朱穎　嚴(yán)靜

[關(guān)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(xiàn)標(biāo)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(yīng)綜合癥。多器官功能衰竭是膿毒癥最常見也是最嚴(yán)重的并發(fā)癥，并發(fā)多器官功能衰竭的患者死亡率高達(dá)20%～60%；在膿毒癥患者中有近60%在進(jìn)入ICU后表現(xiàn)出左心室收縮或舒張功能異常，尤其是嚴(yán)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(jié)構(gòu)損傷，是由多種因素共同作用的結(jié)果。近十年的研究主要集中在細(xì)菌內(nèi)毒素、細(xì)胞因子、炎癥介質(zhì)、NO、ROS等[2]。目前，越來越多的證據(jù)表明，膿毒癥中心肌細(xì)胞鈣平衡的失調(diào)是心肌舒縮功能障礙的直接影響因素[2，3]。心肌細(xì)胞內(nèi)鈣平衡的調(diào)節(jié)主要依賴于細(xì)胞膜L型鈣通道、肌漿網(wǎng)鈣通道及鈣泵的結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定。應(yīng)用Ionoptix細(xì)胞動(dòng)緣探測系統(tǒng)、共聚焦顯微鏡及Ca2+熒光探針示蹤技術(shù)，可以更清楚的在細(xì)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(xì)胞內(nèi)游離Ca2+濃度和心肌細(xì)胞收縮變化幅度的影響，以反映心肌細(xì)胞收縮和舒張功能的變化。

1 Ca2+在心肌細(xì)胞舒縮中的作用

在心肌細(xì)胞中，離子鈣是誘發(fā)心肌動(dòng)作電位，引起心肌細(xì)胞收縮的關(guān)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(xì)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(nèi)流，通過以鈣釋鈣的方式引起心肌細(xì)胞內(nèi)肌漿網(wǎng)膜上的鈣離子釋放通道（RyRs）開放，導(dǎo)致胞漿內(nèi)鈣離子瞬時(shí)性升高，此過程即為鈣瞬變。此后鈣離子通過與肌鈣蛋白結(jié)合引起心肌細(xì)胞收縮。其中引起心肌動(dòng)作電位的鈣離子約10%來源于細(xì)胞外，90%來源于肌漿網(wǎng)腔。

在心肌細(xì)胞舒張時(shí)，一方面肌漿網(wǎng)上Ca2+_ATP酶（SERCA）將細(xì)胞內(nèi)的游離鈣轉(zhuǎn)移到肌漿網(wǎng)中儲存，另一方面在心肌細(xì)胞膜上Na+/K+_ATP酶的作用下，Na+被泵出細(xì)胞外，隨后又通過Na+_Ca2+交換的方式將細(xì)胞內(nèi)的鈣轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外[4]。在這兩種方式的作用下，心肌細(xì)胞內(nèi)鈣離子的濃度降低，并與肌鈣蛋白解離，心肌細(xì)胞舒張。此外，部分鈣離子可以先與細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)蛋白（CM）結(jié)合，并且在鈣調(diào)蛋白激酶（CMK）的作用下，重新被肌漿網(wǎng)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(nèi)毒素和細(xì)胞因子可以通過抑制L型鈣通道內(nèi)鈣離子的內(nèi)流影響心肌細(xì)胞收縮。在離體細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)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(xì)胞收縮期肌漿網(wǎng)鈣離子濃度降低14%，L型鈣通道鈣離子峰值降低11%，心肌細(xì)胞收縮功能障礙[5]。這是因?yàn)門NF_α、白介素_1β（IL_1β）等炎癥因子可引起肌漿網(wǎng)鈣離子的滲漏，導(dǎo)致鈣瞬變減弱[6]。

肌漿網(wǎng)受體在對鈣離子的調(diào)控上具有非常重要的作用。在膿毒癥中，可以觀察到肌漿網(wǎng)上RyRs密度的減少從而減弱了以鈣釋鈣的作用。盲腸結(jié)扎造模大鼠在術(shù)后2～10h血流動(dòng)力學(xué)上表現(xiàn)為高動(dòng)力期，16h后則進(jìn)入低動(dòng)力期。Cohen等發(fā)現(xiàn)，在膿毒癥24h后心肌細(xì)胞RyRs的密度減少，同時(shí)乳頭肌的收縮功能減弱；在膿毒癥4h時(shí)，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(dǎo)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(xì)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(diào)蛋白激酶C（PKC）及Rho激酶的表達(dá)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(qiáng)心藥物及血管活性藥物的反應(yīng)性也降低。

23 肌漿網(wǎng)Ca2+_ATP酶活性降低：SERCA2在調(diào)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(wǎng)內(nèi)膜上一種蛋白，是SERCA2的內(nèi)源性抑制劑，在其磷酸化時(shí)可以減弱對SERCA2的抑制，增加SERCA2對鈣離子的敏感性，同時(shí)不影響鈣離子的最大攝取速率，該機(jī)制被認(rèn)為是心肌細(xì)胞收縮和舒張最重要的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方式之一[9]。膿毒癥發(fā)生時(shí)，低灌注的情況下，細(xì)胞缺血缺氧，一方面直接影響了ATP的產(chǎn)生，SERCA2活性降低，同時(shí)伴有PBL磷酸化的減少，最終導(dǎo)致肌漿網(wǎng)攝取游離鈣的功能受損。另一方面，細(xì)胞內(nèi)酸性代謝產(chǎn)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(xì)胞內(nèi)鈣超載[3]。

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

3 膿毒癥常用治療藥物對鈣平衡的影響

31 強(qiáng)心治療藥物：嚴(yán)重膿毒癥患者常伴有雙心室收縮功能受損，強(qiáng)心藥物在嚴(yán)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(qiáng)心藥物來改善膿毒癥患者心功能時(shí)，在考慮藥物的強(qiáng)心效果的同時(shí)，也應(yīng)注意藥物對心肌細(xì)胞內(nèi)鈣平衡的影響。目前臨床上應(yīng)用的傳統(tǒng)強(qiáng)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(huì)增加心肌細(xì)胞內(nèi)鈣濃度，因此這些藥物在使用一定時(shí)間后，都會(huì)進(jìn)一步加重膿毒癥心肌細(xì)胞內(nèi)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(xì)胞收縮增強(qiáng)。其作用機(jī)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(nèi)流增強(qiáng)[12]。但膿毒癥中長時(shí)間使用兒茶酚胺類藥物可能會(huì)造成心肌細(xì)胞內(nèi)鈣超載，從而引起心肌細(xì)胞凋亡。近來有觀點(diǎn)提出了兒茶酚胺類藥物毒性及腎上腺高應(yīng)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(shí)驗(yàn)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(xì)胞的收縮力，也能通過Ca2+/CMK途徑引起心肌細(xì)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(xì)胞凋亡信號[14]，β2受體信號在鈣離子依賴性細(xì)胞壞死中亦能起到保護(hù)作用，但其保護(hù)作用的機(jī)制似乎與抑制鈣離子內(nèi)流無關(guān)[15]。endprint

33 β受體阻滯劑：雖然β受體阻滯劑具有負(fù)性肌力的作用，但由于β受體激動(dòng)劑會(huì)引起鈣超載導(dǎo)致心肌細(xì)胞損傷，理論上β受體阻滯劑應(yīng)同時(shí)具有抑制鈣超載、保護(hù)心肌的作用。實(shí)驗(yàn)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(nèi)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(shí)TNF_α的釋放減少[16]。在臨床實(shí)驗(yàn)中，對于血流動(dòng)力學(xué)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(shí)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(yīng)用前景。然而，由于其同時(shí)具有負(fù)性肌力作用，在治療的適應(yīng)證及時(shí)機(jī)、劑量的把握等方面仍有待多動(dòng)物及臨床實(shí)驗(yàn)提供客觀依據(jù)。

4 調(diào)節(jié)鈣離子相關(guān)藥物在膿毒癥中的應(yīng)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(wǎng)RyRs，減少鈣離子的釋放。膿毒癥大鼠在予Dantrolene后，心肌細(xì)胞中鈣離子的濃度下降，鈣蛋白酶的表達(dá)減少，同時(shí)心肌細(xì)胞的蛋白水解作用被抑制[18]。Hassoun等實(shí)驗(yàn)證明，用LPS處理的大鼠心肌細(xì)胞后，Dantrolene組心肌細(xì)胞內(nèi)鈣濃度顯著降低，說明了Dantrolene在抑制肌漿網(wǎng)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(xì)胞上的鈣通道及心肌細(xì)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(diào)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(jié)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(shí)不增加心肌細(xì)胞內(nèi)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(nóng)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(shí)改善心肌的舒張功能[21]。但在Chew等在實(shí)驗(yàn)中，左西孟旦與去甲腎上腺素連用治療感染性休克動(dòng)物時(shí)，并未達(dá)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(shí)驗(yàn)組高乳酸、代謝性酸中毒的情況更嚴(yán)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(yīng)用時(shí)仍需權(quán)衡其對電解質(zhì)及內(nèi)環(huán)境的影響。

鈣離子在心肌細(xì)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(jìn)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(yīng)用潛力。但是在膿毒癥休克治療中尚需權(quán)衡這兩種藥物對血壓、心率及細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的影響。此外目前的研究仍集中在細(xì)胞及動(dòng)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。

參考文獻(xiàn)

[1]Vieillard_Baron A， Caille V， Charron C， et al. Actual incidence of global left ventricular hypokinesia in adult septic shock[J]. Critical care medicine，2008，36（6）：1701-1706.

[2]Flierl MA， Rittirsch D， Huber_Lang MS，et al. Molecular events in the cardiomyopathy of sepsis[J]. Molecular medicine，2008，14（5_6）：327-336.

[3]Rudiger A， Singer M. Mechanisms of sepsis_induced cardiac dysfunction[J]. Critical care medicine，2007，35（6）：599-608.

[4]Scriven DR， Moore ED. Ca2+ channel and Na+/Ca2+ exchange localization in cardiac myocytes[J]. Jour molecu cell cardio，2013，58：22-31.

[5]Greensmith DJ， Nirmalan M. The effects of tumor necrosis factor_alpha on systolic and diastolic function in rat ventricular myocytes[J]. Physiological reports，2013，1（4）：e00093.

[6]Duncan DJ， Yang Z， Hopkins PM， et al. TNF_alpha and IL_1beta increase Ca2+ leak from the sarcoplasmic reticulum and susceptibility to arrhythmia in rat ventricular myocytes[J]. Cell calcium，2010，47（4）：378-386.

[7]Cohen RI， Wilson D， Liu SF. Nitric oxide modifies the sarcoplasmic reticular calcium release channel in endotoxemia by both guanosine_3'，5' （cyclic） phosphate_dependent and independent pathways[J]. Critical care medicine，2006，34（1）：173-181.endprint

[8]Liang JL， Yang GM， Li T， et al. Effects of interleukin_1beta on vascular reactivity after lipopolysaccharide_induced endotoxic shock in rabbits and its relationship with PKC and Rho kinase[J]. Jour cardio pharma，2013，62（1）：84-89.

[9]Vangheluwe P， Raeymaekers L， Dode L，et al. Modulating sarco（endo）plasmic reticulum Ca2+ ATPase 2 （SERCA2） activity： cell biological implications[J]. Cell calcium，2005，38（3_4）：291-302.

[10]Smith MA， Schnellmann RG. Calpains， mitochondria， and apoptosis[J]. Cardiovascular research，2012，96（1）：32-37.

[11]Rabuel C， Mebazaa A. Septic shock： a heart story since the 1960s[J]. Intensive care medicine，2006，32（6）：799-807.

[12]Weiss S， Oz S， Benmocha A， et al. Regulation of cardiac L_type Ca2+ channel CaV1.2 via the beta_adrenergic_cAMP_protein kinase A pathway： old dogmas， advances， and new uncertainties[J]. Circulation research，2013，113（5）：617-631.

[13]Kume T， Kawamoto T， Okura H， et al. Local release of catecholamines from the hearts of patients with tako_tsubo_like left ventricular dysfunction[J]. Circulation journal： official journal of the Japanese Circulation Society，2008，72（1）：106-108.

[14]Talan MI， Ahmet I， Xiao RP. beta（2） AR agonists in treatment of chronic heart failure： long path to translation[J]. Jour molecu cell cardio，2011，51（4）：529-533.

[15]Ahmet I， Krawczyk M， Zhu W， et al. Cardioprotective and survival benefits of long_term combined therapy with beta2 adrenoreceptor （AR） agonist and beta1 AR blocker in dilated cardiomyopathy postmyocardial infarction[J]. The Journal of pharmacology and experimental therapeutics，2008，325（2）：491-499.

[16]Suzuki T， Morisaki H， Serita R， et al. Infusion of the beta_adrenergic blocker esmolol attenuates myocardial dysfunction in septic rats[J]. Critical care medicine，2005，33（10）：2294-2301.

[17]Gore DC， Wolfe RR. Hemodynamic and metabolic effects of selective beta1 adrenergic blockade during sepsis[J]. Surgery，2006，139（5）：686-694.

[18]Kobayashi S， Yano M， Suetomi T， et al. Dantrolene， a therapeutic agent for malignant hyperthermia， markedly improves the function of failing cardiomyocytes by stabilizing interdomain interactions within the ryanodine receptor[J]. Journal of the American College of Cardiology，2009，53（21）：1993-2005.

[19]Hassoun SM， Marechal X， Montaigne D， et al. Prevention of endotoxin_induced sarcoplasmic reticulum calcium leak improves mitochondrial and myocardial dysfunction[J]. Critical care medicine，2008，36（9）：2590-2596.

[20]Celes MR， Malvestio LM， Suadicani SO， et al. Disruption of calcium homeostasis in cardiomyocytes underlies cardiac structural and functional changes in severe sepsis[J]. Plos one，2013，8（7）：e68809.

[21]Barraud D， Faivre V， Damy T， et al. Levosimendan restores both systolic and diastolic cardiac performance in lipopolysaccharide_treated rabbits： comparison with dobutamine and milrinone[J]. Critical care medicine，2007，35（5）：1376-1382.

[22]Chew MS， Hawthorne WJ， Bendall J， et al. No beneficial effects of levosimendan in acute porcine endotoxaemia[J]. Acta anaesthesiologica Scandinavica，2011，55（7）：851-861.endprint