心脏能量代谢特点及治疗进展.ppt
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1、心脏能量代谢及治疗心脏能量代谢及治疗内容提纲内容提纲能量代谢概述能量代谢概述心脏能量代谢及调节1,6二磷酸果糖(FDP)的机制及应用磷酸肌酸的机制及应用左卡尼汀的机制及应用曲美他嗪的机制及应用雷诺嗪的机制及应用其它机体能量代谢概述机体能量代谢概述营养物质的吸收消化carbohydrates glucosefats(triglycerides)fatty acidsproteins amino acids运输至肌肉,转化为ATPATP为“最终供能物质”food+O2 ATP+CO2+H2O+heat机体能量来源机体能量来源运输:葡萄糖为主要形式储存存储形式:糖原存储部位:肝脏和肌肉ATP转化效率
2、:与脂肪和蛋白质相比最快储备可以耗竭碳水化合物碳水化合物机体能量来源机体能量来源运输:以脂肪酸形式存储:脂肪组织、肌肉ATP转化效率:慢于葡萄糖供能特点静息状态下供能(the ATP)剧烈活动时较少参与供能存储通常不会耗竭脂肪脂肪(甘油三酯甘油三酯)机体能量来源机体能量来源运输:以氨基酸的形式主要参与机体的构成和修复供能特点:仅占ATP来源的515%蛋白质蛋白质脂肪脂肪-重要能量底物重要能量底物不同生化物质的能量效率不同生化物质的能量效率人体可供能物质的含量人体可供能物质的含量能量产量能量产量(kcal/g)碳水化合物蛋白质脂肪 汽油 乙醇以以70kg成人为例成人为例 Mass Energy
3、kg%Fat 10.5 15 61 Proteins 14 20 35 Carbohydrates 0.7 1 2 Minerals 3.5 5 Water 42 58 内容提纲内容提纲能量代谢概述心脏能量代谢及调节心脏能量代谢及调节1,6二磷酸果糖(FDP)的机制及应用磷酸肌酸的机制及应用左卡尼汀的机制及应用曲美他嗪的机制及应用雷诺嗪的机制及应用其它心脏心脏耗氧最多的器官耗氧最多的器官心脏每天向全身输送心脏每天向全身输送68吨血液!吨血液!心脏搏动:平均10万次/天每搏输出量:60-80ml心脏全天消耗约心脏全天消耗约43kg ATP每秒消耗1mmol ATP(0.507g)能量储备:仅20
4、mmol Pi(ATP 和PCr中的高能磷酸键)90%的的Pi由磷酸肌酸(由磷酸肌酸(PCr)提供)提供90%的的Pi来自心肌细胞线粒体来自心肌细胞线粒体线粒体占心肌细胞体积的30%剧烈运动时,心脏动用剧烈运动时,心脏动用90%的氧化能力的氧化能力心脏心脏供氧的调节供氧的调节心肌提高从单位血液中摄取氧的潜力较小心肌提高从单位血液中摄取氧的潜力较小因为冠脉血流经心脏后,65%70%的氧已被心肌摄取心肌供氧调节心肌供氧调节主要通过冠脉血管舒张主要通过冠脉血管舒张,即增加冠,即增加冠脉血流量的途径脉血流量的途径心肌代谢产物引起:腺苷、H+、CO2、乳酸、缓激肽、前列腺素E等非低氧的直接作用神经和激素
5、调节作用:短暂、弱慢性供血不足时,由慢性供血不足时,由增加能量供给改为增加能量增加能量供给改为增加能量利用利用心脏的供能方式心脏的供能方式葡萄糖葡萄糖Glu游离脂肪酸游离脂肪酸FFA乳酸乳酸 lactate丙酮酸丙酮酸 pyruvate酮体酮体 ketone bodies在正常情况下心肌供氧以有氧氧化为主在正常情况下心肌供氧以有氧氧化为主正常心肌正常心肌ATP的来源的来源葡萄糖氧化多产生葡萄糖氧化多产生15%能量能量正常心肌细胞肌丝结构正常心肌细胞肌丝结构粗肌丝:粗肌丝:肌凝蛋白(收缩蛋白)肌凝蛋白(收缩蛋白)细肌丝:细肌丝:肌动蛋白(收缩蛋白)肌动蛋白(收缩蛋白)原肌球蛋白原肌球蛋白 肌钙蛋
6、白肌钙蛋白(调节蛋白调节蛋白):TnC:与钙离子结合,调与钙离子结合,调 节收缩过程节收缩过程 TnI:抑制肌动抑制肌动肌凝蛋白肌凝蛋白 TnT:链接作用链接作用粗肌丝示意图粗肌丝示意图细肌丝示意图细肌丝示意图心肌收缩机制动态图示心肌收缩机制动态图示 粗肌丝粗肌丝细肌丝细肌丝Ca2+与与TnC结合后结合后TnI的活性被抑制,原肌凝蛋白构型改变,的活性被抑制,原肌凝蛋白构型改变,开放肌动蛋白和肌凝蛋白的活性部位而发生收缩开放肌动蛋白和肌凝蛋白的活性部位而发生收缩Ca2+在肌质网钙在肌质网钙ATP酶作用下返回肌质网时肌肉舒张酶作用下返回肌质网时肌肉舒张心力衰竭时心肌缺血缺氧心力衰竭时心肌缺血缺氧的
7、主要原因的主要原因 冠状动脉狭窄导致心肌供血不足冠状动脉狭窄导致心肌供血不足 心肌肥厚导致氧及其它代谢底物的弥散距心肌肥厚导致氧及其它代谢底物的弥散距离增大离增大 心肌细胞线粒体密度相对减少心肌细胞线粒体密度相对减少 室壁张力增大,心肌耗氧增加室壁张力增大,心肌耗氧增加 心肌微血管功能障碍心肌微血管功能障碍心肌缺血时能量代偿机制心肌缺血时能量代偿机制Ronald M.Witteles,MD,Michael B.Fowler,MB,FACC,Insulin-Resistant Cardiomyopathy,JACC,2010心力衰竭患者心脏能量代偿机制受损心力衰竭患者心脏能量代偿机制受损FTHA
8、 Ki 11 20(ml/min/100g)FTHA MUR 6 19(mol/min/100g)FDG MUR 24 12 (mol/min/100g)Serum FFA 0.56 1.01(mol/ml)扩张性心肌病扩张性心肌病 心力衰竭心力衰竭Taylor M J.Nuclear Medicine 42(1)Jan 2001 55-62果糖脂肪Cellular distribution of CoA in the heart.Kobayashi A,Fujisawa S.J Mol Cell Cardiol.1994;26:499-508.*心肌缺血时能量代偿受损心肌缺血时能量代偿受损导
9、致脂肪酸代谢不全导致脂肪酸代谢不全Sauer 2008Impact of short-and medium-chain acyl-CoAs(each 250,500,and 1000umol/L,in Tris-HCI,adjusted to pH 7.4)on PDHc activity.All investigated acyl-CoAs inhibited PDHc activity.The inhibitory effect was critically dependent on chain length and number of carboxylic groups.Short-ch
10、ain monocarboxylic acyl-CoAs revealed the strongest inhibitory effect on PDHc activity.Medium chain and dicaraboxylic acyl-CoAs were less effective inhibitors.Activities are given as percent of control.All data expressed as means S.D.,experiments were performed intriplicates.0.5 m mol/L0.2 5m mol/L脂
11、肪酸代谢中间产物抑制葡萄糖代谢脂肪酸代谢中间产物抑制葡萄糖代谢能量代谢异常致收缩功能受损能量代谢异常致收缩功能受损Energy(ATP)Acetyl Acetyl coAcoAFatty acids Fatty acids AcylAcyl coAcoAFatty acid Fatty acid oxidationoxidationAnaerobicglycolysisGlucoseGlucosePyruvatePyruvateCell acidosisCalcium overloadIncrease need of ATP for homeostasis.Cell damageCell da
12、mageContractile dysfunction干预措施:干预措施:缩小氧气供给和氧气消耗之间的差距缩小氧气供给和氧气消耗之间的差距增加氧气供给增加氧气供给:降低氧气需求降低氧气需求:硝酸盐,抗凝、抗血小板药硝酸盐,抗凝、抗血小板药受体阻滞剂,钙离子拮抗剂,受体阻滞剂,钙离子拮抗剂,ACEI/ARB脂肪分解抑制剂脂肪分解抑制剂烟酸及其衍生物烟酸及其衍生物胰岛素胰岛素促进葡萄糖利用及有氧代谢促进葡萄糖利用及有氧代谢1、6-二磷酸果糖二磷酸果糖二氯乙酸(二氯乙酸(DCA)增加能量代谢底物增加能量代谢底物磷酸肌酸钠磷酸肌酸钠干预措施:干预措施:代谢调节药物增加氧使用效率代谢调节药物增加氧使用效
13、率肉毒碱脂酰转移酶(肉毒碱脂酰转移酶(CPT)-抑制剂抑制剂L肉毒碱肉毒碱哌克西林哌克西林乙莫克舍乙莫克舍脂肪酸脂肪酸氧化抑制剂氧化抑制剂曲美他嗪曲美他嗪雷洛嗪雷洛嗪Heart Metab.2008;38:5-14心脏能量代谢调节药物心脏能量代谢调节药物内容提纲内容提纲能量代谢概述心脏能量代谢及调节1,6二磷酸果糖(二磷酸果糖(FDP)的机制及应用)的机制及应用磷酸肌酸的机制及应用左卡尼汀的机制及应用曲美他嗪的机制及应用雷诺嗪的机制及应用其它1,6二磷酸果糖(二磷酸果糖(FDP)糖代谢的中间产物糖代谢的中间产物糖代谢的重要催化剂糖代谢的重要催化剂通过酶变构效应,直接激活细胞膜上的6-磷酸果糖激
14、酶和丙酮酸激酶促进糖酵解、糖利用促进ATP生成提高功能效率提高功能效率进入病损细胞内部,绕过耗能的磷酸化步骤,直接进入糖酵解过程,免去体内产生FDP时消耗ATP减少心肌细胞的能源消耗,有益于细胞在损伤状态下的细胞能量代谢和葡萄糖的利用1,6二磷酸果糖:药理作用二磷酸果糖:药理作用抑制氧自由基及组织胺等有害物质释放抑制氧自由基及组织胺等有害物质释放减轻自由基对组织的直接损害增加红细胞内增加红细胞内2,3二磷酸甘油二磷酸甘油(DPG)含量含量提高红细胞携氧能力,改善缺血缺氧时的微循环有利于红细胞向周围组织释放氧抗心律失常作用抗心律失常作用使心肌细胞释放ATP增加(ATP具有短暂而强力的迷走神经兴奋
15、作用),并迅速分解腺苷酸,二者均有终止室上性心动过速作用稳定细胞膜,改善心肌传导作用改善心肌代谢改善心肌代谢增强心肌收缩,改善心功能低磷酸血症低磷酸血症输血体外循环胃肠外营养慢性疾病慢性疾病慢性酒精中毒长期营养不良慢性呼衰:碳酸增加、磷酸减少1,6二磷酸果糖:适应症及禁忌症二磷酸果糖:适应症及禁忌症适应症适应症遗传性果糖不耐受遗传性果糖不耐受症症高磷酸血症高磷酸血症肾衰肾衰CCr50ml/min时严密监测磷酸盐禁忌症禁忌症FDP 5g 每天2次,连续7-10天溶于5%葡萄糖或灭菌注射用水100ml滴速:10ml/min,至少4ml/min注意事项10%输液引起局部剧痛患者可出现脸红、心悸1,6
16、二磷酸果糖:用法及注意事项二磷酸果糖:用法及注意事项内容提纲内容提纲能量代谢概述心脏能量代谢及调节1,6二磷酸果糖(FDP)的机制及应用磷酸肌酸的机制及应用磷酸肌酸的机制及应用左卡尼汀的机制及应用曲美他嗪的机制及应用雷诺嗪的机制及应用其它磷酸肌酸(PCr):一种内源性物质PCr是哺乳动物体内主要的高能磷酸化合物,存在于心肌及骨骼肌中PCr12000卡/molATP7300卡/molADP3800 卡/molPCr是心脏内可被迅速动用的能源储备在心肌细胞内ATP浓度是靠PCr的消耗来维持当心肌缺血时,早期少量ATP减少发生在大量PCr减少之前,即先消耗PCr来维持ATP浓度磷酸肌酸钠:分子结构高
17、能高能N-PN-P键,水键,水解释放解释放12,00012,000卡卡/mol/mol的能量的能量羧基以负离羧基以负离子形式存在子形式存在氨基以正离氨基以正离子形式存在子形式存在化学名:化学名:N-N-亚氨基(膦氨基)甲基亚氨基(膦氨基)甲基-N-N-甲基甘氨酸二钠盐四水合物甲基甘氨酸二钠盐四水合物携带N NP P高能磷酸键高能磷酸键高能磷酸键高能磷酸键,能直接生成ATP (PCr+ADP=Cr+ATP)u在线粒体膜发生磷酸肌酸穿梭;v在细胞膜为钠/钾/钙离子通道提供能量;w在肌浆网为Ca2+通道提供能量;x在肌原纤维为肌动蛋白肌球蛋白丝的滑动提供能量,具有保护纤维抵抗心肌缺血性损伤的作用。磷
18、酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸:快速释放和利用:快速释放和利用:快速释放和利用:快速释放和利用磷酸肌酸:直接供能磷酸肌酸:直接供能ATPATP磷酸肌酸磷酸肌酸(LohmannLohmann正向反应)正向反应)线粒体膜线粒体膜磷酸肌酸磷酸肌酸细胞质细胞质ADPADP肌酸肌酸肌酸肌酸线粒体线粒体(LohmannLohmann逆向反应)逆向反应)ATPATPADPADP CK CK CK CK有氧氧化有氧氧化葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸无无氧氧酵酵解解乳酸乳酸 HH+细细胞胞膜膜主要机制:主要机制:LohmannLohmann反应反应LohmannLohmann反应反应:通过通过LohmannLohma
19、nn反应直接转化成反应直接转化成ATPATP*PRPPPRPP:5 5磷酸核糖磷酸核糖 焦磷酸焦磷酸 磷酸肌酸:维持细胞内高能磷酸盐水平磷酸肌酸:维持细胞内高能磷酸盐水平抑制腺苷酸分解:抑制腺苷酸分解:10mM10mM的磷酸肌酸可抑制的磷酸肌酸可抑制5-5-核核苷酸酶的活性苷酸酶的活性促进腺苷酸合成促进腺苷酸合成:可对抗可对抗ADPADP对对PRPPPRPP合成酶的合成酶的抑制作用抑制作用通过通过3 3个途径完成个途径完成:磷酸肌酸钠分子与膜磷脂之间存在电荷反应。在这一反应中,PCr表现得象有阳性和阴性双重极性的两性离子,分别和膜磷脂上相反的电荷起作用。磷酸肌酸钠分子通过电荷反应粘附于膜磷脂减
20、少磷脂的流动性而稳定细胞膜稳定了膜电位,减少了细胞内酶的漏出及心律失常的发生一、稳定膜电位一、稳定膜电位磷酸肌酸:膜保护作用磷脂酶 溶血磷脂 PCr通过支持Ca2+泵的功能和抑制无氧酵解,能够减少Ca2+及H+在胞浆内的分布,从而可以抑制膜磷脂降解成溶血磷脂而维持膜的完整性(-)心肌缺血缺氧Ca2+积蓄 无氧酵解供能 氧供应不足 H+增加膜磷脂酶(-)(+)(+)膜磷脂降解 二、抑制膜磷脂的降解磷酸肌酸:膜保护作用磷酸肌酸磷酸肌酸通过两性离子作用粘附于膜磷脂,稳定了细胞膜,减少过氧化损害。通过抑制5-核苷酸酶,抑制腺苷酸的不可逆降解,从而减少了氧自由基生成。磷酸肌酸:抵抗膜磷脂过氧化损害磷酸肌
21、酸钠磷酸肌酸钠具有三重作用机制的心肌细胞保护剂具有三重作用机制的心肌细胞保护剂具有三重作用机制的心肌细胞保护剂具有三重作用机制的心肌细胞保护剂直接供能直接供能直接供能直接供能保护细胞膜保护细胞膜保护细胞膜保护细胞膜缓解细胞能量代谢障碍缓解细胞能量代谢障碍缓解细胞能量代谢障碍缓解细胞能量代谢障碍保持心肌细胞结构完整保持心肌细胞结构完整保持心肌细胞结构完整保持心肌细胞结构完整保护心肌细胞保护心肌细胞保护心肌细胞保护心肌细胞抑制自由基生成抑制自由基生成抑制自由基生成抑制自由基生成减少细胞过氧化损伤减少细胞过氧化损伤减少细胞过氧化损伤减少细胞过氧化损伤PCr与与FDP比较比较磷酸肌酸磷酸肌酸钠钠1.6
22、1.6二磷酸果糖(二磷酸果糖(FDPFDP)能否供能能否供能可以,直接生成可以,直接生成ATPATP可以,间接生成可以,间接生成ATPATP供能效力供能效力1200012000卡卡/摩尔摩尔38003800卡卡/摩尔摩尔起效起效时间时间5-10min5-10min30min30min以上以上安全性安全性不良反不良反应应高,不良反应极少高,不良反应极少见见皮疹、口唇麻木、偶见头晕、胸闷及过敏反皮疹、口唇麻木、偶见头晕、胸闷及过敏反应,应,肝肝肾肾功能不全慎用功能不全慎用刺激性刺激性没有刺激性没有刺激性滴注部位疼痛滴注部位疼痛 ,小儿不易耐受,小儿不易耐受配配 伍伍无禁忌无禁忌不能与其它不能与其它
23、药药物相溶,尤忌酸、碱,物相溶,尤忌酸、碱,钙盐钙盐混混用用磷酸肌酸钠:用法用量磷酸肌酸钠:用法用量 用法:用法:以静滴为主,紧急时静注。以静滴为主,紧急时静注。静滴:每静滴:每1g PCr可溶于可溶于50-100ml注射用水(或生理盐水、注射用水(或生理盐水、5%GS),静滴速度依病情而定,严重者可缓滴数小时,一),静滴速度依病情而定,严重者可缓滴数小时,一般病例可以般病例可以30-60min滴完。滴完。静推:每静推:每1g PCr可溶于可溶于6ml溶剂,溶剂,每克推注时间要超过每克推注时间要超过2分分钟。钟。无配伍禁忌无配伍禁忌用量:用量:重症抢救:重症抢救:5g/次,次,12次次/d,一
24、天总量不超过,一天总量不超过10g,连用,连用1-3d;病情缓解后每天;病情缓解后每天2g,连用,连用7-10d普通心血管疾病:普通心血管疾病:2g/d,连用,连用7-10d内容提纲内容提纲能量代谢概述心脏能量代谢及调节1,6二磷酸果糖(FDP)的机制及应用磷酸肌酸的机制及应用左卡尼汀的机制及应用左卡尼汀的机制及应用曲美他嗪的机制及应用雷诺嗪的机制及应用其它 又称左旋肉毒碱又称左旋肉毒碱 脂肪酸代谢的必需辅助因子脂肪酸代谢的必需辅助因子 氨基酸结构氨基酸结构 小分子物质:小分子物质:162道尔顿道尔顿 血浆清除半衰期:血浆清除半衰期:1小时小时左卡尼汀:成份和结构左卡尼汀:成份和结构CH3CH
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- 心脏 能量 代谢 特点 治疗 进展
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