神经体液变化在小儿心力衰竭发病机制中的作用.ppt
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1、神经体液与心力衰竭,Heart failure,概述 心力衰竭(心衰,HF)是常见急症,常危及生命。近年来由于心脏器械检查与实验室的发展,心衰的诊断由定性、半定量走向定量;随着对心衰发病机理、病理生理改变的研究逐步深入,在诊断与治疗方法亦有新的突破,有些甚至与传统的认识相反。,Heart failure,HF定义心衰的发病机理已从细胞、分子、基因水平来认识,因而心衰的定义也不断修改。归纳心衰的定义是:有足够回心血量,由于心脏前、后负荷增高或心肌本身病变所引起泵血功能不能满足机体代谢的需要或不能及时将回心血液搏出,神经激素过度激活,以致组织能量供应不足,以及心脏、血管、心肌细胞、基因、分子、旁分
2、泌、自分泌调控异常,所致血液动力学异常而引起的综合征。,Heart failure,Heart failure,What are differences in children and adults in cardiac anatomy and pathophysiology?,Heart failure,归纳其不同点有:小儿(尤其是新生儿)肌浆网稀少,组织排列不整齐;小儿钙钠交换、钙通过细胞膜及对钙离子升高的反应不成熟;小儿心肌钠、钾泵发育不成熟,使心肌对强心性药物的敏感性、反应性、耐受性与成人不同;小儿心肌收缩蛋白(肌动蛋白、肌球蛋白)的重链构成、收缩力、对钙的敏感性、对正性肌力药与负性肌
3、力药的反应与成人不同;小儿自主神经处于发育阶段,交感神经处优势地位;小儿心衰因以左向右分流型先天性心脏病、心肌炎多见,成人以冠心病、心肌病多见。由于上述原因,小儿心衰的诊断与治疗与成人不同。,Heart failure,Neurohumor and HFSympathetic nervous system(SNS)Renin-Angiotensin-Aldosterone system(NRAAS)Natriuretic peptideCytokinesRemodeling Apoptosis Cardiac muscle molecular structure,Heart failure,C
4、ohn examed plasma NE of 106 patients with HF and found that it increased 2 to 3 times than control group,and it increased much more in sudden death patients due to HF.(John JN,et al.N Engl J Med.1984,311:819),*Ross等研究发现伴心力衰竭的婴儿与儿童患者血浆去甲肾上腺素明显高于无心力衰竭者,而且与心力衰竭严重程度呈线性相关。在经过手术或药物治疗心力衰竭消失后,血浆去甲肾上腺素恢复到正常水
5、平。*Wu等的研究发现左向右分流型先天性心脏病合并心力衰竭患者的血浆去甲肾上腺素水平明显升高,淋巴细胞肾上腺素能受体的密度明显减低,而且左向右流量及肺动脉压力相关,治疗后血浆去甲肾上腺素及淋巴细胞肾上腺素能受体恢复正常。,Heart failure,Heart failure,Relationship between plasma NE、E、Bmax and cardiac function in children with HFgroup n NE(ng/L)E(ng/L)Bmax(fmol/107cells)control 22 161+/-74 72+/-41 622+/-138 HF
6、35 498+/-317 257+/-188 324+/-121 CI2.2 15 355+/-196 170+/-68 396+/-93 CI2.2 20 690+/-359 351+/-254 235+/-84 II 8 223+/-28 114+/-44 434+/-82 III 21 478+/-219 234+/-138 325+/-107 IV 6 934+/-362 474+/-303 180+/-27(Yi QJ,et al.Chinese Pediatric J,1995,2(33):75-77),Heart failure,Relationship between pals
7、ma level of NE E and Bmax and CI in children with HF NE E Bmax CI r-0.978-0.901 0.817 P 0.001 0.001 0.001(Yi QJ,et al.J Chin.Ped.Emerg.,1995,2(33):75-77),2005年 马沛然(n=20)CI EF 24小时尿NE-0.41-0.44 P 0.01 0.01 24小时尿DA-0.32-0.36 P 0.05 0.01,Heart failure,Heart failure,*Plasma concentration of catecholamin
8、e in children with HF increased markedly,and there is negative relationship between plasma level of catecholamine and cardiac function.*Cardiac function of children with HF can be predicted from level of catecholamine.*Plasma NE as a impersonality mark to prognosis in patient with HF.,RAAS and HF Va
9、lue of AngII and ACE in HF group AngII(ng/L)ACE(IU/L)control(20)96+/-36 327+/-38 HF(40)230+/-95 414+/-77 tvalue 7.854 5.891 P value 0.001 0.001(Qian YR,et al.Chin.J Pediatr.1999,5(37):280-282),Heart failure,Heart failure,*HF heart output SNS&RAS activation catecholamine CM-receptor被大量消耗 Bmax CM对cate
10、cholamines&intropic agents敏感性降低(脱敏desensitization)CM contractility decompensation*RAS激活 ACE AngI转换为AngII Vasoconstriction cardiac afterloadALD activation water-sodium retention cardiac preload(Katz AM,et al.N Eng J Med,1990,322:100-110),Natriuretic peptideatrial natriuretic peptide(ANP)brain natriur
11、etic peptide(BNP)C type natriuretic peptide(CNP)dandroaspis natriuretic peptide(DNP)具有扩血管、利尿、利钠、肾素抑制、抗有丝分裂、松弛心肌等ANP、BNP在心衰时显著升高。BNP水平可以反映无症状心衰患者心脏收缩与舒张功能。有利于心衰早期诊断,也可用于心衰药物治疗效果评价。心衰时增高的原因是代偿机制,因此可用外源性ANP、BNP治疗心衰。,Heart failure,Heart failure,ANP主要由心房合成、贮存和分泌的一种具有强大利尿、利钠作用的活性肽。心衰早期,心房压升高、心房肌受牵张,心房分泌AN
12、P加强,血液中ANP升高,可以直接对抗和抵消心衰时缩血管保钠系统给机体带来的钠水潴流和前后负荷的过度。但如果导致心脏负荷加重的因素持续存在,ANP的释放将最终呈“耗竭”状态。此时血中ANP可能降低。,Heart failure,BNP在心房及心室肌细胞中分泌,心力衰竭时则主要在心室肌中分泌。CNP在中枢神经系统及血管内皮中表达。DNP分泌部位尚不清楚BNP及N末端BNP比ANP及N末端ANP能够更好地预测心力衰竭预后及指导治疗 Mir等在31例儿科HF病例中测定血浆N-BNP明显高于对照组 Ohuchi等对儿科HF病例研究中发现血浆BNP值可以区分I级、II级及III+IV级的病例组,Hear
13、t failure,陈树宝等发现,HF患儿血浆BNP及N-BNP水平显著高于无HF者,并与HF严重程度正相关;N-BNP409 fmol/ml作为诊断HF的阈值,其诊断敏感度为91.9%,特异度为91.2%,诊断准确率91.5%;在扩张性心肌病患儿中以N-BNP1004 fmol/ml作为诊断HF的阈值,其诊断敏感度为94.7%,特异度100%;左室射血分数降低的HF患儿血浆N-BNP、BNP值均高于左室射血分数正常的HF患儿,Endothelin-1(ET-1)收缩人体动脉血管的强度是AngII的10倍HF时组织内和血浆内ET-1显著升高是心衰恶化的预兆。,Heart failure,Val
14、ue of CEC and ET in HFgroup CEC(cell/0.9ul)ET(ng/L)control(20)2.6+/-1.3 80+/-19 HF(40)6.6+/-2.7 130+/-51 tvalue 7.689 5.490 P value 0.001 0.001(Qian YR,et al.Chin.J Pediatr.1999,5(37):280-282),Heart failure,Cytokines&HF血浆细胞因子升高与心衰患者预后不良有关TNF-能够抑制心收缩,导致心肌细胞死亡,引发心衰。TNF-抑制骨化醇的合成,补充维生素D和钙可以改善心衰症状。抗TNF-抗
15、体Infliximab可以提高患者EF值,提高生活质量和运动耐受。,Heart failure,Heart failure,IL-6(pg/mL)LVEF(%)control(20)107.0+/-93.0*HF(28)390.1+/-182.3*II(12)253.8+/-60.4 0.43+/-0.06*III(9)343.5+/-92.9 0.36+/-0.05*IV(7)591.1+/-185.9 0.30+/-0.03*Note:*P0.001,*P0.05(Yi QJ,et al.Chin Cir J,2001,16(2):137),Remodeling&HF心室重构是指对于外界刺
16、激而引起的心脏结构的变化。心室重构包括心室及心肌解剖、组织、细胞、分子的异常如心室整体结构改变(由卵圆形转为球形),心肌细胞结构数量分布的改变,细胞外间质种类分布的改变,包括心肌和间质失调,心肌间质胶原蛋白III型增加,I型减少,基质金属蛋白酶激活,间质纤维化。心室重构和心功能不全又互为因果,心室重构导致心衰,心衰又加重了心室重构。,Heart failure,AngII参与心室重构的机制在间质重塑方面,直接介导心间质成纤维细胞的增殖,增加其表达、产生和分泌胶蛋白,改变胶原成分的比例,特别增加III型胶原,同时抑制其降解,引起左心室僵硬和舒张功能减退。诱导心肌细胞肥大,介导心肌细胞收缩蛋白的同
17、功型转换而实现。出现心脏负荷持续加重,介导收缩蛋白向胚胎型转化,肌细胞体积增加,心肌重量增大。,Heart failure,Heart failure,ALD参与心室重构的机制 ALD具有不完全依赖AngII的独立作用,特别是在心肌和血管壁的重塑功能方面。近年来,有心肌组织中发现了大量盐皮质酮受体(MRS)。醛固酮可通过MRS直接介导心肌重塑。目前认为醛固酮与心肌纤维化有着密切的关系。,Heart failure,心肌细胞间质重塑在心室重构中的意义心室重构的研究已经成为心衰机制研究的一个热点。心室重构的实质包括心肌细胞重构和心肌细胞间质重构两方面。心肌细胞间质的主要成分是胶原蛋白。正常情况下,
18、它起着细胞支架、信息传递及协调心肌细胞舒缩的重要作用,维护心脏结构与功能的完整性。基质金属蛋白酶(MMPs)及其组织抑制因子(TIMPs)之间的动态平衡,调节着基质胶原蛋白的合成代谢与更新。,Heart failure,MMPs是一组能特异性降解细胞外基质成分的钙磷依赖性蛋白水解酶家族。MMPs可分为胶原酶(MMP-1、-8、-13)、明胶酶(MMP-2、-9)、基质溶解素和膜类MMPs。在心脏中MMP-1可降解为、II、III、型胶原,与心脏重塑密切相关。MMPs可通过对基质成分的直接消化参与心肌纤维化进程。,Heart failure,MMP-1通过对胶原的消化,使正常的胶原蛋白被降解后缺
19、乏连接结构的纤维性间隔所替代。左室扩张及心衰形成过程中心肌MMPs的表达与活性发生改变。快速起搏猪心衰模型中观察到心肌中包括MMP-1在内的多种MMPs升高,且与左心室扩张同时发生。在心肌病晚期,TIMP-1水平下降,对MMP-1的抑制作用减弱,从而促成了MMPs活性的进一步升高。,Apoptosis&HF细胞凋亡是细胞自身的一种主动性、生理性死亡机制,不累及周围细胞,但心肌细胞凋亡使心肌细胞减少,加重了心衰的发生与发展。心肌细胞丢失是心衰的重要发病机理之一,阻止细胞凋亡能减轻心脏重构和心力衰竭。心肌细胞凋亡与坏死和心衰互为因果。,Heart failure,*30只心衰大鼠模型和20只正常大
20、鼠对比,正常大鼠心肌有极少量细胞凋亡,心衰时细胞凋亡增加,细胞凋亡与射血分数(EF)和心短轴缩短率(FS)之间的相关性分别为-0.393和-0.494,P均0.05,心肌细胞凋亡率与心功能成直线负相关。,Heart failure,Heart failure,心肌肥厚是细胞应对持续的高心脏负荷的代偿反映,而心肌细胞凋亡则是直接损害心脏结构和功能的重要病理过程。可诱发凋亡的因素同时可以是致肥厚原性的,如肾上腺素、血管紧张素II、内皮素、前列腺素F、机械牵拉等。在这些因素,涉及的体液因素,均通过与Gaq偶联的受体,从而介导肥厚或凋亡的效应。,Heart failure,特定的刺激因素到底诱导的是肥
21、厚还是凋亡效应,取决于该因素作用的浓度和持续时间。比如低水平的氧化应急导致细胞肥厚,而高水平则诱导出凋亡。又如野生型的Gaq蛋白过度表达诱导新生的心肌细胞产生肥厚效应,而持续激活的Gaq变异则先诱导肥厚,然后很快表现为凋亡的征象。,Heart failure,Bcl-2与Bax基因、c-FOS基因、c-Jun基因参与了心肌细胞凋亡调控,其中以Bcl-2与Bax基因研究较多。Bcl-2基因抑制细胞凋亡,Bax基因诱导细胞凋亡,二者参与了心衰发病的调控。心衰时存在Bcl-2家族的促凋亡与抗凋亡因素的不平衡,*Bcl-2通过改变线粒体巯基的氧化还原状态,减少自由基产生,控制线粒体膜电位等因素调控细胞
22、凋亡。*Bax基因可自身形成同源二聚体,亦可与Bcl-2形成杂合二聚体,二者均促进细胞凋亡。*当细胞受到凋亡刺激后,Bcl-2与Bax的比例决定了细胞存活或凋亡,Bcl-2高于Bax,细胞趋于存活;Bax高于Bcl-2,细胞趋于凋亡,Heart failure,Bax不但拮抗Bcl-2的抑制凋亡作用,而且有直接促进细胞凋亡的功能。Bax可被各种抗氧化剂、抗凋亡蛋白Bcl-2的表达所阻止。实验心衰大鼠心肌细胞Bcl-2与Bax表达均升高,其阳性表达指数(PEI)显著高于正常大鼠心肌。Bcl-2与Bax蛋白表达与心肌病理积分呈正相关。,Heart failure,CM molecular stru
23、cture&HF*HF时,在基因水平普遍存在基因表达的胚胎化改变。*成人心肌细胞不能分裂,蛋白合成速度慢。*心脏在超负荷状态下,很多新合成的蛋白转为胎儿型同 功蛋白,这样一方面加速蛋白合成的速度,但另一方面 却使心肌细胞更易于衰竭。,Heart failure,Heart failure,*心肌收缩蛋白包括肌球蛋白(Myosin)和肌动蛋白。肌 肉收缩的分子学基础是肌球蛋白与肌动蛋白的结合。*肌球蛋白是心肌的主要收缩蛋白。肌球蛋白由两条重链(MHC)和两对轻链(MLC)组成,MHC有、两个亚型,MHC由高ATP酶活性的型向低ATP酶活性的型转变是衰 竭心肌的生物学标志。,*肌球蛋白有两个生物学
24、作用,一是具有ATP酶活性,裂解ATP,能有效地将高能磷酸化合物分解释放的化学能转变为动能;二是具有与肌动蛋白结合的能力。*Spangenburg报告心衰时存在MHC表达异常,MHC成分的变化,与心衰严重程度密切相关。心衰时-MHC降低,-MHC升高,-MHC/-MHC比值与心肌病理积分呈负相关,与EF、FS呈正相关。,Heart failure,Heart failure,ANP主要在胚胎期及新生儿期的左心室表达,出生后其表达迅速减少,成年后的左心室基本不表达,而主要在心房表达,故ANP代表的是胎儿型左心室心肌蛋白。在AngII的刺激下,左心室的ANP分泌增多。胚胎化基因改变还发生在心室型M
25、LC1(VLC1)向心房型MLC1(ALC1)的部分变换肌钙蛋白T亚单位由成年型(TnT3c)向胚胎型(TnT4c)的部分变换。变换后的蛋白类型其表达量大,但收缩功能差。,*抗肌萎缩蛋白(dystrophin)在心肌细胞中连接肌节及肌纤维膜,对维持正常心肌功能起重要作用。*Vatta研究发现在特发性扩张性心肌病并心衰成人患者心肌细胞中N末端抗肌萎缩蛋白减少或缺如,C末端抗萎缩蛋白无变化。*心衰患儿心肌抗肌萎缩蛋白的变化尚末见报导。,Heart failure,Heart failure,*心肌细胞的钙代谢代偿性活跃 伴随主要代谢途径削弱而出现的表达强化现象,这是心 肌细胞的另一种代偿机制。如当
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