心脏疾病发生的生化机制.ppt

1、1,2,第十一章,心脏疾病的生物化学标志物,江苏大学医学技术学院 郑铁生 制作,3,血管系统疾病,心脏疾病,第一节 心脏疾病发生的 生化机制,心功能不全的发生机制 急性心梗时的代谢异常 扩张型心肌病的发生机制 高血压的发病机制,本节主要内容,4,一 、 心功能不全的发生机制,心功能不全（心力衰竭）的概念,cardiac insufficiency,不同病因引起心脏的舒缩障碍，致使心排血量减少和心室充盈压升高。临床上以组织血液灌注不足以及肺循环和（或）体循环的瘀血为主要特征的综合征。,5,一、心功能不全发生机制,(一) 心肌细胞能量“饥饿”,(二) 心肌膜受体-信息传递系统障碍,(三) 基因表达

2、异常,(四) Ca2+转运失常与兴奋-收缩偶联障碍,6,(一) 心肌细胞能量“饥饿”,1、能量生成不足：,ATP生成减少,举例说明,冠脉供血、供氧不足,心脏负荷过度引发心肌肥 大导致线粒体比例相对减少,维生素B1（-酮酸脱羧酶辅酶）缺乏，丙酮酸进入三羧循环过程受阻,7,2、能量储存和转运障碍 ：,线粒体内 线粒体膜 细胞质,ATP,ATP 肌酸,磷酸肌酸激酶,ADP 磷酸肌酸,磷酸肌酸,提供细胞活动能量,能量储存,心肌缺血、缺氧，乳酸生成增多,低灌流使心肌组织残余呼吸产生的CO2蓄积,缺血心肌细胞中Ca2+蓄积，Ca2+与磷酸结合生成磷酸钙和H+,心肌缺血、缺氧使3-磷酸甘油醛脱氢酶受抑制，磷

3、酸二羟丙酮不能进一步分解，游离脂肪酸浓度增高,心肌pH值降低,(-),8,3、能量利用障碍：,肌凝蛋白分子发生变化,V3 （ATP酶活性最低）增加 V1（ATP酶活性最高）减少,心脏长期负荷过重,ATP酶活性降低,ATP分解利用障碍,V3,9,4、能量需求增加,心脏长期负荷过度,心室壁舒张或收缩应力加大,缺血、缺氧或心功能不全,交感-肾上腺系统被激活,心率加快,心肌能量需求增加,10,Ca+,Ca+,ATP,ADP+Pi,心肌细胞去极化,能量“饥饿”对心肌舒缩的影响 :,Ca+,ATP不足,（-）,（-）,（-）,空间移位效应,11,Ca+,心肌细胞复极化,Ca+,ATP不足,（-）,（-）,

4、（-）,ATP,（-）,能量“饥饿”对心肌舒缩的影响,12,(二) 心肌膜受体 - 信息传递系统障碍,儿茶酚胺,ATP,激活蛋白激酶A,生物效应,钙通道开放使肌钙蛋白与钙亲和力增强 提高肌浆网钙泵活性,心肌内源性去甲肾上腺素不足,膜1-受体密度下调,活性G蛋白（Gs）含量和活性降低,腺苷环化酶含量及活性降低,13,( 三)、基因表达异常,心肌机械性负荷过重,基因表达改变,胎儿期蛋白质重现,引发心功能不全,肌凝蛋白分子头部Ca2+依赖性ATP酶低活性的V3型表达增加,1受体基因表达减少 ；无活性Gi蛋白含量增高,肌浆网Ca2+-ATP酶mRNA和蛋白含量均下降 ；L型Ca2+通道蛋白和其mRNA

5、水平都降低,14,(四)Ca2+转运失常与兴奋-收缩偶联障碍,心肌细胞内Ca2+浓度降低迟缓,心肌兴奋收缩偶联障碍,肌浆网储Ca2+少，心肌兴奋时，肌浆网释放Ca2+减少,肌浆网对Ca2+的重摄入减少,心肌细胞舒张迟缓,15,(四)Ca2+转运失常与兴奋-收缩偶联障碍,肌浆网储钙释放减少,胞浆Ca2+浓度下降,心肌兴奋偶联障碍,16,(四) Ca2+转运失常与兴奋-收缩偶联障碍,心肌缺血、缺氧,心肌细胞pH降低,H+竞争性抑制肌钙蛋白与Ca2+结合,影响肌纤蛋白和肌凝蛋白的结合,使横桥作用点不能暴露,兴奋-收缩偶联 障碍,17,1、兴奋心肌-受体,cAMP-蛋白激酶系统,活化脂解酶,提高钙泵活

6、性Ca2+内流增加细胞耗氧量增加,二 、 急性心肌梗死时的代谢异常,1.儿茶酚胺分泌增加,2、激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统,3、引发心率失常,4、损害血管内膜、 促使凝血活酶释放,促进血栓形成,急性心肌梗死时的应激反应,激活交感神经 -肾上腺系统,18,2.游离脂肪酸增高,(二) 、 急性心肌梗死时的代谢异常,增高生物膜的通透性,小分子物质酶、K+逸出,细胞不可逆损害,抑制柠檬酸合成酶丙酮酸脱氢酶,抑制心肌能量代谢,心肌耗氧量增加,脂肪酸氧化耗氧量大于葡萄糖,抑制磷酸肌酸激酶,心率失常,心功能不全,抑制ATP运转,儿茶酚胺,脂肪酸生成增加,血、供氧不足,脂肪酸氧化分解障碍,19,3.血糖水

7、平升高,(二) 急性心肌梗死时的代谢异常,急性心肌梗死应激反应,儿茶酚胺 糖皮质激素 胰高血糖素,胰岛素分泌受到抑制,细胞摄取、利用葡萄糖障碍,20,(三) 扩张型心肌病,1.心肌酶活性变化,能量代谢障碍,蛋白激酶不激活,代偿作用,胞浆Ca2+浓度调节能力降低,心肌舒缩障碍,心肌能量供应不足,21,2.胞液Ca2+、Mg2+、 K+、 Na+离子的变化,(三) 扩张型心肌病,扩张型心肌病,Na+跨膜梯度减小,Na+- Ca2+交换减少,心肌细胞兴奋-收缩偶联障碍,细胞膜性损伤,能量代谢障碍,22,Ca2+依赖性蛋白水解酶,黄嘌呤脱氢酶,黄嘌呤氧化酶,ATP,尿酸,氧自由基,细胞膜脂质过氧化,改

8、变膜流动性及离子渗透性,细胞内Mg2+外流,心肌多种代谢障碍,Na+-K+-ATP酶功能障碍,K+不能进入除极化细胞,心律失常,影响心肌细胞内正常结构,激活,23,能量代谢障碍,ATP生成减少,Na+-K+-ATP酶功能障碍,K+逆浓度差进细胞减少,细胞膜通透性增强,K+顺浓度差外流增加,心率失常,24,细胞内Ca2+浓度增高,细胞膜通透性增强,Na+顺浓度差内流增加,Na+-K+-ATP酶功能障碍,Na+向细胞外运转阻碍,25,(四) 高血压发病机制,高血压,原发性高血压： (高血压病 ),继发性高血压 ：（症状性高血压 ）,指不明原因的动脉压持续升高。临床上90%以上的高血压病人属于原发性

9、高血压。,指病因已被查明的动脉压持续升高，是作为某些疾病的一个症状表现。,26,原发性高血压发病因素,1、遗传因素,2、高盐饮食,盐敏感型,盐不敏感型,高盐饮食,高血压,高盐饮食,不发生高血压,低盐饮食,低盐饮食,不发生高血压,3、肥胖,4、长期精神紧张,5、饮酒,进食多,盐摄入多,升压反应受体数目可能增多,对加压物质的加压效应增高,心排血量,血容量增多,产生胰岛素拮抗,代偿性分泌过多的胰岛素,钠潴留,交感神经兴奋,高血压,+,+,+,+,27,原发性高血压发病机制,动脉血压,心排血量,周围血管阻力,心肌收缩力,循环血量,小动脉口径,影响动脉血压因素:,28,1、精神长期过度紧张、交感神经异常

10、兴奋和儿茶酚胺活性增加,原发性高血压发病机制,精神长期紧张,大脑皮层兴奋、抑制平衡失调,交感神经活动增强,去甲肾上腺素释放,作用于心肌-受体,心率增加、心缩力加强,心输出量增加,作用于血管-受体,小动脉平滑肌收缩,外周阻力增加,小动脉结构改变,血管平滑肌增殖、肥大，血管壁增厚,29,2、肾素-血管紧张素-醛固酮系统功能增强,原发性高血压发病机制,交感神经兴奋,肾血管收缩,肾血流量减少,分泌肾素,血管紧张素原,血管紧张素,血管紧张素,收缩血管,增加循环血管阻力,醛固酮分泌,钠水潴留,血容量增加,交感神经节,去甲肾上腺素分泌,30,3、细胞膜遗传性的离子运转障碍,原发性高血压的发病可能为某一或数个

11、主要基因异常造成膜转运蛋白结构异常所致。,原发性高血压发病机制,Na+-K+泵抑制,Ca2+泵抑制,小动脉管腔狭窄,Na+重吸收增加、排出减少,外周阻力增高,血管壁平滑肌收缩,使细胞内Ca2+浓度增高,Na+、水潴留,Na+-K+协同转运能力减退,血管壁平滑肌细胞内Na+增多,Na+外流减少,血压上升,31,4、高胰岛素血症,原发性高血压发病机制,胰岛素抵抗,高胰岛素血症,促进肾小管对Na+的重吸收,血容量增多,增加交感神经活性,改变细胞膜离子转运,心排血量和外周阻力增加,细胞内Na+、Ca2+浓度升高,32,高血压生化指标,检测目的,1、鉴别原发性与继发性高血压,2、明确高血压病情严重程度,

12、3、明确高血压是属于高血容量性还是 高动力性以便指导临床用药,4、明确是否存在合并症,33,原发性高血压生化指标,交感神经异常兴奋,儿茶酚胺,24小时尿香草扁桃酸 （VMA ）,醛固酮和细胞膜离子运转障碍,电解质,肾素-血管紧张素-醛固酮系统增强,肾素,醛固酮,血管紧张素,观察是否发生高脂血症、糖尿病等合并症,胆固醇,尿素氮,甘油三酯,葡萄糖,血肌酐,34,继发性高血压生化指标,1、肾性高血压,血肌酐、尿素氮升高,血浆白蛋白降低,电解质异常,（蛋白尿）,2、原发性醛固 酮增多症,血、尿醛固酮增高,血、尿17羟皮质酮正常,中晚期血钾偏低,3、嗜铬细胞瘤,尿VMA明显增高,4、库欣综合症,尿皮质醇

13、增高,血皮质醇无昼夜节律,血促肾上腺皮质激素全天均接近早上水平,35,第二节 急性心肌损伤生物化学标志物,本节主要内容,急性心肌梗死诊断标准 历史演变 心肌酶谱 心肌调节蛋白 心肌标志物的应用原则,36,一、急性心肌梗死诊断标准 1979年WHO提出急性急性心肌梗死诊断标准： 典型的持续的胸痛史。 典型的心电图改变(ST段抬高和Q波出现) 。 心肌酶学的改变。 以上三项中的二项以上阳性可诊断为急性心肌梗死。,37,二、历史演变 1954年首先报告测定天门冬氨酸转氨 酶（aspartate aminotransferase,AST） 有助诊断AMI. 1952年首先从牛心肌提纯乳酸脱氢酶 (la

14、ctate dehydrogenase,LD) 。 1955年用于诊断急性心肌梗死。 1963年发现了肌酸激酶(creatine kinase, CK)在急性心肌梗死时快速升高。,38,1966年发表了CK-MB在急性心肌梗死诊断 中作用的报告，CK和LD的同工酶检测 提高了诊断的特异性。 1979年WHO提出急性心肌梗死诊断标准，血 清AST、LD、CK以及同功酶组成血清心 肌酶谱，在60、70年代在诊断AMI中起 过重要的作用。 1985年出现应用单抗测定CK-MB质量 (CK-MB mass)方法， CK-MB mass成 为测定CK-MB的首选方法。,39,1989年诊断急性心肌梗死的

15、心肌肌钙 蛋白T（Cardiac troponin T ,cTnT） 试剂诞生。 1992年cTnT首次用于不稳定性心绞痛， 同时出现了心肌肌钙蛋白I（Cardiac troponin I, cTnI）。 1994年CK-MB亚单位开始用于临床病人 的早期分筛. 1996年发表大样本的cTnT和cTnI的临床 应用报告。,40,心梗后血中主要心脏标志的动态变化,41,指伴心肌细胞坏死的疾病，包括急性心肌梗死、不稳定性心绞痛和心肌炎 。,心肌损伤,心肌损伤血清标记物,血清酶（心肌酶谱）,心肌结构蛋白,肌酸激酶（CK）极其同功酶CK-MB,乳酸脱氢酶（LD）,心肌肌钙蛋白（cTn）,-羟丁酸脱氢酶

16、（-HBDH）,是心肌细胞损伤敏感性和特异性最强的标志物,42,（一）、肌酸激酶及其同功酶,三、心肌酶谱,概述,CK是由肌型M和脑型B两个亚基单位构成的二聚体，有CK-MM，CK-MB，CK-BB三种同功酶。,骨骼肌以CK-MM为主，含有少量CK-MB,脑组织以CK-BB为主,心肌是唯一含CK-MB较多的器官,43,（一）、肌酸激酶及其同功酶,AMI时，CK和CK-MB活性在 38小时升高，1236小时达高峰，34天回复至正常水平。CK半衰期约为1012小时。,临床应用,急性心肌梗死诊断,CK-MB 25U/L,总CK 100U/L，%CK-MB（CK-MB /总CK ）在4%25%,CK和C

17、K-MB测定主要用于心肌梗死病人的早期诊断,AMI 发病8小时内查CK和CK-MB不高，不可轻易排除诊断，应继续动态观察。,24小时CK和CK-MB测定如小于参考值上限，可除外AMI。,发病48小时内多次测定CK和CK-MB不高，且无典型的升高、下降过程，可怀疑AMI诊断。,AMI溶栓疗法效果观察,AMI溶栓治疗出现再灌注时CK和CK-MB成倍增加，峰值时间提前。,44,（二）、乳酸脱氢酶及其同功酶,概述,LD是由肌型 M 和心型 H 两种不同亚单位组成的四聚体，形成 5 种同功酶， LD1（H4），LD2（H3M），LD3（H2M2），LD4（HM3）和LD5（M4）。,临床应用,LD参考范

18、围为100240U/L,LD和LD1在AMI发作后812小时开始升高，4872小时达峰值，半衰期50170小时，大约712天回复正常。,对于就诊较迟的、CK已恢复正常的AMI病人，连续测定LD有一定诊断参考价值,-羟丁酸脱氢酶本质是LD，反映了以羟丁酸为底物时的LD1和LD2的作用。正常参考范围 90220U/L。,肝脏和横纹肌以LD5 为主,心脏、肾脏和红细胞所含同功酶以LD1 和LD2 为主,脾和肺以LD3 为主,45,四、心肌调节蛋白,概述,肌钙蛋白是心肌和骨骼肌收缩的调节蛋白，也是横纹肌的结构蛋白。由肌钙蛋白I、肌钙蛋白T、肌钙蛋白C 3个亚基组成。,心肌肌钙蛋白（ cTn）有很高的组

19、织 / 血清浓度比 ，当心肌损伤时，游离的cTn从细胞浆释放入血，使其在血中浓度迅速升高，cTn升高时间和CK-MB相当。cTn从局部坏死肌原纤维上降解的过程持续时间很长，可在血中保持较长时间的升高。故cTn同时兼有CK-MB升高较早和LD1诊断时间窗长的优点。,cTnI或cTnT是目前诊断心肌损伤较好的确定性标记物,46,47,（一）、肌钙蛋白测定方法概述,cTn的测定原理主要采用双抗体（捕获抗体、标记抗体）夹心的免疫学方法，检测方法包括酶标、金标、化学发光以及电化学发光等。,cTnT检测多采用ELISA分析法，cTnT试剂为Roche公司专利，不存在标准化问题,cTnI的检测多采用化学发光

20、法。各试剂生产厂商先后推出各自的cTnI检测系统，各测定结果之间可差1020倍。因此，不同的cTnI检测方法有着不同临界值、对众多的临床问题有不同的解释。目前，解决cTnI测定的标准化问题，使cTnI的检测结果具有可比性，已是众望所归。,48,（二）、ELISA法测定cTnT,1、原理,链霉亲和素包被的试管作为固相，另有两个抗人cTnT的单克隆抗体，一与生物素结合（捕获抗体），一用过氧化物酶标记（标记抗体），样品中cTnT（抗原）与此二抗体反应形成复合物，通过链霉亲和素和生物素的高亲和性附着在试管壁上，通过两次清洗，加入色原底物（ABTS），通过在405nm波长吸光度变化可以测定底物转化量，而

21、此量与标本中cTnT量直接相关。,2、操作,依据各实验室的仪器型号和试剂说明书而定。,cTnT参考范围： 0.035ng/ml,AMI诊断值： 0.1ng/ml,49,（三）、化学发光法测定cTnI,1、原理,（以ACCESS全自动化学发光免疫分析系统为例）,采用磁性珠作载体包被cTnI单克隆抗体作捕获抗体，以亲和纯化的对cTnI的N末端区特异的多克隆抗体作碱性磷酸酶（SLP）标记，用作检测抗体，与标本中的cTnI结合，然后加入Lunmi-phos R 530作发光剂。产生荧光物质的比率与样本中cTnI的浓度成比例。,2、操作,依据各实验室的仪器型号和试剂说明书而定,3、临床诊断,cTnI参考

22、范围： 0.04ng/ml,AMI诊断值： 0.5ng/ml,50,（四）、临床应用,cTn是目前AMI的确诊标记物，在AMI发病后36小时升高，峰值时间1048小时，呈单向曲线，可达参考范围的3036倍。cTn一旦升高往往持续410天，出现峰值较晚或峰值较高的病人增高可持续达3周。,在AMI发作6小时，cTn敏感性达90%以上，胸痛发作6小时后，cTn浓度正常可排除AMI。,cTn可用于微小心肌损伤诊断,溶栓成功的病例cTn呈双峰，第一个峰高于第二个峰 。,急性心肌梗死诊断,AMI溶栓疗法效果观察,51,五、心肌损伤血清标志物的应用原则,1、cTnT或cTnI是检出心肌损伤的首选标准,2、临床检验中只需开展一项cTn测定（cTnT或者cTnI）如已能 常规提供一项cTn测定，建议不必同时进行CK-MB质量测定。,3、放弃传统的心肌酶学测定如果因某些原因暂不开展cTnT或cTnI测定，可以保留CK总活性和CK-MB以及LD或者HBDH测定以诊断ACS患者，但建议CK-MB测定使用质量测定法。,4、Mb阴性结果用于早期（发病6小时内）排除AMI诊断,5、如患者已有典型的可确诊AMI的ECG变化，应立即进行AMI治疗。同时检测心脏标记物以便判断梗死部位的大小，检查有无再梗死或者梗死扩展。但应减少抽血频度 。,6、尽量缩短样品测定周期,52,谢谢!,