失血性休克心肌收缩功能障碍的钙调节机制

雷 慧，戴 华，郭继忠

失血性休克是临床常见的急危重症，以有效循环血量减少、微循环障碍、组织低灌注为主要特征［1］。心肌收缩功能(myocardial contractile function)是维持血流动力学、保证组织灌流的中心环节，其功能是否完好对于失血性休克患者的转归具有重要意义［2］。在失血性休克的发展进程中常出现心率减慢，平均动脉压和左室内压最大变化速率、左室收缩压显著下降，表现为心肌收缩功能障碍［3］;同时，周学武等［4］研究表明，休克后大鼠离体乳头肌收缩力和离体心脏血流动力学指标随着休克时间延长而逐渐降低。由于失血性休克后心肌收缩功能障碍是加重微循环障碍、导致器官低灌注、加重组织细胞损伤的关键因素，因此其是引起重症休克患者死亡的重要因素［5－6］。可见，如何纠正心肌收缩功能障碍，恢复心泵功能，是休克救治的关键环节［2］。为此，深入探索休克后心肌收缩功能障碍的发生机制，对于寻找新的干预措施、防治重症休克及其引起的多器官功能障碍综合征 (multiple organ dysfunction syndrome，MODS)或多器官衰竭 (multiple organ failure，MOF)具有重要的理论意义和实用价值。鉴于钙无论在平滑肌、骨骼肌或心肌的收缩活动中均起着重要作用，本文重点阐述失血性休克心肌收缩功能障碍的钙调节机制。

1 钙在心肌收缩中的作用

Ca2+在心肌兴奋过程中的电活动与机械收缩间起耦联作用［7］。肌钙蛋白 (troponin，Tn)是存在于心肌细胞内的一种调节蛋白，由肌钙蛋白C(TnC)、肌钙蛋白T(TnT)和肌钙蛋白I(TnI)三个亚单位组成。TnC是与Ca2+结合的受体，TnT是与原肌球蛋白结合的亚单位，TnI是抑制性亚单位，是心肌的结构蛋白，仅存在于心肌肌原纤维细肌丝上，具有器官特异性，可抑制肌球蛋白与肌动蛋白结合，阻止肌肉收缩。TnI有两种存在方式，约97%以TnI－TnC复合物形式存在于心房肌和心室肌细胞的胞质中，约3%TnI游离于心肌细胞的胞质中，在心肌细胞膜完整状态下，TnI不能透过细胞膜进入血循环［8］。

心肌细胞除极化时，Ca2+从心肌细胞外转移到心肌细胞胞质中，同时肌质网也释放Ca2+进入胞质，胞质内Ca2+浓度迅速升高，出现钙火花;TnC迅速与Ca2+结合，使TnC和TnI的构型发生变化，导致TnI与肌动蛋白解离;肌球蛋白旋转到肌动蛋白两条螺旋状链的深沟中，暴露肌动蛋白受点，并与肌球蛋白头部接触，形成横桥，肌球蛋白球部的三磷腺苷(ATP)酶作用于ATP，释放能量，肌动蛋白与肌球蛋白结合引起收缩［9］。随后，Ca2+重新转移至胞外并部分被肌质网摄取，胞质内Ca2+浓度下降，TnC和TnI构型恢复，TnI与肌动蛋白重新结合，使肌球蛋白从肌动蛋白的深沟中移出，肌动蛋白受点再次被掩盖，肌动蛋白与肌球蛋白重新解离，解除横桥，心肌细胞出现舒张［10］。可见，Ca2+在心肌细胞的收缩与舒张中发挥关键作用。因此，凡是引起心肌细胞内Ca2+浓度异常或Ca2+与TnC结合失常的因素，均可导致心肌收缩功能障碍［11－12］。

2 钙依赖途径在失血性休克后心肌收缩功能障碍中的作用

失血性休克后，由于心肌细胞膜上的L－型钙通道 (L－Ca)蛋白活性降低、Ryanodine受体 (RyR)过度磷酸化、肌质网钙泵活性降低，导致心肌细胞钙内流与肌质网钙释放减少，使心肌细胞内游离钙离子浓度(［Ca2+］i)降低，引起心肌细胞兴奋－收缩耦联障碍，导致心肌收缩功能降低［13］，此为心肌收缩的钙依赖途径［14］。随着休克发展，心肌细胞膜、肌质网膜、线粒体膜等生物膜损伤、Na+/Ca2+交换蛋白反向转运增强［15］以及心肌细胞能量代谢障碍导致的Ca2+－ATPase活性低下［16］等诸多因素，导致心肌细胞内［Ca2+］i不但没有减少，反而升高，甚至出现钙超载现象，但此时心肌细胞收缩功能并未增强，仍然降低，因此考虑是否存在其他机制参与休克心肌收缩功能障碍的发生。Ono等［17］研究发现，心肌细胞内Ca2+与钙调蛋白 (calmodulin，CaM)结合力是引起心肌细胞兴奋－收缩耦联的关键环节，因此，失血性休克后心肌细胞CaM表达降低应该是心肌收缩功能障碍的重要因素，以上调心肌细胞CaM表达为干预措施，可能有利于保护失血性休克后的心肌收缩功能。

3 钙敏感途径在失血性休克后心肌收缩功能障碍中的作用

除CaM活性下降引起的心肌细胞兴奋－收缩耦联障碍外，重度休克的心肌细胞收缩蛋白对钙的敏感性下降［18］。有研究表明，重症休克晚期患者TnI与TnC磷酸化水平均出现了显著降低，分别为正常水平的 46% 和 41%［19－20］。而 Tn与钙的结合能力是决定心肌细胞钙敏感性的中心环节，Tn磷酸化水平是影响二者结合能力的关键因素［18］，也是导致心肌收缩功能障碍的重要因素，提示心肌细胞钙敏感性降低同样在失血性休克后心肌收缩功能障碍的发生过程中发挥重要作用。结合小G蛋白家族Rho、Rac是导致Tn磷酸化的关键蛋白这一理论基础［21－22］，李涛等［23］发现，失血性休克后心肌组织Rho激酶呈逐渐下降趋势，Rho激酶激动剂可提高心肌钙敏感性，从而提升心肌收缩性、改善心肌动力学指标，提示Rho/Rho激酶参与了重症休克后心肌收缩性的调节;此外，有研究显示，血管紧张素－Ⅱ (Ang－Ⅱ)可增加由高盐喂食引起的心力衰竭大鼠心肌细胞的Rho激酶活性，能进一步增加心肌细胞的钙敏感性［24－26］。提示Rho激酶可能通过调节心肌的钙敏感性而调节心肌收缩功能。因此，以提高失血性休克后心肌细胞Rho激酶的活性为干预措施，有利于心肌收缩功能的恢复。

4 肠淋巴液回流在失血性休克后心肌收缩功能障碍中的作用

随着对失血性休克后器官损伤发生机制研究的深入，学者们开始关注淋巴途径在失血性休克发展进程中的作用，认为肠淋巴液回流是失血性休克器官损伤的关键环节［27－28］。针对肠淋巴液回流的研究表明，失血性休克后的肠淋巴液回流是心肌损伤的重要因素，结扎肠系膜淋巴管或引流休克肠淋巴液均可减轻心肌的组织学损伤，可提高休克大鼠的平均动脉血压，其机制涉及降低氧化应激与一氧化氮合成等作用［29－30］，提示肠淋巴途径参与了失血性休克后心肌收缩功能障碍的发生。多项研究表明，肠淋巴管结扎可提高失血性休克后左室内压最大变化速率、左室收缩压;将休克肠淋巴液灌流至正常大鼠的离体心脏，降低了左室内压最大变化速率、左室收缩压，同时降低了离体心脏对Ca2+的反应性;进一步研究发现，休克肠淋巴液作用的细胞基础与L－Ca通道有关［31－32］。提示，休克肠淋巴液回流是心肌收缩功能障碍的重要因素，其机制可能与心肌收缩的钙依赖途径有关;但休克肠淋巴液介导心肌收缩功能障碍的作用是否与心肌细胞的钙敏感性调节机制有关?相关的研究靶点有哪些?均有待深入研究。

5 小结

综上所述，失血性休克后心肌细胞的钙稳态失调及其导致收缩的物质基础失衡是引起心肌收缩功能障碍的重要机制;心肌细胞对钙的敏感性降低也是导致心肌兴奋－收缩耦联障碍及心肌收缩功能障碍的关键环节;同时，肠淋巴液回流也参与失血性休克后心肌收缩功能障碍的发生。总之，深入研究心肌收缩功能障碍的钙调节机制，对于寻找失血性休克后心肌收缩功能障碍的干预措施具有积极意义，也有可能为重症休克的防治开辟新思路。

1 赵克森．重症难治性休克发生机制之进展［J］．中国病理生理杂志，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 周学武，胡德耀，刘良明，等．不同组方的高渗氯化钠－醋酸钠溶液对创伤失血性休克大鼠心肌收缩功能和动脉血气的影响［J］．中国危重病急救医学，2001，13(6):358－361．

5 Sambol JT，Lee MA，Jiang M，et al．Mesenteric lymph from rats with trauma－hemorrhagic 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，Fragoso－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，Frink 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 李涛，朱娱，刘良明．Rho激酶在失血性休克大鼠心肌收缩功能障碍中的作用［J］．中国病理生理杂志，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 赵自刚，牛春雨，陈瑞华，等．肠淋巴途径对休克大鼠心肌自由基、炎性介质的影响 ［J］．中国应用生理学杂志，2007，23(4):385－389．

30 牛春雨，赵自刚，张玉平，等．淋巴液引流对创伤失血性休克大鼠多器官损伤的影响［J］．中华创伤杂志，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．