目的在心肌缺血后复灌注的早期进行几个短期间断缺血循环可以减少心肌梗死面积,这种保护措施称之为缺血后处理,动物实验业已证明其确有心肌保护作用。药物性后处理,即在缺血后复灌注早期给予一定剂量挥发性麻醉药,也可以达到同样的保护心肌效应。目前研究发现,药物性后处理能够激活再灌注损伤补救酶(RISKs)减少缺血心肌损伤,磷酸肌醇3激酶(PI3K)和细胞外信号调节激酶(ERK)共同组成了再灌注损伤补救酶。七氟烷是一种新型的挥发性麻醉药,由于它的良好特性使得其在临床上应用越来越广。可是,七氟烷后处理的心肌保护机制一直未阐明。本实验利用大鼠Langendorff模型验证两个假设:1)对于缺血心肌而言,七氟烷后处理不但激活PI3K途径,而且还激活ERK途径来发挥保护作用。2)七氟烷后处理联合缺血后处理也许为抗缺血再灌注损伤提供一个额外的益处。同时,本实验还研究了七氟烷后处理对缺血心肌细胞凋亡和线粒体膜电位(△ψm)的影响,以期揭示七氟烷后处理保护缺血心肌的可能机制。方法1、七氟烷后处理激活缺血心肌PI3K途径的研究离体灌注的鼠心接受25分钟的缺血后随即进行90分钟的灌注。七氟烷后处理即在再灌注的早期15分钟给予3vol%七氟烷。缺血后处理即为在全心缺血后再灌注即刻给予3个循环:30秒灌注后紧接着30秒缺血。大鼠心脏上架平衡灌注20min后,被随机分为10组。(1)假手术组(Sham组):持续灌注115min,不做任何处理;(2)对照组(Control组):缺血25min,复灌90min;(3)缺血后处理组(Post组):缺血25min,复灌30s缺血30s,重复3次后续灌87min;(4)七氟烷后处理组(Sevo组):缺血25min,灌注含3vol%七氟烷15min,再灌注KH液75min;(5)LY294002组(LY组):缺血25min,灌注含PI3K选择性抑制剂LY294002(15μmol/L)的KH液15min,再灌KH液75min;(6)七氟烷后处理+LY294002组(LY+Sevo组):缺血25min,灌注含3vol%七氟烷+LY294002(15μmol/L)的KH液15min,再灌KH液75min;(7)缺血后处理+LY294002组(LY+Post组):缺血25min,灌注LY294002(15μmol/L)的KH液30s缺血30s,重复3次后续灌87min;(8)缺血后处理+七氟烷后处理组(Post+Sevo组):缺血25min,灌注30s缺血30s,重复3次后续灌87min;在复灌初期15min的KH液含饱和的浓度为3vol%的七氟烷;(9)缺血后处理+七氟烷后处理+LY294002组(LY+Post+Sevo组):缺血25min,灌注30s缺血30s,重复3次后续灌87min;在复灌初期15min的KH液含3vol%的七氟烷和15μmol/L的LY294002;(10)二甲基亚砜组(DMSO组):缺血25min,灌注含LY294002药物溶剂DMSO(15μmol/L)的KH液15min,再灌KH液75min。分别在平衡20min时(缺血前),复灌5min、15min、30min、60min、90min记录冠脉流量(CF)和以下心功能指标:心率(HR)、左室收缩压(LVSP)、左室发展压(LVDP,LVDP=LVSP-左室舒张末期压)、左室压力升高或降低最大速率(dp/dt max,dp/dt min)(n=6)。再灌注15分钟后,用Western blot分析心肌Akt和它的下游物质糖原合成3β激酶(GSK3β)磷酸化水平(n=6)。在再灌注90分钟后,用氯化三苯基四氮唑(2,3,5-triphenyltetrazolium chloride staining,TTC)染色法测定心肌梗死面积(n=6)。2、七氟烷后处理激活缺血心肌ERK途径的研究Sham组、Control组、Post组、Sevo组与上一部分的分组处理方法相同。(5)PD98059组(PD组):缺血25min,灌注含ERK选择性抑制剂PD98059(20μmol/L)的KH液15min,再灌KH液75min;(6)七氟烷后处理+PD98059组(PD+Sevo组):缺血25min,灌注含3vol%七氟烷+PD98059(20μmol/L)的KH液15min,再灌KH液75min;(7)DMSO组:缺血25min,复灌含PD98059药物溶剂DMSO(15μmol/L)的KH液15min,再灌注KH液75min。分别在平衡20min时(缺血前),复灌5min、10min、15min、30min、60min、90min记录CF和HR、LVSP、LVDP、dp/dt max、dp/dt min。在复灌注15分钟用Western-blot法检测心肌ERK1/2表达水平(n=6);在复灌注90分钟,迅速置于超低温冰箱保存,用TTC染色法测定心肌梗死面积百分比(n=6)。同时,在再灌注末,分离浆膜下线粒体,在电镜下观察线粒体形态学变化并进行评分(n=6)。3、七氟烷后处理对缺血心肌细胞凋亡和线粒体膜电位影响的研究Sham组、Control组、Post组、Sevo组的分组与处理同第一部分的前四组。在复灌注15分钟,急性分离心肌细胞利用J-1探针在激光共聚焦显微镜下分析线粒体膜电位(n=6);同时用TUNEL法检测凋亡细胞并计算凋亡指数(n=6)。在复灌注90分钟,分离出线粒体,用Western-blot法检测线粒体和胞质中细胞色素C(CytC)水平以及心肌caspase-3活性(n=6);同时,在再灌注末,分离浆膜下线粒体,在电镜下观察线粒体形态学变化并进行评分(n=6)。结果1、对CF和心功能指标的影响在复灌注的过程中,除Sham组外,各实验组在再灌注期与缺血前比较,CF明显降低(P＜0.05)。但各组在恢复灌注期间呈现上升的趋势。在R60min和R90min时点,Sevo组、Post组、Sevo+Post组的CF较对照组明显升高。(P＜0.05),三组间比较无统计学意义。虽然LY294002和PD98059及其溶剂DMSO本身对CF无影响,但是LY249002和PD98059却能阻断缺血后处理、七氟烷后处理以及二者联合处理对冠脉血管系统扩张作用。在再灌注的各个时点上,与Control组比较,LY、LY+Post、LY+Post+Sevo、PD、PD+Sevo、DMSO组的CF差异无统计意义。各组的HR在缺血前无明显变化。在再灌注后逐渐恢复,在复灌注60min后各实验组的HR变化无统计意义。缺血前各组的LVSP,LVDP,dp/dtmax,dp/dtmin差异无统计学意义。在再灌注期,各组血流动力学参数表现为逐渐恢复。在再灌注15min时点,Sevo组的LVSP、LVDP、dp/dtmax、dp/dtmin明显低于Post组(P＜0.05)。在再灌注15min后,Sevo、Post、Sevo+Post血流动力学参数明显高于对照组及其它各组(P＜0.05);但三组间比较,无明显统计学意义。LY、LY+Sevo、LY+Sevo+Post、PD、PD+Sevo、DMSO组在再灌注期血流动力学参数与Control组比较,差异无统计学意义。2、对心肌梗死面积的影响在再灌注末,与Control组(43±3%)比较,Post组(28±3%)和Sevo组(31±2%)心肌梗死面积明显减少(P＜0.05)。另外,Post+Sevo组(26±4%)梗死面积也明显减少(P＜0.05),但这三组间差异无统计学意义。虽然LY294002及其溶剂DMSO对梗死面积并无影响(分别为40±3%和43±2%),但是前两者能够取消七氟烷后处理、缺血后处理、七氟烷加缺血后处理对心肌保护作用。LY+Post、LY+Sevo、LY+Post+Sevo各组的梗死面积分别为41±2%、43±3%42±2%,与Control组比较无统计学意义。PD98059组的情况同LY294002。3、对磷酸化Akt和GSK3β的影响与Sham组和Control组比较,Sevo组磷酸化Akt和GSK3β的表达明显增加(P＜0.05)。在Post组和Post+Sevo组也可以看到类似的结果(P＜0.05),但这三组间比较无统计学意义。给予LY后,LY、LY+Sevo、LY+Post、LY+Sevo+Post组的磷酸化Akt和GSK3β的表达则明显减少,低于Control组(P＜0.05),但与Sham组比较无统计学意义。DMSO组磷酸化Akt和GSK3β的表达与Control组比较无统计学意义。4、对磷酸化ERK1/2的影响与Sham组相比,Control、Post、Sevo、DMSO组p-ERK表达量显著升高(P＜0.05),而PD组和PD+Sevo组p-ERK1/2表达量无统计学意义。与Control组比较,Post组和Sevo组的p-ERK1/2表达量进一步增加(P＜0.05)。但这两组间比较差异无统计学意义。PD组和PD+Sevo组明显低于Control组(P＜0.05)。5、对浆膜下线粒体形态学的影响电子显微镜下可见,Sham组线粒体形态大都呈椭圆形或圆形,基质密度低,脊排列比较紧密;Control组线粒体高度肿胀,基质密度低,多数外膜因缺血破损,自溶。同Control组比,Post组和Sevo组,线粒体形态比较完整,表现为线粒体数量较多,肿胀减轻,外膜较完整,基质密度增加。形态学半定量分析也表明Sevo组、Post组心肌线粒体损伤程度比对照组Control明显减轻(P＜0.05)。但这两组间差异无统计学意义。PD、PD+Sevo以及DMSO组与Control组比较也无统计学意义。6、对心肌细胞凋亡的影响再灌注15min后Sham组未见明显细胞凋亡,心肌细胞凋亡指数仅(4.1±1.1)%。Post组和Sevo组心肌细胞凋亡指数分别为(12.6±2.4)%、(13.8±2.7)%,明显低于Control组的(38.2±9.0)%(P＜0.05),但Post组和Sevo组间比较无统计学意义。7、对线粒体膜电位的影响再灌注15min后,Sham组正常鼠心肌细胞线粒体膜电位较高(1.875±0.375),心肌细胞数量也较多。相反,Control组心肌细胞数量显著减少,膜电位明显降低。与Control组(1.149±0.287)比较,Post组(1.534±0.318)和Sevo组(1.507±0.321)膜电位保持在较高水平(P＜0.05),心肌细胞损伤较轻,两组比较无统计学意义。8、对CytC和Caspase-3的影响与Sham相比,其它各组线粒体CytC水平降低,胞质CytC水平升高(P＜0.05)。与Control组相比,在再灌注末,Post和Sevo组线粒体CytC的水平较高,胞质CytC水平较低(P＜0.05)。但Post和Sevo组的线粒体、胞质中CytC的水平差异无统计学意义。与Sham相比,在再灌注末,其它各组Caspase-3的表达明显增强(P＜0.05)。而与Control组相比,Post和Sevo组Caspase-3的表达明显减弱(P＜0.05),两组比较差异无统计学意义。结论1、七氟烷后处理可以增加大鼠心肌冠脉流量,减少缺血的梗死面积,促进缺血心肌的功能恢复,提高缺血心肌Akt、GSK3β、ERK1/2磷酸化水平,减少细胞线粒体损伤,与缺血后处理的作用相当。PI3K特异性阻断剂LY294002和ERK1/2特异性阻断剂PD98059可以取消七氟烷后处理和/或缺血后处理的保护作用。表明七氟烷后处理不但激活了PI3K途径,而且还激活了ERK1/2途径来发挥保护作用。2、七氟烷后处理联合缺血后处理对缺血心肌有较好的保护作用,其强度与七氟烷后处理或缺血后处理作单一处理时相当。表明两种后处理联合应用并不增加额外的保护效应。3、在缺血再灌注过程中,七氟烷后处理抑制缺血心肌线粒体膜电位的下降,阻止线粒体细胞色素C的释放,降低缺血心肌caspase-3活性,减少心肌细胞凋亡。表明七氟烷后处理通过多个位点减少细胞凋亡是其保护缺血心肌的重要机制之一。