于天水，葛魯鄒，曹濟民

（1.司法文明協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100088；2.中國政法大學 證據(jù)科學教育部重點實驗室，北京 100192；3.威海市公安局高區(qū)分局，山東 威海 264200；4.山西醫(yī)科大學生理學系 細胞生理學教育部重點實驗室，山西 太原 030001）

急性心肌梗死后心肌結構會發(fā)生一系列病理生理改變，如心肌細胞壞死、肥大，炎癥細胞浸潤，心肌纖維化及瘢痕，心室壁變薄及擴張等，統(tǒng)稱為心肌重構。以往研究主要聚焦于心肌重構及其引發(fā)的電重構[1]，但值得注意的是，急性心肌梗死后不僅發(fā)生心肌重構，而且支配該區(qū)域的交感神經(jīng)也會出現(xiàn)類似的病理變化，即交感神經(jīng)重構，表現(xiàn)為去神經(jīng)支配、交感神經(jīng)芽生及交感神經(jīng)分布密度增高[2-3]。2000年，CAO等[4-5]提出心肌瘢痕周邊區(qū)交感神經(jīng)芽生及交感神經(jīng)分布密度增高可以造成交感神經(jīng)不均一性重構，與心肌梗死患者恢復期發(fā)生室性快速心律失常甚至心臟性猝死密切相關。同時，心肌梗死后交感神經(jīng)重構還可直接或間接地影響心肌重構及心電重構，引起心電不穩(wěn)定或心功能惡化[6-7]。目前認為，心臟交感神經(jīng)重構是心肌梗死后心臟病理生理發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。本文就心交感神經(jīng)解剖結構、心肌梗死后交感神經(jīng)的形態(tài)和功能重構及其法醫(yī)學意義進行綜述。

1 心交感神經(jīng)支配

心臟具有精細完備的交感神經(jīng)解剖學網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡對心臟具有獨立的局部調節(jié)與控制作用。下丘腦室旁核（paraventricular nucleus，PVN）是大腦皮層下調節(jié)心血管活動的高級中樞，其下游的延髓頭端腹外側區(qū)（rostral ventrolateral medulla，RVLM）和孤束核（solitary tract nucleus）則是初級中樞，三個核團之間存在著密切聯(lián)系。外周壓力感受器和化學感受器傳入神經(jīng)終止于孤束核。孤束核將沖動通過神經(jīng)纖維傳遞至PVN。RVLM接受來自PVN的神經(jīng)纖維，孤束核也可直接將神經(jīng)纖維投射至RVLM。后由RVLM投射至第1～5胸段脊髓的中間外側核，即心交感神經(jīng)第一級神經(jīng)元（節(jié)前神經(jīng)元）[8]。再由中間外側核發(fā)出節(jié)前纖維，與脊髓前角運動細胞的軸突一起組成前根，從前外側溝離開脊髓，在椎間孔處與后根匯合成脊神經(jīng)。脊神經(jīng)干很短，出椎間孔后立即穿過白交通支，分別到達交感干的頸上神經(jīng)節(jié)、頸中神經(jīng)節(jié)及頸下神經(jīng)節(jié)（頸下神經(jīng)節(jié)常與第1胸神經(jīng)節(jié)合并成星狀神經(jīng)節(jié)，也稱頸胸神經(jīng)節(jié)）內的第二級神經(jīng)元（節(jié)后神經(jīng)元）[9]。節(jié)后神經(jīng)元發(fā)出節(jié)后纖維組成心上、心中、心下神經(jīng)，并于主動脈弓凹側右肺動脈前方及主動脈弓和氣管杈間形成心淺、深神經(jīng)叢，并發(fā)出分支進入心臟。到達心臟的交感神經(jīng)廣泛分布在心外膜脂肪墊內，并伴隨冠狀動脈進入心肌內部，沿著心肌細胞的長軸定向分布，最后終止在心內膜。

2 心肌梗死后交感神經(jīng)的形態(tài)重構

心肌梗死后壞死區(qū)周圍交感神經(jīng)近端腫脹并發(fā)生逆行變性。當施萬細胞和巨噬細胞遷移至壞死區(qū)并清除髓鞘物質，軸突也隨即以芽生的方式向壞死區(qū)組織延伸。再生神經(jīng)的直徑更粗，數(shù)量更多，神經(jīng)纖維可單獨存在或聚集成網(wǎng)呈叢狀結構，空間分布紊亂，與附近未損心肌的神經(jīng)截然不同。到第四周時成熟的心肌瘢痕周圍可見大量神經(jīng)纖維復合體[10]。NORI等[11]對心肌梗死大鼠的研究指出，再生神經(jīng)纖維大多數(shù)呈酪氨酸羥化酶（tyrosine hydroxylase，TH）陽性，表明再生神經(jīng)以成熟的交感神經(jīng)為主。臨床上，通過核素閃爍掃描等無創(chuàng)方法也證實，心肌梗死后梗死灶周圍確實存在交感神經(jīng)再生，并且在心肌梗死后3個月內神經(jīng)再生最明顯[12]。大量的交感神經(jīng)芽生使心肌梗死周圍區(qū)交感神經(jīng)分布密度增高，相比之下，心肌壞死區(qū)或瘢痕區(qū)的交感神經(jīng)缺失或減少，從而使這些區(qū)域的心肌交感神經(jīng)呈不均一性分布。

交感神經(jīng)芽生的機制尚不完全清楚，但可以肯定的是，大量細胞和神經(jīng)營養(yǎng)因子參與了誘發(fā)交感神經(jīng)芽生的過程，其中以施萬細胞和神經(jīng)生長因子（nerve growth factor，NGF）最為重要。

2.1 施萬細胞在神經(jīng)芽生中的作用

神經(jīng)損傷會誘發(fā)遠端施萬細胞產(chǎn)生兩種變化。第一種變化為傷后髓鞘化施萬細胞立即去分化，一些編碼髓鞘重要的轉錄因子如早期生長反應因子2（early growth response-2，Egr2）、膽固醇合成酶、髓鞘結構蛋白［如P0蛋白、髓鞘堿性蛋白（myelin basic protein，MBP）］以及膜相關蛋白（髓鞘相關糖蛋白和軸周蛋白）等基因快速下調[13-14]。該變化能促進受損神經(jīng)適應新的環(huán)境，有利于神經(jīng)元存活及軸索再生。接著再生神經(jīng)中的幼稚施萬細胞開始表達與髓鞘形成相關的一些特征分子，如神經(jīng)細胞黏附分子（neural cell adhesion molecule，NCAM）、p75神經(jīng)營養(yǎng)因子受體（p75 neurotrophin receptor，p75NTR）以及膠質纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）[13-14]。另一種變化則是髓鞘化施萬細胞變?yōu)樾迯托褪┤f細胞，神經(jīng)修復完畢后修復型施萬細胞又重新轉變?yōu)樗枨驶┤f細胞。因此，修復型施萬細胞是為了滿足神經(jīng)修復而形成的一種過渡型細胞，其功能如下：（1）神經(jīng)營養(yǎng)因子和表面蛋白的表達上調，有助于軸索的延長和損傷神經(jīng)元的存活，包括膠質細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（glial cell-derived neurotrophic factor，GDNF）、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、青蒿琥酯、神經(jīng)營養(yǎng)因子-3（neurotrophic factor-3，NT-3）、NGF、血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、紅細胞生成素、多效蛋白及N-鈣黏著蛋白等[15-18]。（2）修復型施萬細胞呈細長的雙極性形態(tài)，形成再生通道，有助于引導軸突生長。（3）固有免疫應答的活化，包括腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細胞介素-1（interleukin-1，IL-1）、IL-1a、白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor，LIF）和單核細胞趨化蛋白-1（monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1）表達上調[19-20]。該免疫應答能夠通過多種方式促進神經(jīng)再生，如各種細胞因子（IL、LIF）不僅會將巨噬細胞趨化至神經(jīng)損傷處，還可以直接作用于神經(jīng)元，促進軸索再生[21-22]。損傷處的巨噬細胞也可以釋放大量細胞因子，有助于遠端神經(jīng)的血管形成[23-25]，并與修復型施萬細胞一起降解髓鞘物質。傷后5～7 d，主要是由修復型施萬細胞破壞、降解本身多余的髓鞘，大約50%的髓鞘在該階段（第一階段）被清除[24]。第二階段的髓鞘清除則主要是由巨噬細胞完成[26]。

2.2 NGF在神經(jīng)芽生中的作用

事實上，正常心室組織中NGF表達是相對較低的[27]，用于維持交感神經(jīng)穩(wěn)態(tài)。但心肌梗死灶及周邊區(qū)域的肌成纖維細胞[28]、巨噬細胞[29]以及施萬細胞[30]都會分泌大量NGF。NGF通過與交感神經(jīng)末端上的兩種受體結合起到了促進神經(jīng)芽生的作用，這兩種受體分別是原肌球蛋白相關激酶（tropomyosin-related kinase，Trk）受體和低親和力 p75NTR。NGF 通過TrkA使軸索線粒體內信號轉導和轉錄激活因子3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）的絲氨酸727位點磷酸化，從而誘導了活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生和軸突生長，提示STAT3同樣具有非轉錄作用[31-32]。而STAT3的酪氨酸705位點磷酸化后與動力蛋白（dynein）和輸入蛋白 α5（importin α5）相結合，然后從軸索遠端逆行至神經(jīng)元細胞核內，參與DNA轉錄，促進軸突生長[33]。此外，NGF/TrkA復合物通過內吞作用進入軸突內，也能從軸突遠端逆行至星狀神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)核內，從而引起心肌神經(jīng)芽生（包括遠離梗死灶的心室肌和心房?。34-35]。p75NTR對于軸索生長的作用比較復雜，不同研究結果不一[36-38]，未來還需進一步探討。

3 心肌梗死后交感神經(jīng)的功能重構

心肌梗死后交感神經(jīng)的形態(tài)重構必然會引起相應的功能重構。近年來，心交感神經(jīng)的功能重構與心臟性猝死之間的關系及其電生理機制已成為心血管領域的研究熱點。

3.1 心交感神經(jīng)功能重構與心臟性猝死的關系

CAO等[4]將51例心臟移植患者的心臟病變分為室性心動過速組與對照組，發(fā)現(xiàn)室性心動過速組的神經(jīng)纖維密度為（19.6±11.2）/mm2、神經(jīng)纖維總長度為（3.3±3.0）mm/mm2，而對照組分別為（13.5±6.1）/mm2、（2.0±1.1）mm/mm2，兩者相比差異均有統(tǒng)計學意義。之后，CAO等[5]進一步建立了犬陳舊性心肌梗死合并完全性房室傳導阻滯模型，所有犬即刻出現(xiàn)自發(fā)性室性心動過速（第一階段），每天（5.8±2.0）次，經(jīng)過2～20d后再次出現(xiàn)自發(fā)性室性心動過速（第二階段），每天（13.1±6.0）次。為了快速誘發(fā)交感神經(jīng)芽生，研究人員向犬左側星狀神經(jīng)節(jié)內注入NGF，發(fā)現(xiàn)在第二階段NGF組犬發(fā)生自發(fā)性室性心動過速的頻率［（2.0±2.0）次/d］是未用NGF對照組犬［（0.2±0.2）次/d］的10倍。NGF組心室肌組織內有大量的神經(jīng)增生，以交感神經(jīng)為主，與對照組比較差異顯著，比較發(fā)生室性心動過速時與猝死前的心電圖，顯示交感活動有明顯增加的跡象。因此，NGF組犬第二階段室性心動過速密集發(fā)作是由交感神經(jīng)活性增強所觸發(fā)。此外，在觀察期間NGF組有44%的犬死于心室顫動，而對照組皆存活。研究[39-40]進一步證明，室性心動過速發(fā)作之前心交感神經(jīng)功能重構會首先引發(fā)QT延長綜合征（long QT syndrome，LQTS）和T波電交替（T-wave alternans，TWA），緊接著室性心動過速密集發(fā)作導致心肌動作電位時程（action potential duration，APD）和不應期的時空異質性，從而使室性心動過速變?yōu)樾氖翌潉覽41]。上述生理學及病理學實驗結果表明，心交感神經(jīng)的功能重構與心臟性猝死具有因果關系。

3.2 心交感神經(jīng)功能重構所致心臟性猝死的電生理機制

3.2.1 電壓門控鉀通道

心肌細胞動作電位（action potential，AP）是細胞膜中多種離子通道順序啟動及關閉整體作用的結果。其中，鉀離子運轉的作用倍受重視，尤其是瞬時外向鉀電流（Ito）、延遲整流鉀電流（Ik）和內向整流鉀電流（Ik1）分別在心肌細胞動作電位1～3期快速復極化過程中起著重要作用，其正常分布密度可維持正常的動作電位時程。一旦Ito、Ik和Ik1通道的結構或功能發(fā)生變化，會造成動作電位時程延長和復極離散度增大，從而增加心電不穩(wěn)定性，易導致致命性室性心律失常[42]。Ito通道是一個大分子蛋白復合物[43]。其中，電壓門控鉀離子通道（Kv），如Kv1.4、Kv4.2及Kv4.3是構成Ito通道孔洞的亞單位。心肌細胞內還存在與Kv相互作用的蛋白質，即鉀通道相互作用蛋白2（Kv channel interacting protein 2，KChIP2）。KChIP2不具備Kv的結構，因此不能形成功能性Kv，但卻能協(xié)助Kv4運輸?shù)叫募〖毎げ⒐捕ㄎ挥谀ど蟍44]。此外，Ik又分為超快激活的延遲整流鉀電流（Ikur）、快速激活的延遲整流鉀電流（Ikr）、慢激活的延遲整流鉀電流（Iks），其中以Ikr和Iks最為重要。Ik1通道則由 Kir2.x亞家族構成[45]。研究人員[46]采用全細胞膜片鉗技術記錄心肌細胞的Ito和Ik1，發(fā)現(xiàn)交感神經(jīng)芽生后Ito和Ik1的電流密度降低，Kv4.2、KChIP2及Kir2.1表達減少，從而增加了心室顫動的發(fā)生頻率。同時，可以反映自主神經(jīng)系統(tǒng)活性和定量評估心臟交感神經(jīng)張力的指標—心率變異性也降低，說明交感神經(jīng)活性升高[46]。此外，交感神經(jīng)芽生還能夠分泌過量的去甲腎上腺素。去甲腎上腺素通過激活β腎上腺素受體（β-adrenoreceptor，β-AR）增加心率和神經(jīng)傳導速度，并且增強心肌收縮和舒張功能。其中，活化β3-AR能夠減少Iks，延長動作電位時程，易發(fā)生室性心律失常[47]。

3.2.2 離子型谷氨酸受體

谷氨酸（glutamic acid，Glu）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)含量最多的興奮性氨基酸神經(jīng)遞質，其受體分為離子型谷氨酸受體（ionotropic glutamate receptors，iGluRs）和代謝型谷氨酸受體（metabotropic glutamate receptors，mGluRs）兩類。近年來研究[48]發(fā)現(xiàn)，iGluRs和mGluRs也存在于心臟等外周器官。其中，iGluRs是一類配體門控非選擇性陽離子通道。根據(jù)通道結構、亞基組成與基因家族的不同，iGluRs可分為N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR）、α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異唑丙酸受體（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor，AMPAR）和紅藻氨酸受體（kainic acid receptor，KAR）。研究人員對陳舊性心肌梗死大鼠腹腔內注射NGF合成刺激因子4-甲基鄰苯二酚，4周后交感神經(jīng)高密度分布誘導心肌組織NMDAR和AMPAR表達上調[49]，并且激活NMDAR和AMPAR，不僅引起心肌細胞鈣離子內流甚至超載以及鈉離子、鉀離子外流[50]，擾亂了心電穩(wěn)定性，造成室性心動過速或心室顫動發(fā)生頻率增加[49]，還可以造成心肌細胞凋亡，對室性心動過速或心室顫動的發(fā)生起到一定作用[51]。

4 展 望

在法醫(yī)學實踐中，根據(jù)形態(tài)學可以將冠心病猝死分為兩種類型：急性心肌缺血或梗死、陳舊性心肌梗死。目前，國內外冠心病猝死的法醫(yī)學鑒定要點主要是針對第一種類型。由于此類猝死客觀證據(jù)較為充分，死者家屬較少提出異議。但有時會發(fā)現(xiàn)死者心臟只存在陳舊性心肌梗死病變，即心肌瘢痕，未檢見急性心肌缺血或梗死的病理學改變，即第二種類型的冠心病猝死。由于陳舊性心肌梗死缺乏引起猝死的直接證據(jù)，所以判定該類案件的死亡原因具有相當大的困難。長期以來，廣大法醫(yī)研究者試圖利用形態(tài)學或分子病理學尋找除了心肌瘢痕之外急性心肌缺血的生物學指標，以期為該類案件提供形態(tài)學證據(jù)，但對于陳舊性心肌梗死的致死機制研究重視不夠，只是推測可能與致命性心律失常有關。致命性心律失常的發(fā)生需要病變底物和觸發(fā)因素兩個基本條件[52]。目前認為，交感神經(jīng)重構與心肌重構一樣可以成為致命性心律失常發(fā)生的病變底物，來自體內外的某些異常刺激（如交感神經(jīng)的傳出沖動）可能成為觸發(fā)因素?；谝陨涎芯窟M展，YU等[53]收集整理了陳舊性心肌梗死標本，通過研究發(fā)現(xiàn)，交感神經(jīng)芽生標志物生長相關蛋白-43（growth associated protein-43，GAP-43）和交感神經(jīng)標志物酪氨酸羥化酶蛋白在心肌瘢痕周邊區(qū)表達明顯比高墜、感染性休克、縊死、支氣管肺炎、顱腦損傷及羊水栓塞等對照組顯著，從而驗證了人心肌梗死后發(fā)生交感神經(jīng)芽生及交感神經(jīng)支配密度增高等重構現(xiàn)象，并且進一步提出交感神經(jīng)重構所致致命性心律失常是陳舊性心肌梗死引起猝死的重要機制之一。該機制的建立不僅為心臟性猝死提供了新的科研方向，而且還能為此類鑒定提供客觀解釋和形態(tài)學依據(jù)。