鈣平衡失調在膿毒癥心肌損傷中的作用

朱穎　嚴靜

[關鍵詞] 膿毒癥；鈣平衡；L型鈣通道；心肌損傷

中圖分類號：R5422 文獻標識碼：A 文章編號：1009_816X（2014）02_0149_03

doi：103969/jissn1009_816x20140224

膿毒癥（sepsis）是感染引起的全身炎癥反應綜合癥。多器官功能衰竭是膿毒癥最常見也是最嚴重的并發(fā)癥，并發(fā)多器官功能衰竭的患者死亡率高達20%～60%；在膿毒癥患者中有近60%在進入ICU后表現(xiàn)出左心室收縮或舒張功能異常，尤其是嚴重膿毒癥和膿毒癥休克患者。而合并心功能不全的患者，其死亡率可由20%增高到70%～90%[1]。膿毒癥成為ICU患者最常見的死因。膿毒癥心肌損傷主要包括心肌功能障礙和結構損傷，是由多種因素共同作用的結果。近十年的研究主要集中在細菌內毒素、細胞因子、炎癥介質、NO、ROS等[2]。目前，越來越多的證據(jù)表明，膿毒癥中心肌細胞鈣平衡的失調是心肌舒縮功能障礙的直接影響因素[2，3]。心肌細胞內鈣平衡的調節(jié)主要依賴于細胞膜L型鈣通道、肌漿網鈣通道及鈣泵的結構和功能穩(wěn)定。應用Ionoptix細胞動緣探測系統(tǒng)、共聚焦顯微鏡及Ca2+熒光探針示蹤技術，可以更清楚的在細胞水平測量多種循環(huán)炎癥因子及多條信號通路對心肌細胞內游離Ca2+濃度和心肌細胞收縮變化幅度的影響，以反映心肌細胞收縮和舒張功能的變化。

1 Ca2+在心肌細胞舒縮中的作用

在心肌細胞中，離子鈣是誘發(fā)心肌動作電位，引起心肌細胞收縮的關鍵因素，該過程被稱為興奮-收縮耦聯(lián)（ECC）。在ECC過程中，心肌細胞的興奮引起胞膜上的電壓依賴L_型鈣通道開放，鈣離子內流，通過以鈣釋鈣的方式引起心肌細胞內肌漿網膜上的鈣離子釋放通道（RyRs）開放，導致胞漿內鈣離子瞬時性升高，此過程即為鈣瞬變。此后鈣離子通過與肌鈣蛋白結合引起心肌細胞收縮。其中引起心肌動作電位的鈣離子約10%來源于細胞外，90%來源于肌漿網腔。

在心肌細胞舒張時，一方面肌漿網上Ca2+_ATP酶（SERCA）將細胞內的游離鈣轉移到肌漿網中儲存，另一方面在心肌細胞膜上Na+/K+_ATP酶的作用下，Na+被泵出細胞外，隨后又通過Na+_Ca2+交換的方式將細胞內的鈣轉移到細胞外[4]。在這兩種方式的作用下，心肌細胞內鈣離子的濃度降低，并與肌鈣蛋白解離，心肌細胞舒張。此外，部分鈣離子可以先與細胞內鈣調蛋白（CM）結合，并且在鈣調蛋白激酶（CMK）的作用下，重新被肌漿網所攝取[3]。

2 膿毒癥中鈣離子失衡的表現(xiàn)

21 鈣通道失衡：內毒素和細胞因子可以通過抑制L型鈣通道內鈣離子的內流影響心肌細胞收縮。在離體細胞實驗中，運用鈣離子熒光探針，可以觀察到腫瘤壞死因子_α（TNF_α）刺激下的心肌細胞收縮期肌漿網鈣離子濃度降低14%，L型鈣通道鈣離子峰值降低11%，心肌細胞收縮功能障礙[5]。這是因為TNF_α、白介素_1β（IL_1β）等炎癥因子可引起肌漿網鈣離子的滲漏，導致鈣瞬變減弱[6]。

肌漿網受體在對鈣離子的調控上具有非常重要的作用。在膿毒癥中，可以觀察到肌漿網上RyRs密度的減少從而減弱了以鈣釋鈣的作用。盲腸結扎造模大鼠在術后2～10h血流動力學上表現(xiàn)為高動力期，16h后則進入低動力期。Cohen等發(fā)現(xiàn)，在膿毒癥24h后心肌細胞RyRs的密度減少，同時乳頭肌的收縮功能減弱；在膿毒癥4h時，則未發(fā)現(xiàn)上述改變[7]。

22 鈣敏感性降低：鈣敏感性降低也是心功能障礙的重要影響因素。心肌肌絲對鈣離子的敏感性降低將導致心肌收縮的初長度增加、心室的密度增加，因而影響了心肌細胞Frank_starling作用的發(fā)揮；鈣離子敏感性的降低可能是由于炎癥因子，如IL_1β下調蛋白激酶C（PKC）及Rho激酶的表達所致[8]。在臨床上，心肌肌絲對鈣離子的敏感性降低則直接可以表現(xiàn)為膿毒癥患者心肌收縮功能降低，且對強心藥物及血管活性藥物的反應性也降低。

23 肌漿網Ca2+_ATP酶活性降低：SERCA2在調控鈣離子的釋放和儲存中起主要作用。受磷蛋白（PBL）為肌漿網內膜上一種蛋白，是SERCA2的內源性抑制劑，在其磷酸化時可以減弱對SERCA2的抑制，增加SERCA2對鈣離子的敏感性，同時不影響鈣離子的最大攝取速率，該機制被認為是心肌細胞收縮和舒張最重要的動態(tài)調節(jié)方式之一[9]。膿毒癥發(fā)生時，低灌注的情況下，細胞缺血缺氧，一方面直接影響了ATP的產生，SERCA2活性降低，同時伴有PBL磷酸化的減少，最終導致肌漿網攝取游離鈣的功能受損。另一方面，細胞內酸性代謝產物堆積，Na+_H+交換增加，隨之引起Na+_Ca2+交換增加。兩者共同作用，造成細胞內鈣超載[3]。

24 鈣超載：鈣超載在膿毒癥心肌細胞代謝紊亂中起著非常重要的作用。當鈣超載發(fā)生時，大量鈣離子涌入細胞并主要聚集在線粒體內，造成線粒體呼吸功能障礙，氧自由基產生增加，線粒體及心肌細胞的脂質過氧化損傷。同時激活鈣蛋白酶、鈣依賴性磷脂酶、鈣依賴性核苷酸內切酶等多種消化酶，導致心肌細胞凋亡[10]。

3 膿毒癥常用治療藥物對鈣平衡的影響

31 強心治療藥物：嚴重膿毒癥患者常伴有雙心室收縮功能受損，強心藥物在嚴重膿毒癥患者中的使用率約為15%[11]。臨床上在選擇正性肌力強心藥物來改善膿毒癥患者心功能時，在考慮藥物的強心效果的同時，也應注意藥物對心肌細胞內鈣平衡的影響。目前臨床上應用的傳統(tǒng)強心藥物，如洋地黃類藥物、磷酸二酯酶抑制劑、多巴酚丁胺等，不管開始是通過什么途徑，其最終共同通路都會增加心肌細胞內鈣濃度，因此這些藥物在使用一定時間后，都會進一步加重膿毒癥心肌細胞內的鈣超載。

32 血管活性藥物：兒茶酚胺類藥物可以通過激活β受體使心肌細胞收縮增強。其作用機制為β1受體激活后引起蛋白激酶A（PKA）磷酸化，繼而L型鈣通道開放增加，鈣離子內流增強[12]。但膿毒癥中長時間使用兒茶酚胺類藥物可能會造成心肌細胞內鈣超載，從而引起心肌細胞凋亡。近來有觀點提出了兒茶酚胺類藥物毒性及腎上腺高應力對膿毒癥心肌損傷的影響，主要表現(xiàn)為膿毒癥性心肌病及心肌抑頓[13]。實驗證明β1腎上腺素受體途徑既可以通過cAMP/PKA途徑增加心肌細胞的收縮力，也能通過Ca2+/CMK途徑引起心肌細胞凋亡[12]。另一方面，研究發(fā)現(xiàn)β2受體可以通過IP3_PKB途徑抑制心肌細胞凋亡信號[14]，β2受體信號在鈣離子依賴性細胞壞死中亦能起到保護作用，但其保護作用的機制似乎與抑制鈣離子內流無關[15]。endprint

33 β受體阻滯劑：雖然β受體阻滯劑具有負性肌力的作用，但由于β受體激動劑會引起鈣超載導致心肌細胞損傷，理論上β受體阻滯劑應同時具有抑制鈣超載、保護心肌的作用。實驗表明，選擇性的β1受體阻滯劑可以通過阻斷β1受體減少鈣離子的內流，從而起到抑制鈣離子依賴性凋亡信號通路的作用；膿毒癥大鼠給予β受體阻滯劑后，心肌的氧供得到改善，同時TNF_α的釋放減少[16]。在臨床實驗中，對于血流動力學穩(wěn)定的膿毒癥患者，持續(xù)給予艾司洛爾后，患者心率減緩20%的同時器官的氧供和血供無明顯減少[17]。因此，β受體阻滯劑在治療膿毒癥心肌損傷方面有著廣闊的應用前景。然而，由于其同時具有負性肌力作用，在治療的適應證及時機、劑量的把握等方面仍有待多動物及臨床實驗提供客觀依據(jù)。

4 調節(jié)鈣離子相關藥物在膿毒癥中的應用前景

41 鈣通道阻斷劑：Dantrolene是一種能夠解除心肌興奮-收縮耦聯(lián)的藥物，它主要通過抑制肌漿網RyRs，減少鈣離子的釋放。膿毒癥大鼠在予Dantrolene后，心肌細胞中鈣離子的濃度下降，鈣蛋白酶的表達減少，同時心肌細胞的蛋白水解作用被抑制[18]。Hassoun等實驗證明，用LPS處理的大鼠心肌細胞后，Dantrolene組心肌細胞內鈣濃度顯著降低，說明了Dantrolene在抑制肌漿網中鈣離子滲漏方面的作用[19]。維拉帕米能夠選擇性抑制血管平滑肌細胞上的鈣通道及心肌細胞的慢鈣通道。在CLP大鼠中，予Dantrolene或維拉帕米處理組的生存率為50%，對照組（生理鹽水組）的大鼠生存率僅為10%[20]。由此說明了鈣通道阻滯劑維拉帕米同樣能夠通過調節(jié)鈣離子的平衡影響膿毒癥大鼠的心功能。

42 鈣離子增敏劑：左西孟坦是目前已用于臨床的鈣離子增敏劑，它通過與心肌肌鈣蛋白C結合，增加心臟肌鈣蛋白C對鈣離子的敏感性，以增加心肌的收縮力，同時不增加心肌細胞內鈣離子的濃度。Damien Barraud等研究比較了左西孟坦、多巴酚丁胺和米力農對LPS造模家兔心臟收縮和舒張功能的影響。發(fā)現(xiàn)三者均能提高LPS造模家兔心肌的收縮功能，但只有左西孟坦能同時改善心肌的舒張功能[21]。但在Chew等在實驗中，左西孟旦與去甲腎上腺素連用治療感染性休克動物時，并未達到想象中的效果，不但心功能與對照組相比無明顯改善，反而發(fā)現(xiàn)實驗組高乳酸、代謝性酸中毒的情況更嚴重[22]。雖然左西孟坦具有改善心肌收縮和舒張功能的作用，但在應用時仍需權衡其對電解質及內環(huán)境的影響。

鈣離子在心肌細胞收縮和舒張中起著重要作用。在膿毒癥中鈣離子變化的誘因、鈣通道上、下游信號途徑、Ca2+_ATP酶的抑制因素等有待進一步研究。鈣通道阻滯劑和鈣離子增敏劑在膿毒癥心肌抑制和心肌損傷的治療中有很大的應用潛力。但是在膿毒癥休克治療中尚需權衡這兩種藥物對血壓、心率及細胞內環(huán)境的影響。此外目前的研究仍集中在細胞及動物水平，隨著研究的深入，期待有更多臨床研究證明其在膿毒癥心肌損傷中的治療作用。

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