[发明专利]器官的停止、保护和保存

说明书

本发明涉及用于停止(停跳)、保护和/或保存器官(尤其是心脏直视手术、心血管诊断或治疗性介入时的心脏)的方法和药物或兽用组合物。

每年在澳大利亚有20,000次以上的心脏直视手术，在美国则超过800,000次，在欧洲有1,000,000次左右。在这些需要心脏直视手术的人约1.2％是新生儿/婴儿，主要是因为先天性心脏病。

在心脏直视手术(open heart surgery)中可能需要停止心博长达3小时。高钾心麻痹(超过15-20mM)用作心肌停止和保护的基础已有40多年。目前所使用的大部分溶液含有高钾包括广泛使用的St Thomas No.2 Hospital溶液，其通常含有110mM NaCl、16mM KCl、16mM MgCl₂、1.2mM CaCl₂和10mMNaHCO₃，且pH约为7.8。高钾溶液通常导致膜去极化从约-80到-50mV。尽管高钾溶液能提供令人接受的临床结果，但是最近有证据表明进行性钾引发的去极化导致离子和代谢失衡，这可能与再灌注过程中的心肌功能丧失、室性心律失常、缺血性损伤、内皮细胞肿胀、微脉管受损、细胞死亡和泵功能丧失有关。与成年人的心脏相比，婴儿的心脏更易被高钾的心麻痹停止而受到损伤。假设的主要离子失衡与钠内流的增加相连，继而活化Na⁺/Ca²⁺交换从而导致细胞内Ca²⁺升高。然后就发生了Na+和Ca²⁺离子泵的代偿性活化，激活厌氧代谢补充了ATP，并伴发组织的乳酸盐增加和组织的pH下降。在钾停止中还连累到自由基的产生和氧化性应激反应，通过给予抗氧化剂可部分逆转。在一些情况中，已报道了高钾引发的缺血将损伤平滑肌和内皮的功能。

为了将心麻痹停止中的缺血损伤最小化，有大量实验研究使用钾通道开启剂来替代高钾。据信使用尼可地尔、阿里卡林、或松脂的心脏保护与钾通道的开启有关，其导致超极化状态、动作电位的缩短和流入细胞的Ca²⁺流减少。但存在的一个缺点是与高钾心麻痹溶液相比，在相同或更长时间恢复后功能并没有改善。另一缺陷是由于松脂在水溶液中的低溶解性所以需要载体。常规使用的载体是二甲基亚砜(DMSO)，在用于动物或人的治疗中是有争议的。

大部分研究者包括那些提倡使用钾通道开启剂的研究者，认为一旦将血流停止并给予停止溶液，就发生缺血且随着时间而不断增加。为了降低危险的可能性，我们寻找到一种心脏麻痹的溶液，能将心脏置于一种可逆的代谢减退状态(模拟于冬眠海龟、蛰伏的蜂鸟或夏眠的沙漠蛙(desert-frog)等的组织)。当这些动物的代谢速率降低(有些达到90％以上)，它们的组织不再变成进行性缺血，但保持在下调的稳定状态，这期间供给和需求相匹配。理想的心麻痹溶液应能产生易逆转、快速的电化学停止，而组织的缺血最小。心脏应积聚较小量的组织乳酸盐，利用小量糖原，表现出高能磷酸盐胞液氧化还原(NAD/NADH)和生物能磷酸化(ATP/ADP Pi)的比例和ATP自由能等变化最小。胞液pH和游离镁离子可以有很小的变化或没有变化，或在细胞内液和细胞外液间只有最少量水的迁移，和对细胞器如线粒体没有重要的超微结构的损伤。理想的心麻痹溶液应能100％功能性恢复，而无室性心律失常、胞液钙过量或其他泵功能异常。而至今未有能满足所有这些要求的心麻痹溶液。现在我们发现可以用钾通道开启剂腺苷和局部麻醉的利多卡因，在停止和恢复过程中较好地保护心脏。

人们对腺苷的作用是有争议的。腺苷已表明能增加冠脉血流量、使细胞膜超级化和通过ATP-敏感的钾通道和腺苷相关的通路(包括腺苷受体特别是A1受体)作为预处理剂。已知腺苷能改善心肌恢复，以辅助高钾心麻痹。另外，腺苷还能用于预处理(无论其是否存在于停止溶液中)以减少致死的伤害。在一项研究中，腺苷表明可与钾停止溶液相媲美，且在最近的血液心麻痹中其防止了缺血损伤心脏的缺血后功能紊乱。有时将腺苷作为辅助剂加到钾心麻痹中。