1、心脏疾病的生物化学标志物,一、概述,二、冠心病危险因素学说,五、心力衰竭和高血压病的生化改变,四、急性心肌损伤生化标志物,三、心血管疾病的分子生物学概述,教学内容,第一节 概 述,心血管疾病是发达国家的第一死因，在我国冠心病和脑血管病是城市人口前三位死因。心血管病是目前危害人们健康和社会劳动力较大的疾病。,概 述,心血管疾病（Cardiovascular Disease）的分类(病因、病理解剖和病理生理）先天性、后天性心血管病心内膜病、心肌病、心包病、血管病心力衰竭、休克、冠状循环功能不全、心律失常等 心血管病的诊断方法 诊断心血管病应根据病史、临床症状和体征、实验室检查和器械检查等资料作出综
2、合分析。 心血管病常见的症状、体征,一. 解剖和生理要点 心肌的主要结构由以下几部分构成：,概 述,心肌中心纤维体: 也就是整个心肌的支架（将心房和心室肌以及各瓣膜组织牢固地连接在一起），包括结缔组织、腱索和瓣膜，其功能是控制血流方向。 心包和心内膜: 心脏传导系统: 由特殊心肌构成，包括窦房结、结间束、房室连接区（包括房室结）、房室束及左右束支、其功能是发起和传导心脏冲动。,3. 动-静脉血氧含量差大(动脉血中的氧约70%被摄取) ，故心肌需氧增加时，只能通过增加血流量满足。 4. 血流量主要受局部代谢产物调节。,心肌血液供应特点：血液灌注主要在舒张期。受心腔内压的挤压作用，心内膜下区域心肌
3、易发生缺血、梗死。 为满足心肌持续做功需要，血流量大。安静状态下，质量仅占体重0.5%的心脏血流量占心输出量的5%，而运动时可增加到4倍。,二. 心脏的血液供应,心脏富含蛋白和利用能量的酶 如肌钙蛋白(troponin,Tn)、肌红蛋白(myoglobin,Mb)、肌酸激酶（creatine kinase,CK）、乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase,LD）-心肌损伤的标志物。 心肌肌钙蛋白（cTn）在肌浆中是细丝的一部分，肌球蛋白是粗丝的主要分子，糖原磷酸化酶（glycogen phosphorylase,GP）分布在肌浆网内层，脂肪酸结合蛋白（fatty acid-bin
4、ding protein,FABP）分布于肌浆中。,概 述,动脉粥样硬化(atherosclerosis, AS) AS的病理机制：是多因素综合作用的复杂过程。 内皮细胞损伤和单核-巨噬细胞浸润及平滑肌细胞转移 脂质的作用 血液凝集系统的激活及血栓形成,冠状动脉性心脏病(coronary artery heart disease, CHD)简称冠心病：各种原因致冠状动脉狭窄，供血不足而引起的心肌功能障碍和/或器质性病变 。95%以上CHD由冠状动脉粥样硬化引起，故常将CHD与冠状动脉粥样硬化性心脏病混用。,冠心病传统分为心绞痛和心肌梗死两种临床类型。 （一）心绞痛 (angina pector
5、is)冠状动脉绝对或相对供血不足，心肌急剧而短暂的缺血（氧）所致的临床综合征。 稳定型心绞痛(stable angina pectoris，SAP) 变异型心绞痛(variant angina pectoris，VAP) 不稳定型心绞痛(unstable angina pectoris， UAP),(二)急性心肌梗死 (acute myocardial infarction,AMI)某支冠状动脉闭塞，血液供应中断，其供血区域心肌因持久性缺血而发生的局部坏死。 透壁性AMI： 又称Q波心肌梗死(Q-wave myocardial infarction，QMI) 或ST段抬高心肌梗死(ST seg
6、ment elevation myocardial infarction, STEMI) 灶性心肌梗死 心内膜下心肌梗死 后两类AMI常无的典型心电图改变，统称非Q波心肌梗死（non-Q wave myocardial infarction，NQMI）。,（三）急性冠脉综合征 (acute coronary syndrome，ACS) ：,以往的急性心肌梗死分类多以心电图表现为依据，不能完全反映病人的实际情况。现将病理改变为冠状动脉斑块破裂和冠脉血栓导致的冠脉严重狭窄或闭塞的疾病统称为急性冠脉综合征。1. 急性冠脉综合征的传统分型 ：根据有无AMI特征性Q波分为：不稳定型心绞痛（UAP）型、非
7、Q波心肌梗死(NQMI)型和Q波心肌梗死(QMI)型3类。,2. 急性冠脉综合征的新分型根据心电图有无ST段抬高，ACS分为： ST段抬高ACS，包括QMI及部分NQMI。非ST段抬高ACS，包括UAP及非ST段抬高心肌梗死（non-ST segment elevation myocardial infarction, NSTEMI）。,急性冠状动脉综合症的类型及主要临床病理变化,急性冠脉综合症 （ACS）,无症状 动脉硬化初期 心绞痛 冠状动脉狭窄70，活动后心肌供血不足 不稳定性心绞痛（又称变异性心绞痛，UA） 休息时心绞痛， 持续时间较长(20min)，少数心肌纤维坏死 急性心肌梗死(A
8、MI，简称急性心梗) 血管完全堵塞，心脏无 血供，大面积心肌坏死 心源性猝死,大于1/3的不稳定性心绞痛患者可有小的非 Q波心肌梗死（小梗死）,稳定性心绞痛和不稳定性心绞痛的病理组织变化 稳定性心绞痛：冠状动脉硬化基础上管腔狭窄70% 不稳定性心绞痛：冠状动脉硬化基础上伴不完全性血栓形成,动脉粥样硬化斑块的结构,第二节 冠心病危险因素学说,一、概述 危险因素：是指个体固有的生理、心理因素或生活环境中的其他因素。它们的存在可促使疾病发生，去掉以后可减缓甚至阻止疾病的发生。 危险因素的共识：危险因素并不等同于病因。 危险因素不是诊断指标。 同一疾病可能有多种危险因素，临床常用相对危险度表达其危险程
9、度。相对危险度(relative risk, RR)：暴露于该危险因素者与未暴露或低于危险水平者发病概率的比值。RR1才有意义，越大则预测价值越高。,前瞻性研究 回顾性研究,二、与生物化学有关的冠心病危险因素 （一）血脂高血脂（Hyperlipidomia）是冠心病的主要危险因素 （二）炎症 炎症在心血管疾病的发生、发展中起重要作用 1、炎症与冠心病（coronary artery disease）炎症细胞是早期动脉硬化形成的启动步骤炎症产物促进了动脉硬化的进程慢性炎症导致平滑肌增生,冠心病危险因素学说,2、C-反应蛋白与冠心病CRP激活补体系统和中性粒细胞粘附，吸引冠脉斑块中的补体，在动脉硬
10、化的形成和发展中起重要作用。CRP增高反映了动脉硬化存在低度的炎症过程和粥样斑块脱落。CRP和冠脉不良预后有关，是冠心病一个长期或短期的危险因素。35%CRP升高的不稳定性心绞痛病人最终演化为急性心肌梗死。 CRP也是心肌损伤和脑中风的标志物。 3、多因素分析TC/HDL-C比例及超敏C-反应蛋白(hsCRP)在多种危险因素中最有价值，两者同时升高，相对危险更高。,冠心病危险因素学说,超敏C反应蛋白(high sensitivity C-reaction protein, hs-CRP）在动脉粥样硬化的形成和发展中，CRP的升高反映了动脉硬化存在低度的炎症过程和粥样斑块的脱落。与严重感染时的C
11、RP不同，冠心病人的CRP仅轻度升高，始终处于冠状动脉造影阳性病人的基线水平。将冠心病人这种CRP状态称为超敏C反应蛋白。 健康人体内的CRP水平通常3mg/L 冠心病病人CRP仅轻度升高因AS为慢性炎症过程，只有检测到CRP轻度升高的状态才有价值。因此，建立了高灵敏度(检测低限为0.0050.10mg/L不等 )的CRP检测方法，此即hs-CRP的由来。,CRP在动脉粥样硬化中的作用可能包括： CRP和有关致炎因子结合后形成复合物，可激活补体系统，促进单核细胞的粘附和迁入内皮下层，形成巨噬细胞。 促进巨噬细胞和分泌型平滑肌细胞形成泡沫细胞。 增强纤溶酶原激活抑制物表达和活化。 刺激参与AS形
12、成的细胞因子表达和释放。,（三）凝血因子冠脉内血栓生成是冠心病发展加剧的主要因素之一，是特发性冠脉事件的最重要原因。动脉血栓形成的主要危险因素是血浆纤维蛋白原（fibrinogen）、凝血因子和血浆纤溶酶原激活抑制剂（plasminogen activator inhibitor-1,PAI-1）。,冠心病危险因素学说,常用预测冠心病发生AMI的危险因子RR比较,第三节 心血管疾病的分子生物学概述,一、高血压的异常基因二、冠心病的遗传基因,第四节 急性心肌损伤生化标志物,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
13、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。,理想的心肌损伤标志物应该具有以下特性：主要或仅存在于心肌组织，在心肌中有较高的含量，在正常血液中不存在，可反映小范围的损伤。 能检测早期心肌损伤，且窗口期长。 能估计梗死范围大小，判断预后。 能评估溶栓效果。,实验室检查 除血、尿常规检查外，多种生化、微生物和免疫学检查有助于心血管疾病的诊断和提供诊断线索，如动脉粥样硬化时可进行血液各种脂质检查、血清心肌酶、肌红蛋白（Mb）、肌钙蛋白（Tn）或肌球蛋白轻（MLC）、重链（MHC）等心肌损伤标志物的检查有助于AMI和心肌炎的诊断。,概 述,一、传统的心肌酶谱 （一）
14、天冬氨酸氨基转氨酶（AST）人体内AST分子量约100 kD，在心肌中含量最高，因此而具有相对心肌分布特异性。AMI发生后612 h血液中AST始出现升高，2448 h达峰 值，若无再损伤发生，57 d 恢复正常水平。,急性心肌损伤生化标志物,因其体内分布广泛，多种器官病变均可致血中水平升高；此外，红细胞亦富含AST，轻度溶血即可致AST水平非病理性显著升高。 AST诊断AMI的特异性仅53%。AST分子较大，AMI发生612 h后血清AST 水平才出现升高，24h左右才达峰值，远不能满足尽早干预，恢复有效血液灌注的要求。 现在建议不再用AST作为心肌损伤标志。,（二）乳酸脱氢酶（LD）及其同
15、工酶LD同工酶由M型和H型亚单位构成五种同工酶。肌(muscle, M)型和心(heart, H)型两种分子结构、免疫性和催化活性不同的肽链亚单位组成的4聚体，分子量约134 kD。LD至少有5种同工酶，按电泳条带距阳极的近远，依次命名为LD1LD5 LD1（H4）、LD2（MH3）、LD3（M2H2）、LD4（M3H）、LD5（M4）LD广泛存在于各种器官组织胞浆，按含量多少依次为肝、心、肾、骨骼肌、红细胞、脑等。临床还选用-羟丁酸脱氢酶（HBDH）作为AMI诊断指标，此酶本质还是LD。,临床意义及评价： 由于分子较大，AMI等心肌损伤发生后, 812h 血中LD及LD1始出现升高，3d 左
16、右达峰值，812d缓慢恢复正常。 LD1主要分布于心肌，因此，心肌损伤时血中LD以LD1为主，并由此导致LD2的相对比例下降，出现LD1/ LD21的比值反转(flipped LD isoenzyme ratio)特点。,评价： 不能满足AMI早期诊断需要。血中升高出现时间较迟，同工酶谱检测周期(turn-around time)较长。 特异性低。分布广泛，红细胞LD同工酶谱与心肌相似 ，溶血亦可表现为LD1/ LD21比值反转。LD活性诊断AMI的特异性仅53%，LD1/ LD2反转特异性亦仅85%90%。 不适宜用作再灌注标志。不提倡以LD及其同工酶作为心肌损伤标志。,AMI时检测LD及其
17、同工酶的应用原则是： 限制LD应用，不作为常规检查项目，主要用于排除AMI； 在胸痛发作用于24h后测定LD同工酶，作为CK-MB的补充； LD出现较迟，如果CK-MB或cTn有阳性结果，AMI诊断明确，则不必要再检测LD及LD同工酶。,急性心肌损伤生化标志物,（三）、肌酸激酶（CK）及同工酶 CK的结构及生化作用: CK是心肌中重要的能量调节酶 CK是一种二聚体，由M型和B型两种亚基组成，形成CK1（CK-BB）、CK2（CK-MB）、CK3（CK-MM）三种同工酶心肌内80%左右是CK3。,急性心肌损伤生化标志物,CK催化ATP和肌酸生成ADP和磷酸肌酸的可逆反应。CK主要存在于需大量耗能
18、的器官组织胞浆中，红细胞中几无。 心肌中CK含量仅次于骨骼肌和脑，但 CK-MB的相对含量为所有组织中最高 。因此，作为心肌损伤标志包括总CK及CK-MB测定。,CK临床意义及评价 临床意义： 1.CK和CK-MB测定主要用于心肌梗死病人的早期诊断，估计梗死范围大小或再梗死。 血清CK水平在AMI后46h可高于参考范围上限，约1024h达峰值。若无再梗死或其他损伤，23天恢复至正常水平. CK-MB心肌相对含量最高，并且缺血时，心肌中CK-MB比例可有23倍增加。AMI后将导致其血清水平和在总CK中比值显著升高。 2.AMI溶栓疗法效果观察：,临床评价： 在诊断AMI上，CK及CK-MB广泛应
19、用，诊断性能优于AST和LD及其同工酶。为避免漏诊现推荐入院时、3、6、9h各测定一次。 AMI发生后612h，CK-MB敏感性为92%96%。在无典型心电图改变和/或梗死性心绞痛的患者，约80%可观察到CK及CK-MB升高，有助于诊断。 其升高幅度和梗死面积有一定相关性。 可用于再灌注和再梗死的判断。 红细胞中无CK及CK-MB，不受溶血干扰。,存在问题 各种骨骼肌疾患和损伤、中枢神经系统疾患均可致血清CK活性升高。根据CK同工酶电泳谱及CK-MB%RI ，可进行鉴别。但某些骨骼肌病尤其是肾衰时的尿毒症性肌病者，出现心肌损伤样改变，称胎儿样逆转(fetal reversion)。 产妇因分娩
20、挤压胎盘，胎儿血液回至母体、肌肉损伤，出现心肌损伤样CK及CK-MB改变。 两性霉素B、拉贝洛尔、琥珀酰胆碱、奎尼丁、利多卡因、贝特类降血脂药等可致CK活性升高。,不能满足早期诊断要求。ROC曲线揭示AMI患者入院后6h内，总CK活性最佳临界点仅达到58%的敏感性和62%的特异性，以CK-MB活性或质量为指标，虽有所提高，仍不令人满意。目前，临床倾向用CK-MB替代CK作为心肌损伤的常规检查项目。 特异性不高。AMI患者入院后1318h内(峰值期)，以CK-MB质量为指标，ROC曲线分析，诊断AMI的最佳临界点特异性仅90%。 不能满意的反映微小心肌损伤(MMI)，诊断心肌炎的敏感性和特异性均
21、不高。,急性心肌损伤生化标志物,CK作为AMI标志物的优点是： 快速、经济、有效,是当今应用最广的心肌损伤标志物 CK浓度与急性心肌梗死面积有一定相关性，可大致判 断梗死范围； 能预测心肌梗死； 能用于判断再灌注。,CK作为AMI标志物的缺点是： 特异性较差； 在AMI发作6h前和36h后敏感度较低，只有CK-MB亚型可用于AMI早期诊断。 对心肌微小损伤不敏感,急性心肌损伤生化标志物,二、心肌肌钙蛋白（cTn） (一)、总肌钙蛋白 1.肌钙蛋白（Tn）的特性Tn复合体存在于各种骨胳肌胞浆的细丝中，由钙介导调节肌肉收缩。 肌钙蛋白C（TnC）：与钙结合的部分 肌钙蛋白I（TnI）：含抑制因子部
22、分 肌钙蛋白T（TnT）：和原肌球蛋白结合部分,肌肉的显微结构从图中可见整齐排列在肌节（ZZ）之间的细丝和粗丝，放大的粗丝未端的横桥和细丝上的肌动蛋白相连，当肌钙蛋白接受钙离子引起变构后，肌动蛋白拉动横桥，使粗丝在细丝中滑动，肌节缩短，肌肉收缩。,心肌超微结构图 A:示一肌节，以肌球蛋白为主的粗丝和肌动蛋白为主的细丝的相对位置，在肌肉收缩时，在ATP提供能量和细胞内钙离子作用下，肌丝间沿纵轴滑动，肌节收缩。 B:在无钙离子时，肌纤维松驰状态时，肌钙蛋白-原肌球蛋白-肌动蛋白相互作用模式。 C:钙离子进入并和肌钙蛋白结合，导致肌钙蛋白复合物构象改变。,.肌钙蛋白的作用机制,急性心肌损伤生化标志物
23、,AMI病人cTn(心肌肌钙蛋白)动态变化曲线和CK-MB近似，cTn是心肌特有的，因而特异性高。在疑为AMI病人，一般在入院、及入院后3h、6h、9h各测一次cTn.,（二）心肌肌钙蛋白T（cTnT） cTnT的检测:应用血清cTnT诊断AMI(试剂盒) cTnT的临床意义AMI发作时的cTnT敏感性只有50%60%，随着时间的延长，敏感性逐步提高，至6h，敏感性达90%以上，而且维持这一高敏感性直到五天以上。 不同采样时间cTnT和CK-MB诊断AMI敏感度不同,急性心肌损伤生化标志物,急性心肌损伤生化标志物,cTnT还可用于评估溶栓疗法的成功与否，观察冠状动脉是否复通。 cTnT还常用于
24、判断AMI梗死范围 cTnT对不稳定性心绞痛阳性率达39%，比CK-MB敏感。 对于心肌炎诊断cTnT是比CK-MB敏感得多的指标。,急性心肌损伤生化标志物,(二)心肌肌钙蛋白I（cTnI） cTnI的特性:由于基因序列不同，分别编码的慢骨胳肌TnI（sTnI）、快骨胳肌TnI（fTnI）和心肌TnI（cTnI）一级结构不全相同，因此，选择适当的氨基酸序列，就可以制备出特异的抗cTnI单抗，只识别来自心肌的TnI，识别特异性达100%.,急性心肌损伤生化标志物,cTnI的临床意义 cTnI是一个十分敏感和特异的AMI标志物； cTnI可用于溶栓后再灌注的判断:敏感高于CK-MB和Mb. cTn
25、I可敏感地测出小灶性可逆性心肌损伤存 在，不稳定心绞痛和非Q波MI。,心肌肌钙蛋白的评价 (1)优点 1）由于心肌中肌钙蛋白的含量远多于CK，因而敏感度高于CK，不仅能检测出急性心肌梗死病人，而且能检测微小损伤，如不稳定性心绞痛、心肌炎。 2）在恰当选择肌钙蛋白特异的氨基酸序列作为抗原决定簇，筛选出的肌钙蛋白抗体，其检测特异性高于CK。 3）有较长的窗口期，cTnT长达7天，cTnI长达10天，甚至14天。有利于诊断迟到的急性心肌梗死和不稳定性心绞痛、心肌炎的一过性损伤。,4）双峰的出现，易于判断再灌注成功与否。 5）肌钙蛋白血中浓度和心肌损伤范围的较好的相关性，可用于判断病情轻重，指导正确治
26、疗。胸痛发作6h后，血中心肌肌钙蛋白浓度正常可排除急性心肌梗死。 (2)缺点 1）在损伤发作6h小时内，敏感度较低，对确定是否早期使用溶栓疗法价值较小。 2）由于窗口期长，诊断近期发生的再梗死效果较差。,急性心肌损伤生化标志物,三、肌红蛋白（myoglobin,Mb） （一）、生物学特征 Mb是一种氧结合蛋白，广泛存在于骨骼肌、心肌、平滑肌。Mb分子量小，且位于细胞质内，可较早释放入血，故是AMI发生后最早可测标志物。,急性心肌损伤生化标志物,（二）临床应用 1.AMI病人发作后2h，Mb即升高，69h达高峰，Mb阴性可 排除AMI。 2.开胸手术、过度体育锻炼、骨骼肌创伤、进行性肌萎缩、休克
27、 3.严重肾衰及肌肉注射时血清Mb均升高。 4.由于Mb清除很快，因而是判断再梗死的良好指标。,（三）Mb的评价 优点： 是至今出现最早的AMI标志物；AMI发作12h内诊断敏感性高 能用于判断再灌注是否成功 能用于判断再梗死 在胸痛发作212h内，Mb阴性可排除AMI 缺点： 特异性较差 窗口期太短，回降至正常范围太快,急性心肌损伤生化标志物,急性心肌损伤生化标志物,四、正在探索中的新标志物 包括：肌球蛋白轻链和重链、糖原磷酸化酶、脂肪酸结合蛋白等。 （一）肌球蛋白轻链和重链,肌球蛋白,两条重链(myosin heavy chains,MHC),两条轻链(myosin light chain
28、s,MLC),MHC的特点： 是至今为止发现的窗口期最长的心脏标志物，检测MHC有助于AMI的回顾性诊断； MHC变化很少受再灌注的影响 可用于检测术前梗死,急性心肌损伤生化标志物,MLC的特点： 血清MLC升高幅度对诊断AMI和估计其预后很有价值; 约有一半的不稳定心绞痛病人MLC可升高; MLC可早至3h即出现,但不能作为判断AMI溶栓后血管是否再通的指标。,急性心肌损伤生化标志物,（二）糖原磷酸化酶（glucogen phosphorylase）GP有三种同工酶:GPBB脑和心脏GPMM骨骼肌GPLL肝脏心肌缺氧缺血时 GPBB 胞浆 血循环GPBB为诊断心肌缺血的最为敏感指标之一,急性心肌损伤生化标志物,FABP诊断早期AMI的敏感性和特异性和Mb相近,急性心肌损伤生化标志物,（三）脂肪酸结合蛋白质(fatty acid binding protein,FABP）,谢 谢,
