中图分类号：R541.4文献标识码：A

文章编号：1004-3934（2000）04-0227-04

Calcium Overload and Ischemic-Reperfusion Injury in Myocardium

Xu Xin-chun

(The Shanghai Xuhui District Central Hospital,Shanghai200031）

WANG Wen-jian

（Combination of Chinese Traditional and Western medicine Institute,Huashan Hospital of Shanghai Medical Universtity,Shanghai200040)

Abstract:The myocardial ischemia occurs when the blood supply of coronary artery cannot meet the energy needs of myocardium.Certain time and certain extent ischmia can give rise to cell injury.Reperfusion is the essential measure to prevent the injury,but it was found recently that reperfusion could aggravate the injury.The pathogeny mechanism of ischemia-reperfusion(I-RI) injury remains incompletely elucidated.The thesis summarize the mechanism of I-RI only from calcium overload.

Key word:calcium overload;ischemia-reperfusion injury;myocardium

冠脉供血量不能满足心肌对能量的需要时即发生心肌缺血，缺血一定时间一定程度，会引起组织细胞的损伤，这是众所周知的。血液的重新灌注是防止损伤，使组织细胞存活下来的必要措施。但近年来人们开始意识到，再灌注不一定使缺血损伤的组织细胞得到恢复，在一定条件下反而加重了损伤，由此逐渐形成了缺血-再灌注损伤概念（ischemia-reperfusion injury,I-RI）。1977年Hearse首次提出再灌注损伤概念以来，有关这方面的报道很多，但关于I-RI的发病机制目前仍未彻底阐明，本文仅从钙超载方面对I-RI的发生机制及防治作一综述。

1研究现状

1.11972年Shen和Jennings^［1］发现犬心脏冠状动脉短暂闭塞后复灌可加速细胞内Ca²⁺的积聚，并首次提出钙超载之说，从而，Ca²⁺在再灌注损伤中的作用-直成为人们研究的重点。正常心肌细胞中，细胞外Ca²⁺浓度比细胞内高出4 000倍以上。在静息时心肌细胞内Ca²⁺是通过以下3个不同的机制来维持这种浓度差的：（1）限制Ca²⁺渗入；（2）将细胞内Ca²⁺分隔；（3）逆浓度差将Ca²⁺排出细胞。Ca²⁺作为细胞内第二信使，其主要作用是调节大量的细胞内活动以维持细胞正常的功能。细胞内Ca²⁺平衡状态紊乱后引起的Ca²⁺内流和Ca²⁺分隔机制的失调导致缺血再灌注心肌细胞内Ca²⁺超载。有研究表明再灌注时细胞内Ca²⁺超载是通过Na⁺/Ca²⁺交换或Ca²⁺调蛋白激酶依赖的途径实现的。

以往关于Ca²⁺超载的文献主要是从电镜和微量灰化法中得出的形态学资料。大多内流的Ca²⁺都局限于线粒体基质内的致密体内，这些致密体是细胞Ca²⁺超载的显示器，因为它们与线粒体保持形态学的一致性。这些观察不久就被许多研究人员所支持^［2］。现已知道线粒体内Ca²⁺的大量内流是再灌注收缩早期的特征现象。当心肌细胞缺血40分钟时，发生了一些形态学变化，包括肌纤维水肿、线粒体肿胀和I型带心肌纤维松弛。这时并没有Ca²⁺流入线粒体的迹象。然而当再灌注发生时，心肌细胞超微结构的损伤会突然发生，包括收缩带的发展、心肌纤维的断裂和肌纤维膜的破坏，细胞急剧肿胀，并出现线粒体内致密体，后者是细胞内Ca²⁺超载的信号。

放射性Ca²⁺的研究也支持形态学资料。缺血60分钟⁴⁵Ca²⁺明显吸收，而缺血40分钟加10分钟再灌注后发现⁴⁵Ca²⁺的吸收增加18倍^［3］。用⁴⁷Ca²⁺测量Ca²⁺的吸收也证明了再灌注心肌内有大量Ca²⁺的获得^［4］。同位素Ca²⁺资料表明，大量Ca²⁺超载是由于Ca²⁺内流增加而不是流出减少。运用现代高科技已经知道，Ca²⁺超载在心肌细胞发生致命损伤前也能发生。例如用Ca²⁺荧光探针表明，早在心肌缺血90秒时就已发生细胞内Ca²⁺增加^［5］。短暂缺血后再灌注早期，可见细胞内Ca²⁺暂时升高，而缺血30分钟后复灌则表现为渐进的稳定的Ca²⁺增加^［6］。

1.2应注意的是，细胞内Ca²⁺检测与形态学研究结构有矛盾之处，后者在缺血早期并无［Ca²⁺］i升高的证据，提示缺血期与再灌注期Ca²⁺超载的机制有所不同。目前关于Ca²⁺超载的机制主要有以下几点：

1.2.1电压依赖性Ca²⁺通道：缺血时，在特殊中枢递质（如去甲肾上腺素）或特殊细胞表面受体作用下Ca²⁺通过电压敏感性（慢）通道进入细胞内^［7］，这些慢钙通道在心肌兴奋收缩耦联中起着重要作用。在动作电位的高相早期，Ca²⁺进入慢通道，触发Ca²⁺从肌浆网释放，这就是众所周知的Ca²⁺诱导的Ca²⁺释放。Ca²⁺通道阻滞剂可降低心肌缺血再灌注损伤的证据支持Ca²⁺通道在再灌注损伤中的作用^［8］。但有研究表明，Ca²⁺拮抗剂不能阻止再灌注期Ca²⁺超载^［9］。大多用Ca²⁺拮抗剂的研究表明，在缺血前给药才有效，发生缺血损伤后给药未发现有阻止Ca²⁺超载的作用。很明显，Ca²⁺拮抗剂的心肌保护作用主要是由于在缺血时快速中止电活动和收缩活动，为缺血后细胞的修复过程保存能量。

1.2.2Na⁺/Ca²⁺交换：大量的资料支持Na⁺/Ca²⁺交换在再灌注期间起重要作用^{［10～12］}。25年前，Glitsch等^［13］就承认Na⁺/Ca²⁺交换是Ca²⁺进入细胞的一个重要途径。研究表明，在这种交换系统中每3个Na⁺与1个Ca²⁺交换。心肌缺血和再灌注可以导致细胞内Na⁺浓度的增加^［14］，与缺血再灌注有关的室性心动过速和室颤可以导致Na⁺积聚，能量消耗引起的钠、钾三磷酸腺苷酶（Na⁺-K⁺-ATPase）活性抑制也会引起Na⁺内流积聚。

Na⁺渗入的另一个也许更重要的途径是Na⁺与H⁺交换。缺血时糖元的生成和三磷酸腺苷（ATP）的分解导致乳酸积聚，均可引起细胞内酸中毒。再灌注一开始，当适当的冠脉流量建成后，细胞外pH值变为正常，引起一个跨膜pH梯度，因而为Na⁺通过Na⁺/H⁺交换而内流提供了一个最佳环境。

不少研究已着手通过抑制Na⁺/Ca²⁺交换来达到降低心肌缺血再灌注损伤的目的。最有效的药物是阿米洛利，一种抑制钙内流的保钾利尿剂。阿米洛利可以同时提高低氧复氧鼠心脏的收缩和舒张功能，降低Ca²⁺内流超载，抑制激酶释放和促进心肌肌节收缩^{［15，16］}。最近的研究显示，对心肌缺血再灌注损伤起作用的是对Na⁺/H⁺交换的抑制。有人推测，将生理性pH转变为再灌注时的pH时，可以刺激Na⁺/Ca²⁺交换引起Ca²⁺积聚^［17］。用Na⁺/H⁺交换抑制剂再灌注心肌，能抑制细胞外液pH的升高，同时减轻再灌注损伤的现象支持了上述假设。与此相比，Na⁺/Ca²⁺交换抑制剂虽可降低再灌注时Ca²⁺浓度，但不能防止再灌注损伤。也许在再灌注损伤中，pH值较之Ca²⁺起着重要的作用。

1.2.3钙调蛋白：线粒体中产生的ATP有助于再灌注时细胞内Ca²⁺积聚。推测，某种蛋白激酶在需能阶段引起的Ca²⁺内流中起作用。缺血期间，蛋白激酶C从细胞内移到细胞膜上，当形成磷脂-甘油-钙的复合物时蛋白激酶C被活化^［18］。活化的蛋白激酶C可以通过刺激Na⁺/H⁺交换机制而引起Ca²⁺流入细胞内^［19］。蛋白激酶C也可通过Ca²⁺通道途径改变Ca²⁺内流。现已知有两种不同的蛋白激酶依赖Ca²⁺而存在：蛋白激酶C和Ca²⁺调节依赖性蛋白激酶（钙调蛋白）。钙调蛋白在心脏中很丰富。因此人们普遍认为许多细胞内钙活性是由这种钙受体蛋白调节的，这种假设被拮钙调蛋白有利于心肌保护的事实所支持。例如在离体猪心中，用一种高度特异的钙调蛋白阻止剂CGS9343B，可以加强缺血后心肌的恢复，提高局部和整体心肌功能，保存高能磷酸化合物，降低激酶的释放^［20］。

1.2.4NO与Ca²⁺：一氧化氮（NO）是近年来引起人们注意的无机气体自由基具有独特的理化性质和生物学活性，几乎对全身各系统都有影响。因其含有1个不配对电子，故属自由基。NO脂溶性极强，易扩散到邻近组织细胞中与靶物质反应，产生一系列生物学效应。最近有报道推测，NO在心肌