大蒜素后处理对离体大鼠心肌缺血再灌注损伤的作用及机制研究

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随着心脏外科手术的发展,动脉搭桥术、心脏外科体外循环和器官移植等手术的相继开展,术中冠脉血运的阻断都不可避免地造成心肌缺血-再灌注(ischemia reperfusion,I/R)损伤。因此,对心肌缺血-再灌注损伤基础实验研究具有重要的临床意义。   研究发现,缺血预处理(IPC)可通过不同的信号转导通路,发挥心肌细胞抗缺血作用,减轻I/R损伤,是一种比较有效的内源性保护机制。应用大蒜素来模拟缺血预处理,观察对心肌的保护作用,可以起到与预处理相似的保护效应,但是在临床工作中经常遇到的情况是已经发生了的心肌缺血,而实际上能够干预的是心肌缺血以后的再灌注时期,因此限制了它作为临床心肌保护策略的应用。缺血后处理(IPO)与IPC相比,具有类似的心肌保护作用,它能缩小心肌梗死面积,提高缺血后心肌收缩能力,保护血管内皮细胞,减少再灌注心律失常的发生,减轻心肌细胞的凋亡等。由于IPO的干预是在缺血发生之后的再灌注阶段实施,预知性和可控性较强,应用前景良好。在再灌注早期使用某些药物来模拟IPO的心脏保护,即药物性后处理(PPO)。它可以明显减轻Ca2+超载、保护血管内皮、缩小无复流面积、改善心肌收缩功能。药物性后处理与IPO相比,安全,方便,剂量易于控制,不需要短暂反复缺血再灌注,有利于保护血管,实施方便,而受到人们更多的的关注。   大蒜素(Allicin),又名大蒜新素,是从百合科葱属草本植物大蒜(garlic)中提取的一种含硫化合物,其化学名称为二烯丙基三硫化物(Diallyl Trisulfide,DATS),具有易得、结构简单、易合成、生物活性作用明显等特点。它有较强的杀菌力,被誉为天然的广谱抗生素。近年来国内外学者对其进行了大量研究,发现大蒜素还有抑制肿瘤生长、降低血糖和血脂、抗血小板聚集、保护肝脏、预防心血管疾病、抗氧化、预防和治疗动脉粥样硬化、提高机体免疫力等作用。新近的研究进一步证实,大蒜素对于防治心肌缺血及心肌缺血-再灌注损伤也具有重要作用。大蒜素通过降低心肌耗氧、抗心肌凋亡作用,可减轻心肌细胞损伤,缩小梗死面积,提高心脏功能,有助于保护缺血心肌及缺血-再灌注损伤。   目的:本实验利用大鼠的心肌I/R模型,在再灌注早期给予大蒜素进行干预,观察大蒜素对缺血-再灌注心脏的影响。初步探讨大蒜素后处理在心肌缺血-再灌注损伤中的作用及其机制。   方法:雄性Wistar大鼠,随机分为4组,每组6只,分别为①缺血再灌注(I/R)组、②缺血后处理(IPO)组、③大蒜素(Al0)组、④正钒酸钠(Na3VO4)加大蒜素(Al0)组。大鼠麻醉固定,迅速开胸,取出心脏,应用Langendorff离体心脏灌流技术制备心肌缺血再灌注损伤模型,即灌流稳定20min后,缺血30min,再灌注60min。再灌注开始至灌流20min之间,分别给予含有大蒜素及正钒酸钠(Na3VO4)加大蒜素的灌流液,建立不同药物干预组。各组处理方案如下:   ①组(I/R组):心脏稳定20min,缺血30min,用K-H液再灌注,持续灌流60min。   ②组(IPO组):心脏稳定20min,缺血30min,再灌注开始用K-H液复灌20s,缺血20s,循环3次,用K-H液再灌注,持续灌流60min。   ③组(Al0组):心脏稳定20min,缺血30min,再灌注开始即给予大蒜素灌流,直到再灌注20min,始终保持灌流液中大蒜素的浓度为10μmol/L,持续灌流60min。   ④组(Na3VO4+Al0组):心脏稳定20min,缺血30min,再灌注开始即给予正钒酸钠和大蒜素,始终保持灌流液中正钒酸钠和大蒜素的浓度分别为100μmol/L、10 l.tmol/L,直到再灌注20min,持续灌流60min。   观察离体大鼠心脏基础状态和缺血再灌注状态下心脏功能指标的变化和冠脉流量。心功能参数包括左心室收缩压(left ventricular systolicpressure,LVSP)、左室舒张末期压(left ventricular end diastolic pressure,LVEDP)、左心室发展压(left ventricular develop pressure,LVDP)和左室内压最大变化速率( maximal positive and negative velocity of left ventrichlarpressure,±LVdp/dtmax)、心率(heart rate,HR)、冠脉灌流量(coronaryperfusion flow, CF)。此外,留取各监测时间点心脏灌流漏出液,测定其中乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)活性,留取左心室心肌组织检测其中超氧化物岐化酶(superoxide dismudase,SOD)活力和丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量。   结果:   1 大蒜素对缺血再灌注心脏灌流液LDH活性的影响大蒜素组动物的心脏灌流液LDH活性明显低于I/R组(P<0.05)。   2 大蒜素对缺血再灌注心脏功能的影响   2.1 LVDP:复灌60min末,大蒜素组动物心脏的LVDP恢复率(32.78%±5.6%)相比I/R组(21.79%士6.58%)明显升高(P<0.05);大蒜素组动物心脏的LVDP恢复率(32.78%±5.6%)相比正钒酸钠加大蒜素组(20.67%±5.01%)明显升高(P<0.05);大蒜素组动物心脏LVDP的恢复率与IPO组相比无显著性差异(P>0.05)。   2.2 +LVdp/dtmax:复灌60min末,大蒜素组动物心脏的+LVdp/citmax恢复率(58.12%±4.87%)相比I/R组(41.92%士11.86%)明显升高(P<0.05);大蒜素组动物心脏的+LVdp/dtmax恢复率(58.12%士4.87%)相比正钒酸钠加大蒜素组(48.02%士12.41%)明显升高(P<0.05);大蒜素组大鼠心脏+LVdp/dtmax的恢复率与IPO组相比无显著性差异(P>0.05)。   2.3 -LVdp/dtmax:复灌60min末,大蒜素组动物心脏的-LVdp/dtmax恢复率(65.64%±6.82%)相比I/R组(46.71%士16.29%)明显升高(P<0.05);大蒜素组动物心脏的-LVdp/dtmax恢复率(65.64%±6.82%)相比正钒酸钠加大蒜素组(54.15%±8.38%)明显升高(P<0.05);大蒜素组大鼠心脏-LVdp/dtmax的恢复率与IPO组相比无显著性差异(P>0.05)。   2.4 HR:复灌60min末,大蒜素组HR(100.83士46.88)次/min相比I/R组(172.5士18.02)次/min、IPO组(171.83±27.73)次/min明显减慢(P<0.05),其它各组之间心率的恢复率无显著性差异(P>0.05)。   3 大蒜素对缺血再灌注心脏功能CF的影响   复灌60min末,各组之间冠脉流量的恢复率无显著性差异(P>0.05)。   4 大蒜素对缺血再灌注心脏的心肌组织SOD活力和MDA含量的影响   大蒜素组与I/R组相比,SOD活性明显升高(P<0.05),MDA含量明显减少(P<0.05);大蒜素组和正钒酸钠加大蒜素组相比,SOD活性明显升高,MDA含量明显减少(P<0.05);大蒜素组与IPO组相比,SOD活性和MDA含量无显著性差异(P>0.05)。   结论:   1 再灌注早期给予适量大蒜素能够显著降低缺血再灌注引起的心肌损伤,改善心功能,可减低心率,而对冠脉流量无明显影响。   2 大蒜素后处理对心脏缺血再灌注损伤的保护作用与IPO的效应相当。   3 大蒜素后处理对心脏的保护作用机制可能是大部分通过PKC及MAPKs信号途径实现。
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