第六节　异常心肌细胞能量代谢

一、心肌缺血与心肌细胞能量代谢

心肌缺血是临床上常见的病症之一，由冠状动脉粥样硬化所引起。由于管腔狭窄或血管痉挛以及心脏对氧气的需求量增加，出现一系列氧供需平衡障碍。实际上这些是心肌能量代谢障碍的症状和体征，少数由其他原因引起。

缺血的基本初始问题是血流的减少，因而也引起缺氧。氧供应的突然减少，氧化磷酸化减慢或中止，紧接着高能磷酸盐化合物缺乏，糖酵解和细胞内pH值变化，这些变化对心肌收缩有明显的负性影响。当具有膜保护作用的糖酵解产生的ATP供应不足时就会发生心肌细胞死亡。

与脂肪酸相比，葡萄糖的磷酸化/氧化（P/O）比值高，缺血心肌葡萄糖摄取增强，即葡萄糖充分利用了有限的氧气。糖酵解作为一种缓冲机制，在有足够的底物时，在缺血-再灌注转换期间可防止心肌细胞去能，也可支持心脏的功能和代谢恢复。

心肌缺血对代谢的影响包括以下几方面：①氧化还原过程减弱，高能磷酸盐物质尤其是PCr很快降低；②ATP在心肌梗死后1～6小时下降，下降的程度常和心肌酶的释放成正比；③NADH明显增高，细胞内游离脂肪酸、乙酰CoA、乙酰卡尼汀及溶血磷脂亦增加；④三羧酸循环明显减慢，细胞内糖原分解和糖酵解增强；⑤心肌乳酸明显增多，引起细胞内酸中毒，溶酶体稳定性下降；⑥由于PCr减少，使线粒体内的ATP无法外移，ADP及Pi蓄积，ATP生成减少，使心肌收缩减弱或停止，离子泵功能减退。

二、心肌肥厚与心肌细胞能量代谢

在心肌肥厚发生过程中，心肌细胞的能量供求系统亦发生相应变化，包括耗能（收缩）机构的重组和产能机制的调整，其目的都是趋向于节省能量和更多地合成ATP。心肌肥厚发生的焦点集中于氧和能量消耗以及新蛋白质的合成。耗能机构的调整涉及许多胚胎型收缩蛋白重新占据显性位置，如肌球蛋白重链的β亚型成为主要亚型，还有其他胚胎型肌纤维蛋白的重新表达；产能机制的变化则由正常情况下以脂肪酸氧化供能为主转向更多地依赖于葡萄糖氧化和酵解。

肥厚型心肌病的能量代谢障碍可发生于能量产生、能量转运和储存及能量利用的任何一个环节，能量代谢障碍既可作为心肌病变的原因，亦可作为心肌病变的结果。肥厚型心肌病的能量代谢特点：①线粒体DNA的变异、线粒体DNA的丢失和多种呼吸链活性的下降，可引起能量代谢途径的改变；②肥厚型心肌病能量供应不足与ANT转运能力下降有关，而缺血性心脏病无ANT转运和表达的改变；③肥厚型心肌病心肌细胞内总ATP酶及线粒体ATP酶活性、细胞色素氧化酶活性和琥珀酸脱氢酶活性降低；④琥珀酸脱氢酶和细胞色素氧化酶活性降低，提示心肌能量产生及利用均发生障碍；⑤肥厚型心肌病在其血流动力学超负荷时，伴有心交感神经活性和循环血中儿茶酚胺含量增加，能量代谢障碍可能为去甲肾上腺素性心肌损伤的重要环节；⑥肥厚型心肌病心肌细胞内有FFA聚积，聚积的FFA会影响心肌的能量代谢。

三、心力衰竭与心肌细胞能量代谢

许多病理条件均可导致心力衰竭，而临床上最常见的导致心力衰竭发生的疾病为缺血性心脏病、高血压、瓣膜性心脏病及心肌病。不同疾病发生心力衰竭的机制不同，所引起的心肌组织能量代谢的改变不同；同一种疾病在不同阶段所发生的心肌组织的能量代谢亦不同；即使同一疾病的同一阶段，由于心肌血流、代谢状况的异质性而在同一心脏的不同部位的代谢改变也不同。

心力衰竭细胞能量代谢特点有：

心力衰竭时心肌能量代谢的底物首先发生改变，由优先利用FFA变为优先利用葡萄糖作为能量代谢的底物。心力衰竭时，无论是何种原因所致，心肌均处于缺血、缺氧状态，FFA增加及pH下降，导致丙酮酸脱氢酶、柠檬酸合成酶及琥珀酸脱氢酶等活性显著下调、三羧酸循环被抑制、有氧氧化显著受抑。

心力衰竭时脂质代谢的主要特点是脂肪分解增强而脂肪酸的氧化利用受抑，导致血清及心肌组织局部FFA浓度升高，心力衰竭患者存在与卡尼汀相关的脂肪酸转运障碍；衰竭心肌组织中由于脂酰CoA合成酶的活性减低，导致脂肪酸不能形成脂酰CoA，抑制脂肪酸的氧化利用；心力衰竭时，存在持续的肾上腺素能系统及RAS系统活性增加。血浆儿茶酚胺类物质浓度增高，除了对心肌组织的直接毒性作用外，还导致心肌组织能量利用的障碍及耗氧增加。

心力衰竭时能量产生的特征为有氧氧化受到抑制，葡萄糖无氧酵解增强，氧化磷酸化产能减少，底物水平磷酸化产能增加。衰竭心肌除了线粒体电子传递活性显著减低外，肌红蛋白含量亦减少。在衰竭心肌细胞中，线粒体的结构、基因、氧化呼吸链都有改变，一些与代谢有关的酶的表达发生胚胎化。

衰竭心肌组织中，除了ATP含量减少外，总肌酸含量亦减少，PCr/ATP比值持续下降，这可能是由于肌酸转运子的含量显著降低所致。心肌组织中CK活性的降低导致ATP产生及利用的失偶联，直接影响心肌纤维的兴奋-收缩耦联过程，抑制心肌的收缩力。

衰竭心肌细胞内ATP酶的活性减低，ATP分解利用障碍，导致心肌舒张功能障碍及收缩力下降。心力衰竭时，除了能量利用障碍外，还存在能量浪费。心力衰竭时，机体耗氧量显著增加，大量的自由能以热能形式浪费。

（颜凤）