，心肌血液灌注减少，但是心输出量并未受到影响，而仅在灌出液中有短暂的乳酸浓度升高。而在缺血后进行同样的再灌注，则除冠脉血流量减少外，心输出量也减小，且心功能损伤程度与L-NO

12、ARG诱导的冠脉血流减少的程度无相关性。故有学者认为引起心功能障碍的主要原因是I/R损伤所造成EC功能损害及NO含量减少，而与L-NOARG诱导的心肌血液灌注不足关系不大10。近年人们对NO的认识已经跨越了单纯性扩张血管的概念，在I/R中NO从保护EC、抗中性粒细胞、消除自由基等多方面起重要作用。现另有一些研究14，15的结果与以上不同，有学者认为NO增多能通过使线粒体功能受损、糖无氧酵解增加、钙超载等机制使心肌收缩功能降低，而加重可逆性的心肌I/R损伤。这种截然相反的结论也说明NO作用的多样化与复杂性。因为影响缺血后心肌收缩与舒张功能的因素很复杂，自由基产生、细胞内钙负荷增加、心肌能量代谢障

13、碍、兴奋-收缩偶联障碍及心肌结构变化等多方面因素均可能参与了心功能的调节过程。NO是重要的生物作用调节分子，作用非常广泛，同时它也是自由基，有其毒性的一面。NO对I/R时心功能的影响很可能受多方面因素的综合调控，很可能与NO产生的量及速率16，与再灌注液的成份和含氧程度，与原心脏基础及心内膜的完整性17，与心肌是否缺血及缺血的程度18，与基础心肌收缩力或药物刺激所致心肌收缩力的改变有关19。有心肌I/R过程中NO对心肌功能可能有重要的影响，因NO半衰期仅数秒钟，在血液中可迅速被代谢成无活性而稳定的硝酸盐和亚硝酸盐(NOx)，直接检测困难，有关NO的检测方法，I/R时NO产生消长的规律，损伤的心

14、肌细胞对不同浓度NO的反应，NO与其它血管活性物质在I/R过程之间的关系及其对心功能的影响等还需要进一步的研究。目前硝普钠及硝酸甘油等硝基类血管扩张剂广泛用于缺血性心脏病，并且高效、高选择性及不易产生耐药性的NO载体药的研究也不断深化，有关NO在缺血性心脏病中的研究意义重大。作者单位：丁钢黄永麟(哈尔滨医科大学心血管病研究所，哈尔滨150001)参考文献1Palmer RM,Ferrige AG,Moncada S.Nitric oxide release accounts for the biological activity of endothelium-derived relaxing

15、factorJ.Nature,1987,327:524-5262Ursell PC,Mayes M.Anatomic distribution of nitric oxide synthase in theheartJ.Int J Cardiol,1995,50:217-2233Balligand JL,Cannon PJ.Nitric oxide synthases and cardiac muscle.Au-tocrine and paracrine influencesJ.Arterioscler Thromb Vasc Biol,1997,17:101846-584Wang QD,Mo

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17、nation injuryJ.Am J Physiol,1992,262:H616-H6206Pernow J,Uriuda Y,Wang QD,et al.The protective effect of L-arginine on myocardial injury and endothelial function following ischaemia and reperfusion in the pigJ.Eur Heart J,1994,15:1712-17197Sato H,Zhao ZQ,McGee DS,et al.Supplemental L-arginine during

18、cardioplegic arrest and reperfusion avoids regional postischemic injuryJ.J Thorac Cardiovasc Surg,1995,110:302-3148Node K,Kitakaze M,Kosaka H,et al.Plasma nitric oxide end products are increased in the ischemic canine heartJ.Biochem Biophys Res Commun,1995,211:370-3749Node K,Kitakaze M,Kosaka H,et a

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20、181211Hiramatsu T,Forbess JM,Miura T,et al.Effects of L-arginine and L-nitro-arginine methyl ester on recovery of neonatal lamb hearts after cold ischemia.Evidence for an important role of endothelial production of nitric oxideJ.J Thorac Cardiovasc Surg,1995,109:81-8612Engelman DT,Watanabe M,Engelma

21、n RM,et al.Constitutive nitric oxide release is impaired after ischemia and reperfusionJ.J Thorac Cardiovasc Surg,1995,110:1047-105313Beresewicz A,Karwatowska-Prokopczuk E,Lewartowski B,et al.A protective role of nitric oxide in isolated ischaemic/reperfused rat heartJ.Cardiovasc Res,1995,30:1001-100814Takeuchi K,Takashima K,Suzuki S,et al.Basic amino acid,L-arginine aggravates ischemia-reperfusion injuryJ.Geka Gakkai Zasshi,1996,44:155-16115Matheis G,Sherman MP,Buckberg GD,et al.Role of L-arginine nitric o