原创 糖尿病性心肌病
2024年03月21日 【健康号】 微医药     阅读 351

糖尿病性心肌病

尽管调整了冠状动脉疾病或高血压等伴随风险,但糖尿病患者发生心肌病和心力衰竭的风险明显更高。这导致人们越来越多地认识到一种称为糖尿病性心肌病的独特疾病过程。在这篇文章中,我们对这种疾病的发病机制和治疗进行了广泛的回顾。从临床角度来看,医生应该意识到这一点,并且应该考虑早期筛查,因为早期糖尿病性心肌病的物理证据可能难以发现。疾病的早期发现应提示加强血糖控制,避免伴随的危险因素,使用药物如b受体阻滞剂和肾素-血管紧张素-醛固酮系统拮抗剂。从研究角度来看,需要对糖尿病患者心肌组织进行更多的研究。需要进行临床试验来评估糖尿病性心肌病和纤维化在疾病早期的发展,以及针对糖尿病性心肌病患者进行药物干预的临床试验。

到2025年,肥胖和久坐不动的生活方式的流行预计将导致3亿多人患有糖尿病。1糖尿病患者发生微血管和大血管疾病的风险明显更高,心脏死亡率与确诊患有心脏病的非糖尿病患者相当。2糖尿病患者在调整了冠心病或高血压等伴随风险后,发生心力衰竭的风险仍在增加。Rubler等人最初在1972年描述了这一现象,他们报告了4例没有高血压、冠心病、瓣膜性心脏病或先天性心脏病的糖尿病心力衰竭患者的数据。这导致人们越来越多地认识到一种称为糖尿病性心肌病的独特疾病过程。在许多流行病学研究中,糖尿病在诊断为心力衰竭的患者中占很大比例。弗雷明汉研究、英国前瞻性糖尿病研究、心血管健康研究和欧洲心力衰竭调查都表明,糖尿病的存在可能单独增加发生心力衰竭的风险。一些临床研究[12]表明,糖尿病性心肌病与心肌肥厚和心肌僵硬存在一致的关联,两者都独立于高血压。这些关联提供了一个可信的存在糖尿病心肌病作为一个独特的临床实体。在下面的综述中,我们试图提供一个全面的洞察这种临床状况,并讨论可能的潜在机制和治疗方案。

 

定义

 

糖尿病性心肌病被定义为独立于CAD或高血压等已知原因发生的心室功能障碍。尽管由于血管并发症,糖尿病患者患结构性心脏病的风险增加,但糖尿病性心肌病的概念表明,这是对心肌的直接细胞损伤。因此,高血压和冠心病患者很可能有与这些疾病过程相关的心肌改变,但特定的心肌病也可能影响继发于糖尿病的心肌,造成协同不良反应,如糖尿病和高血压合并时所见。

 

心脏的改变

 

从实验、病理、流行病学和临床研究中积累的数据表明,糖尿病会导致心脏结构和功能的改变。

 

结构变化

 

在一份来自强心脏研究的报告中,10名糖尿病患者与非糖尿病患者相比,左心室(LV)质量、壁厚和动脉硬度更高,收缩功能降低。这些异常与体重指数和血压无关。Framingham Heart Study 5的数据表明,女性糖尿病患者的左室质量和壁厚最为突出,这些因素与葡萄糖耐受不良和肥胖程度成正比。同心圆重构或局部壁厚增加而不伴有左室肥厚也是糖尿病的一个特征11,尽管单独来看它可能不影响收缩或舒张功能。糖尿病相关的同心肥厚(由左室质量和壁厚定义)与舒张功能障碍有关,而偏心肥厚与收缩功能障碍有关。

功能变化

糖尿病患者的左室舒张功能障碍最初是通过心导管术发现的。Regan14证实,在没有冠心病和没有心衰临床证据的正常血压的糖尿病患者中,左室舒张末期压升高,左室舒张末期容积降低,射血分数(EF)正常。无创舒张功能障碍的评估主要依赖于多普勒对传入量、流速、流型、等容松弛时间和减速时间的研究。左室弹射时间往往缩短,预弹射时间长度和预弹射时间与左室弹射时间之比往往增加。舒张异常被认为是糖尿病性心肌病最早的功能影响。在20I型和20II型糖尿病患者中,收缩功能参数正常,但与12例健康对照相比,无明显心血管疾病的糖尿病患者的舒张功能明显受损。在另一项对血糖控制良好的血压正常的无症状2型糖尿病患者的研究中,发现47%的患者存在舒张功能障碍。16其他使用更灵敏方法的研究报道,多达75%的糖尿病患者表现出舒张功能异常。虽然许多研究证实左室收缩功能障碍与糖尿病有关,但这一发现尚未得到统一的报道。无创心脏功能评估显示,无明显衰竭的糖尿病患者射血前功能延长,射血时间缩短,两者都与静息左室射血分数(LVEF)降低和收缩功能减弱相关。19糖尿病患者在运动后,左心室血流循环也较低,表明心脏储备减少。20早期左室收缩功能障碍与正常左室vef已被描述。更灵敏的收缩期评估技术,如应变、应变率和心肌组织多普勒速度,可以检测糖尿病患者的临床前收缩期异常。使用这些敏感的方法,一些研究已经证明了舒张功能障碍患者的收缩功能的细微异常。21e23这导致了舒张功能障碍是否单独存在的问题,24而其他人则质疑这些细微的收缩畸形与舒张功能障碍的相关性。在大多数研究中,右心室(RV)功能实际上被忽略了。一些研究表明,糖尿病损害右心室舒张功能26和右心室收缩功能。

 

病理变化

 

糖尿病心脏活检的常见表现是间质纤维化、心肌细胞肥大和收缩蛋白糖基化增加。28e30它们有助于糖尿病患者舒张顺应性降低和心室肥厚。Van Heerebek31报道,在糖尿病患者中,晚期糖基化终产物(AGEs)的沉积和胶原的沉积是心衰伴EF降低患者左室僵硬度增加的重要决定因素,而心肌细胞静息张力高是心衰伴EF正常患者左室僵硬度增加的主要决定因素。

 

糖尿病性心肌病的发病机制

 

糖尿病性心肌病的发病机制是多因素的。高血糖、高血脂和高胰岛素血症诱导下游转录因子的改变,从而导致基因表达、心肌底物利用、心肌细胞生长、内皮功能和心肌顺应性的改变。这些过程并非相互排斥,可能协同发展为糖尿病性心肌病(1;1)

 

高血糖

 

高血糖症可能通过一系列次生转导因子介导其损伤作用,尤其是活性氧(ROS)AGEs。活性氧包含一系列高活性的氧基分子,由自由基(超氧化物)和能够产生自由基的化学物质(过氧化氢)组成。当活性氧的产生超过其抗氧化防御的降解时,氧化应激就存在,由此产生的活性氧升高对心血管系统有许多有害影响,通过氧化损伤细胞,通过干扰一氧化氮(NO)破坏血管止血,以及通过调节有害的细胞内信号传导途径:所谓的氧化还原信号传导。虽然在生理状态下,细胞内产生的ROS大部分来自线粒体,但在疾病状态下,它们由一系列其他来源产生。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶群已被认为是ROS的来源。这些酶作为从NADPH到分子氧的电子转移的催化剂,导致自由基的产生。氧化还原信号通过与多种转录因子的相互作用,影响生长相关基因的表达,进而影响收缩功能。ROS的增加导致DNA损伤和作为修复酶的聚(ADP核糖)聚合酶(PARP)的激活。33然而,PARP也介导核糖基化和甘油醛磷酸脱氢酶(GADPH)的抑制,将葡萄糖从糖酵解途径转移到其他生化途径,这些途径被认为是高血糖介导的细胞损伤的介质。这些包括AGEs的增加,己糖胺和多元醇通量的增加,以及经典形式的蛋白激酶C(PKC)的激活。PARP还通过激活核因子(NF)kb和诱导血管收缩因子内皮素1及其受体的过度表达来促进心脏损伤。PKC使一些直接参与心脏兴奋-收缩偶联的蛋白磷酸化,从而扰乱肌细胞中的钙处理。继发于高血糖的age的增加可能改变结构蛋白并导致心肌硬度增加。AGEs产生于细胞内葡萄糖自氧化生成乙二醛、Amadori产物分解、甘油醛-3-磷酸和磷酸二羟丙酮裂解生成甲基乙二醛。这些活性二羰基与蛋白质的氨基酸残基相互作用,改变介导持续细胞变化的基质成分的功能特性。这些修饰可以是肽链上单个分离的改变,也可以是在蛋白质内部或蛋白质之间产生交联的多个AGE修饰。长寿命的细胞外蛋白,如胶原蛋白和弹性蛋白,特别容易受到AGE交联积累的影响。这会损害胶原蛋白降解的能力,导致胶原蛋白积聚或纤维化。胶原蛋白和弹性蛋白的交联以及由此产生的纤维化也会导致心肌僵硬增加和心脏舒张受损。氨基胍(AGE形成和蛋白质交联的抑制剂)已被证明可以改善左室结构和功能的变化。此外,在动物模型中,使用交联断路剂,如氯化alageriumALT-711,可以降低左室质量和僵硬度。38,39 AGE受体(RAGEs)存在于心肌细胞40中,是啮齿动物心脏缺血再灌注损伤的重要组成部分。41氧化应激增加AGERAGE的表达,导致NF-kb的激活,从而导致心肌肌球蛋白重链(MHC)基因表达从a-MHCb-MHC亚型的转换,改变心肌收缩性。42脱氢表雄酮已被证明可以降低streptozotocinÀ大鼠组织中胶原I、胶原IV和纤维连接蛋白的水平,并恢复乳头肌的收缩能力。 RAGE为糖尿病并发症的潜在治疗提供了另一个靶点。晚期糖基化的过程与心肌钙处理的改变和收缩性有关。45肌浆/内质网ca2+eATPase(SERCA) 2a在释放后负责补充细胞内钙储存;这导致收缩终止,因此在心脏松弛中起着不可或缺的作用。为了发生松弛,钙离子必须从细胞质中去除,其中大部分由SERCA泵回肌浆网,而其余的则通过肌层Na-Ca-2-交换(NCX),质膜Ca-2-atp(PMCA)或线粒体钙单通道排出细胞。在1型和2型糖尿病啮齿动物模型中,所有参与兴奋-收缩耦合的转运蛋白(SERCA47 NCXryanodine受体和PMCA)的表达、活性和功能都发生了改变,细胞内钙信号也发生了功能障碍。

 

脂肪酸

 

糖尿病的一个重要代谢改变是游离脂肪酸(FFA)浓度的增加和心肌FFA摄取和氧化的增加。实验模型显示,心脏对FFA的使用和氧化增加,这增加了对缺血的易感性,并可能导致脂质积累、能量剥夺、胰岛素抵抗恶化,最终导致心肌病。心肌细胞通过上调线粒体b氧化处理所需酶的表达来响应FFA的增加。这些酶受核转录因子过氧化物酶体增殖活性受体(PPAR)的转录控制。高FFA水平激活PPAR,通过心肌脂肪酸氧化和心肌脂肪酸利用导致FFA使用增加。50此外,游离脂肪酸抑制丙酮酸脱氢酶,从而损害心肌能量产生并导致糖酵解中间体和细胞内脂质的积累。这种积累可导致神经酰胺分子家族的非氧化生产增加,这是一种有毒的脂质产物。神经酰胺由鞘磷脂和一种脂肪酸组成,在细胞的细胞膜中浓度很高,它们构成鞘磷脂的一个组成部分,鞘磷脂是脂质双分子层的主要成分。研究者报道心肌细胞中神经酰胺水平的增加与氧化应激、细胞凋亡和收缩功能下降有关。

 

高胰岛素血症

 

由于胰岛素受体和胰岛素样生长因子(IGF) 1受体在细胞外结构域的相似性,胰岛素水平的升高可以通过与IGF-1受体结合而促进细胞肥大,尽管这种结合的亲和力要小得多。54IGF-1通过激活钙调素依赖性磷酸酶钙调磷酸酶(calcalineurin)和诱导活化T细胞(NFATC)中转录因子核因子的核易位,刺激骨骼肌肥大和糖溶代谢的转换155胰岛素也通过介导葡萄糖摄取的P13Ka/Akt-1通路刺激心脏肥厚。Akt-1磷酸化并使糖原合成酶激酶3b失活,糖原合成酶激酶3b是一种公认的通过NFATC-3控制肥厚过程的核转录抑制剂。肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)

RAAS的激活在糖尿病性心肌病的发展中所起的作用是公认的。糖尿病期间RAAS的激活已被证明与糖尿病心脏中氧化损伤、心肌细胞和内皮细胞凋亡和坏死的增加有关,58这有助于增加间质纤维化。这种功能障碍的基础尚不清楚;然而,通过血管紧张素-1受体的直接信号传导导致NADPH氧化酶活性升高和ROS升高,从而导致心肌细胞氧化损伤和内皮细胞凋亡。已有研究表明,醛固酮和葡萄糖通过刺激RAAS失调患者的肌成纤维细胞生长介导心脏纤维化。临床研究表明,醛固酮拮抗剂治疗心力衰竭患者心血管死亡率降低。

 

铜代谢紊乱

 

糖尿病患者血清铜水平升高,微血管并发症和高血压患者血清铜水平最高。高血糖可破坏铜蓝蛋白和白蛋白的铜结合特性,导致细胞外基质中铜水平升高。62此外,糖化蛋白可能对铜有更高的亲和力。因此,细胞外基质中大量的铜被认为激活了氧化还原系统,导致自由基的产生增加,从而导致氧化应激和纤维化的增加。

心脏自主神经病变

糖尿病心血管自主神经病变由交感神经支配改变、肾上腺素能受体表达紊乱和心肌中儿茶酚胺水平改变引起,临床表现为静息性心动过速、直立性站立、运动不耐受和无症状性心肌梗死。交感神经和副交感神经功能障碍都与心脏自主神经异常有关。糖尿病患者室颤发生率较高,提示该人群 交感神经张力较高。另一方面,糖尿病自主神经病变可导致慢速心律失常和传导异常。站立时的异常收缩压反应与二尖瓣E/a比值降低显著相关。自主神经病变患者二尖瓣E/A比值显著降低,E/A比值与自主神经病变之间存在显著相关性。然而,自主神经病变在糖尿病心肌病发病机制中的确切作用尚不清楚。

缺氧诱导因子(HIF) 1与血管内皮生长因子(VEGF)

在缺血事件中,对缺氧的充分反应对于防止心肌损伤至关重要。缺氧刺激主要通过HIF-1介导,HIF-1是一种转录调节复合体,它通过许多基因启动子中存在的特定启动子基序(缺氧反应元件)起作用,包括VEGF。一些观察性研究表明,VEGF可能在心脏损伤的反应中起重要作用。心肌梗死后,心肌细胞、动脉平滑肌细胞和浸润性巨噬细胞中VEGF mRNA的表达明显升高。然而,在糖尿病和胰岛素抵抗的非糖尿病大鼠心肌中,VEGF蛋白和mRNA及其受体的表达均显著降低。这表明在糖尿病患者中,调节血管生成的正常分子过程可能受损。在一项动物研究中,我们注意到VEGF下调发生在糖尿病性心肌病发生之前,而通过编码人类VEGF的质粒DNA在心肌内基因转移恢复 VEGF表达后,VEGF的结构和功能都得到了改善。血管内皮生长因子的减少和血管生成反应的受损也与糖尿病啮齿动物心室内皮素1水平的升高有关,内皮素受体拮抗剂被证明可以增加血管内皮生长因子信号传导并改善心功能。

 

糖尿病血管病变和微血管病变

 

研究表明,在冠状动脉造影无局灶性狭窄的弥漫性 CAD患者中,弥漫性疾病过程可导致沿心外膜冠状动脉持续明显的压力下降,即功能上相当于狭窄。73即使没有阻塞性CAD,糖尿病患者的冠状动脉血流储备也会减少。74高血糖导致一氧化氮生成障碍,血管收缩剂前列腺素、糖化蛋白、内皮粘附分子、血小板和血管生长因子的生成增加,这些累积增强血管舒张性、血管通透性、生长和重塑。微血管病变包括基底膜增厚、小动脉增厚、毛细血管微动脉瘤和毛细血管密度降低,这可能是动脉周围纤维化和局灶性内皮下增生纤维化的结果,可能是由于糖尿病毛细血管的渗透性异常所致。内皮功能障碍、蛋白质合成改变和内皮细胞粘附糖蛋白表达/产生改变促进单核细胞和白细胞的附着以及它们的跨内皮迁移。这导致心肌和心室肥厚,侧支循环形成受损,远端动脉粥样硬化增强,这些在冠状动脉造影中可能不明显,可能在糖尿病心肌病的发病机制中起重要作用。b型利钠肽(BNP)是一种主要由心室心肌释放的心脏神经激素,是对心室壁压力增加的反应。在超声心动图检查BNP的研究中,很明显,糖尿病患者通常具有高BNP水平和左室功能障碍。78 BNP水平对左室功能障碍的检测具有很高的阳性预测价值(96%BNP水平为90pg/mL)。使用BNP检测无症状舒张功能障碍的证据不一。79e82为了更精确地确定BNP作为无症状患者舒张功能障碍筛查工具的价值,还需要进一步的大量患者研究。还有一系列其他新兴的实验性生物标志物,可能在糖尿病状态的血清指标与心脏结构/功能的潜在变化之间提供良好的相关性。其中一组候选检测方法是测量GlcNAc与蛋白质之间酶促βo键的水平。

 

糖尿病性心肌病的治疗及血糖控制

 

研究表明,糖化血红蛋白每升高1%,发生心力衰竭的风险就会增加8%84证据表明,良好的血糖控制是有益的,至少在心肌功能障碍的早期阶段。85证据还表明,严格控制的1型糖尿病患者不会发生糖尿病性心肌病,支持高血糖在糖尿病性心肌病发病机制中的重要作用。虽然UKPDS(英国前瞻性糖尿病研究)提供了高血糖和心血管风险增加之间的流行病学联系,但直到最近还没有直接的试验证据表明2型糖尿病患者的强化降糖可以降低这种过度的心血管风险。最近发表的两项随机干预试验表明,将2型糖尿病患者的血糖降至接近正常水平可能在最好的情况下没有任何益处,在最坏的情况下可能会增加大血管心脏事件88,89,尽管它可能显著降低肾病的发生率。由于微血管改变被认为对糖尿病性心肌病的发病机制起着重要作用,因此良好的血糖控制对糖尿病性心肌病的整体治疗仍有重要作用。胰高血糖素样肽(GLP) 1是一种促肠促胰岛素激素,可刺激餐后胰岛素分泌,提高胰岛素敏感性。一项关于GLP-1类似物在急性心肌梗死患者冠状动脉介入治疗成功后的试验中有一些令人鼓舞的数据,其中治疗组显示LVEF有更大的改善,同时整体和局部壁运动也有改善。二肽基肽酶(DPP)4抑制剂,或格列汀,是一组通过抑制DPP-4酶来增加肠促胰岛素水平的药物。这些药物需要长期数据来确定其在心力衰竭中的安全性和有效性。噻唑烷二酮类药物主要是胰岛素增敏剂,但除了它们的降糖作用外,这些药物还对心肌、血管内皮、心肌和血脂有有益的作用。91然而,它们的使用是有问题的,因为有体液超载的倾向,并且在纽约心脏协会功能性III级或益的作用。91然而,它们的使用是有问题的,因为有体液超载的倾向,并且在纽约心脏协会功能性II级或 IV级心力衰竭中是禁忌的。一般来说,糖尿病性心肌病的抗糖尿病药物的选择应基于临床特征、低血糖风险、年龄、容积状况和伴随的药物治疗。

 

老城

 

血管紧张素转换酶(ACE)抑制剂广泛影响糖尿病的微血管和大血管并发症,并可能通过影响血管紧张素II影响心肌纤维化。主要ACE抑制剂试验的荟萃分析显示,糖尿病患者与非糖尿病左室收缩功能障碍患者的死亡率降低相似。92证据还表明,醛固酮拮抗剂对舒张性心力衰竭的有益作用是由于其对心脏肥厚和纤维化的有益作用。这些发现强调了在糖尿病患者中抑制RAAS的重要性,特别是当舒张功能障碍存在且该过程可能可逆时。失败)有亚组数据,使分析糖尿病队列成为可能。与安慰剂相比,接受b受体阻滞剂治疗的糖尿病和充血性心力衰竭患者的总相对死亡率为084(95% ci, 073 e096;P!011)。在一项研究中,与美托洛尔相比,卡维地洛在存在RAAS阻断或不存在胰岛素增敏剂的情况下对血糖控制和胰岛素抵抗有更好的效果。95,96总之,b受体阻滞剂应给予所有有心衰迹象的糖尿病患者,除非有明确的禁忌症。这种影响可能不像非糖尿病患者那样明显,但它会导致死亡率的相对降低。

 

他汀类药物

 

最近对13项试验的荟萃分析表明,他汀类药物可使心力衰竭患者的死亡率降低13%。当仅包括非缺血性心力衰竭患者时,这种效果相似。这与他汀类药物治疗心力衰竭的最大前瞻性研究CORONA(瑞舒伐他汀对照跨国心力衰竭研究)形成对比,该研究将5011名老年心力衰竭患者随机分配给瑞舒伐他汀或安慰剂,结果显示瑞舒伐他汀没有任何益处。本研究纳入了缺血性心肌病患者队列,不能扩展到非缺血性心肌病患者。因此,他汀类药物治疗糖尿病性心肌病的疗效仍有待确定。

 

结论

 

多年来,糖尿病性心肌病已经从一个模糊的概念发展到具体的现实。不断发展的证据支持糖尿病和心肌病之间的密切联系。在一项涉及80多万患者的大型流行病学研究中,在调整左室肥厚、高血压、冠状动脉疾病和心房颤动后,发现糖尿病与充血性心力衰竭的发生独立相关。此外,糖尿病患者双室心肌病发病率较高27也提示糖尿病是心肌病的独立病因。是否有其他混杂因素可以独立导致糖尿病患者心肌病尚不清楚。然而,值得注意的是,实际上并没有发现所谓的糖尿病性心肌病的特定组织学和/或生化标志物,因此其他损伤机制可能共存或导致糖尿病患者心肌病的发生。高血糖、胰岛素、脂肪酸代谢增加、微循环改变、交感神经功能障碍和纤维化被认为是其病理的共同原因。希望随着糖尿病患者心肌病的机制继续被阐明,它们将为产生专门用于降低糖尿病患者心力衰竭风险的新疗法提供动力。


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