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心肌能量代谢:生理与病理
作者:周玉杰[1] 杨士伟[1] 
单位:首都医科大学附属北京安贞医院[1]  
文章号:W137885  
2019/8/21 16:53:17    
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  据估计2002~2030年全球死亡率原因心血管疾病(CVD)居首,其中尤以缺血性心脏病位列首位。中国调查显示,CVD是中国居民的首位死亡原因,2002~2011年中国城乡居民急性心肌梗死死亡率呈上升趋势。由此可见,CVD尤其是缺血性心脏病的管理和治疗非常重要。近年来,急性心肌梗死等缺血性心脏病的治疗取得了重大进展,但是,遗憾的是,根据现有治疗方案,急性心肌梗死患者致死率仍然很高。

  据估计2002~2030年全球死亡率原因心血管疾病(CVD)居首,其中尤以缺血性心脏病位列首位。中国调查显示,CVD是中国居民的首位死亡原因,2002~2011年中国城乡居民急性心肌梗死死亡率呈上升趋势。由此可见,CVD尤其是缺血性心脏病的管理和治疗非常重要。近年来,急性心肌梗死等缺血性心脏病的治疗取得了重大进展,但是,遗憾的是,根据现有治疗方案,急性心肌梗死患者致死率仍然很高。这主要是因为CVD是多个危险因素共同作用的结果,其风险不仅取决于某一个危险因素的严重程度,更取决于个体同时具有的危险因素数量和程度,心血管残余风险不可忽视。回顾缺血性心脏病干预治疗的发展历程可见其经历了改善症状时代、再灌注时代、稳定与逆转斑块结构时代、抑制血栓栓塞时代和改善心肌能量代谢时代。


  心脏是人体代谢最为活跃的器官之一,每天消耗的三磷酸腺苷(ATP)量达到5kg,约为其自身重量的17倍。相比于巨大的能量消耗,心脏的能量储备却很少,每克心肌组织储备的ATP仅为5mmol,因此心脏对能量缺乏的耐受能力很低,极易因缺血、缺氧、能量代谢底物或神经-体液调节异常而发生能量代谢障碍,最终导致心肌组织损伤或坏死。


  心肌细胞主要以有氧代谢供能为主。心肌细胞中线粒体不但含量丰富,而且体积大,细胞色素等氧化酶体系的活性高,因此,心肌有很强的有氧氧化能力。可供心肌氧化的能源物质主要有血浆游离脂肪酸、乳酸、葡萄糖、三酰甘油、酮体、丙酮酸和氨基酸等。其中游离脂肪酸、乳酸、葡萄糖是心肌的主要能量代谢底物。在正常情况下,游离脂肪酸氧化提供心肌能量总耗量的60%~80%,葡萄糖氧化提供10%~20%,其余的主要由乳酸的氧化提供。在心肌缺血、缺氧情况下,线粒体氧化代谢下降,葡萄糖和游离脂肪酸氧化增加,糖酵解成为合成ATP 的主要来源。随着心肌缺血、缺氧逐渐加重,葡萄糖供应也随之下降或中断,细胞内糖原贮存显著消耗。当糖酵解大量增加时,ATP 可在无氧状态下水解,致细胞液内产生过多氢离子。由于糖酵解与葡萄糖氧化不偶联,造成缺血心肌有大量氢离子堆积,引起细胞内酸中毒而导致心脏效率降低。同时,脂肪酸氧化迅速下降或停止,循环中脂肪酸浓度增加。高浓度脂肪酸一方面抑制心功能,导致心律失常,增加缺血性损伤;另一方面抑制丙酮酸脱氢酶,影响葡萄糖和乳酸氧化,加重酸中毒。


  另外,心肌能量代谢障碍还可导致心肌结构及功能的改变,表现为心室重构、心肌顿抑和心肌冬眠。其实,心血管事件发生时,既有不可逆性的部分心肌坏死,也有可逆性的存活心肌包括顿抑心肌、冬眠心肌和能量代谢异常心肌。因此,提高存活心肌的数量和质量(功能)是未来缺血性心脏病的一个重要发展方向。心肌能量代谢治疗指的是在不改变心率、血压和冠状动脉血流的情况下,改善心肌细胞能量代谢过程,使心肌细胞获得更多能量物质,保持细胞功能和完整性的治疗方法;可促进人体自身产生更多的能源,消除代谢产物的不良影响,改善CVD症状及预后。人们早在上世纪20年代就开启了心肌能量代谢探索的历程,经过这么多年的研究和探索,心肌能量代谢治疗取得了重大发展。目前,我们认为在冠心病的多靶点治疗中,应重视针对心肌靶点的心肌代谢治疗。目前,常用的心肌能量代谢药物有经氧化反应脂酵解供给能量的左卡尼汀、经氧化反应糖酵解供给能量的曲美他嗪和1,6-二磷酸果糖以及无需耗氧直接供能的磷酸肌酸。


  缺血性心脏病时的心肌能量代谢治疗可通过多种机制实现多重获益。就机制而言,主要体现在3个方面:①发挥供能/运能/保能作用,纠正心肌代谢紊乱;②稳定细胞膜,减少心律失常;③改善微循环,缓解心肌缺血。就获益而言,可改善缺血、增强心肌收缩力、降低心肌坏死程度、减少心律失常发生频率。从临床角度来看,急性心肌梗死及心脏麻痹使得心肌保护极为重要,可改善患者的短期及长期预后。

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作者简介
周玉杰
单位:首都医科大学附属北京安贞医院
简介:  主任医师、教授、博士生导师、博士后站负责人、北京学者。首都医科大学附属北京安贞医院副院长、北京市
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