7　钙增敏影响心肌钙稳态

心力衰竭是多种心血管疾病的终末期阶段，是心功能严重恶化的表现，其发病率高、预后不良，是人类目前最主要的死亡原因之一。目前失代偿心力衰竭的治疗需要应用利尿剂、硝酸酯类药物和强心剂等药物。其中正性肌力药物是治疗心力衰竭的重要环节，常用的药物包括洋地黄类、磷酸二酯酶抑制剂、儿茶酚胺类药物等。这些传统强心药物的药理作用是通过提高细胞内钙离子浓度来促进更多钙离子与肌钙蛋白C的结合，从而达到增加细胞收缩力的目的。然而，提高细胞内钙离子浓度已经被明确证实具有心脏毒性以及增加心律失常发生率的风险。以左西孟旦为代表的钙离子增敏剂，作为新一代正性肌力药物，通过其不同于传统强心药物的机制，在增强心肌细胞收缩力的同时不显著增加细胞内钙离子浓度，不增加心率以及心肌耗氧，为临床治疗心力衰竭提供了新的用药思路。

一　钙增敏剂的作用机制与应用现状

Blinks等人将引起心肌细胞收缩的机制分为3类：①上游机制：即通过提升细胞内环磷酸腺苷含量来提高细胞内钙浓度；②中央机制：即通过增加肌钙蛋白C与钙离子的敏感性来增加细胞收缩力；③下游机制：作用于心肌细胞收缩系统，如细肌丝和横桥，增加细胞收缩蛋白与钙离子的反应，从而增强收缩。

传统正性肌力药物，如洋地黄、儿茶酚胺类药物以及磷酸二酯酶抑制剂等，作用于上游机制，通过增加细胞内钙离子浓度而增加与肌钙蛋白C结合的钙离子量，从而达到增强心肌细胞收缩力。与此不同，钙离子增敏剂通过“中央机制”以及“下游机制”来增加心肌细胞收缩力，并不增加细胞内钙离子浓度或提高心肌细胞肌丝与钙离子的最大结合力，例如匹莫苯作用于肌钙蛋白C，增加与之结合的钙离子数量，而并不增加细胞内游离钙离子总量。钙增敏剂左西孟旦是通过与肌钙蛋白C氨基端结合，增加肌钙蛋白C与钙离子结合物构象的稳定性，并减少其从肌钙蛋白解离，从而改变肌钙蛋白构象，暴露肌动蛋白结合位点，促进心肌纤维收缩。

左西孟旦目前广泛应用于心力衰竭、心肌缺血后心脏支持以及感染性休克等状况。然而至今仍缺乏长期大规模临床试验以评价其药效、安全性，及其对远期死亡率的影响，尤其对于左西孟旦是否会增加心律失常发生率的问题上，目前的报道仍存在较大争议。例如，LIDO研究中，对低心排血量患者静脉应用左西孟旦或多巴酚丁胺，左西孟旦组中血流动力学显著改善的患者比例显著高于多巴酚丁胺组，且心律失常发生率较多巴酚丁胺组明显降低。而REVIVEⅡ研究中，失代偿性心力衰竭患者在接受常规抗心力衰竭心衰治疗的同时随机接受左西孟旦和安慰剂治疗，同对照组相比，应用左西孟旦组患者症状得到明显改善，但90天后两组患者的全因死亡率无明显差异，且非持续性室性心动过速、心房颤动等心律失常发生率有增加趋势。已知钙离子增敏剂与传统正性肌力药物相比，并不增加心肌细胞钙离子内流，但增加心肌细胞肌丝对钙离子的敏感性是否会影响心肌细胞钙稳态，从而导致心律失常发生率增加？由此本文对钙增敏剂的药理作用及其对心肌钙稳态的影响加以简述。

二　心肌细胞钙稳态

（一）心肌细胞钙循环

钙离子在兴奋-收缩偶联和心脏收缩舒张功能中起重要作用。而细胞外钙内流，肌浆质网钙释放，钙缓冲以及钠钙交换共同维持细胞钙浓度的动态平衡。位于细胞膜上的L-型钙通道与位于肌浆质网的兰尼碱受体（RyR）所形成的偶联单位是细胞收缩期胞内钙离子浓度变化的基础。当心肌细胞动作电位形成，细胞膜去极化触发通过L-型钙通道的内向钙电流（ICa-L）。内向钙电流的产生不但参与动作电位平台期，而且进入细胞内的钙离子扩散到肌浆网上的兰尼碱受体，激活位于兰尼碱受体的钙释放通道，产生钙火花，放大原始触发的钙信号，使大量肌浆质网内的钙离子进入胞浆质。这个过程称为钙触发钙释放。而细胞内钙浓度瞬时升高，称为钙瞬变。大量钙离子从肌浆质网流出，扩散到细胞质，结合到肌原纤维上的肌钙蛋白C，使肌钙蛋白构象改变，粗肌丝和细肌丝间相对滑动，引起细胞收缩。上述由动作电位触发的细胞内钙离子浓度增加进而引起细胞收缩称为兴奋收缩偶联。值得一提的是，释放到胞浆质中的钙离子大部分都是与缓冲蛋白结合的，包括钙结合蛋白、肌钙蛋白、钙调素等，借以缓冲游离钙浓度的瞬间改变，防止过高浓度的游离钙离子造成细胞损伤。

而细胞在舒张期通过质膜上的钙离子通道，调控钙离子在肌浆质网以及跨细胞膜的平衡，使细胞内钙浓度维持在原先水平的机制称为钙稳态。舒张期钙离子通过肌浆质网钙泵（SERCA）泵回肌浆网以及经过钠钙交换体（NCX）排出细胞。而受磷蛋白（PLB）作为肌浆质网钙泵的抑制蛋白，其位点磷酸化可减少对SERECA的抑制，提升SERCA活性，提高肌浆质网钙摄取，整个钙循环过程维持心肌细胞钙稳态。

（二）心肌细胞钙稳态的调控蛋白

细胞内钙稳态取决于RyR、SERCA、PLB、L-型钙通道等重要钙调控蛋白的磷酸化及去磷酸化状态。

钙／钙调素依赖蛋白酶Ⅱ（CaMKⅡ）是一种丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶，主要通过钙／钙调素的复合物与之结合而激活，当细胞内钙浓度升高时，钙与钙调素结合形成钙／钙调素结合物，与CaMKⅡ调节域相结合，从而使CaMKⅡ活化。活化的CaMKⅡ可以磷酸化细胞内RyR、PLB、L-型钙离子通道等多种钙调控蛋白。对钙通道的磷酸化导致钙通道活性上升，开放时间延长，导致细胞钙内流增加，从而增加细胞内钙离子浓度。蛋白FKBP12.6是一种可与FK560结合的蛋白质，与RyR结合并对RyR有稳定作用，防止舒张期钙渗漏，CaMKⅡ磷酸化RyR使肌浆质网在收缩期钙释放作用得以增强，并且在舒张期失去对FKBP12.6的结合能力，导致舒张期钙漏。PLB作为SERCA的抑制蛋白，CaMKⅡ通过对PLB的磷酸化减弱其抑制作用，增加肌浆质网钙摄取活性。

三　钙离子增敏对心肌钙调控的影响

（一）钙离子增敏对细胞钙缓冲及钙瞬变的影响

大量钙离子进入胞浆质时，钙缓冲机制使游离钙离子转变为结合钙离子，钙离子浓度降低至正常。细胞收缩期肌钙蛋白与钙离子结合，正体现了钙缓冲作用。TnT179N是一种对钙离子敏感性更高的肌钙蛋白突变基因型，Schober等以转基因表达TnT179N的小鼠心肌细胞为研究对象，应用咖啡因诱导肌浆质网钙离子释放入胞浆质，根据钠钙交换体整合电流的大小计算细胞钙总量变化；应用钙荧光染料负载心肌细胞，根据荧光光强计算细胞内游离钙浓度变化。用细胞内总钙的变化与细胞内游离钙变化的比值作为钙缓冲能力的大小。结果表明，钙增敏心肌细胞与对照组相比，当胞浆质内钙总量变化相同时，游离钙浓度显著减小，证实了钙增敏细胞钙缓冲能力增强。同时钙离子与肌原纤维的解离常数亦明显减小，但钙离子与肌丝的最大结合力不变。由于对钙离子敏感性增高的细胞钙缓冲能力上升，收缩期钙离子与肌钙蛋白结合，游离钙浓度减小，加之钙离子与肌钙蛋白结合稳定性增加，舒张期钙解离同时减慢。因此钙离子增敏细胞的钙瞬变表现为收缩期细胞内游离钙离子峰浓度下降，舒张期钙离子浓度减低缓慢，钙衰减时程延长（图1-7-1）。国外学者应用膜片钳技术证实钙增敏剂对细胞钙电流无明显影响，舒张末期游离钙浓度与对照组无显著差异，细胞内CaMKⅡ的表达含量亦无明显变化，由CaMKⅡ调控的RyR、PLB、SERCA等蛋白表达含量亦未见差别。

（二）钙离子增敏剂对动作电位时程的影响

Baudenbacher等以钙离子增敏剂EMD处理的心肌细胞为研究对象，应用单相动作电位技术记录动作电位时程，结果发现对钙离子敏感的心室细胞的动作电位时程的形态发生改变，具体表现为复极化斜率减低，70%复极化动作电位时程（APD70）减小，但APD50及APD90与对照组无显著差异。整个动作电位时程呈现“三角形”改变。与动作电位时程缩短一致，钙离子敏感细胞有效不应期亦明显缩短。目前可能的机制是由于增加钙离子与肌钙蛋白结合的稳定性导致钙瞬变峰值减少，衰减时程减慢，收缩期细胞内游离钙离子浓度减低，于动作电位平台期钙离子经钠钙交换体流出减少，内向电流减少导致复极化速率加快，而在复极化末期（APD90），细胞内钙离子浓度与对照细胞无明显差异，所以APD90无明显变化（图1-7-2）。

（三）钙离子增敏导致动作电位时程逐搏交替

Baudenbacher等发现，对于钙敏感的心肌组织，快心室率起搏时更容易出现钙瞬变交替及动作电位时程交替（图1-7-3）。并且应用膜电位光谱标测技术证明了钙增敏心肌组织在快速起搏时等电压线紊乱，时间、空间离散度及传导速度离散度显著增加，并出现传导缓慢及阻止区域。如前所述，钙增敏心肌钙缓冲能力增强，钙瞬变衰减缓慢，钙解离常数减小，在快速连续起搏时，舒张末期游离钙离子变化幅度较正常心肌更高。由于舒张末大量钙离子未能通过钙泵返回肌浆质网，激活了钙离子依赖型钾通道，促进下一次心搏时钾离子外流，使膜电位降低，L型钙通道失活加快。进而影响细胞钙稳态，产生钙瞬变及动作电位时程逐搏交替，使相邻心肌组织之间复极特征出现明显差异，为形成功能性折返环提供了条件。

（四）钙离子增敏剂的促心律失常作用

1.快速心室率时室性心动过速

家族性肥厚型心肌病是由于染色体变异导致心肌收缩蛋白异常所引起的遗传性疾病，部分患者由于发生室性心律失常而猝死。心肌细胞肥大是心脏性猝死的重要危险因素，而部分患者因为肌钙蛋白突变造成细胞肌丝对钙离子敏感性增加，即使在没有心肌肥大的情况也会出现心脏性猝死。研究证明，这些患者在快心率时恶性心律失常发生率较高。在植入ICD的肥厚型心肌病患者中，窦性心动过速及快心室率心房颤动诱发了90%的恶性心律失常。该现象的机制可能与快心室率时动作电位时程的不协调交替有关。心肌组织各向异性的动作电位时程及传导速度增加心肌跨膜复极离散度，延长单向传导阻滞的易损期，形成折返性室性心动过速发生的基础，而期前收缩或早期后除极造成的短联律间期则成为诱发室性心动过速的必要条件。

2.长间歇依赖性室性心律失常

Schober等还证明了钙敏感性增加导致短暂停搏后动作电位延长以及早期后除极发生率提高，其原因是钙增敏细胞具有更明显的停搏后增强作用。所谓停搏后增强是指在正常的起搏频率下（S1）给予长配对间期的刺激（S2）后心脏产生的更大的收缩力。主要机制是由于短时间停搏有利于游离钙从胞浆质向肌浆质网移动导致更大的肌浆网容量，还有更完全L-型钙离子通道和RyR恢复，导致停搏后起搏时肌浆质网钙释放增加，钙离子通过L-型钙离子通道内流增加，收缩期细胞内钙浓度更高，心肌收缩力增强。钙增敏心肌由于钙瞬变衰减缓慢，连续起搏时肌钙蛋白C上蓄积的钙离子较正常心肌更高，短暂停搏有利于大量与肌钙蛋白C结合的钙离子解离，使更多钙离子被肌浆质网摄取，增大肌浆质网储备，使停搏后增敏效应增强。停搏后S2刺激导致巨大钙瞬变使内向钠钙交换体电流开放，导致显著动作电位延长，增加早期后除极的发生，通过触发活动导致室性心律失常。

3.钙离子增敏对收缩力-钙离子浓度曲线的影响

Hajjar等分别描绘了应用钙增敏剂组与正常组的收缩力-钙浓度曲线。实验证明，用钙离子增敏剂灌流的去膜肌纤维的收缩力-钙离子浓度曲线较正常肌纤维曲线向左移动，即静息心肌细胞内相同钙浓度会导致更高的收缩力，而心肌最大收缩力不变。在正常心肌细胞中，细胞静息状态钙浓度很低，钙增敏剂的影响不会显著增加心肌收缩力，但在心力衰竭细胞中，由于RyR磷酸化，稳定性下降，钙渗漏增加，静息细胞钙浓度显著增高，因此应用钙离子增敏剂会较对照组显著增强舒张末期心肌收缩力，减少收缩储备及损害舒张功能，对终末期心力衰竭患者产生严重致命威胁。此外，舒张末期机械张力的增加可能激活牵张敏感性离子通道，产生延迟后除极，进一步增加室性心律失常发生率。因此大部分钙增敏剂并未获得临床应用。值得一提的是，作为目前应用最广泛的钙增敏剂左西孟旦，与肌钙蛋白C的结合呈现钙浓度依赖性，心肌舒张期由于细胞内钙离子浓度较低，钙增敏的药效较弱，因此对心力衰竭心肌舒张功能影响较小。

四　小结

以左西孟旦为代表的钙增敏剂作为新一代强心药物与传统正性肌力药物相比具有不增加钙离子内流、不增加舒张末细胞钙浓度、不增加心肌耗氧等优点，短期内显著改善失代偿心力衰竭患者血流动力学以及临床症状，但其对患者远期生存率的影响仍缺乏大规模临床试验进行验证。目前的临床报道争议较大，多数报道未见其与传统正性肌力药物对患者远期生存率的差异。究其原因，可能与其促心律失常有关。

（薛祚臣　单兆亮）

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