丁娜 刘文博 崔兰 林梅花 金春子
临床研究
神经型一氧化氮合酶在慢性心力衰竭患者血浆中的变化及其作用
丁娜 刘文博 崔兰 林梅花 金春子
目的 探讨神经型一氧化氮合酶(nNOS)在慢性心力衰竭(CHF)患者血浆中的变化及其作用。方法 入选2015年11月至2016年4月就诊于延边大学附属医院的失代偿CHF患者共计234例,根据左室射血分数(LVEF)值不同分成 3个组:A 组(LVEF 20%~29%)、B组(LVEF 30%~49%)、C组(LVEF≥50%);另根据年龄分为中老年组和老年组,均进行nNOS浓度比较。结果 ①三组患者血浆nNOS浓度比较,差异均有统计学意义[(87.7±6.6)U/L 比(178.0±11.5)U/L 比(142.6±8.8)U/L,P<0.05],其中 A 组患者血浆 nNOS浓度明显低于 B 组[(87.7±6.6)U/L 比(178.0±11.5)U/L,P<0.01];C 组患者血浆 nNOS浓度略低于B 组[(178.0±11.5)U/L 比(142.6±8.8)U/L,P<0.05];A 组患者血浆 nNOS浓度低于 C 组[(87.7±6.6)U/L 比(142.6±8.8)U/L,P<0.05]。②三组患者 E 峰值比较,差异均有统计学意义[(0.7±0.05)m/s比(0.9±0.03)m/s比(0.8±0.03)m/s,P<0.05],其中 A 组患者 E 峰值低于 B 组[(0.7±0.05)m/s比(0.9±0.03)m/s,P<0.05];C 组患者 E 峰值略低于 B 组(0.8±0.03)m/s比(0.9±0.03)m/s,P<0.05);A 组患者 E 峰值略低于 C 组[(0.7±0.05)m/s比(0.8±0.03)m/s,P<0.05]。③中老年组与老年组比较,血浆 nNOS浓度未见统计学差异(P>0.05)。④用Spearman相关分析对血浆nNOS浓度与抗心衰药物之间的关系进行分析,血浆nNOS浓度与ACEI类、ARB类、地高辛和β-blocker呈正相关。结论 心力衰竭患者增加的神经型一氧化氮合酶是通过对E峰的调节来保护心功能的。
神经型一氧化氮合酶; 慢性心力衰竭; 左室射血分数
慢性心力衰竭(chronic heart failure,CHF)是多种因素引起的心肌细胞纤维化、心腔扩大,最终导致循环血量不足、心肌结构和功能改变等一系列危重病症的临床综合征,现已成为严重的致死性疾病之一[1]。近年来,影响CHF的心室重构及功能障碍因子成为研究热点[2]。随着对心力衰竭(heart failure,HF)发病机制认识的深入,发现一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)在 HF 中起着非常重要的作用。
NOS包括三种亚型:内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)、神经型一氧化氮合酶(neuronal nitric oxide synthase,nNOS)、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitricoxide synthase,iNOS)。以往的研究均认为,eNOS是唯一存在于心肌细胞的亚型,在心肌细胞中的多种调控功能也得到了证实[3]。但近年来的实验调查,在基础条件相同的情况下,利用转基因小鼠模型并将其eNOS基因敲除,发现无论eNOS基因是否缺失,对心肌细胞松弛和心室顺应性作用不是很大[4]。自1999年nNOS被发现存在于心肌细胞中,主要存在于心肌细胞的肌质网(sarcoplasmic reticulum,SR)中[5],对nNOS的作用有了更深的认识。研究发现[6],nNOS对SR中的Ca2+内流起到一定的负反馈作用,增加Ca2+内流会刺激nNOS生成NO,而后者又反向抑制Ca2+内流,这种机制使得心肌细胞内Ca2+维持在生理条件下,可以防止心肌细胞SR中Ca2+超载,使nNOS水平维持在相对正常的范围内,进而达到保护心肌细胞,预防心室重构、心肌肥厚及心律失常的发生。因此,本研究详细讨论了nNOS在CHF患者血中的变化,通过检测心衰患者血浆中的nNOS、N-端脑利钠肽前体(NT-proBNP)水平及心功能指标,分析血浆nNOS水平在CHF中所起的作用及关系。
1.1 一般资料 选择2015年11月至2016年4月就诊于延边大学附属医院的CHF患者共计234例。根据血浆中nNOS水平的变化,将慢性心力衰竭患者以左室射血分数(LVEF)值不同分成三个组,A组(LVEF值20%~29%)、B组(LVEF值30%~49%)、C组(LVEF值≥50%)。入选标准:①采用NYHA分级,所有患者均为NYHAⅡ~Ⅳ级的患者;②年龄 43~90(67.2±11.3)岁;③所有患者均为窦性心律;④所有研究对象均签署知情同意书。排除标准:晚期肾脏病血液透析、先天性心脏病、心包炎、原发性心脏瓣膜病、原发性心肌病、急性心肌炎、继发性心肌病、心源性休克患者。
1.2 nNOS测定 CHF患者于入院次日晨起空腹抽取肘前静脉血2 ml,应用人nNOS酶联免疫分析试剂盒,用酶标仪在450 nm波长下测定吸光度(OD值),对血浆nNOS浓度进行测定。
1.3 E峰测定 应用美国ATI公司生产的HDI3500彩色多普勒电脑超声仪,对左房内径(LAD)、左室射血分数(LVEF)、左室后壁厚度(LVPWT)、室间隔厚度(IVST)、左室舒张末期内径(LVDd),左心室收缩末期内径(LVSd),左室后壁厚度(LVPWT)及E峰进行测定并记录。
1.4 统计学方法 采用SPSS 16.0统计软件进行数据分析。计量数据以±s表示,多组均数比较采用单因素方差分析,其样本均数之间的两两比较采用LSD法;计数数据以百分率表示,进行χ2检验;血浆中nNOS水平与抗心衰药物的相关性采用Spearman相关分析。P<0.05为差异有统计学意义。
2.1 三组心力衰竭患者的各项指标分析 三组心力衰竭患者年龄、性别、民族、吸烟史及体重指数等资料比较结果显示,差异均无统计学意义(P>0.05);而心力衰竭患者有高血压病史、糖尿病病史三组组间比较结果分别为P<0.01,P=0.011。心力衰竭患者血清HDL-C水平三组比较结果P=0.001,其中A组和B组患者血清HDL-C水平明显低于C组(P<0.01),A组血清HDL-C水平略低于B组(P<0.01);心衰患者血清LDL-C水平三组比较结果P=0.018,其中A组和B组患者血清LDL-C水平明显高于C组(P<0.01),A组血清LDL-C水平略高于 B 组(P<0.05)。然而血清 Na+、K+、Ca2+、TC 及TG水平三组间比较则均未见统计学差异(P>0.05)。三组心力衰竭患者服用ACEI类、ARB类、β-blocker、利尿剂类抗心力衰竭药物后结果未见统计学差异(P>0.05),而应用螺内酯和地高辛药物的心力衰竭患者三组比较差异有统计学意义(P=0.001)。见表 1。
2.2 三组患者血浆nNOS浓度和心功能分析 三组患者血浆nNOS浓度比较,差异有统计学意义(P<0.05)。三组患者E峰值比较,差异有统计学意义(P<0.05),且与血浆nNOS浓度有相同的趋势。见图 1、图2。
2.3 血浆nNOS浓度与各项指标的分析
2.3.1 不同年龄段患者血浆nNOS浓度比较 中老年组与老年组血浆nNOS浓度比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。见表 2。
2.3.2 血浆nNOS浓度与抗心衰药物的相关性分析 采用Spearman相关分析对血浆nNOS浓度与各药物之间关系进行分析,结果见表3。
表1 三组患者各项指标分析结果[±s,例数及百分率(%)]
表1 三组患者各项指标分析结果[±s,例数及百分率(%)]
注:A 组:EF值为 20%~29%;B 组:EF值为 30%~49%;C 组:EF≥50%。与 C组比较,aP<0.05;与B组比较,bP<0.05,cP<0.01
组别 例数 年龄(岁) 体重指数(kg/m2) 女性 男性 朝鲜族 汉族 高血压A 组 11 69.0±11.0 24.1±4.1 4(36.4) 7(63.6) 4(36.4) 7(63.6) 11(100)B 组 125 67.3±11.1 23.2±3.8 60(48.0) 65(52.0) 42(33.6) 83(66.4) 67(53.6)C 组 98 68.3±11.7 23.2±3.9 50(51.0) 48(49.0) 31(32.2) 67(68.4) 73(74.5)组别糖尿病吸烟史Na+(mmol/L)K+(mmol/L)Ca2(mmol/L)TC(mmol/L)TG(mmol/L)A 组 4(36.4) 4(36.4) 139.1±9.0 3.8±0.7 2.1±0.3 4.1±0.5 1.1±0.4 B 组 83(66.4) 42(33.6) 138.9±4.0 3.8±0.5 2.3±0.2 4.0±1.1 1.2±0.5 C 组 48(49.0) 31(31.6) 138.3±5.1 3.8±0.7 2.2±0.2 4.3±1.3 1.4±1.3组别 HDL-C(mmol/L) LDL-C(mmol/L) ACEI ARB β-blocker 利尿剂 螺内酯 地高辛A 组 0.9±0.2ac 3.1±1.0ab 5(45.5) 6(54.5) 4(36.4) 5(45.5) 6(54.5) 4(36.4)B 组 1.1±0.3a 2.6±0.8a 76(60.8) 70(56.0) 76(60.8) 79(63.2) 84(67.2) 58(46.4)C 组 1.3±0.4bc 2.4±0.9b 48(49.0) 43(43.9) 48(49.0) 47(48.0) 49(50.0) 29(29.6)
表2 中老年组和老年组血浆nNOS浓度比较(±s)
表2 中老年组和老年组血浆nNOS浓度比较(±s)
组别 例数 nNOS(U/L)中老年组(40~65岁) 69 160.1±105.2老年组(≥66岁) 165 164.8±115.9 P值 0.777
表3 血浆nNOS浓度与药物相关性分析
近几年的研究报道显示,nNOS是保护心脏的重要物质,尤其在CHF中起着至关重要的作用。
3.1 血浆中nNOS水平变化对心功能的作用 最近的研究表明,nNOS是调节心肌细胞收缩的关键因子[4]。特别是nNOS源性的NO可以通过促进受磷蛋白磷酸化和抑制黄嘌呤氧化还原酶(Xanthine oxidoreductase,XOR)的作用来调节心肌细胞Ca2+循环和氧化还原平衡[7]。在心力衰竭患者的心肌细胞中,nNOS的表达和活性均升高,表明nNOS对心肌细胞可能发挥保护或适应性作用[8]。最近的实验调查[8]利用nNOS基因敲除的小鼠模型,结果显示与野生型小鼠相比,敲除nNOS基因的小鼠心肌梗死后表现出更严重的心室重构、收缩功能障碍及死亡率,表明nNOS活性降低或缺乏nNOS基因会影响心肌细胞收缩力和左心室收缩功能,从而导致心肌细胞纤维化和心力衰竭的发生[9],那么可以说明,当nNOS活性恢复正常或增加时,心肌收缩力增强,从而达到保护心肌细胞的功能。由此可见,nNOS具有一定的保护心肌细胞功能的作用。本研究结果与既往国内外的研究结果基本一致。nNOS在A、B、C三组之间比较,差异均有统计学意义(P<0.05)。A组与B组均为射血分数减少的患者,在心衰发生早期时,肌质网中的nNOS表达上调可使心肌细胞收缩力增强,这可能是机体早期代偿性机制的表现,但随着EF值的逐渐下降,nNOS的调控作用减弱,含量逐渐减少,导致失代偿而使心衰逐渐加重,此外雷诺丁受体活性增强,心肌细胞收缩功能逐渐减弱,nNOS对XOR的抑制作用也减弱,产生氧化应激反应,导致心肌细胞纤维化、心室重构;另一方面,可能由于nNOS逐渐被心肌细胞消耗,其对心脏的保护作用减弱。而C组为保留射血分数的患者,当EF值逐渐升高时,可能由于心功能指标逐渐恢复,nNOS含量维持在较低水平即可保证心肌细胞的正常生理机能,从而保护心肌细胞免受损害。1997年Pinsky等[10]发现,在疾病状态下,上调的nNOS在心肌舒张早期使NO含量增加,可以促使舒张早期的血流速度变快,显著增加收缩性能和左室舒张早期扩张性。E峰代表心脏快速充盈期,即左室舒张早期二尖瓣口的血流速度,由此我们可以得知,E峰可以反映舒张早期血流速度。本研究观察E峰与血浆中nNOS水平,A、B、C三组间比较,差异均有统计学意义(P<0.05),且其趋势与nNOS大致相同。有证据表明[11],在舒张期的早期快速充盈期(与多普勒彩超二尖瓣血流E峰同步),减少舒张期SR中Ca2+储存量,SR中Ca2+释放量减少,心肌细胞中整体Ca2+含量下降,将导致收缩蛋白(钙调蛋白)不完全失活,从而导致左室舒张功能减低;反之,增加舒张期SR中Ca2+储存量,可以使心肌细胞收缩功能增强,因此可以说明,nNOS是通过E峰来对心肌细胞的功能进行调节的。本研究的结果提供了更多的证据去支持在慢性心力衰竭患者心室重构和功能异常中nNOS所参与的作用。
3.2 不同年龄段的CHF患者血浆nNOS浓度的变化 eNOS源性的NO具有强大的心血管保护和抗动脉粥样硬化的作用,并有助于维持血管的稳态。近年来的研究表明[12,13],血管老化伴随着血管内皮功能障碍,内皮功能障碍是导致心血管疾病和死亡的主要原因。而年龄与血管老化呈正相关,说明随着年龄的逐渐增长,血管内皮细胞功能相对减弱,eNOS生成减少,对心血管的保护功能减弱。另有研究通过大鼠细胞模型组织转谷氨酰胺酶(tissue transglutaminase,TG2) 的 S-亚硝基化调节表明[14],在年轻大鼠的主动脉中,TG2的活性是由内皮源性的NO来调节的;而在老龄大鼠的主动脉中,TG2的活性增加,并且其S-亚硝基化作用减弱,减弱TG2的S-亚硝基化,增加谷氨酰胺转胺酶的活性可以导致老龄大鼠的血管硬化。因此,抑制TG2的活性,可以降低老龄大鼠的血管硬化程度。本研究探讨了不同年龄段CHF患者的血浆nNOS浓度变化,结果显示差异无统计学意义(P>0.05)。目前尚不清楚导致这种结果的机理,而出现这种结果的原因,可能是nNOS本身与年龄、血管老化、硬化程度及内皮细胞功能无关,但有待于日后的进一步研究探讨。
3.3 血浆nNOS浓度与相关药物对心衰的影响
3.3.1 β-AR拮抗剂 Aragon等[15]的研究发现,β3-AR在HF的心肌细胞中表达上调,在β3-AR-/-和野生型小鼠的心肌压力性负荷实验中,β3-AR-/-小鼠心肌收缩功能障碍程度更为严重,而当nNOS基因缺失时,β3-AR对心肌细胞的保护作用减弱,在应用β3-AR激动剂的情况下,nNOS源性的NO可以增强CHF患者心肌细胞的收缩功能,这说明β3-AR激动剂与nNOS具有协同保护心肌细胞的功能。近年来的研究还发现,心肌细胞中β3-AR信号可以通过nNOS的活化来减少衰竭心肌细胞中超氧化物的产生,起到保护心脏功能的作用[16,17]。β1-AR拮抗剂如美托洛尔,可以增强容量负荷过重的心肌细胞中β3-AR与NO-cGMP的耦联[17]。有研究表明,β1-AR拮抗剂如美托洛尔,可以改善CHF患者的心肌细胞功能[17]。本研究观察nNOS与β-AR拮抗剂的相关关系,结果显示,血浆nNOS浓度与β-AR拮抗剂呈正相关,与上述研究结果相一致,证明β-AR拮抗剂可以协同nNOS来改善CHF患者的心脏功能。
3.3.2 血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)和血管紧张素受体拮抗剂(ARB) ACEI可以通过抑制ACE减少血管紧张素Ⅱ(ATⅡ)的生成而抑制肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)。ARB可阻断经ACE和非ACE途径产生的ATⅡ与AT1受体结合,阻断RAS的效应。研究表明[18,19],AngⅡ和AT1受体是通过结合G蛋白耦联受体来发挥其生物学活性的,并在心血管疾病如心力衰竭、高血压和糖尿病中发挥重要作用。Sharma等[20]的研究发现,对于CHF患者AT1受体的作用是使nNOS表达下调,而应用ATⅡ受体拮抗剂如氯沙坦治疗后,可以促进心肌细胞中nNOS的上调。本研究结果显示nNOS与ACEI和ARB具有相关关系,与国内外的研究结果大致相同,说明在发生CHF时,应用ACEI或ARB类药物,可以改善心肌细胞中nNOS的下调,进一步起到保护心肌细胞功能的作用,因此早期足量长期服用ACEI或ARB类药物,可以增加血浆中nNOS的含量,从而缓解心衰症状、延缓心衰的进展,进一步改善心室重塑。
3.3.3 地高辛 为洋地黄类药物代表,通过抑制心肌细胞膜Na+-K+-ATP酶而发挥药理作用,可以使细胞内Na+浓度升高,从而使Na+-Ca2+交换增强,心肌细胞SR中Ca2+增多,进而起到增强心肌收缩力的作用。本试验观察到地高辛与血浆nNOS水平呈正相关,推测可能由于地高辛使心肌细胞SR中Ca2+增多,进而使nNOS表达增强,从而发挥其对心脏的正性肌力作用。
综上所述,心力衰竭患者增加的神经型一氧化氮合酶是通过对E峰的调节来保护心功能的。
(本文图片见后插二)
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The changes and roles of neuronal nitric oxide synthase in the plasma of patients with chronic heart failure
DING Na*,LIU Wen-bo,CUI Lan,et al.*Cardiovascular Medicine,Yanbian University Hospital,Yanji 133000,China
JIN Chun-zi,E-mail:15526771826@163.com
Objective To investigate the changes and roles of nNOS in the plasma of patients with chronic heart failure(CHF).Methods 234 consecutive patients with decomposition CHF who were admitted to Yanbian University Hospital from November 2015 to April 2016 were enrolled.According to the left ventricular ejection fraction(LVEF)values,the patients were divided into 3 groups:group A(EF:20%-29%),group B(EF:30%-49%),group C(EF:≥50%).In addition,nNOS concentration was compared between the quinquagenarian group and the elderly group.Results ⑴The nNOS concentration of plasma in three groups were statistically significant[(87.7±6.6)U/L vs(178.0±11.5)U/L vs(142.6±8.8)U/L,P<0.05],among them,plasma nNOS levels in group A were significantly lower than those in group B[(87.7±6.6)U/L vs(178.0±11.5)U/L,P<0.01];plas-ma nNOS levels in group C were lower than those in group B[(178.0±11.5)U/L vs(142.6±8.8)U/L,P<0.05];plasma nNOS levels in group A were lower than those in group C[(87.7±6.6)U/L vs(142.6±8.8)U/L,P<0.05].⑵There were significant difference in E peak among the three groups[(0.7±0.05)m/s vs(0.9±0.03)m/s vs(0.8±0.03)m/s,P<0.05],among them,the value of E peak in group A was lower than that in group B[(0.7±0.05)m/s vs(0.9±0.03)m/s,P<0.05];the value of E peak in group C was lower than that in group B[(0.8±0.03)m/s vs(0.9±0.03)m/s,P<0.05];the value of E peak in group A was lower than that in group C[(0.7±0.05)m/s vs(0.8±0.03)m/s,P<0.05]. ⑶Comparison the nNOS concentration of plasma with between the quinquagenarian group and the elderly group.There was no significant difference(P>0.05).⑷The nNOS concentration of plasma was positively correlated with ACEI,ARB,digoxin and β-blocker.Conclusion The increase of nNOS in patients with heart failure is to protect the cardiac function through the regulation of E peak.
Neuronal nitric oxide synthase; Chronic heart failure; Left ventricular ejection fraction
国家自然科学基金(项目编号:81460039);吉林省教育厅科研基金(项目编号:2016-276);吉林省科技厅青年科研基金(项目编号:20140520024JH);吉林省卫生厅青年科研基金(项目编号:2014Q043)
作者单位:133000 吉林省延吉市,延边大学附属医院心内科(丁娜、刘文博、崔兰、金春子),中心实验室(林梅花、金春子)
金春子,E-mail:15526771826@163.com
10.3969/j.issn.1672-5301.2017.09.005
R541.6
A
1672-5301(2017)09-0787-05
2017-03-30)