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心脏疾病的生物化学标志物

第十一章　　心脏疾病的生物化学标志物

第一节　概述

心脏是人体最重要的器官，犹如有效和耐久的泵，把血液送到全身，循环周始。

心脏的这种特殊的工作方式，基于心脏独特的解剖、组织结构和生理、生物化学特点，也是理解心肌损伤标志物的基础

一、解剖和生理

（一）心脏解剖　

心脏是一个由心肌构成的中空圆锥形器官，在心脏外壁，有供心脏能量和氧的血管，称为冠状动脉，前壁有两支，后壁有一支。

心脏主要由心肌纤维组成。

心脏富含蛋白和利用能量的酶，如肌钙蛋白、肌红蛋白（myoglobin,MHb）、肌酸激酶（creatinekinase,CK）、乳酸脱氢酶（lactatedehydrogenase,LD），这些都成为心肌损伤的标志物。

（二）生理

心脏每次搏动，包括了收缩期和舒张期。

心脏有规律的收缩和舒张是由心脏的传导系统所控制。

二、病理

心脏系统疾病有许多种，和临床检验有关的疾病主要是冠心病、心肌疾病和心力衰竭。

（一）冠状动脉硬化和狭窄

冠心病是目前最常见、危害最大的心脏疾患。

冠状动脉是供应心肌营养的主要血管，由于种种原因，冠状动脉发生粥样变，血管硬化，管腔狭窄，心肌供血减少。

在动脉硬化初期，由于冠状动脉有较强的储备能力，病人可无症状；当冠状动脉狭窄＜70％时，心肌血供减少尚可代偿，休息时无症状，病人出现活动后心肌供血不足，表现为心绞痛（angina），继而可出现不稳定性心绞痛,这时病人休息时也会出现心绞痛，而且持续时间较长（>20min），一旦血管完全堵塞，心脏无血供，局部大面积心肌坏死，称急性心肌梗死（acutemyocardialinfarction,AMI，），常致心源性猝死（suddendeath）。

UA发生一年内，20％发展至急性心肌梗死或死亡。

急性冠状综合症（acutecoronarysyndrome,ACS）的病理改变为斑块破裂和冠脉血栓导致冠脉严重狭窄或闭塞。

（二）心肌疾病

除了急性心肌梗死外，心脏还可因其他原因引起心肌肥厚、扩张、纤维化、甚至心肌小范围变性、坏死，称为心肌病；心肌细胞及其间隙的局部或弥漫性的急、慢性炎性病变，称为心肌炎。

（三）心力衰竭

许多严重的心脏病（如急性心肌梗死）的归宿是心力衰竭（简称心衰）又称心脏功能不全。

第二节　　冠心病危险因素学说

一、概述

（一）危险因子的概念　　

危险因素（riskfactor）是指个体固有的生理、心理因素或生活环境中的其他因素。

（二）危险因素的认识和发展

冠心病危险因素已达百余种，最有价值的可及早预防和治疗的是高血脂、C–反应蛋白（C–reactiveprotein,CRP）和凝血因子异常。

二、与生物化学有关的冠心病危险因素

（一）血脂

高胆固醇是重要的危险因素，也是促进动脉硬化的主要物质。

血胆固醇水平在5.2～5.7mmol/L时冠心病发病危险性相对稳定，超过此值，冠心病危险将随胆固醇水平的增加而升高。

（二）炎症

炎症在心血管病的发生、发展中起重要作用。

1.炎症与冠心病

（1）炎性细胞是早期动脉硬化形成的启动步骤

（2）炎症产物促进了动脉硬化的进程

（3）慢性炎症导致平滑肌增生　炎症和其他重要的危险因素共同作用促进平滑肌增生、内膜下胶原纤维排列紊乱等组织学改变是动脉硬化的关键步骤。

2.CRP与冠心病

（1）CRP基本特性:

CRP是系统感染的重要标志物。

（2）CRP和冠心病:

多种危险因子干预试验（multipleriskfactorinterventiontrial,MRFIT），分析各种影响冠心病的因素，其中CRP和冠心病密切相关，被看做独立的危险因素。

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，在动脉硬化的形成和发展中起重要作用。

（3）多因素分析

（三）凝血因子

冠心病病人常见血小板活性增加，粘附、聚集于血管壁上，在斑块破裂后导致局部血栓形成。

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的原因。

1.纤维蛋白原　纤维蛋白原升高将增加血流粘滞度，增强血小板聚集性，促使血栓形成。

2.凝血因子

和PAI-1凝血因子

当组织损伤时，如斑块破裂后，将释放组织凝血活素，在血浆Ca2＋作用下和因子

结合成复合体，激活因子Ⅹ，催化纤维蛋白原变成纤维蛋白，在动脉血栓的形成中起重要作用。

第三节急性心肌损伤生物化学标志物

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，包括ST段抬高和Q波出现，

心肌酶学的改变。

并认为以上三项中的二项以上阳性可诊断为急性心肌梗死。

一个理想的心肌损伤标志物除了高敏感性和高特异性外，还应该具有以下特性：

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。

一、历史演变

1954年首先报告测定天门冬氨酸转氨酶（aspartateaminotransferase,AST）有助诊断AMI，1952年首先从牛心肌提纯乳酸脱氢酶（lactatedehydrogenase,LD），1955年用于诊断急性心肌梗死。

1963年发现了肌酸激酶（creatinekinase,CK）在急性心肌梗死时快速升高，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-MBmass）方法，CK-MBmass成为测定CK-MB的首选方法。

1989年诊断急性心肌梗死的心肌肌钙蛋白T（CardiactroponinT,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（CardiactroponinI,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。

近几年内，国内外一致认为肌红蛋白和CK-MB亚型是急性心肌梗死早期标志物，肌钙蛋白是心肌损伤的确诊标志物。

二、传统的心肌酶谱

（一）天门冬氨酸转氨酶

AST在AMI发生后6～12h升高，24～48h达峰值，持续到第5天或一周降低。

由于AST不具备组织特异性，血清单纯AST升高不能诊断心肌损伤。

当今学术界已不主张AST用于急性心肌梗死诊断。

（二）乳酸脱氢酶（LD）及其同工酶

临床检测急性心肌梗死时LD和LD同工酶的应用原则：

限制LD应用，不作为常规检查项目，对病人作个案处理，主要用于排除急性心肌梗死诊断；

在胸痛发作24h后测定LD同工酶，作为CK-MB补充；

LD出现较迟，如果CK-MB或cTn已有阳性结果，AMI诊断明确，就没有必要再检测LD和LD同工酶。

（三）肌酸激酶（CK）及其同工酶

1．CK概述　CK是心肌中重要的能量调节酶。

CK是一种二聚体，由M和B两个亚基组成，形成CK–MM、CK-MB和CK–BB同工酶。

CK–BB存在于脑组织中，CK–MM和CK-MB存在各种肌肉组织中，不同肌肉同工酶的比例不同，骨骼肌中98％～99％是CK–MM，1％～2％是CK-MB；心肌内80%左右也是CK–MM，但CK-MB占心肌总CK的l5%～25%。

各种CK同工酶还可根据电泳的不同的等电点分出若干亚型，如CK-MB可分为CK-MB1和CK-MB2。

2．CK的检测方法　最常用的CK检测法为生物化学法，。

检测CK-MB的方法很多，新一代的方法是用单克隆抗体测量CK-MB的质量（mass），用二株抗CK-MB的单抗测定CK-MB蛋白量。

CK同工酶亚型不是临床常规项目，但在研究室开展很广。

最近利用高压电泳分离CK同工酶亚型，快速、敏感为较为常用。

3.临床意义　既可以用于较早期诊断AMI，也可以用于估计梗死范围大小或再梗死。

CK和CK-MB在AMI发生后4～6h即可超过正常上限，24h达峰值，48～72h回复正常，CK半寿期10～12h。

CK作为急性心肌梗死标志物物有以下优点：

快速、经济、有效，能准确诊断急性心肌梗死，是当今应用最广的心肌损伤标志物。

其浓度和急性心肌梗死面积有一定的相关，可大致判断梗死范围。

能测定心肌再梗死。

能用于判断再灌注。

其缺点是：

特异性较差，特别难以和骨骼肌疾病、损伤鉴别。

在急性心肌梗死发作6h以前和36h以后敏感度较低，只有CK-MB亚型可用于急性心肌梗死早期诊断。

对心肌微小损伤不敏感。

CK同工酶的特异性和敏感性高于总CK，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。

三、心肌肌钙蛋白

（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骼肌胞浆的细丝中，由钙介导调节肌肉收缩。

平滑肌无肌钙蛋白，由钙调素调节平滑肌收缩。

1973年将与钙结合的部分称肌钙蛋白C（TnC）,含抑制因子部分称为肌钙蛋白I（TnI）,和原肌球蛋白结合部分称为肌钙蛋白T（TnT）。

2.肌钙蛋白的作用机理

由于cTn窗口期长于LD，在诊断发现较迟的急性心肌梗死时可替代LD。

和CK-MB比较，正常人血清中几乎测不到cTn，因而它对急性心肌梗死有较高的分辨能力。

CTn是心肌特有的，因而特异性高。

在怀疑急性心肌梗死的病人，一般在入院，和入院后3h、6h、9h各测一次cTn和肌红蛋白。

（二）心肌肌钙蛋白T

　　1.心肌肌钙蛋白T（cTnT）的检测　近年发现应用cTnT对不稳定心绞痛病人监测可以发现一些轻度和小范围心肌损伤。

2.cTnT的临床意义　

　表11–1　　不同采样时间cTnI和CK-MB诊断MI敏感度

心脏标志物

发作后0～4h

5～11h

12～23h

24～47h

N=74

N=123

N=178

N=108

cTnI

18.9%

71.5%

91.6%

97.2%

95%可信限

10.8%～29.7%

62.7%～79.3%

86.5%～95.2%

92.1%～99.4%

CK-MB

37.5%

83.8%

92.7%

89.7%

95%可信限

26.4%～49.7%

75.8%～89.9%

87.8%～96.0%

82.4%～94.8%

在cTnT假阳性病人中，除了不稳定性心绞痛外，有可能有微小梗死灶、心肌炎病人。

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还常用于判断急性心肌梗死大小。

不稳定性心绞痛是冠心病的一种，其严重程度介乎普通心绞痛和急性心肌梗死之间，对于这种微小的心肌损伤，CK-MB常常不敏感，阳性率仅为8％，cTnT对不稳定性心绞痛阳性率达39％。

对于心肌炎诊断，cTnT是比CK-MB敏感得多的指标，但是cTnT阴性仍不能排除心肌炎的存在。

（三）心肌肌钙蛋白I

1.cTnI的特性　恰当选择氨基酸序列，就可以制备出特异的抗cTnI单抗，只识别来自心肌的TnI，可使识别特异性达100%。

2.cTnI的临床意义　cTnI是一个十分敏感和特异的急性心肌梗死标志物。

和cTnT一样，cTnI可用于溶栓后再灌注的判断。

cTnI可敏感地测出小灶性可逆性心肌损伤存在。

3.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。

四、肌红蛋白

从病理生理学角度讲，心脏标志物出现早晚与分子大小和其细胞中存在部位有关。

标志物分子量越小，越易透过细胞间隙至血液，细胞质内高浓度物质比核内或线粒体内物质及结构蛋白更早在血中出现。

。

（一）生物化学特性　

Mb分子量小，仅17.8kD，小于CK-MB（84kD）更小于乳酸脱氢酶（134kD），且位于细胞质内，故出现较早。

到目前为止，它是AMI发生后最早的可测标志物。

（二）临床应用　

当AMI病人发作后细胞质中Mb释放入血，2h即升高。

6～9h达高峰，24～36h恢复至正常水平。

Mb的阴性预测价值为100％，在胸痛发作2～12h内，如Mb阴性可排除急性心肌梗死。

由于Mb消除很快，因而是判断再梗死的良好指标。

（三）肌红蛋白的评价　

1.优点

1）在急性心肌梗死发作12h内诊断敏感性很高，有利于早期诊断，是至今出现最早的急性心肌梗死标志物。

2）能用于判断再灌注是否成功。

3）能用于判断再梗死。

4）在胸痛发作2～12h内，肌红蛋白阴性可排除急性心肌梗死诊断。

2.缺点

1）特异性较差，但如结合CAⅢ，可提高诊断急性心肌梗死特异性。

2）窗口期太短，回降到正常范围太快，峰值在12h,急性心肌梗死发作后16h后测定易见假阴性。

五、正在探索中的新标志物

（一）肌球蛋白轻链和重链

（二）糖原磷酸化酶

（三）脂肪酸结合蛋白质

目前临床诊断急性心肌梗死常用标志物动态变化趋势见图11–6，表11－6小结了这些指标的有关参数。

表11–6　临床常用的诊断急性心肌梗死常用标志物一览表

心肌标志物

分子量

（kD）

判断值

出现时间

（h）

达峰时间

（h）

恢复时间

（h）

升高倍数

17.8

100μg/L

0.5～2

5～12

18～30

5～20

200U/L

3～8

10～36

72～96

5～25

CK-MB

>25U/L,3μg/L

3～8

9～30

48～72

5～20

MB亚型

MB2>2.6U/L

1～4

4～8

12～24

3～5

MB2/MB1>1.5

135

>200U/L

8～18

24～72

6～10d

3～5

LD1

135

>40%总LD

8～18

24～72

6～10d

5～10

cTnT

39.7

LD1/LD2>1

0.1μg/L

3～6

10～24

5～10d

30～200

cTnI

22.5

1.5～3.1μg/L

3～6

14～20

7～14d

20～50

六、心脏疾病生物化学标志物的临床应用

根据临床病理，冠心病的自然病程分4个主要阶段：

脂肪沉积、脂肪条纹形成，

粥样斑块形成，冠状动脉血流减少，

粥样斑块破裂，冠状动脉内血栓形成，心肌缺血，

一支以上冠状动脉完全阻塞或痉挛，心肌坏死。

前两个阶段病人无症状，在心肌缺血阶段可发生稳定性心绞痛（也有人称休息心绞痛）和不稳定性心绞痛（变异性心绞痛），最后发展为心肌梗死。

不同阶段有其特有的指标。

（一）粥样斑块形成及冠状动脉血流减少，

1.应用危险因素评估冠心病　

（1）PROCAM（prospectivecardiovascularmunsterstudy）预测方案

（2）Framingham预测方案

2.hsCRP冠心病人hsCRP升高比较稳定，当初次测定升高时，建议首先寻找慢性感染灶或抗感染治疗，2周～4周后复查，在排除了感染因素以后，hsCRP是一个良好的冠心病发生的预测指标。

45岁以上的男性如果TC／HDL-C和hsCRP持续升高，应常规定期复查，高度警惕冠心病事件。

（二）冠状动脉内血栓形成期

血栓在冠心病发展中起重要作用，现在已有了一些正在研究指标，观察动脉内是否有血栓形成。

1.P–选择素（P–selectin）　血小板的激活和聚集是形成不溶性凝血块的重要一步，P–选择素反映了血小板的激活，亦可用于评价抗血小板聚集药物的治疗效果。

2.D–二聚体和血栓预示蛋白　D–二聚体（D–dimer）和血栓预示蛋白（ThrombusPrecursorProtein,TpP）在机体凝血过程中，纤维蛋白原在凝血酶（因子Ⅱa）作用下变成不溶性纤维蛋白，最后形成纤维蛋白多聚体。

（三）心肌缺血的标志物

表11–7　　　冠心病早期诊断标志物一览表

心脏标志物

病理、生物化学作用

分子大小

（kD）

临床作用

C反应蛋白

急性时相蛋白

115～140

炎症标志物

血栓预示蛋白

不溶性纤维蛋白前期水解肽

＞300

检测早期血栓

P–选择素

血小板粘附活性

140

检测血小板聚集

糖原磷酸化酶BB

促糖原分解

188

早期缺血标志物

脂肪酸结合蛋白

脂肪酸载体

排除急性心肌梗死

（四）急性心肌梗死标志物应用中的几个问题

1.急诊室的胸痛甄别

2.心脏标志物的检测频度　心脏标志物的敏感性往往和发作后的时间有密切关系，峰值浓度和判断梗死面积有关，这些都有赖于合理的检测频度。

3.心脏标志物的决定限　ACS是一个包括动脉粥样斑块破裂、血栓形成、冠状血管完全和不完全阻塞复杂的多样的病理过程。

其临床表现轻重不一，从完全无症状到不稳定性心绞痛直到大面积的心肌梗死。

对肌钙蛋白那样的敏感、特异的心脏标志物，有必要设立两个决定限。

低的异常值决定有无心肌损伤，高的异常值就是诊断AMI的传统的标准。

4.再灌注　在急性心肌梗死发生后，临床常采取紧急的冠状血管置换术（俗称“搭桥”手术）、溶栓疗法和经皮冠状动脉成形术（PTCA）等治疗措施。

这些措施目的是使阻塞的动脉复通（再灌注），降低死亡率。

心肌标志物作为无创的再灌注成功与否的评估指标，广泛应用于临床。

5.手术前后的急性心肌梗死　心肌标志物还能用于检测接受非心脏手术病人在手术期有无急性心肌梗死。

6.方法学研究　新心肌标志物正在不断被开发并用于评估ACS病人。

7.心脏标志物应用原则　最近对心脏标志物应用取得了以下共识：

（1）心脏肌钙蛋白（cTnT或cTnI）取代CK-MB成为检出心肌损伤的首选标准。

（2）临床检验中只需开展一项心脏肌钙蛋白测定（cTnT或者cTnI）。

没有必要同时进行二项心脏肌钙蛋白测定。

如已经常规提供一项心脏肌钙蛋白测定，建议不必同时进行CK-MB质量测定。

（3）放弃所谓的心肌酶学测定，即不再将乳酸脱氢酶（LD）、天冬氨酸氨基转移酶（AST）、和α—羟丁酸脱氢酶（HBDH）用于诊断ACS患者。

不考虑继续使用肌酸激酶MB同工酶（CK-MB）活性测定法和乳酸脱氢酶同工酶测定法来诊断ACS患者。

如果因某些原因暂不开展cTnT或cTnI测定，可以保留CK和CK-MB测定以诊断ACS患者，但建议使用CK-MB质量测定法。

（4）肌红蛋白列为常规早期心脏标志物。

由于其诊断特异性不高，主要用于早期除外AMI诊断。

CK-MB亚型虽有文献证实如同肌红蛋白一样也在MI早期迅速改变，但目前尚无简单可靠的测定方法，无法常规用于早期诊断MI。

（5）如果患者已有典型的可确诊急性心肌梗死的ECG变化，应立即进行针对急性心肌梗死的治疗。

对这些患者进行心脏标志物的检查有助于进一步确认急性心肌梗死的诊断，判断梗死部位的大小，检查有无合并症如再梗死或者梗死扩展。

应减少抽血频度，如第一天抽血二次。

（6）对那些发病6h后的就诊患者，不需要检测早期标志物物如肌红蛋白。

此时只需测定确定标志物物如心肌肌钙蛋白。

第五节　　心力衰竭和高血压病的生物化学改变

一、B钠尿肽

（一）概述

充血性心力衰竭（congestiveheartfailure,CHF），简称心衰,是许多心血管病如急性心肌梗死、扩张性心肌病、瓣膜病、先天性心脏病的后期表现，其中更以左心心衰更为常见。