治疗心悸常用方剂抗心律失常的作用机制研究

  心律失常是心脏兴奋功能紊乱、电活动失常的表现,即心动节律和频率异常。种类繁多,轻者对健康无害,重者可导致血流动力学紊乱出现症状,甚至引起猝死、危及生命,是最常见的死亡和致残原因之一,大约占所有自然死亡人群的11%。目前抗心律失常化学药物的疗效不理想,总有效率只有30%~60%,存在致心律失常的副作用,使心律失常成为世界性的医学难题,处于药物研究的低谷,开发广谱有效且副作用低的新型抗心律失常药物是目前研究的热点。


1.心律失常的发生机制

 

  心脏的正常功能依赖于心肌动作电位的产生和扩步。心肌细胞钠、钾、钙等离子通道顺序开放并保持动态平衡是心脏正常工作的基础,病理因素引起离子通道间平衡失调,心肌电信号传导紊乱,是形成各种心律失常的最重要的病理基础。因而,药物通过影响离子通道可以起到对抗心律失常的作用。但作为抗心律失常药物的2个大型临床试验----1988年的CAST及1994年的SWORD研究的结果,却发现使用阻断单一通道的抗心律失常药物,虽然有明确的抗心律失常作用,但却导致恶性心律失常和死亡率的增加。

 

  这提示我们心律失常的发生是一个复杂的过程,其中可能涉及到受体、离子通道、miRNA、缝隙连接蛋白及编码通道基因等多种因素的异常改变,其核心因素为心肌细胞离子通道电流失衡和细胞间缝隙连接蛋白下调。心脏中存在多种离子通道靶点,正常情况下这些靶点保持动态平衡;在病理情况下该平衡失调,产生心律失常。理想的抗心律失常药物应对心脏多个离子通道靶点有作用。并且对每个通道的作用都比较温和,不过度抑制某一个或几个离子通道,并有益于离子通道之间平衡的恢复,才能防治心律失常的发生并提高远期疗效。因此能多靶点干预、改善离子通道紊乱并恢复其正常生理功能的药物可能是抗心律失常研究的方向。


2.中医对心律失常的认识及研究


  心律失常多归属于中医的“心悸”、“怔忡”、“眩晕”、“虚劳”、“厥证”等范畴。心悸辨治始于《伤寒杂病论》,仲景论悸之由,以误治伤阳、体质虚弱、饮邪所犯等为主,认为病机以心阳气虚为主、同时与饮邪内停、阴血不足有关。中医药治疗心悸历史悠久,疗效明确,而且副作用少。


  中医药尤其是治疗心悸常用方剂抗心律失常方面具有较好的疗效与优势,已被大量的临床研究和实践所证实。但目前常用治疗心悸方剂的研究存在以下问题:多为临床疗效观察性研究,缺乏针对心律失常电生理改变的疗效机制研究,尤其是应用膜片钳技术开展中药复方的疗效机制研究;大多数方药的药效物质基础不明确。因此从中医药领域开展抗心律失常研究,具有重要的医学生命科学和社会学意义。


3.治疗心悸常用方剂的抗心律失常的作用机制研究


  研究在治疗心悸常用方剂临床效验的基础上,根据心律失常电生理特性紊乱的疾病特点,采用膜片钳、指纹图谱、液质联用技术等方法,开展以下研究:①桂甘龙牡汤(心悸宁)的抗心律失常作用和安全性研究;②基于膜片钳技术研究治疗心悸常用方剂抗心律失常电生理作用机制;③以桂枝甘草汤、交泰丸为示范、采用指纹图谱、液质联用、药物化学等技术研究治疗心悸常用方剂的体内外成分的变化和可能的药效物质基础。以期为治疗心悸常用方剂的临床广泛应用提供实验依据。


  3.1 基于膜片钳技术阐释了治疗心悸常用方剂的抗心律失常作用机制


  3.1.1 治疗心悸常用方剂影响心肌细胞的动作电位(APD)


  ①桂枝甘草汤(GZGC)可延长豚鼠和大鼠心肌细胞的APD, 延长ERP更为显著,这样在一个APD中ERP占时增多,冲动将有更多机会落入ERP中,折返易被取消,防治折返性心律失常的发生。②交泰丸延长大鼠心室肌细胞APD50,APD50大致是动作电位的有效不应期,长短主要取决于细胞膜对钾离子的通透性;反映在心电图上表现为高血钾时Q-T间期缩短而低血钾时T波增宽变平,Q-T间期可以延长,交泰丸通过影响心肌细胞的APD50从而发挥抗心律失常的作用。③心悸宁可以延长豚鼠单个心室肌细胞APD50和APD90,使3相复极速率(V3)减慢,且影响心室肌细胞兴奋性的传导,延长有效不应期,这可能是心悸宁在临床及基础实验中具有抗心律失常作用的药理机制。④炙甘草汤引起心室肌细胞APD50、APD90、APD50-90延长,V3减慢;高浓度药物作用下各项指标的变化趋势与低浓度一致,且药物对各项指标的影响呈可逆性。炙甘草汤可能通过影响细胞的复极时程,从而影响有效不应期,抑制折返和影响Q-T间期发挥抗心律失常的作用。


  3.1.2 治疗心悸常用方剂影响心肌细胞离子通道


  ①桂枝甘草汤和心悸宁抑制心肌细胞内向整流钾通道(IK1):炙甘草汤和心悸宁胶囊对IK1平均电流密度有不同程度的抑制作用,使心室肌细胞的兴奋性、自律性降低、动作电位时程延长进而使心率减慢、节律规则,这可能是其抗心律失常作用的机制之一。②桂枝甘草汤和交泰丸抑制心肌细胞瞬时外向钾通道(Ito):  桂枝甘草汤和交泰丸各组药物均抑制Ito电流,交泰丸组亦可以使Ito失活后恢复曲线下移。Ito开放形成快速复极1相,为钙离子通道及其他钾通道的开放提供电位条件,促进电活动在心肌细胞的传导。抑制Ito可以改变平台期电位水平,使细胞电活动传导性减慢发挥抗心律失常作用。③桂枝甘草汤抑制心肌细胞延迟整流钾通道(IKs):桂枝甘草汤对豚鼠心室肌细胞IKs有抑制作用,呈一定的剂量依赖性。IKs是细胞动作电位平台期的主要离子流成分,平台期是心肌细胞对各种因素最敏感的时期,IKs会导致平台期变化,对应心电图上S-T段的变化,S-T段易于受各种因素的影响而发生改变,桂枝甘草汤在抗心律失常过程中影响细胞Q-T间期发挥作用。④桂枝甘草汤和交泰丸抑制转染HEK293细胞HERG通道:桂枝甘草汤组抑制显著抑制IKr电流密度,其余各组对IKr电流影响不显著;但各组药物均使IKr-tail(IKr尾电流)激活曲线左移,呈剂量依赖性。交泰丸各药物组对IKr电流抑制显著,各组药物使IKr-tail激活曲线左移,肉桂组、黄连组和黄连加肉桂组使失活后恢复时间延长,交泰丸对细胞通道动力学参数的影响可能引起了电流的变化。药物通过抑制IKr,减缓3期复极,改变细胞膜对钾离子的通透性,影响细胞的Q-T间期发挥作用。⑤桂枝甘草汤和交泰丸抑制豚鼠心室肌细胞钠通道(INa):桂枝甘草汤和交泰丸组各药物均不同程度抑制钠电流,其中甘草组、桂枝组和桂枝甘草汤组延长激活时间常数,交泰丸使INa稳态失活曲线左移,药物可能通过对通道动力学参数的影响抑制电流。抑制INa可以降低细胞自律性,减弱膜反应性,使单向传导阻滞发展成双向阻滞,消除折返激动。⑥桂枝甘草汤和交泰丸抑制豚鼠心室肌细胞L-型钙离子通道(ICa-L):桂枝甘草汤和交泰丸各组药物均减小ICa-L电流密度,其中炙甘草组与桂枝甘草汤组,肉桂组和交泰丸组显著延长激活时间常数,GZGC组各组药物使失活后恢复时间延长,肉桂组和交泰丸组显著延长快失活时间常数。药物抑制ICa-L,可减少后除极与触发活动,消除折返激动;同时通过调控平台期电位影响Q-T间期发挥作用。


  3.2 以桂枝甘草汤和交泰丸为示范、采用指纹图谱、药物化学等阐释药效物质基础 


  本部分通过建立中药指纹图谱对中药制剂进行质量控制,保证制剂质量的稳定性。通过制备“含药血清”,采用超高校液相-飞行时间质谱联用仪(UPLC-QTOF/MS)分析该血清中含有原型药物成分及其代谢产物。通过血清药物化学描述血清中原形药物及其代谢产物的存在状况、结构特性及与活性的关系。本文以桂枝甘草汤和交泰丸为例,进行了中药指纹图谱和血清药物化学的系统研究,以其建立稳定可靠的中药质量标准和中药药效物质基础研究方法。


  3.2.1桂枝甘草汤指指纹图谱及血清药物化学研究


  桂枝甘草汤指纹图谱中共确定了25个共有峰,包含甘草苷、甘草酸铵、桂皮酸和桂皮醛等《中国药典》规定的指标性成分,方法学符合中药质量标准要求。采用指纹图谱结合指标成分含量测定,建立了桂枝甘草汤的质量评价体系,保证本研究药物汤剂质量均一、合格,并对桂枝甘草制剂的质量控制提供了标准。①分析了桂枝甘草汤体外成分:采用UPLC-QTOF/MS对桂枝甘草汤中的化学成分定性分析,根据高分辨相对分子质量信息和MSE碎片裂解信息并同对照品对比,共鉴定出包含甘草苷、甘草酸、肉桂酸、香豆素,吐昔酸,sydowic acid在内的49个化合物。表明桂枝甘草汤中主要成分为来源于炙甘草的查耳酮类、二氢黄酮类等黄酮及其黄酮苷类成分。而桂枝甘草汤中主要来源于桂枝的成分为桂皮醛、肉桂酸、香豆素都成分。②分析了桂枝甘草汤血中移行成分:利用已建立的分析方法,通过对最佳采血时间、最佳血清样品处理方法等条件筛选,通过液相高分辨质谱联用,确立了26个血中移行成分。鉴定的入血成分中包含原儿茶酸、肉桂酸、sydowic acid等有机酸类成分和甘草苷、异甘草苷等黄酮苷类成分。6-甲基香豆素和7-甲基香豆素,可能是桂枝中香豆素在体内的代谢产物,未检测到桂皮醛,但2,4-二叔丁基苯酚、3-(2-甲氧基苯基)丙酸等桂可能是桂皮醛在体内代谢产生的聚合物产物。


  3.2.2 交泰丸指标成分含量测定及指纹图谱研究


  ①明确了交泰丸指纹图谱:交泰丸指纹图谱中含有12个共有峰,包含肉桂酸、桂皮醛、表小檗碱、黄连碱、巴马汀和盐酸小檗碱等《中国药典》规定的指标性成分。采用指纹图谱结合指标成分含量测定,提供了交泰丸的质量控制标准,保证本研究药物质量均一、合格。②分析了交泰丸体外成分:采用UPLC-QTOF/MS对桂枝甘草汤中的化学成分定性分析,根据高分辨相对分子质量信息和MSE碎片裂解信息并同对照品对比,共鉴定出木兰花碱,小檗红碱,黄连碱,非洲防己碱,药根碱等生物碱成分。来源于肉桂的成分与桂枝相同,但含量差异较大。③分析了交泰丸血中移行成分:利用已建立的分析方法,通过对最佳采血时间、最佳血清样品处理方法等条件筛选,通过液相高分辨质谱联用。确定来源于黄连的原型入血成分10个,包含表小檗碱、药根碱、巴马汀、小檗碱等指标性成分。肉桂同桂枝入血成分类似,但入血成分含量存在区别。


小结


  桂枝甘草汤、交泰丸、炙甘草汤、桂甘龙牡汤、等通过调控钾、钠、钙多种通道电流起到影响动作电位时程的作用,达到抗心律失常的作用,具有Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ类抗心律失常药物的作用机制,无致心律失常副作用。为治疗心悸常用方剂的临床应用提供了实验依据。并以桂枝甘草汤、交泰丸为示范研究,采用中药指纹图谱、液质联用、血清药物化学等技术分析体内外药物成分,初步探讨了中药的复杂成分中能够进入血液产生生物活性的药效物质,为明确方剂的抗心律失常药效物质基础进行了探索性的示范研究。


    2018/11/19 10:32:19     访问数:470
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