引用本文： 邱男. 牛磺酸對急性心肌梗死大鼠心室重構的影響. 華西醫學, 2017, 32(6): 833-837. doi: 10.7507/1002-0179.201705118 復制
心室重構是心肌缺血再灌注等損傷因素導致心臟原本存在的物質、心臟形態結構和功能存在一定程度的變化，是機體對外界損傷因素的一種適應性反應。急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）后出現的心室重構是心臟功能由可逆狀態進展至不可恢復狀態的重要因素，心室重構的主要表現是左心室擴大和形狀改變，并出現程度不等的心肌肥厚，對心室收縮和舒張功能產生持續的不良影響[1-3]，嚴重影響 AMI 的預后。因此，干預心室重構、改善心臟功能是 AMI 后治療的重要策略[4-6]。目前在臨床上使用的抑制心室重構的藥物主要有鈣通道阻滯劑、血管緊張素Ⅱ受體阻斷劑、血管緊張素Ⅰ轉換酶抑制劑、醛固酮拮抗劑和他汀類藥物等[7-8]。牛磺酸是機體內含量較為豐富的 β-氨基酸，它可以通過減輕細胞內鈣超載和自由基的產生改善缺血心肌的線粒體代謝[9]，減輕多種損傷因素所導致的心肌損傷，具有一定的心肌保護效果[10]，已有實驗和臨床研究提示牛磺酸的使用可以減輕心臟手術、心臟移植和心肌梗死過程中的心臟損傷[11]，同時有研究表明牛磺酸的缺乏可對心肌的結構和功能產生不利影響[12]。因此，理論上牛磺酸可能在一定程度上減輕心肌梗死后的心室重構，但目前尚未有該方面的相關研究。本研究旨在通過結扎冠狀動脈左前降支建立大鼠 AMI 模型，并使用不同劑量的牛磺酸進行干預，評價牛磺酸對 AMI 后心室重構的影響，以期為臨床防治 AMI 后心室重構提供一條潛在途徑。現報告如下。
1 材料與方法
1.1 實驗動物
選擇 8 周齡雄性 Wistar 大鼠 60 只，清潔級，體質量 250～300 g，購自貴州醫科大學實驗動物中心。通過醫院動物倫理審查委員會的同意，所有大鼠均置于標準條件下，符合國家制定的《實驗動物管理條例》[13]各項標準。
1.2 心肌梗死實驗動物模型建立
所有實驗動物常規適應性飼養 1 周，使用隨機數字表法隨機分為 4 組：假手術組、AMI 組、低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組，每組 15 只。AMI 組、低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組大鼠均建立 AMI 模型，大鼠 1% 戊巴比妥鈉（50 mg/kg）腹腔注射麻醉，仰臥位固定，接心電圖監測，氣管插管呼吸機控制呼吸，沿第 4 肋間開胸，分離心包，暴露心臟后結扎冠狀動脈左前降支近端，模型建立成功的標準是冠狀動脈結扎后心電圖Ⅱ導聯 ST 段呈明顯弓背向上抬高，并出現左心室局部顏色變暗、搏動減弱。假手術組模型建立過程中只將縫線繞過冠狀動脈，但不予結扎。低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組術后第 2 天開始每天分別使用 10 mL/kg 生理鹽水溶解的 300、400 mg/kg 牛磺酸（天津聯星生物工程研究所分裝）灌胃，劑量參考文獻[14]，假手術組和 AMI 組則給予等量生理鹽水灌胃，共 8 周時間。
1.3 超聲心動圖檢查
所有大鼠在模型建立前 1 d 以及手術 8 周后使用戊巴比妥鈉麻醉后按 Litwin 等[15]的方法應用 GE Vivid7 彩色多普勒超聲儀進行超聲心動圖檢查，記錄超聲圖像，超聲探頭頻率應用 10S 變頻探頭，主頻 10 MHz。測量左心室收縮末期內徑（left ventricular end systolic diameter，LVIDs）、左心室舒張末期內徑（left ventricular end diastolic diameter，LVIDd）、左心室后壁舒張末期厚度（left ventricular posterior wall end diastolic thickness，LVPWd），計算左心室射血分數（left ventricular ejection fraction，LVEF）和左心室短軸縮短率（fractional shortening，FS），同時記錄二尖瓣口舒張早期最大血流峰值速度（mitral inflow velocity E，E）、舒張晚期最大血流峰值速度（mitral inflow velocity A，A），計算 E/A 比值，所有檢測指標均取 6 個連續心動周期的平均值。
1.4 心臟質量指數與左心室質量指數的檢測
大鼠手術 8 周后稱量體質量，使用戊巴比妥進行麻醉，固定于操作臺，經下腔靜脈采血后迅速剪開胸壁取出心臟，生理鹽水沖洗干凈后分離心臟周圍組織，使用濾紙吸去水分后稱量心臟質量，沿房室交界處去除心房和右心室游離壁，只保留室間隔和左心室組織，稱量左心室質量；計算心臟質量指數（心臟質量指數=心臟質量/體質量）和左心室質量指數（左心室質量指數=左心室質量/體質量）。
1.5 血漿腦鈉肽的測定
各組大鼠在模型建立前 1 d 取靜脈血 2 mL，模型建立后 8 周超聲心動檢測后開腹經下腔靜脈采血 2 mL，使用乙二胺四乙酸抗凝，4℃離心 10 min，取血漿 1 mL，–70℃ 保存備測，使用酶聯免疫吸附劑測定法測定血漿腦鈉肽水平，嚴格按試劑盒說明書操作。
1.6 統計學方法
采用 SPSS 17.0 統計軟件進行統計學處理。所有計量資料用均數±標準差表示，各組之間的比較采用完全隨機設計的單因素方差分析，組間兩兩比較使用 SNK 法。檢驗水準 α=0.05。
2 結果
本實驗模型建立過程中共有 5 只大鼠分別因麻醉意外、氣胸及術后 24 h 內急性心力衰竭等原因死亡。實驗結束后，大鼠存活 55 只，其中假手術組 15 只，AMI 組、低劑量牛磺酸組各存活 13 只，高劑量牛磺酸組存活 14 只，納入最終分析。各組大鼠體質量比較，差異無統計學意義（P>0.05）。
2.1 超聲心動圖的檢測
各組大鼠模型建立前超聲檢測 LVIDs、LVIDd、LVPWd、LVEF、FS、E、A、E/A 比值，各組之間差異無統計學意義（P>0.05）。干預 8 周后，AMI 組、低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組 LVIDs、IVIDd 與假手術組比較明顯增加，LVPWd 則顯著減低（P<0.05），低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組 LVIDs、LVIDd 較 AMI 組明顯減小，LVPWd 則顯著增加（P<0.05）。干預 8 周后，與假手術組相比，AMI 組、低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組 LVEF、FS、E 峰值、E/A 比值明顯降低，A 峰值則明顯升高（P<0.05）。低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組 LVEF、FS、E 峰值、E/A 比值較 AMI 組明顯升高，A 峰值則明顯降低（P<0.05）。低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組 E 峰值、A 峰值、E/A兩組相比，差異均無統計學意義（P>0.05）。見表 1。
表1
各組大鼠超聲心動圖相關心臟功能指標的變化（
）
2.2 心臟質量指數與左心室質量指數的比較
模型建立后 8 周，各組大鼠心臟質量指數和左心室質量指數的比較發現：AMI 組、低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組心臟質量指數和左心室質量指數與假手術組相比均明顯升高（P<0.05）；牛磺酸處理的兩組與 AMI 組相比，心臟質量指數和左心室質量指數都明顯降低（P<0.05）；高劑量牛磺酸組與低劑量牛磺酸組比較，心臟質量指數和左心室質量指數均較低，差異有統計學意義（P<0.05）。見表 2。
表2
各組大鼠心臟質量指數的比較（mg/g，
）
2.3 各組血漿腦鈉肽水平的比較
模型建立前， 4 組血漿腦鈉肽水平差異無統計學意義（P>0.05）。模型建立成功后， AMI 組、高劑量牛磺酸組及低劑量牛磺酸組血漿腦鈉肽水平較假手術組高（P<0.05），其中以 AMI 組增高更為明顯，低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組相比較高，高劑量牛磺酸組上升幅度較小（P<0.05）。見圖 1。
圖1
各組大鼠血漿腦鈉肽水平的比較
3 討論
AMI 可引起心臟梗死節段心肌和非梗死區節段心肌的結構發生改變，導致存活心肌負荷出現急劇增加，進而刺激梗死旁組織及非梗死區的心室重構，主要表現為心肌細胞的代償性肥厚和細胞外基質的重構[16]，使梗死部位出現瘢痕修復，心肌間質逐步纖維化，繼而引起左心室腔的大小、厚度和形態發生改變以及心臟電活動的變化，最終導致心室的擴張和心功能的障礙。
在本研究中，大鼠 AMI 模型建立成功后 8 周超聲心動圖檢測發現心肌梗死后 LVIDd、LVIDs、LVPWd 等指標均發生了顯著的改變，AMI 組、低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組 LVEF、FS、E 峰值、E/A 比值與假手術組相比明顯降低，A 峰值明顯升高，出現明顯的心室擴張和心功能下降，提示心肌梗死后出現了心室重構過程；但研究同時發現使用牛磺酸的 LVIDs、LVIDd 組較 AMI 組明顯減少，LVPWd 顯著增加，提示牛磺酸可以在一定程度上逆轉心室結構的變化，其中以高劑量牛磺酸組更為明顯，提示牛磺酸可以改善左心室的收縮和舒張功能。冠狀動脈主要分支結扎后可出現供血范圍內較大面積的透壁性心肌梗死，一般在 8 周左右時間就可以建立較為穩定的心力衰竭模型，此時可觀察到心室腔明顯擴大、心室壁變薄以及心肌功能出現障礙[17]。本研究發現牛磺酸應用后，可以明顯逆轉心室腔的擴大及室壁變薄的過程。因此推測牛磺酸明顯改善心室的舒張和收縮功能是其可以阻斷心室重構的過程的重要機制。
腦鈉肽目前已成為心力衰竭診斷、管理以及臨床事件風險評估的重要指標。腦鈉肽主要在心室肌中合成和分泌，其濃度在一定程度上可以反映心室的功能。因為在 AMI 發生時腦鈉肽合成和分泌異常增加的心肌區域主要集中于梗死節段心肌與非梗死節段心肌之間的結合部，因此通過檢測 AMI 后血漿腦鈉肽水平可以預測心肌梗死范圍的大小以及左心室功能，藉此評估心室重構的程度。在本研究中，模型建立 8 周后 AMI 組、牛磺酸處理的兩組血漿腦鈉肽水平均較假手術組增加，提示 AMI 8 周后出現明顯的心室重構，但同時發現牛磺酸處理的兩組血漿腦鈉肽水平較 AMI 組降低，表明牛磺酸可減輕大鼠 AMI 后心室重構及心力衰竭程度，其中高劑量牛磺酸組上升幅度相對較小，有統計學差異，提示牛磺酸減輕大鼠 AMI 后心室重構及心力衰竭程度與劑量有一定的關系。
有較多研究表明牛磺酸可以上調 AMI 后心肌細胞抗凋亡水平[18-20]，減少心肌細胞死亡和抑制心肌細胞纖維化程度，因此理論上推測牛磺酸在一定程度上逆轉心室重構的效果可能與牛磺酸具有抗氧化作用和抑制缺血缺氧引起的心肌細胞凋亡、壞死有關，此外有研究表明牛磺酸可以通過抑制轉化生長因子-β1 蛋白合成，減輕心肌成纖維細胞增殖和膠原合成，減少膠原在心肌間質的沉積[21]，進而減輕心肌梗死后的心室重構。
綜上所述，本研究表明在大鼠 AMI 模型中早期應用牛磺酸進行干預，可以在一定程度上改善左心室舒張和收縮功能，減輕 AMI 后心室重構程度，延緩心力衰竭的發生，該作用具有劑量依賴性，但其保護作用的最佳劑量有待進一步研究。
心室重構是心肌缺血再灌注等損傷因素導致心臟原本存在的物質、心臟形態結構和功能存在一定程度的變化，是機體對外界損傷因素的一種適應性反應。急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）后出現的心室重構是心臟功能由可逆狀態進展至不可恢復狀態的重要因素，心室重構的主要表現是左心室擴大和形狀改變，并出現程度不等的心肌肥厚，對心室收縮和舒張功能產生持續的不良影響[1-3]，嚴重影響 AMI 的預后。因此，干預心室重構、改善心臟功能是 AMI 后治療的重要策略[4-6]。目前在臨床上使用的抑制心室重構的藥物主要有鈣通道阻滯劑、血管緊張素Ⅱ受體阻斷劑、血管緊張素Ⅰ轉換酶抑制劑、醛固酮拮抗劑和他汀類藥物等[7-8]。牛磺酸是機體內含量較為豐富的 β-氨基酸，它可以通過減輕細胞內鈣超載和自由基的產生改善缺血心肌的線粒體代謝[9]，減輕多種損傷因素所導致的心肌損傷，具有一定的心肌保護效果[10]，已有實驗和臨床研究提示牛磺酸的使用可以減輕心臟手術、心臟移植和心肌梗死過程中的心臟損傷[11]，同時有研究表明牛磺酸的缺乏可對心肌的結構和功能產生不利影響[12]。因此，理論上牛磺酸可能在一定程度上減輕心肌梗死后的心室重構，但目前尚未有該方面的相關研究。本研究旨在通過結扎冠狀動脈左前降支建立大鼠 AMI 模型，并使用不同劑量的牛磺酸進行干預，評價牛磺酸對 AMI 后心室重構的影響，以期為臨床防治 AMI 后心室重構提供一條潛在途徑。現報告如下。
1 材料與方法
1.1 實驗動物
選擇 8 周齡雄性 Wistar 大鼠 60 只，清潔級，體質量 250～300 g，購自貴州醫科大學實驗動物中心。通過醫院動物倫理審查委員會的同意，所有大鼠均置于標準條件下，符合國家制定的《實驗動物管理條例》[13]各項標準。
1.2 心肌梗死實驗動物模型建立
所有實驗動物常規適應性飼養 1 周，使用隨機數字表法隨機分為 4 組：假手術組、AMI 組、低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組，每組 15 只。AMI 組、低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組大鼠均建立 AMI 模型，大鼠 1% 戊巴比妥鈉（50 mg/kg）腹腔注射麻醉，仰臥位固定，接心電圖監測，氣管插管呼吸機控制呼吸，沿第 4 肋間開胸，分離心包，暴露心臟后結扎冠狀動脈左前降支近端，模型建立成功的標準是冠狀動脈結扎后心電圖Ⅱ導聯 ST 段呈明顯弓背向上抬高，并出現左心室局部顏色變暗、搏動減弱。假手術組模型建立過程中只將縫線繞過冠狀動脈，但不予結扎。低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組術后第 2 天開始每天分別使用 10 mL/kg 生理鹽水溶解的 300、400 mg/kg 牛磺酸（天津聯星生物工程研究所分裝）灌胃，劑量參考文獻[14]，假手術組和 AMI 組則給予等量生理鹽水灌胃，共 8 周時間。
1.3 超聲心動圖檢查
所有大鼠在模型建立前 1 d 以及手術 8 周后使用戊巴比妥鈉麻醉后按 Litwin 等[15]的方法應用 GE Vivid7 彩色多普勒超聲儀進行超聲心動圖檢查，記錄超聲圖像，超聲探頭頻率應用 10S 變頻探頭，主頻 10 MHz。測量左心室收縮末期內徑（left ventricular end systolic diameter，LVIDs）、左心室舒張末期內徑（left ventricular end diastolic diameter，LVIDd）、左心室后壁舒張末期厚度（left ventricular posterior wall end diastolic thickness，LVPWd），計算左心室射血分數（left ventricular ejection fraction，LVEF）和左心室短軸縮短率（fractional shortening，FS），同時記錄二尖瓣口舒張早期最大血流峰值速度（mitral inflow velocity E，E）、舒張晚期最大血流峰值速度（mitral inflow velocity A，A），計算 E/A 比值，所有檢測指標均取 6 個連續心動周期的平均值。
1.4 心臟質量指數與左心室質量指數的檢測
大鼠手術 8 周后稱量體質量，使用戊巴比妥進行麻醉，固定于操作臺，經下腔靜脈采血后迅速剪開胸壁取出心臟，生理鹽水沖洗干凈后分離心臟周圍組織，使用濾紙吸去水分后稱量心臟質量，沿房室交界處去除心房和右心室游離壁，只保留室間隔和左心室組織，稱量左心室質量；計算心臟質量指數（心臟質量指數=心臟質量/體質量）和左心室質量指數（左心室質量指數=左心室質量/體質量）。
1.5 血漿腦鈉肽的測定
各組大鼠在模型建立前 1 d 取靜脈血 2 mL，模型建立后 8 周超聲心動檢測后開腹經下腔靜脈采血 2 mL，使用乙二胺四乙酸抗凝，4℃離心 10 min，取血漿 1 mL，–70℃ 保存備測，使用酶聯免疫吸附劑測定法測定血漿腦鈉肽水平，嚴格按試劑盒說明書操作。
1.6 統計學方法
采用 SPSS 17.0 統計軟件進行統計學處理。所有計量資料用均數±標準差表示，各組之間的比較采用完全隨機設計的單因素方差分析，組間兩兩比較使用 SNK 法。檢驗水準 α=0.05。
2 結果
本實驗模型建立過程中共有 5 只大鼠分別因麻醉意外、氣胸及術后 24 h 內急性心力衰竭等原因死亡。實驗結束后，大鼠存活 55 只，其中假手術組 15 只，AMI 組、低劑量牛磺酸組各存活 13 只，高劑量牛磺酸組存活 14 只，納入最終分析。各組大鼠體質量比較，差異無統計學意義（P>0.05）。
2.1 超聲心動圖的檢測
各組大鼠模型建立前超聲檢測 LVIDs、LVIDd、LVPWd、LVEF、FS、E、A、E/A 比值，各組之間差異無統計學意義（P>0.05）。干預 8 周后，AMI 組、低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組 LVIDs、IVIDd 與假手術組比較明顯增加，LVPWd 則顯著減低（P<0.05），低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組 LVIDs、LVIDd 較 AMI 組明顯減小，LVPWd 則顯著增加（P<0.05）。干預 8 周后，與假手術組相比，AMI 組、低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組 LVEF、FS、E 峰值、E/A 比值明顯降低，A 峰值則明顯升高（P<0.05）。低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組 LVEF、FS、E 峰值、E/A 比值較 AMI 組明顯升高，A 峰值則明顯降低（P<0.05）。低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組 E 峰值、A 峰值、E/A兩組相比，差異均無統計學意義（P>0.05）。見表 1。
表1
各組大鼠超聲心動圖相關心臟功能指標的變化（
）
2.2 心臟質量指數與左心室質量指數的比較
模型建立后 8 周，各組大鼠心臟質量指數和左心室質量指數的比較發現：AMI 組、低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組心臟質量指數和左心室質量指數與假手術組相比均明顯升高（P<0.05）；牛磺酸處理的兩組與 AMI 組相比，心臟質量指數和左心室質量指數都明顯降低（P<0.05）；高劑量牛磺酸組與低劑量牛磺酸組比較，心臟質量指數和左心室質量指數均較低，差異有統計學意義（P<0.05）。見表 2。
表2
各組大鼠心臟質量指數的比較（mg/g，
）
2.3 各組血漿腦鈉肽水平的比較
模型建立前， 4 組血漿腦鈉肽水平差異無統計學意義（P>0.05）。模型建立成功后， AMI 組、高劑量牛磺酸組及低劑量牛磺酸組血漿腦鈉肽水平較假手術組高（P<0.05），其中以 AMI 組增高更為明顯，低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組相比較高，高劑量牛磺酸組上升幅度較小（P<0.05）。見圖 1。
圖1
各組大鼠血漿腦鈉肽水平的比較
3 討論
AMI 可引起心臟梗死節段心肌和非梗死區節段心肌的結構發生改變，導致存活心肌負荷出現急劇增加，進而刺激梗死旁組織及非梗死區的心室重構，主要表現為心肌細胞的代償性肥厚和細胞外基質的重構[16]，使梗死部位出現瘢痕修復，心肌間質逐步纖維化，繼而引起左心室腔的大小、厚度和形態發生改變以及心臟電活動的變化，最終導致心室的擴張和心功能的障礙。
在本研究中，大鼠 AMI 模型建立成功后 8 周超聲心動圖檢測發現心肌梗死后 LVIDd、LVIDs、LVPWd 等指標均發生了顯著的改變，AMI 組、低劑量牛磺酸組和高劑量牛磺酸組 LVEF、FS、E 峰值、E/A 比值與假手術組相比明顯降低，A 峰值明顯升高，出現明顯的心室擴張和心功能下降，提示心肌梗死后出現了心室重構過程；但研究同時發現使用牛磺酸的 LVIDs、LVIDd 組較 AMI 組明顯減少，LVPWd 顯著增加，提示牛磺酸可以在一定程度上逆轉心室結構的變化，其中以高劑量牛磺酸組更為明顯，提示牛磺酸可以改善左心室的收縮和舒張功能。冠狀動脈主要分支結扎后可出現供血范圍內較大面積的透壁性心肌梗死，一般在 8 周左右時間就可以建立較為穩定的心力衰竭模型，此時可觀察到心室腔明顯擴大、心室壁變薄以及心肌功能出現障礙[17]。本研究發現牛磺酸應用后，可以明顯逆轉心室腔的擴大及室壁變薄的過程。因此推測牛磺酸明顯改善心室的舒張和收縮功能是其可以阻斷心室重構的過程的重要機制。
腦鈉肽目前已成為心力衰竭診斷、管理以及臨床事件風險評估的重要指標。腦鈉肽主要在心室肌中合成和分泌，其濃度在一定程度上可以反映心室的功能。因為在 AMI 發生時腦鈉肽合成和分泌異常增加的心肌區域主要集中于梗死節段心肌與非梗死節段心肌之間的結合部，因此通過檢測 AMI 后血漿腦鈉肽水平可以預測心肌梗死范圍的大小以及左心室功能，藉此評估心室重構的程度。在本研究中，模型建立 8 周后 AMI 組、牛磺酸處理的兩組血漿腦鈉肽水平均較假手術組增加，提示 AMI 8 周后出現明顯的心室重構，但同時發現牛磺酸處理的兩組血漿腦鈉肽水平較 AMI 組降低，表明牛磺酸可減輕大鼠 AMI 后心室重構及心力衰竭程度，其中高劑量牛磺酸組上升幅度相對較小，有統計學差異，提示牛磺酸減輕大鼠 AMI 后心室重構及心力衰竭程度與劑量有一定的關系。
有較多研究表明牛磺酸可以上調 AMI 后心肌細胞抗凋亡水平[18-20]，減少心肌細胞死亡和抑制心肌細胞纖維化程度，因此理論上推測牛磺酸在一定程度上逆轉心室重構的效果可能與牛磺酸具有抗氧化作用和抑制缺血缺氧引起的心肌細胞凋亡、壞死有關，此外有研究表明牛磺酸可以通過抑制轉化生長因子-β1 蛋白合成，減輕心肌成纖維細胞增殖和膠原合成，減少膠原在心肌間質的沉積[21]，進而減輕心肌梗死后的心室重構。
綜上所述，本研究表明在大鼠 AMI 模型中早期應用牛磺酸進行干預，可以在一定程度上改善左心室舒張和收縮功能，減輕 AMI 后心室重構程度，延緩心力衰竭的發生，該作用具有劑量依賴性，但其保護作用的最佳劑量有待進一步研究。
