失血性休克心肌收縮功能障礙的鈣調(diào)節(jié)機(jī)制

雷 慧，戴 華，郭繼忠

失血性休克是臨床常見(jiàn)的急危重癥，以有效循環(huán)血量減少、微循環(huán)障礙、組織低灌注為主要特征［1］。心肌收縮功能(myocardial contractile function)是維持血流動(dòng)力學(xué)、保證組織灌流的中心環(huán)節(jié)，其功能是否完好對(duì)于失血性休克患者的轉(zhuǎn)歸具有重要意義［2］。在失血性休克的發(fā)展進(jìn)程中常出現(xiàn)心率減慢，平均動(dòng)脈壓和左室內(nèi)壓最大變化速率、左室收縮壓顯著下降，表現(xiàn)為心肌收縮功能障礙［3］;同時(shí)，周學(xué)武等［4］研究表明，休克后大鼠離體乳頭肌收縮力和離體心臟血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)隨著休克時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸降低。由于失血性休克后心肌收縮功能障礙是加重微循環(huán)障礙、導(dǎo)致器官低灌注、加重組織細(xì)胞損傷的關(guān)鍵因素，因此其是引起重癥休克患者死亡的重要因素［5－6］?？梢?jiàn)，如何糾正心肌收縮功能障礙，恢復(fù)心泵功能，是休克救治的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［2］。為此，深入探索休克后心肌收縮功能障礙的發(fā)生機(jī)制，對(duì)于尋找新的干預(yù)措施、防治重癥休克及其引起的多器官功能障礙綜合征 (multiple organ dysfunction syndrome，MODS)或多器官衰竭 (multiple organ failure，MOF)具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。鑒于鈣無(wú)論在平滑肌、骨骼肌或心肌的收縮活動(dòng)中均起著重要作用，本文重點(diǎn)闡述失血性休克心肌收縮功能障礙的鈣調(diào)節(jié)機(jī)制。

1 鈣在心肌收縮中的作用

Ca2+在心肌興奮過(guò)程中的電活動(dòng)與機(jī)械收縮間起耦聯(lián)作用［7］。肌鈣蛋白 (troponin，Tn)是存在于心肌細(xì)胞內(nèi)的一種調(diào)節(jié)蛋白，由肌鈣蛋白C(TnC)、肌鈣蛋白T(TnT)和肌鈣蛋白I(TnI)三個(gè)亞單位組成。TnC是與Ca2+結(jié)合的受體，TnT是與原肌球蛋白結(jié)合的亞單位，TnI是抑制性亞單位，是心肌的結(jié)構(gòu)蛋白，僅存在于心肌肌原纖維細(xì)肌絲上，具有器官特異性，可抑制肌球蛋白與肌動(dòng)蛋白結(jié)合，阻止肌肉收縮。TnI有兩種存在方式，約97%以TnI－TnC復(fù)合物形式存在于心房肌和心室肌細(xì)胞的胞質(zhì)中，約3%TnI游離于心肌細(xì)胞的胞質(zhì)中，在心肌細(xì)胞膜完整狀態(tài)下，TnI不能透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入血循環(huán)［8］。

心肌細(xì)胞除極化時(shí)，Ca2+從心肌細(xì)胞外轉(zhuǎn)移到心肌細(xì)胞胞質(zhì)中，同時(shí)肌質(zhì)網(wǎng)也釋放Ca2+進(jìn)入胞質(zhì)，胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度迅速升高，出現(xiàn)鈣火花;TnC迅速與Ca2+結(jié)合，使TnC和TnI的構(gòu)型發(fā)生變化，導(dǎo)致TnI與肌動(dòng)蛋白解離;肌球蛋白旋轉(zhuǎn)到肌動(dòng)蛋白兩條螺旋狀鏈的深溝中，暴露肌動(dòng)蛋白受點(diǎn)，并與肌球蛋白頭部接觸，形成橫橋，肌球蛋白球部的三磷腺苷(ATP)酶作用于ATP，釋放能量，肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白結(jié)合引起收縮［9］。隨后，Ca2+重新轉(zhuǎn)移至胞外并部分被肌質(zhì)網(wǎng)攝取，胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度下降，TnC和TnI構(gòu)型恢復(fù)，TnI與肌動(dòng)蛋白重新結(jié)合，使肌球蛋白從肌動(dòng)蛋白的深溝中移出，肌動(dòng)蛋白受點(diǎn)再次被掩蓋，肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白重新解離，解除橫橋，心肌細(xì)胞出現(xiàn)舒張［10］?？梢?jiàn)，Ca2+在心肌細(xì)胞的收縮與舒張中發(fā)揮關(guān)鍵作用。因此，凡是引起心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度異?；駽a2+與TnC結(jié)合失常的因素，均可導(dǎo)致心肌收縮功能障礙［11－12］。

2 鈣依賴途徑在失血性休克后心肌收縮功能障礙中的作用

失血性休克后，由于心肌細(xì)胞膜上的L－型鈣通道 (L－Ca)蛋白活性降低、Ryanodine受體 (RyR)過(guò)度磷酸化、肌質(zhì)網(wǎng)鈣泵活性降低，導(dǎo)致心肌細(xì)胞鈣內(nèi)流與肌質(zhì)網(wǎng)鈣釋放減少，使心肌細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度(［Ca2+］i)降低，引起心肌細(xì)胞興奮－收縮耦聯(lián)障礙，導(dǎo)致心肌收縮功能降低［13］，此為心肌收縮的鈣依賴途徑［14］。隨著休克發(fā)展，心肌細(xì)胞膜、肌質(zhì)網(wǎng)膜、線粒體膜等生物膜損傷、Na+/Ca2+交換蛋白反向轉(zhuǎn)運(yùn)增強(qiáng)［15］以及心肌細(xì)胞能量代謝障礙導(dǎo)致的Ca2+－ATPase活性低下［16］等諸多因素，導(dǎo)致心肌細(xì)胞內(nèi)［Ca2+］i不但沒(méi)有減少，反而升高，甚至出現(xiàn)鈣超載現(xiàn)象，但此時(shí)心肌細(xì)胞收縮功能并未增強(qiáng)，仍然降低，因此考慮是否存在其他機(jī)制參與休克心肌收縮功能障礙的發(fā)生。Ono等［17］研究發(fā)現(xiàn)，心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+與鈣調(diào)蛋白 (calmodulin，CaM)結(jié)合力是引起心肌細(xì)胞興奮－收縮耦聯(lián)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，失血性休克后心肌細(xì)胞CaM表達(dá)降低應(yīng)該是心肌收縮功能障礙的重要因素，以上調(diào)心肌細(xì)胞CaM表達(dá)為干預(yù)措施，可能有利于保護(hù)失血性休克后的心肌收縮功能。

3 鈣敏感途徑在失血性休克后心肌收縮功能障礙中的作用

除CaM活性下降引起的心肌細(xì)胞興奮－收縮耦聯(lián)障礙外，重度休克的心肌細(xì)胞收縮蛋白對(duì)鈣的敏感性下降［18］。有研究表明，重癥休克晚期患者TnI與TnC磷酸化水平均出現(xiàn)了顯著降低，分別為正常水平的 46% 和 41%［19－20］。而 Tn與鈣的結(jié)合能力是決定心肌細(xì)胞鈣敏感性的中心環(huán)節(jié)，Tn磷酸化水平是影響二者結(jié)合能力的關(guān)鍵因素［18］，也是導(dǎo)致心肌收縮功能障礙的重要因素，提示心肌細(xì)胞鈣敏感性降低同樣在失血性休克后心肌收縮功能障礙的發(fā)生過(guò)程中發(fā)揮重要作用。結(jié)合小G蛋白家族Rho、Rac是導(dǎo)致Tn磷酸化的關(guān)鍵蛋白這一理論基礎(chǔ)［21－22］，李濤等［23］發(fā)現(xiàn)，失血性休克后心肌組織Rho激酶呈逐漸下降趨勢(shì)，Rho激酶激動(dòng)劑可提高心肌鈣敏感性，從而提升心肌收縮性、改善心肌動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，提示Rho/Rho激酶參與了重癥休克后心肌收縮性的調(diào)節(jié);此外，有研究顯示，血管緊張素－Ⅱ (Ang－Ⅱ)可增加由高鹽喂食引起的心力衰竭大鼠心肌細(xì)胞的Rho激酶活性，能進(jìn)一步增加心肌細(xì)胞的鈣敏感性［24－26］。提示Rho激酶可能通過(guò)調(diào)節(jié)心肌的鈣敏感性而調(diào)節(jié)心肌收縮功能。因此，以提高失血性休克后心肌細(xì)胞Rho激酶的活性為干預(yù)措施，有利于心肌收縮功能的恢復(fù)。

4 腸淋巴液回流在失血性休克后心肌收縮功能障礙中的作用

隨著對(duì)失血性休克后器官損傷發(fā)生機(jī)制研究的深入，學(xué)者們開(kāi)始關(guān)注淋巴途徑在失血性休克發(fā)展進(jìn)程中的作用，認(rèn)為腸淋巴液回流是失血性休克器官損傷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［27－28］。針對(duì)腸淋巴液回流的研究表明，失血性休克后的腸淋巴液回流是心肌損傷的重要因素，結(jié)扎腸系膜淋巴管或引流休克腸淋巴液均可減輕心肌的組織學(xué)損傷，可提高休克大鼠的平均動(dòng)脈血壓，其機(jī)制涉及降低氧化應(yīng)激與一氧化氮合成等作用［29－30］，提示腸淋巴途徑參與了失血性休克后心肌收縮功能障礙的發(fā)生。多項(xiàng)研究表明，腸淋巴管結(jié)扎可提高失血性休克后左室內(nèi)壓最大變化速率、左室收縮壓;將休克腸淋巴液灌流至正常大鼠的離體心臟，降低了左室內(nèi)壓最大變化速率、左室收縮壓，同時(shí)降低了離體心臟對(duì)Ca2+的反應(yīng)性;進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，休克腸淋巴液作用的細(xì)胞基礎(chǔ)與L－Ca通道有關(guān)［31－32］。提示，休克腸淋巴液回流是心肌收縮功能障礙的重要因素，其機(jī)制可能與心肌收縮的鈣依賴途徑有關(guān);但休克腸淋巴液介導(dǎo)心肌收縮功能障礙的作用是否與心肌細(xì)胞的鈣敏感性調(diào)節(jié)機(jī)制有關(guān)?相關(guān)的研究靶點(diǎn)有哪些?均有待深入研究。

5 小結(jié)

綜上所述，失血性休克后心肌細(xì)胞的鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)及其導(dǎo)致收縮的物質(zhì)基礎(chǔ)失衡是引起心肌收縮功能障礙的重要機(jī)制;心肌細(xì)胞對(duì)鈣的敏感性降低也是導(dǎo)致心肌興奮－收縮耦聯(lián)障礙及心肌收縮功能障礙的關(guān)鍵環(huán)節(jié);同時(shí)，腸淋巴液回流也參與失血性休克后心肌收縮功能障礙的發(fā)生?？傊?，深入研究心肌收縮功能障礙的鈣調(diào)節(jié)機(jī)制，對(duì)于尋找失血性休克后心肌收縮功能障礙的干預(yù)措施具有積極意義，也有可能為重癥休克的防治開(kāi)辟新思路。

1 趙克森．重癥難治性休克發(fā)生機(jī)制之進(jìn)展［J］．中國(guó)病理生理雜志，2010，26(10):1964．

2 Chatpun S，Cabrales P．Cardiac systolic function recovery after hemorrhage determines survivability during shock ［J］． J Trauma，2011，70(4):787－793．

3 Soliman MM，Arafah MM．Treatmentwith dipyridamole improves cardiac function and prevent injury in a ratmodel of hemorrhage［J］．Eur J Pharmacol，2012，678(1/3):26 －31．

4 周學(xué)武，胡德耀，劉良明，等．不同組方的高滲氯化鈉－醋酸鈉溶液對(duì)創(chuàng)傷失血性休克大鼠心肌收縮功能和動(dòng)脈血?dú)獾挠绊懀跩］．中國(guó)危重病急救醫(yī)學(xué)，2001，13(6):358－361．

5 Sambol JT，Lee MA，Jiang M，et al．Mesenteric lymph from rats with trauma－h(huán)emorrhagic shock causes abnormal cardiac myocyte function and induces myocardial contractile dysfunction ［J］．J Appl Physiol(1985)，2011，111(3):799－807．

6 Arlati S，Brenna S，Prencipe L，et al．Myocardial necrosis in ICU patients with acute noncardiac disease:a prospective study［J］．Intensive Care Med，2000，26(1):31 －37．

7 Marks AR．Calcium cycling proteins and heart failure:mechanisms and therapeutics［J］．J Clin Invest，2013，123(1):46 －52．

8 ter Keurs HE．The interaction of Ca2+with sarcomeric proteins:role in function and dysfunction of the heart［J］．Am JPhysiol Heart Circ Physiol，2012，302(1):H38 － H50．

9 Zarain － Herzberg A，Estrada － Avilés R，F(xiàn)ragoso－Medina J．Regulation of sarco(endo)plasmic reticulum Ca2+－ATPase and calsequestrin gene expression in the heart［J］．Can J Physiol Pharmacol，2012，90(8):1017－1028．

10 Goldhaber JI，Philipson KD．Cardiac sodium－calcium exchange and efficient excitationcontraction coupling:implications for heart disease ［J］．Adv Exp Med Biol，2013，961:355－364．

11 Cartwright EJ，Oceandy D，Austin C，etal．Ca2+signalling in cardiovascular disease:the role of the plasma membrane calcium pumps［J］．Sci China Life Sci，2011，54(8):691－698．

12 Sturek M．Ca2+regulatorymechanismsof exercise protection against coronary artery disease in metabolic syndrome and diabetes［J］．J Appl Physiol(1985)，2011，111(2):573－586．

13 Song YH，Cho H，Ryu SY，et al．L－type Ca2+channel facilitation mediated by H(2)O(2)－induced activation of CaMKⅡin rat ventricular myocytes［J］．J Mol Cell Cardiol，2010，48(4):773 －780．

14 Josephson IR，Guia A，Sobie EA，et al．Physiologic gating properties of unitary cardiac L－type Ca2+channels［J］．Biochem Biophys Res Commun，2010，396(3):763－766．

15 Soliman MM．Na+－H+exchange blockade，using amiloride，decreases the inflammatory response following hemorrhagic shock and resuscitation in rats［J］．Eur JPharmacol，2011，650(1):324 －327．

16 Hsieh YC，F(xiàn)rink M，Choudhry MA，et al．Metabolicmodulators following trauma sepsis:sex hormones［J］．Crit Care Med，2007，35(9 Suppl):S621－S629．

17 Ono M，Yano M，Hino A，et al．Dissociation of calmodulin from cardiac ryanodine receptor causes aberrant Ca2+release in heart failure ［J］．Cardiovasc Res，2010，87(4):609－617．

18 Schillinger W，Ohler A，Emami S，et al．The functional effectof adenoviral Na+/Ca2+exchanger overexpression in rabbit myocytes depends on the activity of the Na+/K+－ATPase ［J］． Cardiovasc Res，2003，57(4):996－1003．

19 Layland J，Solaro RJ，Shah AM．Regulation of cardiac contractile function by troponin I phosphorylation ［ J］． Cardiovasc Res，2005，66(1):12－21．

20 Zhao Y，Meng XM，Wei YJ，et al．Cloning and characterization of a novel cardiacspecific kinase that interacts specifically with cardiac troponin I［J］．JMolMed(Berl)，2003，81(5):297－304．

21 Cadete VJ，Sawicka J，Polewicz D，et al．Effect of the Rho kinase inhibitor Y－27632 on the proteome of hearts with ischemiareperfusion injury ［J］．Proteomics，2010，10(24):4377－4385．

22 Yatani A，Irie K，Otani T，et al．RhoA GTPase regulates L－type Ca2+currents in cardiac myocytes［J］．Am J Physiol Heart Circ Physiol，2005，288(2):H650 －H659．

23 李濤，朱娛，劉良明．Rho激酶在失血性休克大鼠心肌收縮功能障礙中的作用［J］．中國(guó)病理生理雜志，2010，26(6):1059－1063．

24 Satoh S，Ueda Y，KoyanagiM，et al．Chronic inhibition of Rho kinase blunts the process of left ventricular hypertrophy leading to cardiac contractile dysfunction in hypertension－induced heart failure［J］．JMol Cell Cardiol，2003，35(1):59 －70．

25 Suematsu N，Satoh S，Kinugawa S，et al．Alpha1－adrenoceptor－Gq－RhoA signaling is upregulated to increase myofibrillar Ca2+sensitivity in failing hearts［J］．Am JPhysiol Heart Circ Physiol，2001，281(2):H637－H646．

26 Kandabashi T，Shimokawa H，Miyata K，et al．Inhibition of myosin phosphatase by upregulated rho－kinase plays a key role for coronary artery spasm in a porcinemodelwith interleukin－1beta［J］．Circulation，2000，101(11):1319－1323．

27 Deitch EA．Gut lymph and lymphatics:a source of factors leading to organ injury and dysfunction ［J］． Ann N Y Acad Sci，2010，1207 Suppl 1:E103－E111．

28 Deitch EA．Gut－origin sepsis:evolution of a concept［J］．Surgeon，2012，10(6):350－356．

29 趙自剛，牛春雨，陳瑞華，等．腸淋巴途徑對(duì)休克大鼠心肌自由基、炎性介質(zhì)的影響 ［J］．中國(guó)應(yīng)用生理學(xué)雜志，2007，23(4):385－389．

30 牛春雨，趙自剛，張玉平，等．淋巴液引流對(duì)創(chuàng)傷失血性休克大鼠多器官損傷的影響［J］．中華創(chuàng)傷雜志，2010，26(12):1144－1148．

31 Sambol JT，Lee MA，Caputo FJ，et al．Mesenteric lymph duct ligation prevents trauma/hemorrhage shock－induced cardiac contractile dysfunction［J］．J Appl Physiol(1985)，2009，106(1):57－65．

32 Sambol J，Deitch EA，Takimoto K，et al．Cellular basis of burn－induced cardiac dysfunction and prevention by mesenteric lymph duct ligation ［J］．J Surg Res，2013，183(2):678－685．