慢性心力衰竭与心肌生物能量代谢

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1、慢性心力衰竭与心肌生物能量代谢　　【摘要】慢性心力衰竭（CHF）是各种心脏疾患的终末状态。大量研究发现，正常心肌和心力衰竭（HF）心肌的能量代谢的特点有所不同，HF时伴有一系列能量代谢的改变，而一些调节能量代谢过程的药物，调节心肌能量代谢向碳水化合物的氧化代谢转变，有助于改善心肌的舒缩功能，延缓泵衰竭的进程。调节心肌能量代谢有望成为治疗心衰的一种新策略[1]。本文对正常心肌的能量代谢，心衰时能量代谢的变化、能量调节，心衰的评估以及临床应用的相关进展做一综述。　　【关键词】心力衰竭；心肌；能量代谢　　【文章编号】1004-7484（2014）05-2826-0

2、1　　1正常心脏能量代谢　　每天，人的心脏可以消耗35kgATP，搏动约lO万次，将8千升左右的血液泵到全身各处。为发挥其正常功能，它通过能量代谢将储存在脂肪酸或葡萄糖中的化学能转化为机械能。如果能量代谢发生紊乱，ATP生成不足，心脏便会出现功能障碍。　　正常情况下，心脏维持收缩功能和基础代谢所需要的能量主要由脂肪酸（60%-90%）和碳水化合物（10%-40%）[2]氧化代谢产生的ATP提供。其能量代谢过程主要包括三个环节。第一环节是底物的利用过程。心肌细胞从血液中摄取脂肪酸、葡萄糖等底物进行B-氧化和糖酵解产生乙酰辅酶A（CoA）.后者参与三羧酸循环生成

3、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）和二氧化碳（CO2）。第二个环节是氧化-磷酸化过程。即线粒体呼吸链产生能量的过程。该机制下呼吸链复合物I～Ⅳ将NADH的电子传递给氧.在线粒体内膜两侧形成了质子（UH+）、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）和水的电化学梯度。这个梯度驱动F1-F0ATP合酶磷酸化二磷酸腺苷（ADP）生成三磷酸腺苷（ATP）。后者是心脏所有耗能反应的直接能量来源。第三环节则是ATP的转移和利用。ATP通过肌酸激酶能量往返机制，被转移给肌纤维ATP酶以及其它耗能反应，如细胞膜和肌浆网上的离子泵.为它们提供能量来源[3]。　　2心衰时的能量代谢　　

4、HF时的主要病理生理的改变是心肌的重构和心肌纤维化。心肌重构是由一系列复杂的分子和细胞机制导致心脏结构、功能、表型的变化，临床表现为心肌重量、心室容量的增加和心室形态的改变[4]。心室重构使单位重量的心肌毛细血管数目减少，氧的弥散间距增大，故心肌缺氧。另外，有体外实验表明，衰竭心肌中ATP酶的活性约降低20%～30%。ATP酶活性的降低使心肌能量利用发生障碍，因而心肌收缩性减弱。除此之外，心衰时磷酸化作用减弱，使与细胞收缩功能相关的ATP利用活性降低。心力衰竭还可以减少由线粒体进入肌纤维肌酸激酶系统的ATP量.削弱线粒体的氧化能力，从而降低了部分电子转运链的

5、活性。而电子转运链的缺损与电子链水平的氧化代谢相一致，这些均表明心衰时心肌产生ATP减少以及心脏收缩功能受到抑制。心肌重构的另一个重要特征是心肌细胞死亡，包括坏死和凋亡。心肌细胞死亡能够导致纤维化，从而加重重构。因此，心肌能量代谢障碍不仅是HF早期收缩力降低的机制之一，也是以后心肌纤维化，心肌细胞数量减少的重要因素。可从三个方面理解心衰时的能量代谢。　　2.1底物的利用：心衰时，由于底物摄取和/或氧化减少，底物的利用可能对心功能造成限制。这也可能是脂肪酸和葡萄糖对ATP合成的贡献发生了改变的结果。研究显示，脂肪酸利用在早期心衰时没有改变或轻度增加，但在严重心

6、衰时明显下降，葡萄糖利用率则显著提高。另外，近来研究表明，心衰过程中，氨基酸的摄入和利用显著增加，在提供能量、调节葡萄糖代谢中酶的活性、增加心肌收缩力，减少自由基损伤等方面起到了重要作用，具有一定临床引用价值。　　2.2氧化磷酸化：心衰时心肌线粒体形态和功能均发生显著改变。线粒体形态异常、数量减少或者增多而体积变小[2].线粒体功能障碍主要表现为耗氧量降低、酶活性异常、氧化呼吸功能减退等。另外。还发现心衰时心肌电子传递链复合体和ATP合酶的活性降低，磷酸受体ADP、磷酸腺苷（AMP）和肌酸的氧化磷酸化调节能力受损。心衰时线粒体功能障碍还表现在线粒体（mtDN

7、A）突变率增加。据报道，心衰患者心肌细胞中存在着mtDNA4667bp等碱基片段缺失的增加。各种入编基因逐渐累积，均可导致衰竭心肌的氧耗和能量生成显著降低。　　2.3高能磷酸盐代谢：ATP转移和利用受损后，平均ATP浓度下降、肌酸激酶转移ATP能力降低导致线粒体转移给肌纤维的高能磷酸键不足或游离ADP浓度增加。当心肌ATP下降不超过3O%～4O%时，只要不是在心衰晚期其仍能维持正常。因为这时ATP平均水平远远大于耗能反应如肌动蛋白-ATP酶所需量，所以衰竭心脏的收缩功能不会受限。然而，因为肌酸转运体功能下调，磷酸肌酸和肌酸总含量在早期阶段则以较大幅度下降（下

8、降3O～70%），使ATP代谢发生紊乱。研究表明，磷