左西孟旦在膿毒性心肌病動物模型中的作用機制

蔣曉芳　宋云林　程璽　王于強　通耀威

[關鍵詞] 膿毒癥;心肌抑制;膿毒性心肌病模型;左西孟旦

[中圖分類號] R43? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-9701（2021）18-0188-05

Research progress of levosimendan on animal model of septic cardiomyopathy

JIANG Xiaofang1? ?SONG Yunlin2? ?CHENG Xi1? ?WANG Yuqiang1? ?TONG Yaowei1

1.Xinjiang Medical University， Urumqi? ?830011， China; 2.Intensive Care Unit，The First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University，Urumqi? ?830011，China

[Abstract] Sepsis is the maladjustment of the host response to infection，which leads to life-threatening organ dysfunction. Sepsis often occurs on the basis of clinical acute and critical diseases such as burns，infections and multiple injuries，and it is also one of the important reasons leading to multiple organ dysfunction syndrome （MODS）[2]. Sepsis-induced myocardial dysfunction （SIMD） is one of the common complications of severe sepsis and septic shock [3].It is an important factor leading to multiple organ dysfunction and increased mortality in sepsis.Levosimendan is the first calcium sensitizer approved for the treatment of severe cardiac failure，which has been widely used in the treatment of patients with coronary heart disease and cardiac failure and has also been used in sepsis. Animal experiments show that levosimendan can improve cardiac function，reduce peripheral vascular resistance，dilate pulmonary artery and improve gastrointestinal function in septic animals. Because the decrease of myofilament calcium sensitivity has been repeatedly confirmed in experimental septic cardiomyopathy，it is speculated that calcium sensitizers may also improve myocardial dysfunction caused by sepsis.However，the role of calcium sensitizer in septic cardiomyopathy has not been thoroughly researched. Therefore，the research progress of levosimendan on cardiac function mechanism of septic cardiomyopathy animal model was reviewed in this paper.

[Key words] Sepsis;Myocardial inhibition;Septic cardiomyopathy model;Levosimendan

膿毒癥被定義為感染引起的宿主反應失調(diào)導致的危及生命的器官功能障礙[1-8]，膿毒性休克是膿毒癥時全身循環(huán)和代謝異常出現(xiàn)的最嚴重情況，具有高病死率。19世紀60年代，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)膿毒癥早期就可出現(xiàn)心肌的損傷，大量研究表明，在膿毒性休克期間存在心肌損傷及心肌抑制，表現(xiàn)為左、右心室射血分數(shù)（LVEF/RVEF）下降及舒張功能減退，膿毒性休克合并心臟功能損傷后病死率會明顯增加[9]。流行病學調(diào)查顯示，膿毒癥患者中有40%并發(fā)心肌損傷，而入住ICU的膿毒癥休克患者中約有60%具有心肌損傷的臨床表現(xiàn)，并且膿毒癥心肌損傷的患者死亡率可達70%～90%[10]。心臟僅是心血管系統(tǒng)中的一部分，但它要不斷適應外周血流動力學的變化，因此，很難區(qū)分，是膿毒癥直接導致心肌損傷，或在膿毒癥中心臟不斷適應前負荷、后負荷以及神經(jīng)體液活動等的變化而間接導致心肌損傷。只有深入了解膿毒癥心肌抑制的發(fā)病機制，才可能精確地進行臨床治療，從而降低膿毒癥心肌抑制的發(fā)病率和死亡率。目前膿毒癥心肌損傷的機制大多考慮可能與血流動力學異常、基因、分子、代謝以及心肌自身結構改變有關[11]，針對膿毒癥心肌損傷的治療方面，除了適當管理感染外，關注血流動力學穩(wěn)定是膿毒性心肌病患者的首要步驟，建議通過監(jiān)測液體反應參數(shù)指導快速有效的液體治療，以糾正血容量不足，作為膿毒癥治療的基石[12]。低心輸出量的膿毒癥患者在優(yōu)化液體治療后，建議使用正性肌力藥物。從目前的指南來看[13]，去甲腎上腺素是首選，而多巴酚丁胺和多巴胺僅用于高度選擇的患者。使用多巴胺與更多不良事件相關。左西孟旦是一種鈣增敏藥物，可使肌鈣蛋白C對鈣敏感，并在收縮過程中增強鈣對肌絲的作用。與多巴酚丁胺和多巴胺不同，左西孟旦不刺激β-腎上腺素能受體，引起不良反應。研究表明[14]，左西孟旦可以通過冷卻循環(huán)細胞的氧化爆發(fā)和抑制活性氧的釋放來保護膿毒癥心臟功能。然而，最近的一項隨機臨床試驗顯示[15]，成人膿毒癥患者加用左西孟旦與較低的死亡率無關，它降低了成功脫離機械通氣的概率，增加了室上性快速性心律失常的風險。關于左西孟旦在不同臨床研究中可得出相互矛盾的結果，針對左西孟旦運用膿毒癥心肌損傷動物模型研究其機制也變得尤為重要。

1 左西孟旦可提高膿毒性心肌病動物模型的心室收縮功能

膿毒癥患者收縮功能受損，在人類、膿毒癥動物、動物膿毒癥模型離體心臟或乳頭肌離體實驗以及使用LPS處理動物組織的體外實驗中，一致發(fā)現(xiàn)LV收縮功能降低與膿毒性休克相關[16]。2001年左西孟旦第一次用于治療膿毒性休克心肌抑制動物模型[17]，這項前瞻性實驗研究觀察了左西孟旦預處理對膿毒性休克豬的影響，將14只豬靜脈注射內(nèi)毒素復制膿毒性休克模型，6只于注射內(nèi)毒素前給予左西孟旦預處理[10 min內(nèi)注射首劑負荷劑量為200 μg/kg，后維持劑量為200 μg/（kg·h）]，結果顯示，給予左西孟旦預處理后動物出現(xiàn)全身血管擴張，外周血管阻力指數(shù)（SVRI）降低37%，血壓下降22%，同時心率增快，心排血指數(shù)（CI）也有增加趨勢;30 min后所有動物注射內(nèi)毒素[30 min內(nèi)由2.5 μg/（kg·h）逐漸增加至20 μg/（kg·h）]，結果發(fā)現(xiàn)，膿毒性休克模型動物使用左西孟旦預處理后，心輸出量（CO）和心血管系統(tǒng)氧輸送明顯改善。后續(xù)的實驗也得出類似結論，認為左西孟旦可提高膿毒性休克模型的心室收縮功能，從而改善心功能及血流動力學。通過證明左西孟旦在離體心臟中的正性肌力作用，實驗也解釋了在豬體內(nèi)研究中，左西孟旦在降低全身血管阻力和血壓時增加心臟指數(shù)的報道，鈣增敏劑左西孟旦可顯著改善膿毒性心肌病的心肌收縮力[18]。然而，由于左西孟旦對內(nèi)毒素和正常心臟心肌功能的改善程度相似，它并不能特異性地消除內(nèi)毒素誘發(fā)的心肌功能障礙[19]，由于左西孟旦的作用方式，即增加肌絲鈣敏感性，解決了內(nèi)毒素誘發(fā)的心肌功能障礙的潛在機制[20]。

2 左西孟旦能改善膿毒性心肌病動物模型心臟舒張功能

在一項使用內(nèi)毒素注射家兔（人類膿毒癥心臟功能異常的動物模型）描述心臟異常并檢查藥物治療對心臟收縮和舒張功能的影響的研究中[21];研究使用了內(nèi)毒素處理的家兔，這是一種公認的模擬人類敗血癥心臟功能異常的動物模型。結果顯示左西孟旦是一種用于治療左右急性心室衰竭的藥物，通過促進鈣與肌鈣蛋白C的結合（僅當細胞內(nèi)鈣水平處于峰值水平時），顯著改善肌絲的鈣反應性。由于負荷顯著影響心肌舒張，壓力和容積之間的相互關系反映了心室舒張功能，通過使用壓力-容積描記獲得了這些變量的敏感指標。鈣增敏劑左西孟旦可改善膿毒癥動物的心臟收縮和舒張功能，但cAMP依賴性正性肌力藥物米力農(nóng)和多巴酚丁胺僅改善收縮功能[22]。

3 左西孟旦可降低膿毒性心肌病動物模型肺動脈高壓

在豬模型中驗證左西孟旦能夠減輕內(nèi)毒素引起的肺動脈高壓和改善心肌功能的假設[23]，結果提示左西孟旦不能減弱內(nèi)毒素誘導的肺動脈高壓或心功能不全，在這項急性豬內(nèi)毒素血癥符合方案液體復蘇的研究中，左西孟旦沒有減弱肺動脈高壓，也沒有阻止左右心室每搏功的下降。但Anders Oldner等研究左西孟旦對膿毒癥豬模型的作用一文中，左西孟旦（LEVO）預處理可預防內(nèi)毒素誘導的全身低灌注和肺動脈高壓。有研究指出，左西孟旦觀察到的獲益可能是由于藥物對肺血管系統(tǒng)的影響和RV收縮力的改善，或者是繼發(fā)于LV功能的改善，從而減少肺充血。另一項研究指出[25]，在失代償性左心衰竭患者中，左西孟旦可使心輸出量（CO）和每搏輸出量（SV）呈劑量依賴性顯著增加，同時肺動脈壓（PAP）、肺血管阻力（PVR）和肺毛細血管楔壓（PCWP）降低。由于左西孟旦可能具有正性肌力和血管擴張的雙重作用，也在肺循環(huán)中，因此該藥物可能潛在增加右心室收縮力和降低右心室后負荷，表明左西孟旦可能是治療與肺動脈高壓相關的重度右心衰竭的一種選擇。另一研究指出左西孟旦是一種肺血管抑制劑的假說[26]，通過抑制磷酸二酯酶、三磷酸腺苷（ATP）依賴性鉀通道或兩者介導。還研究了當用血栓素A2類似物U-46619將肺葉動脈壓升高到高穩(wěn)定水平時，在控制肺血流量和恒定左心房壓的條件下，貓肺血管床對鈣增敏劑左西孟旦的反應。在張力增加的情況下，左西孟旦引起劑量相關的肺葉動脈壓降低，而不改變體循環(huán)動脈壓和左心房壓。給予血管選擇性非磺酰脲類ATP敏感性K通道阻斷藥物U-37883A后，對左西孟旦的反應顯著減弱，但不完全。這些數(shù)據(jù)顯示，左西孟旦在貓的肺血管床中具有明顯的血管擴張活性。

在實驗性感染性休克中，左西孟旦已被證明可舒張異常的肺血管床[27]。這種血管舒張發(fā)生在張力增加的情況下，可部分由三磷酸腺苷鉀通道介導。只有當肺血管床處于可逆性血管收縮狀態(tài)時，肺血管擴張作用才可能變得明顯。在之前的研究中，左西孟旦可以逆轉短暫但嚴重的近端PA收縮后持續(xù)存在的肺血管收縮。盡管持續(xù)性肺動脈高壓的確切機制尚不清楚，但左西孟旦完全逆轉表明其是由功能因素所致，而不是由不必要的殘余PA收縮所致。目前的結果顯示，盡管存在一些機械性阻塞，左西孟旦能夠顯著降低栓塞誘導的肺血管阻力和彈性的增加。這與大多數(shù)其他血管擴張劑相反。另一方面，左西孟旦可改善RV收縮力。這一結果與之前報道的左西孟旦改善動物和人右心室收縮力一致。

4 左西孟旦可通過膿毒性心肌病動物模型ATP敏感性鉀（K+ATP）通道強效擴張血管

左西孟旦是一種通過ATP敏感性鉀（K+ATP）通道的強效血管擴張劑，CI的總體改善可能部分歸因于后負荷的降低，觀察到SVRI的顯著降低。認為K+ATP通道參與內(nèi)毒素和感染性休克中觀察到的血管舒張反應[28]。開放該通道可使血管平滑肌超極化，減少Ca2+進入，從而誘導舒張，隨后舒張血管。細胞內(nèi)酸中毒和乳酸可激活K+ATP通道，兩者均可能存在于內(nèi)毒素或感染性休克中。LEVO的有益作用也見于肺循環(huán)，可降低內(nèi)毒素誘導的肺動脈高壓[29]。具有血管舒張?zhí)匦缘乃幬锟赡芘c肺循環(huán)中血管張力的調(diào)節(jié)相互作用，這在LEVO病例中可能特別重要，因為缺氧性肺血管收縮（即肺缺氧區(qū)域肺血管收縮，促進血流至更好通氣區(qū)域）主要由K+ATP通道抑制介導。左西孟旦治療豬膿毒癥可減弱肺動脈高壓、血管對血管收縮劑的低反應性和內(nèi)臟低灌注。

5 左西孟旦可增加膿毒性心肌病動物模型全身性和腸氧輸送（DO2）并預防膿毒癥休克的黏膜內(nèi)酸中毒

低動力實驗性內(nèi)毒素性休克的初步報告顯示[30]，左西孟旦可改善全身和腸道的氧轉運。此外，最近的臨床研究表明[31]，左西孟旦可改善多巴酚丁胺治療無效的心功能不全膿毒癥患者的全身血流動力學和局部灌注。左西孟旦對膿毒癥有有益的作用，因為左西孟旦可以通過增加全身和腸道氧氣輸送而避免動脈內(nèi)二氧化碳壓差（ΔPCO2）升高，而不會引起乳酸的低血壓或升高。內(nèi)毒素血癥的另一個重要后果是黏膜內(nèi)酸中毒。膿毒癥中ΔPCO2增加的機制存在爭議[32]。在一些實驗模型中，黏膜內(nèi)酸中毒反映了低血流量和組織缺氧。另一方面，VanderMeer等發(fā)現(xiàn)盡管內(nèi)毒素血癥豬保留了血流和組織PO2，但仍發(fā)生了粘膜內(nèi)酸中毒，這一現(xiàn)象歸因于細胞病變性缺氧。Vallet等和Dubin等表明[33]，低灌注是靜脈和組織高碳酸血癥發(fā)生的關鍵因素，通過這種方式，血流量增加可預防綿羊內(nèi)毒素血癥中的粘膜內(nèi)酸中毒。此外，Tugtekin等表明內(nèi)毒素血癥豬中ΔPCO2增加與絨毛微循環(huán)減少相關[34]。但研究也存在一些重要的局限性。該模型是導致低動力狀態(tài)的短期內(nèi)毒素輸注。長期內(nèi)毒素輸注可能會產(chǎn)生與人類感染性休克更充分相似的不同血液動力學特征。此外，內(nèi)毒素后長期給予左西孟旦和多巴酚丁胺可能產(chǎn)生不同的結果。模型和給藥時間均不能充分接近人類感染性休克。最后，小樣本量可能掩蓋組間的一些差異。腸道低灌注可能誘導黏膜酸中毒伴腸道屏障通透性增加，隨后內(nèi)毒素和細菌易位至門靜脈循環(huán)和淋巴組織。易位是一種可能維持和加重敗血癥的現(xiàn)象，被認為是通過誘導炎癥介質和活性氧簇發(fā)生多器官衰竭的主要成分。與內(nèi)毒素血癥對照組相比，LEVO-治療組的內(nèi)臟灌注顯著改善。此外，內(nèi)毒素輸注后，觀察到計算的pHi（即腸黏膜酸中毒）明顯降低。pHi已被提倡作為重癥患者腸道低灌注的敏感標志物，并與死亡率相關。張力測定主要反映腸絨毛的頂端部分，即腸道最易受損的區(qū)域。結果可能反映了LEVO引起的腸壁內(nèi)血流的不利分布。Schwarte等研究[5]，左西孟旦可增加門脈血流和減輕腸粘膜內(nèi)酸中毒。與未接受治療的膿毒癥組相比，接受左西孟旦治療的膿毒癥動物在t=1 h和t=5 h時顯示出顯著更高的全身血流量。

6 左西孟旦作為膿毒性心肌病動物模型鈣增敏劑發(fā)揮作用

在膿毒癥患者中觀察到的嚴重心肌抑制主要與心肌細胞功能的內(nèi)在改變有關，而不是循環(huán)藥物的直接心臟抑制作用。膿毒癥心肌細胞功能的內(nèi)在改變與細胞內(nèi)鈣濃度的變化無關，而是與幾種動物種屬肌絲對鈣反應的降低有關，雖然鈣敏劑左西孟旦能顯著改善內(nèi)毒素和假手術動物的左室收縮力，但它不能特異性地消除內(nèi)毒素引起的心肌功能障礙。因此，鈣敏感性降低在內(nèi)毒素誘發(fā)的心肌病中不發(fā)揮主要作用，或者其病理機制的位置與左西孟旦的作用位點不同。左西孟旦鈣致敏劑在內(nèi)毒素暴露和正常心臟中均可顯著提高心肌收縮力和活力，且呈濃度依賴性，但左西孟旦鈣致敏似乎并不能特異性地消除內(nèi)毒素誘發(fā)的左室功能障礙。內(nèi)毒素誘發(fā)的心肌功能障礙是由鈣瞬變降低還是肌絲對鈣的反應性降低所致仍存在爭議。假設如果內(nèi)毒素誘導的鈣敏感性降低是其機制，則在內(nèi)毒素預處理的心臟中，左西孟旦給藥后收縮力的增加程度應大于假心臟。然而，缺乏這種作用并不能完全排除內(nèi)毒素后肌絲對鈣的反應性下降，因為導致鈣敏感性下降的亞細胞缺陷可能與Ca2+與肌鈣蛋白C結合無關，因此與左西孟旦的作用位點不同。內(nèi)毒素處理豚鼠的心肌功能障礙是由鈣瞬變降低引起的和細胞內(nèi)鈣超載。

綜上所述，膿毒性休克在臨床上病死率高，與傳統(tǒng)的正性心肌力藥物比較，左西孟旦在改善血流動力學、增加心肌收縮力的同時不增加心肌耗氧量，且不引起致命性心律失常等，多項研究證實了左西孟旦的療效及益處，表現(xiàn)為改善心功能、血流動力學、微循環(huán)、組織氧代謝及內(nèi)臟功能等。但也有研究表明其對膿毒性休克無益，甚至有不良影響。盡管內(nèi)毒素損害心肌細胞收縮功能的能力是一個公認的事實，但由于LPS對血流動力學的多種作用，以及所用動物模型的固有局限性，使其體內(nèi)研究變得困難。我們目前的數(shù)據(jù)表明，在通常的急性鼠內(nèi)毒素血癥模型中，心臟血流動力學異常完全是由于LV負荷條件的嚴重改變，而不是由于內(nèi)毒素的直接負性肌力特性。在這種情況下，將負荷依賴性收縮力指數(shù)解釋為收縮失敗的指標可能在很大程度上具有誤導性。多年來，許多研究小組一直試圖建立與人類敗血癥具有適當相似性的動物模型，如用內(nèi)毒素（LPS）或外毒素（脂磷壁酸）激發(fā)和腹腔或靜脈給予活生物體。Wichterman于1980年提出了CLP模型;此后，許多動物種屬被用于通過CLP誘導敗血癥，包括大鼠、小鼠、綿羊和犬。到目前為止，這種膿毒癥模型被認為是最現(xiàn)實的條件，在實驗和臨床情況之間建立了平行關系。這種損傷是一種臨床相關且可接受的急性腹膜炎模型，已被用于研究對感染的全身反應，與腸穿孔和多種微生物急性腹膜炎的臨床情況非常相似。此外，在小動物（如小鼠和大鼠）中，該模型可通過簡單的外科手術誘導，無需生長和定量細菌或制備接種物。CLP模型大大有助于我們理解膿毒癥的許多病理生理學和免疫學特征，并被認為是膿毒癥的金標準模型。然而，它并不能重現(xiàn)臨床情況的整個復雜性。臨床前動物實驗可能過于簡單，因為動物通常年輕，沒有共病。相反，膿毒癥患者年齡往往較大，有潛在的共病，兩者都是膿毒癥易感性和結局的強預測因素。此外，動物模型中未給予抗生素和支持治療。目前大多數(shù)關于左西孟旦治療膿毒性休克都是小樣本的隨機試驗，仍然需要進行大樣本、隨機、雙盲設計的研究以支持其實際治療效果，以作出更加客觀的評價。

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