心肌纤维化（精选八篇）
心肌纤维化 篇1
1资料与方法
1.1研究对象选取2010—2013年到首都医科大学附属北京安贞医院就诊并经临床确诊为HCM的80例患者,其中男59例,女21例;平均年龄(53.2±13.0)岁。诊断标准:在排除其他原因导致左心室肥厚的基础上,左心室室壁厚度≥15 mm或左心室室壁厚度≥13 mm但有家族遗传病史。所有入选患者均无CT和MRI检查禁忌证(包括幽闭恐惧、起搏器植入及其他体内固定金属异物)。所有患者CT与MRI检查均于同一天完成。本研究经本院伦理委员会审核批准,所有患者均知情并签署同意书。
1.2 仪器与方法
1.2.1 MSCT检查采用双源CT机(Somatom Definition ;Siemens Medical Solutions,Forchheim,Germany)。患者取仰卧位,头足方向扫描,检查于吸气末1次屏气完成。检查前测量心率 >70次 /min的患者服用倍他乐克25 mg,于心率≤70次 /min后开始扫描。1动脉期扫描:采用回顾性心电门控,管电流自动调节技术。扫描参数:扫描准直:2×32×0.6 mm,层厚0.6 mm,转速330 ms,时间分辨率83 ms,螺距由系统自动设定。管电压与管电流依据患者体重指数(body mass index,BMI)及胸部体脂分布情况决定:BMI≥25 kg/m2采用120 k V,BMI<25 kg/m2采用100 k V。应用对比剂示踪法,在主动脉根部层面选择感兴趣区监测CT值,当感兴趣区内CT值达到100 HU时,延迟6 s自动触发扫描。静脉注射对比剂(优维显370),注射速度5.0 ml/s,总量为80~90 ml,然后再以相同的速度注射30 ml生理盐水。动脉期数据采用B26f算法重建(层厚0.75 mm,间距0.5 mm),以10% 为间隔,将0%~90% 的10期重建心动周期的数据传输至后处理工作站。2延迟强化扫描:动脉期扫描完成后7 min进行延迟扫描。采用前瞻性心电门控,曝光期相选择在R-R的75%。管电压选择依据患者BMI及胸部体脂分布情况决定:BMI≥25 kg/m2采用100 k V,BMI<25 kg/m2采用80 k V。延迟期扫描数据采用B10f重建后传输至后处理工作站。
1.2.2心脏MRI检查采用Siemens Sonata 1.5T超导型MRI扫描仪。患者取仰卧位,采用12通道相控阵表面线圈和心电门控技术。依次采集横断面及矢状面黑血序列、多层面电影序列(左心室四腔心位、两腔心位、左心室短轴位及双口位)。然后经静脉团注对比剂马根维显,速度2 ml/s,浓度0.2 mmol/kg,10~15 min后开始延迟增强序列扫描。具体扫描序列主要包括心脏电影扫描[ 真实稳态进动快速成像(true fast imaging with steadyprecession,True Fisp)序列,TR 40 ms,TE 1.1 ms,层厚8 cm,视野340 mm×420 mm,翻转角62°] 和延迟增强扫描 [ 反转恢复快速小角度激励(IR Turbo Flash)序列,TR 700 ms,TE 1.26 ms,层厚8 cm,视野340 mm×420 mm,翻转角45°]。
1.3图像分析CT、MRI检查分别由5年以上诊断经验的1名副主任医师和1名主治医师采用盲法独立分析,结果不一致时共同协商讨论决定。
1.3.1 MSCT图像分析动脉期:动脉期图像数据传入后处理工作站(multi-modality workplace with Syngo softwareversion VA20,Siemens),采用Circulation软件进行心功能评价。软件自动识别收缩末期与舒张末期、四腔心、左心室长轴、左心室短轴切面及左心室心内膜及心外膜,观察者可作适当校正,记录射血分数、每搏输出量、左心室心肌质量、心输出量、心脏指数、舒张末期左心室容积、收缩末期左心室容积,并记录其他可见阳性征象(如收缩期二尖瓣前叶前向运动等),再根据美国心脏病协会17段分型,手动测量记录每一节段的舒张末期左心室室壁厚度。
延迟期:将延迟期图像传入后处理工作站,采用Circulation软件进行分析。1定性分析:分别在四腔心、两腔心和短轴角度将图像重建成8 mm厚的最大密度投影图像,窗位150,窗宽350,根据患者的具体情况,可作适当微调。采用主观评价的方式,判断患者是否存在心肌的延迟强化。2定量分析:在定性分析的基础上,对确定有心肌延迟强化(myocardial delayedenhancement,MDE)的患者,根据美国心脏病协会17段分型,判定延迟强化所在的心肌节段。
以50 mm2大小的感兴趣区测量延迟强化心肌的CT值及标准差,再以同样大小的感兴趣区测量同一层面远离病灶所在节段的正常心肌的CT值及标准差,计算对比噪声比,对比噪声比 =(病灶CT值-正常心肌CT值)/ 正常心肌标准差。
1.3.2心脏MRI图像分析心脏形态及心功能分析:将MRI心脏四腔心、两腔心、短轴及双口位电影序列的数据传入后处理工作站(Argus and Syngo ;SiemensMedical Solutions,Erlangen,Germany), 将心脏短轴位数据载入Argus软件分析。左心室功能、收缩末期、舒张末期及左心室心内膜、心外膜由软件自动识别,观察者可作适当校正,记录软件输出的射血分数、每搏输出量、左心室心肌质量、心输出量、心脏指数、舒张末期左心室容积、收缩末期左心室容积,并记录其他可见阳性征象(如收缩期二尖瓣前叶前向运动等),根据美国心脏病协会17段分型,手动测量记录每一节段的舒张末期左心室室壁厚度。
MRI延迟期图像分析:1定性分析:阅读所有心脏四腔心、两腔心、短轴的延迟期图像,以主观评价方式,判断患者是否存在心肌的延迟强化。2定量分析:在定性分析的基础上,对确定有延迟强化的患者,依据美国心脏病协会17段分型判定延迟强化所在的心肌节段。以50 mm2的感兴趣区测量延迟强化心肌的信号强度及标准差,再以同样大小的感兴趣区测量同一层面远离病灶所在节段的正常心肌的信号强度及标准差,计算对比噪声比,对比噪声比 =(病灶信号强度值正常心肌信号强度值)/ 正常心肌标准差。
1.4 MRI与CT延迟强化病灶比较分别分析MRI为阳性、且CT为阳性或为阴性的患者图像。依据MRI结果,将MDE分为局灶性和弥漫性。因为弥漫性病灶的边界难以界定,比较CT与MRI的局灶性病灶的大小。局灶性病灶大小的定量和计算方法为在每一层面对MDE的范围进行手动勾画,并通过Simpson方法进行计算。MDE的范围与心肌质量的关系通过以下公式计算[8]:
延迟强化体积 (ml)= ∑延迟强化面积×层厚
延迟强化质量(g) = ∑延迟强化面积×层厚×1.06
延迟强化范围(%) = 延迟强化质量(g)/ 心肌质量(g)×100%
1.5统计学方法采用SPSS 20.0软件。正态分布的计量资料比较采用t检验,非正态分布的计量资料比较采用秩和检验,计数资料比较采用χ2检验;对延迟强化的定性分析数据,以MRI结果为“金标准”,计算CT在检测心肌纤维化病灶的敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值。MRI与CT结果的一致性采用Kappa检验,Kappa值0~0.2为差,0.21~0.40为中,0.41~0.60为较好,0.61~0.80为好,≥0.81为优;利用线性回归和Bland-Altman分析对CT和心脏MRI测量的左心室室壁厚度和延迟强化体积进行比较,P<0.05表示差异有统计学意义。
2结果
2.1患者一般情况本次研究有59例男性,21例女性;平均年龄(53.2±13.0)岁;伴有流出道梗阻患者27例,心功能III~IV级患者25例。研究对象的临床一般情况见表1。
2.2 左心室室壁厚度比较 对 80 例患者共 1360 个心肌节段进行分析,CT测量的1360个心肌节段左心室平均厚度和MRI测量的结果呈显著相关(r=0.88,P<0.01),见图1。Bland-Altman分析显示,CT测量结果略高估MRI测量的左心室厚度,平均最小差值为0.61 mm,95%CI为-5.39 ~6.61,见图2。
2.3心肌延迟强化2例患者由于受线束硬化伪影较重而质量差被排除,最终在78例患者中,经MRI证实48例为延迟强化阳性。CT共检出44例延迟强化病灶,MSCT对延迟强化的诊断准确性为74/78(94.9%),见表2、图3。延迟增强检查证实CT与MRI在检出心肌纤维化化病灶方面,以74例患者为研究对象,Kappa=0.751,P<0.05;以1238个心肌节 段为研究 对象,Kappa=0.746,P<0.01。MSCT与MRI结果比较,4例假阴性患者均有弥漫性延迟强化病灶,其心肌平均CT值是(113.14±3.58)HU。
按照心肌节段划分,CT检测延迟强化病灶的敏感度为78.7%,特异度为100.0%(表2)。MRI与CT均为阳性的患者中,290个节段被证实为局灶性延迟强化病灶,延迟增强CMR证实其对比噪声比较CT图像为佳(10.73±2.07比6.85±2.18,P<0.01),但病灶的平均CT值与正常心肌明显不同 [(130.56±10.41)HU比(80.39±5.22)HU,P<0.01]。
MRI扫描为阳性、而CT分别为阳性和阴性的患者中,MRI延迟强化病灶的信号强度并无明显差异(CT为阳性患者的MRI信号强度均值为58.9,范围为40.1~68.5;CT为阴性患者的MRI信号强度均值为58.4 ,范围为50.0~69.3,P=0.08)。局灶病灶和弥漫病灶之间信号强度有明显差异(局灶病灶的MRI信号强度均值为59.6,范围为47.1~77.0;弥漫病灶的MRI信号强度均值为53.7,范围为40.1~63.2,P<0.01)。对于CT延迟强化图像而言,本研究比较了MRI与CT均为阳性的患者中局灶和弥漫延迟强化图像的CT值,局灶性延迟强化病灶的CT值显著高于弥漫性延迟强化病灶[(132.36±7.08)HU比(98.08±7.02)HU]。弥漫性纤维化病灶的CT图像密度差异小,病灶边缘模糊(图4)。CT与MRI测量的延迟强化病灶体积可见两者的相关性良好(r=0.89,P<0.01),但CT图像低估了纤维化病灶范围。Bland-Altman分析显示,比较CT和MRI在测量延迟强化病灶容积的差异,平均标准差是2.71%(表3)。
3讨论
本研究采用MSCT显示HCM患者心肌纤维化和室壁厚度等,证实了MDE-CT鉴别HCM心肌病变的可行性。这种综合性应用CT技术可以提高包括心脏形态和功能,以及HCM患者术前心肌纤维化评估和术后疗效随访(特别是对起搏器或ICD等植入的患者)的研究成果。此外,尽管本研究证实MDE-CT可以检测心肌纤维化,但不同于心脏MRI,而心脏CT检查有放射性,在进行检查方式的选择时,需考虑到该因素对患者的影响。
图3 女,70岁,非对称性HCM。MRI延迟强化图像示室间隔中央段心肌中层灶样延迟强化病灶(箭,A);CT图像显示与MRI图像对应处室间隔中部延迟强化病灶(箭,B)
图4 男,49岁,心尖型HCM。MRI延迟强化图像示心尖区域片状心肌纤维化(箭,A);CT延迟强化图像示与MRI图像对应处片状高密度影(箭,A)
注:MDE:心肌延迟强化;偏倚:表示CT减CMR的均值,负数结果代表CT低估MDE;LV:左心室
本研究采用MSCT对HCM患者进行检查,综合应用心脏CT检查结合动脉期CT心室形态检查和延迟增强CT检查,在一次检查中综合评估HCM的类型和评估心肌纤维化。此外,通过测量密度和信号变化以及MDE的范围,本研究证实了MDE-CT可以对HCM患者心肌纤维化进行定性和定量评估,尤其是对心脏MRI检查受限的患者(如心律不齐和起搏器植入的患者),结合CT低剂量技术,MDE-CT可以作为定量评估局灶性心肌纤维化的方法。
本研究中,MSCT测量左心室室壁厚度的结果与心脏MRI具有良好的相关性。CT轻度高估室壁厚度,这与既往研究结果一致[7]。从图2可以发现心肌特别肥厚段超出上限界限值,这与严重的心肌肥厚引起左心室长轴扭曲导致CT和心脏MRI检查短轴、四腔和两腔层面不一致有关。
心肌纤维化是反映HCM患者预后的重要指标[9,10],尽管心脏MRI可以无创地在体检测和定量测量心肌纤维化,但受限于该检查的禁忌证,如起搏器或起搏除颤器植入的患者不能完成该检查。应用心脏CT评估HCM患者的心肌纤维化既往已有报道[6,7],但尚无大宗数据的定量分析。本研究显示MDE的CT定量测量同样精确。尽管MDE心脏MRI图像具有更好的对比噪声比,但病灶与正常心肌的CT值仍有明显差异。
本研究比较局灶性和弥漫性MDE的信号强度及CT值发现,局灶性病灶的信号强度要高于弥漫性病灶,其CT值也高于弥漫性病灶。值得注意的是,4例假阴性患者的心肌CT值比真阳性患者中的弥漫性纤维化的CT值更高,可能是由于假阴性患者的弥漫性纤维化(平均10个节段 / 例)分布更广泛,缺乏正常心肌作为对照所致。MRI的新技术纵向弛豫时间定量(T1mapping)成像,根据计算心肌的T1值来检测弥漫性纤维化,可有效地检测并定量弥漫心肌纤维化的范围。CT成像如能定量测量每一个像素点的CT值,开发出类似于T1 mapping成像的技术,则有望解决CT检测心肌弥漫性病变的问题。
本研究结果显示,在测量局灶性病灶大小方面,MRI和CT具有良好的相关性。但是CT测量的范围小于MRI测量的结果,这与心肌梗死再灌注的研究结论一致[11]。这是由于CT图像的组织分辨率和对比噪声比较低,而且不能有效抑制背景心肌的信号,而且这2种技术的成像原理完全不同。
本研究中,为了获取最好效果的CT和MRI的配准图像,CT图像采用舒张期数据,结合低剂量技术,前瞻性心电门控,从而将曝光剂量控制在非常低的水平(CT延迟强化扫描最低剂量为0.94 m Sv),并未给患者带来过多的射线负荷。
本研究的局限性,除了CT增强检查的射线损害和含碘对比剂对肾功能的影响以外,CT延迟强化成像的定量评估仍是本研究的难点。本研究中仅对局灶性心肌纤维化进行评估,由于CT图像对比噪声比较低,且缺乏定量软件,CT在显示弥漫性心肌纤维化方面仍处于劣势,因此未对弥漫的延迟强化病灶进行评估。此外,在测量对比噪声比时,本研究采用了纤维化心肌与同层面内的正常心肌进行比较,然而所谓“正常”心肌组织内仍然可能存在微观镜下的弥漫心肌纤维化,导致测量结果存在系统偏倚。但CT与MRI采用相同的方法进行比较时,可以最大程度地弱化这种偏倚。
心肌纤维化 篇2
（1.郑州大学第三附属医院妇产科，河南 郑州 450052；2.河南省食管癌开放实验室，河南 郑州 450052；
3.新乡医学院人体解剖学教研室，河南 新乡 453003）
摘 要：目的：通过电镜技术观察不同运动负荷下心肌胶原纤维的形态学变化特征。方法：将36只Wistar大鼠随机分成对照（C组）、一般运动负荷组（NS组）、超负荷（O组），每组各12只，分别给予一般负荷、中等负荷、超负荷的运动训练。8周后, 断头处死，取出心脏左心室前壁、左室乳头肌处两组组织块分别作透射和扫描电镜观察。结果：正常组胶原纤维的形态分为粗纤维、细纤维和微细纤维三种；心肌结构完整。一般运动负荷组，心肌束间或肌束内较粗胶原纤维大量增生；心肌细胞体积略显增大，体积增大。超负荷组，心肌细胞间胶原纤维大量增生，心肌束间或心肌束粗大胶原纤维过度增生。结论：运动超负荷可致胶原纤维增生，从而导致心肌扩张功能与收缩功能的降低。
关键词：运动负荷；胶原纤维；超微结构；心脏
中图分类号：G804.2文献标识码：A文章编号：1007-3612(2008)10-1365-04
Morphology Changes of Collagen Fibers in Rats Heart in Electronmicroscope under Different Exercise Loads
ZHAO Bing1,2, WANG Qing-zhi3, WEN Xiao-jun3, WANG Li-dong2, ZHANG Xi1
（1.Third Affiliated Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou 450052, Henan China; 2. Laboratory of esophageal cancer in
Henan Province, Zhengzhou 450052, Henan China; 3. Xinxiang Medical College, Xinxiang 453003, Henan China）
Abstract:Objective: To observe the changes of collagen fibers in rats' cardiac muscle (CM) in electron microscope under different exercise loads. Methods: Thirty-six rats are divided into control group (C group), normal swimming group (NS group) and overload group (O group) .Three groups are given normal, middle and overload swimming training respectively for 8 weeks. Then all rats are killed by decapitation, and taken out the antetheca and papillary muscle of left ventricle, and the changes of collagen fibers are observed through transmission and scanning electron microscope. Result: In control group, crude fibers, small fibers and microfilament of collagen fibers can be seen, and the cardiac muscle architectonic is integrated. In normal swimming group, the crude fibers much increase in muscle bundle blank and muscle bundle inner. And the bulk of cardiac muscle cell slightly increases, the number of mitochondrion increases. In overload group, the crude fibers remarkably increase in muscle bundle blank, and the cardiac muscle architectonic is destroyed. Conclusion: Overload training can lead to the crude fibers of cardiac muscle cell increasing, and it may be lead to broaden function and retracted function depressing.
Key words: exercise load; crude fiber; ultramicrostructure; heart
心肌是由心肌细胞和心肌间质（extracellular matrix, ECM）构成，心肌间质又以胶原纤维为主，构成心肌的框架结构，是维持心脏结构和功能不可缺少的重要组成部分。近年研究表明，心肌胶原纤维不仅对心肌细胞具有支持和连接作用，而且在协调心肌肌力的传递、营养物质的输送、信息的传递等方面都起着重要的作用[1]。通过电镜观察不同运动负荷下心肌胶原纤维的形态学变化特征及其对心功能的影响，为最终阐明运动与心脏的生理、病理变化机制提供理论依据，并为科学制定训练计划和有效预防心脏损提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 动物分组和训练 ┆雄性Wistar大鼠36只，体重180～220 g（新乡医学院实验动中心提供），随机分成3组，每组12只: 对照组，常规饲养，不加干预；一般运动负荷组，进行中等强度游泳训练，游泳池体积为200 cm×70 cm×80 cm，水深60 cm，水温34～36℃，每周训练6 d，1次/d。第一次下水10 min，此后逐日累加到第1周末时游泳时间达到60 min，第2周末时每天达到120 min。以后维持这一运动量直至第8周; 超负荷组，前2周的训练安排同一般运动负荷组，第3周给予高强度训练：开始时每天在大鼠尾部负体重1％的重量游120 min。以后逐渐增加负重，在周末时负重重量达到体重4%～5%。从第4周开始每天上、下午各训练一次，游泳时人为地用玻璃棒驱赶大鼠使其不停游动，发现有力竭表现时（在水下10 s不能浮上），捞上水面休息5 min后继续训练至满120 min，以后保持这一运动量直至第8 周[3～5]。
1.2 标本收集与切片制作 ┆各组大鼠训练满8周后断头处死,取出心脏左心室、左乳头肌处取两组组织块分别作透射和扫描电镜观察。透射电镜组织块大小均为1 mm×1 mm×1 mm，前者置入4％戊二醛固定液，4℃固定。然后组织块经1％锇酸后固定、脱水、包埋、超薄切片、染色后在日立H-7500透射电镜下观察组织亚微结构。扫描电镜的组织块大
小分别为2 mm×3 mm×5 mm, 呈成条状，4％戊二醛4℃固定, 经冲洗、脱水、干燥、喷金后在扫描电镜下观察、照相。
2 结 果
2.1 不同运动负荷组左心室与左乳头肌扫描电镜观察
2.1.1 正常组左心室与左乳头肌胶原网络的立体形态 在扫描电镜下,心肌胶原纤维比较丰富。胶原纤维呈粗纤维、细纤维和微细纤维三种。粗纤维数量较少，跨越若干个心肌细胞，环绕与心肌细胞群外，有纵、横两种走向，纵向纤维体平行，横向纤维与心肌细胞近乎垂直比心肌细胞大，似“腰带”状把心肌细胞捆扎成束。横向纤维再走行上可以发出分支或斜行。细纤维数量较多，从层面上看，位于粗纤维深层，连于粗纤维之间，交织成网。细纤维的编制形式复杂，规律性不明显。细纤维一般比较短，在几个心肌细胞表面，或跨越邻近的几个细胞（图1）。细纤维可以是粗纤维的分支，向深层像树根一样延伸为微细纤维。微细纤维紧贴心肌细胞表面，排列紧密而细腻，形似“毯膜”,包裹心肌细胞。正常情况下微细纤维形成心肌细胞完整的膜鞘。在相邻的心肌细胞边缘微细纤维存在局部交织粗、细、微细三种胶原纤维相互交织，形成层次分明、立体明显的胶原网络结构，均有一定张力。在心肌细胞表面贴附一些散在的大小不等纤维细胞，有些纤维细胞被悬吊在纤维网之间，形成了细胞外的一个三维空间结构（图2）。
图1 正常组左心室肌，图2 正常组左乳头肌，
扫描电镜，×1 200扫描电镜，×2 000
2.1.2 一般运动负荷组胶原纤维变化情况 一般运动负荷组时，心肌束间或肌束内较粗胶原纤维大量增生，呈“条索状”或“树枝状”样向下逐级延伸，呈波浪形弯曲或线形分布，并相互交织，网络着心肌束(图3)。在乳头肌上也可见到胶原束打成的结节，粗细不等的胶原纤维多呈“条索状”以垂直或斜交的方式借肌内膜心肌纤维连接。心肌细胞肥大且细胞间胶原纤维连接紧密（图4）。
图3 一般负荷组左心室肌，图4 一般运动负荷组左乳
扫描电镜，×2 000头肌，扫描电镜，×2 000
2.1.3 运动超负荷组胶原纤维变化情况 超负荷组，心肌细胞及细胞群间胶原纤维大量增生，胶原从粗到细分级明显，从一大束胶原形成的结节处向下均为细胶原，相互交织成网形成心肌细胞的“网格状”居室，包裹着心肌细胞（图5）；在心肌束间或心肌束过度增生的粗大胶原纤维成束成网呈波浪状、螺旋式或网格型相互编织分布，粗细明显分级分布，细纤维形成明显的网格,心肌束间隙较粗的胶原纤维向心肌层伸入；同时发现左乳头肌有肌纤维与胶原纤维断裂现象（图6、7）。
图5 超负荷组左心室肌，图6 超负荷组左心室肌，
扫描电镜，×2 000扫描电镜，×1 200
2.2 不同运动负荷组左心室与左乳头肌透射电镜观察
2.2.1 正常组心肌超微结构的变化 心肌结构清晰，肌丝排列整齐，Z线、M线、I带、A带清晰，肌膜完整；线粒体数量较多，呈带状排列，嵴排列整齐，规则，线粒体膜完整，核双层结构清晰，核仁明显，闰盘未见扩张(图8)。
图7 超负荷组左乳头肌，图8 正常组左心室肌
扫描电镜，×2 000透射电镜×2 000
2.2.2 一般运动负荷组心肌超微结构的变化 一般运动负荷组大鼠心肌组织结构肌丝排列整齐,数量增加,明暗带相间,结构清晰。心肌细胞体积略显增大，T管亦稍有扩张，同时和肌浆网分布于Z线，线粒体数量明显增多，体积增大，核膜双层结构清晰可见，核仁清楚，线粒体膜完整(图9、10)。
图9 左心室一般负荷组图10 左乳头肌一般负荷组
透射电镜×4 000透射电镜×6 000
图11 左心室超负荷组透射电镜×8 000
2.2.3 超负荷组肌超微结构的变化 超负荷组大鼠心肌组织结构完整度破坏，肌纤维粗细不均，Z线不规则增宽，肌丝排列紊乱，肌节阶段性变宽或变短，肌丝扭曲断裂明显，部分肌纤维阶段性变性，闰盘失去台阶状结构，闰盘出现明显扩张、甚至有的闰盘失去正形性状。肌纤维与线粒体的排列关系严重破坏，排列混乱；线粒体膜完整性破坏，嵴排列欠完整，发生不同程度的断裂，髓样变，结构模糊不清，甚至消失，基质电子密度降低，有的基质溶解呈空泡结构，核膜还基本完整，但可见周边有切迹或皱缩(图11)。
3 讨 论
3.1 扫描电镜下不同负荷组心肌胶原纤维变化特征 在以往的研究中大多是对心脏与心肌细胞、毛细血管等方面，特别是在运动对心肌超微结构的影响，蛋白质代谢调控在运动心肌适应机制以及心肌内分泌功能，蛋白合成激素受体功能和其他因子调节功能上进行了大量研究，为揭示运动心肌肥大变化机制提供了重要途径。但却忽视了对运动与ECM的探索，而实质上许多心脏病患者都与心肌胞外间质密切相关，ECM的形态结构与生化重塑都会以不同程度影响心脏的功能[6,7],心肌中胶原网络结构的生理意义及其在心脏疾病时的改变成为现代心脏病学研究领域中的一个新的热点。Weber等[8]首次提出了间质性心脏病的概念，从而对心脏病的研究开创了一个新的领域。ECM中的微妙结构较心脏本身更易在不同运动负荷中发生变化，甚至影响心脏的功能，进一步观察分析心肌间质胶原网络结构的分布方式对阐述运动心脏的功能变化具有重要现实意义。本文观察发现，心肌间质胶原网络结构在心肌、毛细血管及心内膜之间大量的胶原纤维基本上以下几种方式相联接，即“网格状”联接，横向纤维与心肌细胞近乎垂直比心肌细胞大，似“腰带”状把心肌细胞捆扎成束，广泛分布于心肌细胞群及肌内膜上，形成心肌细胞的居室，此结果证实了Weder等[9]的观点。“树枝样”联接，细纤维是粗纤维的分支，向深层像树根一样延伸为微细纤维, 以垂直或斜角方式存在于肌束膜、肌内膜上;直线型联接，所有的胶原纤维彼此连续成网，形似蜂窝，相邻的心肌细胞间为一层胶原纤维膜相隔。在若干个心肌细胞之间有较粗大的胶原纤维，这些粗纤维与其他胶原纤维连接成网，粗的胶原纤维位于若干个心肌细胞之间，把心肌细胞分割形成细胞群。陈小讯等认为心肌间质的胶原主要以粗、细两种纤维形式存在，粗纤维主要走行于心肌细胞间，组呈粗大的框架结构；细纤维则以粗纤维为支架编织成网，包裹于心肌细胞和毛细血管的表面，将心肌细胞固定于其间。心肌间质胶原网络的这种组合形式对稳定心壁的结构很有意义,在阻止心肌肌小节的过度伸张,防止心肌细胞在收缩时移位;细胶原纤维编织成的包裹在细胞和血管的鞘状结构可以使心肌收缩时,产生的力在细胞间迅速传导,保证各心肌细胞的功能协调一致。并认为胶原纤维与细胞表面的任何部位均可连接[10～13]。
本研究与以往研究在胶原纤维束的分类和排列上有所不同。实验观察到粗纤维多位于心肌细胞束间，纵、横两种走向，纵与心肌细胞平行，横与心肌细胞近乎垂直，这些粗纤维主要功能是约束细胞群，使其成为较大的收缩单位；细纤维一般行程短，相互交织成网，笼罩邻近的心肌细胞，这种排列对心肌细胞舒缩时力的传递、防止细胞滑脱和错位、维持心肌张力起重要的作用；微细纤维包裹心肌细胞，形成一层绝缘膜，可能有利心肌电位的传导[14],存在于心肌细胞间及细胞群间，在乳头肌切片上更为常见;总之心肌间质胶原网络是一个由心肌束、细胞群到细胞间、细胞内及心内膜和心肌毛细血管间的一个三维空间结构网络。田振军等[15,16]认为在细纤维之间存在许多纤维同交一点的聚集点，这些聚集点附于心肌细胞表面，细纤维由聚集点向四周辐射，是细纤维的附着点。本研究在不同组均发现有较大的胶原纤维束交一点相汇打结，像树根一样分级延伸为微细纤维，微细纤维附着在心肌细胞表面，排列紧密而细腻，形似“毯膜”,包裹心肌细胞，决定心肌硬度，粗细两种纤维均不与细胞接触,而纤维之间拥有较大的网眼,这一层纤维密度很大,把心肌细胞全部包裹,因此微细纤维是保持心肌细胞正常电位传导非常重要的绝缘体,如果此膜损坏或断裂,可能会影响心脏功能。本文观察结果表明，一般运动负荷条件下，心肌束间，心肌细胞间借肌束膜及肌内膜胶原纤维增生，以适应心肌细胞肥大收缩力增加从而保证心肌间力的传递;运动超负荷条件下，心肌束间，心肌细胞群及细胞间大量胶原纤维不成比例增生，可见胶原纤维粗大成束成网以波浪形或网格状广泛分布，在小动脉壁上及心内膜下胶原纤维过度增生，限制了心肌细胞的伸长与缩短，增加了心肌的僵硬度，使心肌细胞之间力的传递受阻，血管壁的弹性降低，心肌血氧供应功能遭到破坏。发现的乳头肌有肌纤维与胶原纤维断裂现象也许也是因为心脏长期强有力的收缩导致缺氧情况而引起的损伤。同时心内膜对缺血缺氧很敏感，运动超负荷导致心内膜胶原纤维层增厚，内皮细胞受到损伤，这可能是因心肌肥厚的原因导致。此结果与Weber等[9]报道的压力超负荷性心肌肥厚结果相类似。
3.2 透射电镜下不同负荷对心肌亚微结构的影响 心脏的机能状态是决定运动训练水平的重要因素之一，直接关系运动成绩的好坏，尤其对耐力运动员。本研究通过不同运动负荷观察了心肌的超微结构变化。心脏超微结构改变能较直观地反映心肌细胞及间质重塑。构成心脏的细胞中，心肌细胞仅为心脏细胞总数的1/3，而体积却占心脏结构的75%，所以心肌细胞重塑是心脏形态结构重塑的重要方面。心肌间质部分有成纤维细胞、胶原纤维、血管平滑肌细胞、巨噬细胞等。适宜负荷后运动心脏的超微结构特点:1) 心肌细胞体积增大，心肌纤维增粗。2) 线粒体均匀增大，线粒体变密，基质电子密度增强。3) 横小管扩张增大，闰盘连接不同程度改变。长期过度负荷可导致心肌肌丝紊乱，部分肌丝断裂，并出现心肌纤维化、结缔组织增生肌节异常、线粒体肿胀、峭断裂及钙超载、毛细血管密度下降等现象[5]。佟长青等[18]发现运动性心脏心肌超微结构亦有病理变化，主要是水盐代谢障碍，表现为肌浆网扩张，钙超载，而病理性心脏主要表现为蛋白质合成及能量代谢受损。目前研究较一致认为，过度负荷导致心肌损伤的机制是血液动力学及内分泌改变引起心肌缺血缺氧及代谢障碍，并形成恶性循环所致。本研究从微观上证实了运动心脏与功能相适应的结构改变。过度负荷组超微结构显示肌丝、闰盘、线粒体发生一系列病理性改变，可能是由于长期缺血缺氧，或缺氧累加使细胞发生不可逆的结构改变，如肌丝断裂、线粒体膜的融合、嵴结构模糊消失、空泡的出现。一般运动组心肌表现为与有氧代谢功能增强相适应的生理性肥大，线粒体随着细胞体积的增长而成比例的增长，和线粒体数量增加，肌节排列整齐而更适应心脏快速收缩的协调性。可见适宜的运动负荷提高心脏的机能，相反，长时间的超负荷训练对心脏造成损伤。
总之，实验证明运动超负荷可致心肌胶原纤维增生，
可能是导致心肌扩张功能与收缩功能降低的主要原因之一。而有关运动负荷与心肌间质胶原网络重塑的调控及分子生物学机制有待作进一步研究。
参考文献：
［1］ Weber KT, Brilla CG.Oathological hypertrophy and cardiac interstitium ［J］. Circulation, 1991, 83(6):1849-1865.
［2］ 朱全，浦钧宗，张敏. 游泳方法建立大鼠模拟过度训练模型［J］. 中国运动医学杂志1997, 8(4):137-140.
［3］ 叶剑飞.过度训练的病理生理及康复—I·大鼠过度训练模型的建立［J］. 中国运动医学杂志1992, 11(1):15-21.
［4］ 朱全，浦钧宗. 大鼠游泳训练在运动实验中的应用方法［J］. 中国运动医学杂志，1996，15(2):125-129.
［5］ 田振军, 熊正英, 郭进,等.大鼠游泳过度训练模型的建立及心室构型改建研究［J］.陕西师范大学学报，1996，24(3):104-109.
［6］ 邓昌明，黄晶，刘东，等.型心肌病心肌纤维化血清指标观察［J］.临床心血管病杂志, 2002,18(3):106-107.
［7］ 王长谦,黄定九,陈润芬,等.大鼠心肌胶原网络重构及血清评估指标［J］.中华内科杂志, 1998,37(7):451-454.
［8］ Weber KT, Cardiac interstitium in health and disease：the fibrilar collagen network［J］.K JACC,1989,13:1637-1652.
［9］ Weber KT，Clark WA，Janicki JS，et al. Physiologic Versus pathologic hypertrophy and the pressure-overloaded myocardlum［J］.J Cardiovasc Pharmacol，1987，10 (Suppl6):S37-50.
［10］ Robison TF, Cohen-Gould L, Factor S. Skel, et al. Framework of mammalian heart muscle. Arrangement of interand pericellular connective tissue structure［J］.Lab Tnvest, 1983,49(4):482-498.
［11］ Icardo JM, Colvee E, Collagenous.Skeleton of the human mitral papillary musule［J］. Anat REC,1998,252(4):509-518.
［12］ Weber KT, Sun Y, Suresh C, et al. Collagen Network of themyocardium: function, structural Remodeling and Regulatory Mechanisms［J］.J Mol Cell cardiol,1994,26(3):279-292.
［13］ Tanaka K, Mistushma A. Apreparation method for observing intracellular structures by scaning electron microscopy［J］.J Microse,1988,133:213-222.
［14］ 卢兴.心肌间质网络结构的生理和病理意义［J］.基础医学与临床,1992,12(6)：17-21.
［15］ 田振军.过度训练对心肌间质胶原、心肌舒缩性能和血管Ang II 变化的研究［J］.中国应用生理学杂志,1994,11(6):573-577.
［16］ 王长谦，谢秀兰，徐依敏, 等.压力负荷性心肌肥厚大鼠心肌胶原网络重构及其与心功能变化的关系［J］.心功能杂志，1998,10(4)：215.
［17］ 田振军.不同运动强度大鼠心肌间质胶原网络结构重塑的扫描电镜观察［J］.体育科学,1999,19(3):70-73.
心肌纤维化 篇3
1材料与方法
1.1 造模与分组
10～12周龄雄性Wistar大鼠, 体质量220～260g, 由河南省实验动物中心提供, 按Maisel等[3]提供方法制作AMI模型, 术后24h存活27只大鼠, 随即分成AMI对照组 (13只) 和阿托伐他汀干预组 (14只) 。阿托伐他汀干预组术后第2天起灌胃给药 (5mg·kg-1·d-1) 连续4周, 另设假手术组14只, 假手术组仅在左冠状动脉前降支穿线不结扎。假手术组和AMI对照组每天给予等量生理盐水灌胃。
1.2 左心室质量指数的测定
4周后处死动物。大鼠称质量后, 3%戊巴比妥30mg/kg腹腔麻醉, 迅速开胸, 取出心脏, 分别称取全心 (HW) 和左心室 (LVW含室间隔) 质量, 并计算左心室质量指数 (LVWI:LVW/体质量) 。取左心室非梗死区 (LVNIZ) 心肌, 保存于-80℃冰箱中, 用于做荧光定量PCR。
1.3 采用SYBR GreenⅠ荧光定量PCR检测LVNIZ心肌CT-1
mRNA相对表达量 取冻存心肌100mg剪碎, 用TRNzol试剂提取总RNA (具体步骤参见试剂说明书) 。取2μl总RNA用随机引物Oligo d (T) 18和M-MLV逆转录成15μl cDNA。使用ABI7000型PCR仪扩增目的基因和看家基因, 其产物进行梯度稀释 (10-1～10-9) , 用于标准曲线的制作。将各个梯度稀释的样品加用试剂SYBR Premix EX Taq, 在GeneAmp 5700 Sequence Detector上进行扩增, 选择线形关系最好的5～6个梯度与待测样品同时再次进行荧光定量扩增, 得到目的基因的Ct值代入目的基因标准曲线, 得到管家基因的Ct值代入管家基因标准曲线, 就可以换算出各自的起始模板量 (由仪器自动读出) , 然后用目的基因 (CT-1) 的定量结果除管家基因 (GAPDH) 的定量结果 (即RNA量校正) 就可得到不同样品之间的目的基因 (CT-1) 相对表达量。目的基因CT-1的反应参数为95℃ 10s, 60℃ 34s, 40cycles, 管家基因GAPDH的反应参数为95℃ 10s, 60℃ 34s, 35cycles。以上试剂及引物合成均由宝生物工程 (大连) 有限公司提供。引物序列结果见表1。
1.4 Ⅰ型胶原测定
免疫组化法测定Ⅰ型胶原。
1.5 统计学方法
采用SPSS 11.0软件包进行处理, 计量资料以
2结果
2.1 体质量、左心室质量及左心室质量指数的改变
4周后3组大鼠体质量差异均无统计学意义 (P>0.05) , AMI对照组和阿托伐他汀干预组心脏质量、左心室质量、左心室质量指数均明显高于假手术组, 而阿托伐他汀干预组显著低于AMI对照组, 差异有统计学意义 (P<0.05) 。见表2。
注:与假手术组比较, *P<0.05;与AMI对照组比较, #P<0.05
2.2 AMI后大鼠左室非梗死区CT-1/GAPDH比值的变化及Ⅰ型胶原的表达
4周后, AMI对照组和阿托伐他汀干预组CT-1相对表达量及Ⅰ型胶原的表达均明显高与假手术组, 而阿托伐他汀干预组均显暑低于AMI对照组, 差异均有统计学意义 (P<0.05) 。见表3。
注:与假手术组比较, *P<0.05;与AMI对照组比较, #P<0.05
2.3 AMI后大鼠左室非梗死区CT-1基因表达与Ⅰ型胶原的关系
Pearson直线相关分析表明, 阿托伐他汀干预组和AMI组CT-1基因的变化与左室非梗死区心肌Ⅰ型胶原呈正相关 (阿托伐他汀干预组:r=0.571, P<0.05;AMI组:r=0.872, P<0.05) 。
3讨论
心室重塑主要由心肌间质成纤维细胞异常增生、胶原合成增多及心肌细胞肥大所致。许多研究发现, 炎性细胞因子在引发心室重构中发挥了重要作用[4]。CT-1是IL-6超家族的新成员, 不但能促进心肌细胞肥大, 还能促进成纤维细胞生长及胶原合成[5]。而核因子-KB是调节炎性反应重要转录因子[6], CT-1等炎性细胞因子的基因转录都是通过上述信号转导途径调控。Tsuruda等[7]发现, 在心肌成纤维细胞上存在CT-1及其受体, 内源或外源性CT-1均能促进成纤维细胞合成DNA和胶原, 从而刺激成纤维细胞生长。阿托伐他汀作为第3代产品的他汀类药物, 除了能有效降低胆固醇以外, 还可以激活过氧化物酶活化受体[8], 降低核因子-KB等炎性反应重要转录因子的活性, 从而发挥抗炎作用。
荧光定量PCR具有检测范围宽 (1～108) , 敏感性高 (<5copies) , 精确度高 (CV<2%) , 无PCR后处理步骤, 避免了交叉感染, 产出率高, 可以进行多重检测的特点[9]。
本研究通过结扎冠状动脉前降支造成急性心梗模型后, 采用SYBR Green Ⅰ荧光定量PCR检测LVNIZ心肌细胞因子CT-1和GAPDH的起始模板量, 通过计算CT-1 mRNA/GAPDH mRNA相对表达量。结果发现与假手术组相比, AMI组炎性细胞因子CT-1 mRNA表达量增加, 经阿托伐他汀治疗后, 心肌炎性细胞因子CT-1 mRNA表达量与AMI对照组相比明显降低。因此, 阿托伐他汀能够在转录水平上抑制炎性细胞因子的表达, 发挥较好的抗炎作用。
本结果还显示:与假手术组相比, AMI组心脏质量、左心室质量、左心室质量指数、Ⅰ型胶原明显增高;与AMI对照组相比, 阿托伐他汀干预组上述指标明显降低 (P<0.05) 。而心脏质量、左心室质量、左心室质量指数、Ⅰ型胶原则反映了心肌细胞的增殖和纤维化。由此可见, 阿托伐他汀可能通过发挥抗炎作用来抑制心肌梗死后心肌纤维化。
摘要：目的观察阿托伐他汀对心肌梗死后大鼠心肌纤维化的影响。方法41只雄性Wistar大鼠随机分为假手术组 (14例) 和AMI组 (27例) , AMI组通过结扎左冠状动脉前降支 (LAD) 制作AMI模型。AMI组再随机分为AMI对照组 (13例) 和阿托伐他汀干预组 (14例) 。阿托伐他汀干预组每天给予阿托伐他汀灌胃 (5mg/kg) , 持续4周, 假手术组和AMI对照组每天给予等量生理盐水灌胃。利用RealTime PCR法扩增并以GAPDH作为内对照相定量检测心肌营养素-1 (CT-1) 在各组样品中的表达量差异, 采用免疫组织化学染色检测心肌Ⅰ型胶原产生。结果AMI组非梗死区炎性细胞因子CT-1mRNA表达、Ⅰ型胶原及左心室质量指数均高于假手术组, 阿托伐他汀干预组显著低于AMI对照组 (P<0.05) 。AMI对照组和阿托伐他汀干预组非梗死区心肌组织中CT-1mRNA与Ⅰ型胶原的变化呈正相关, 差异均有统计学意义 (P<0.05) 。结论阿托伐他汀可能通过抗炎作用来抑制心肌梗死后心肌纤维化。
关键词：阿托伐他汀,急性心肌梗死,细胞因子,心肌纤维化,大鼠
参考文献
[1]张晓捷, 孙宗全, 杜心灵.洛伐他汀预处理对大鼠急性心脏缺血再灌注中心肌细胞凋亡的影响[J].中华心血管外科杂志, 2005, 21 (5) :289-291.
[2]George J, Goldstein E, Abashidze S, et al.Circulating endothelial progen-itor cells in patients with unstable angina:association with systemic in-flammation[J].Eur Heart J, 2004, 25 (12) :1003-1008.
[3]Maisel A, Cesario D, Baird S, et al.Experimental autoimmune myocardi-tis produced by adoptive transfer of splenocytes after myocardial infarc-tion[J].Circ Res, 1998, 82 (4) :458-463.
[4]Nian M, Lee P, Khaper N, et al.Inflammatory cytokines and postmyocar-dial Infarction Remodeling[J].Circ Res, 2004, 94 (12) :1543-1553.
[5]Freed DH, Moon MC, Borowiec AM, et al.Cardiotrophin-1:expression in experimental myocardial infarction and potential role in post-MI wound healing[J].Mol Cell Biochem, 200 (1) 3, 254:247-256.
[6]Jankowska EA, von Haehling S, Czarny A, et al.Activation of the NF-KB system in peripheral blood leukocytes from patients with chronic heart failure[J].Eur J Heart Fail, 2005, 7 (6) :984-990.
[7]Tsuruda T, Jougasaki M, Boerrigter G, et a1.Cardiotrophin-1stimulation of cardiac fibroblast growth:roles for glycoprotein130/leukemia inhibito-ry factor receptor and the endothelin type A receptor[J].Circ Res, 2002, 90 (2) :128-134.
[8]Planavila A, Laguna JC, Vazquez-Carrera M.Atorvastatin improves per-oxisome proliferator-activated receptor signaling in cardiac hypertrophy by preventing nuclear factor-kappa B activation[J].Biochim Biophys Acta, 2005, 1687 (1-3) :76-83.
心肌纤维化的主要影响因素分析 篇4
1 肾素-血管紧张素-醛固酮系统 (RAAS)
RAAS由血管紧张素原、肾素、血管紧张素转换酶 (ACE) 、血管紧张素Ⅱ (AngⅡ) 、血管紧张素Ⅱ受体 (AT) 及醛固酮 (ALD) 等组成。RAAS在心肌纤维化发生过程中起着重要作用, RAAS激活会促进心肌间质胶原的生成。
AngⅡ和ALD是RAAS的两种效应分子, 二者对心肌纤维化作用机制不同, 对胶原代谢的影响亦存在差别。AngⅡ可刺激成纤维细胞 (F) 、肌成纤维细胞 (MF) 等分泌转化生长因子 (transforming growth factor beta 1, TGF-β1) , 引起胶原合成增多;AngⅡ尚可降低胶原酶活性, 而有利于胶原沉积。ALD也能刺激成纤维细胞合成胶原, 但对胶原酶无抑制作用。推测ALD诱导心肌纤维化的机制可能包括:引起心脏局部ALD产生, 增加心肌AT1密度, 增加局部血管紧张素转换酶 (ACE) 表达及增加内皮素 (ET) 受体表达等。
AngⅡ对心脏成纤维细胞合成和分泌胶原的作用是由AT1介导的, AngⅡ诱导激成纤维细胞合成是通过TGF-β1产生增加介导的。而AT2拮抗剂PD123177可阻断胶原酶活性的变化, 抑制胶原降解。
2 细胞因子及其通路传导因子
2.1 内皮素 (ET)
ET是一种作用很强的缩血管活性多肽, 由心肌细胞和成纤维细胞合成和分泌, 具有很强的促增殖作用。是ALD合成和释放的强效调节剂。
2.2 一氧化氮 (NO)
体内NO由L-精氨酸在一氧化氮合酶 (NOS) 的催化下生成, 是一种作用很强的内源性血管舒张剂, 主要由内皮细胞产生, NO能明显抑制SMC和激成纤维细胞的增生。体内NO生成不足所致的LV肥厚和心肌纤维化也涉及RAAS的激活。AngⅡ通过AT1激活PKC, 抑制IL-1β引起的i NOS表达, 抑制NO生成。
2.3 TGF-β1
TGF-β1参与体内形态发生、组织发育及修复等过程。心脏中的TGF-β1主要由心肌细胞和成纤维细胞产生, 对心肌细胞具有多种作用。体外实验证实:TGF-β1诱导胶原产生和分泌增加, 使大鼠心脏成纤维细胞Ⅰ型、Ⅲ型胶原m RNA水平提高。TGF-β1在体内也刺激ECM蛋白表达, 诱导心肌纤维化。
Smad是TGF-β超家族信号传导的下游因子, 介导TGF-β信号从胞质中传入细胞核, 特异性调节TGF-β靶基因的表达。研究发现, SMAD蛋白移入核内后可激活细胞核内的Ⅰ型前胶原基因5’端特异启动子来启动基因的表达, 使Ⅰ型胶原纤维合成增加并通过胶原酶选择性地破坏Ⅲ型胶原, 导致Ⅰ/Ⅲ型胶原比例上升[1]。
2.4 肝细胞生长因子 (HGF)
HGF对肝细胞和多种上皮细胞具有很强的促增生作用, 而对肝、肺损伤模型能防止和 (或) 逆转纤维化。AngⅡ能明显降低局部HGF产生, HGF明显增加MMP-1和尿激酶样纤溶酶原激活剂 (u PA) 产生, 而且明显减少AngⅡ诱导的MMP-1活性减退;HGF明显降低AngⅡ刺激TGF-β1 m RNA表达, 并减少TGF-β1蛋白的基础水平。
2.5 基质金属蛋白酶 (MMPs) 和金属蛋白酶组织抑制剂 (TIMPs)
正常情况下心肌间质胶原处于不断更新的过程中, 既有胶原的新生, 又有胶原的降解, 以保持ECM的稳定。在心肌中存在着能降解ECM的MMPs及其内源性生理抑制剂TIMPs, MMPs、TIMPs及其调节因子之间的相互作用决定了心肌纤维化的进程。MMPs不仅在基质成分的降解中起作用, 而且还调节胶原蛋白的合成, 升高MMPs的活性使纤维化增加。
2.6 血小板衍化生长因子 (PDGF)
PDGF是一种强效的丝裂原和趋化因子, 它在早期发育、组织修复和创伤愈合中起着重要作用。PDGF能够促进肌纤维样母细胞产生胶原, 尤其是Ⅰ型及Ⅲ型胶原。PDGF还可通过上调组织金属蛋白酶抑制剂 (TIMP-1) 抑制胶原酶的作用, 以减少细胞外基质的降解, 从而导致各器官的纤维化[2]。研究发现PDGF-BB参加了心肌纤维化的发病过程, 并且阻滞PDGF-BB的信号转导可以减轻肌纤维化[3]。
3 儿茶酚胺 (CA)
CA包括由交感-肾上腺系统分泌的肾上腺素和去甲肾上腺素, 具有增强心肌收缩力、收缩血管等作用。CA主要引起心肌细胞坏死和修复性纤维化;CA促进胶原形成作用可能与AngⅡ有关。
4 细胞内Ca2+与钙通道
细胞内钙信号系统对一系列生理活动起调控作用, 并与血管收缩和细胞增殖有密切关系, 许多与生长有关的因子都通过钙信号系统发挥作用。AngⅡ可增加细胞内钙库 (如肌浆网) 的Ca2+释放入胞液。而且AngⅡ还可刺激Ca2+通过细胞膜进入细胞内。AngⅡ和ALD对细胞内Ca2+有协同作用。细胞内游离Ca2+水平增加和F样细胞增殖有关。细胞内Ca2+可通过影响MF生长和胶原代谢而参与心肌纤维化的调节。
5 缓激肽 (BK)
BK是一种具有扩张血管、降低血压、改善心肌供血、保护心肌作用的血管活性肽。在培养的大鼠F中发现BK降低胶原合成, 增加胶原降解, 这些作用是由β2受体介导, 提示BK可能是一种纤维化形成的抑制剂[4]。
6 细胞凋亡
细胞凋亡现象存在于多种有心肌纤维化的心脏疾病。在病毒感染、高血压、心肌病以及超氧化物作用等情况下出现的心肌纤维化过程中, 细胞凋亡参与其中.有人认为多种病毒可以触发细胞凋亡从而加快了心肌纤维化进程。
7 哺乳类动物雷帕霉素靶蛋白 (m TOR)
m TOR促进心肌纤维化作用的机制主要为调控胶原蛋白的合成与稳定, 并与TGF-β和avβ3整合素信号通路相互作用, 影响细胞外基质的产生[5,6]。
关键词：心肌纤维化,病毒性心肌炎,影响因素
参考文献
[1]Miller EJ.The structure of f ibril-forming collagens[J].Ann N Y AcadSci, 1985, 460:1-13.
[2]王萍, 袁农.血小板衍生生长因子与肝纤维化的研究进展[J].西安医科大学学报, 2000, 21 (3) :293-295.
[3]Lotze U, Heinke S, Fritzenwanger M, et al.Carvedilol inhibits platelet-derived growth factor-induced signal transduction in human cardiac f ibroblasts[J].J Cardiovasc Pharmacol2002, 39 (4) :576-589.
[4]Zhou G, Tyagi SC, Weber KT.Bradykinin regulates collagen turnover in cardiac f ibroblasts[J].Clin Res, 1993, 41 (5) :630A-641A.
[5]Razeghi P, Sharma S, Ying J, et al.Atrophic remodeling of the heart in vivo simultaneously activates pathways of protein synthesis and degradation[J].Circulation, 2003, 108 (20) :2536-2541.
心肌纤维化 篇5
关键词：糖尿病,心肌疾病,染料木素,心肌纤维化,大鼠
染料木素( Genistein,Gen) ,是一种大豆异黄酮苷元,即5,7,4 - 三羟基异黄酮。大豆中天然存在的大豆异黄酮总共有12种,其中结合型的糖苷( Glycosides) 占总量的97% ~ 98% ,游离型的苷元( Aglycon) 仅占总量的2% ~ 3% ,包括染料木素( Genistein) 、大豆黄素( Daidzein) 和黄豆黄素( Glycitein)[1]。有文献报道认为豆豉发酵过程中基本不改变大豆异黄酮的总含量,但是糖苷型大豆异黄酮在 β - 葡萄糖苷酶的作用下大部分转化为游离苷元[3],Gen是大豆异黄酮的主要活性成分,具有多种生物学活性,如抗骨质疏松、雌激素作用、抗氧化,抗肿瘤等作用[2,3,4]。
2型糖尿病( T2DM) 是由多种病因引起以慢性高血糖为特征的代谢紊乱性疾病,极易引发心脑肾等并发症,对人类健康危害极大。而糖尿病心肌病变是糖尿病主要并发症之一,与糖尿病病人的高心力衰竭发生率和高死亡率密切相关[5]。郭瑞华[6]等研究发现豆豉中大豆异黄酮对2型糖尿病有明显降糖作用,通过对 α - 葡萄糖苷酶抑制实验提示抑制作用明显的是Gen,故本研究旨在进一步探讨染料木素对2型糖尿病心肌病的治疗作用及其作用机制,为开发研制降糖新药提供一定的借鉴与参考。
1材料
1. 1实验动物SD雄性大鼠45只,体重180 ~ 220 g,普通饲养环境,自然光照射,湿度适中,室温( 25 ± 2) ℃ ,由河北联合大学动物实验中心提供,合格证编号为0001173号。
1. 2药品和试剂染料木素、链脲佐菌素: 美国Sigma公司; 盐酸二甲双胍片: 江苏苏中药业集团股份有限公司产品。 TGF - β1多克隆抗体试剂盒和封闭用正常羊血清原液: 北京中杉金桥生物技术有限公司; 枸橼酸盐缓冲液( PBS) : 武汉博士德生物工程有限公司。
1. 3主要仪器OLYMPUS摄像显微镜: 日本; CMIAS - 真彩医学图像分析系统: 北京航空航天大学研制; KDC - 1042低速离心机: 科大创新股份有限公司中佳分公司; FT - 630G微机多探头放免仪: 北京核仪器厂; ZF - 1三用紫外分析仪和微量液体加样器: 上海康华生化仪器制造厂。
2实验方法
2. 1动物模型制备及分组[7 - 9]
SD大鼠45只,适应性喂养1周。随后随机取出8只作为正常对照组以基础饲料喂养,自由进食。其余37只大鼠进行糖尿病造模,以高脂饲料喂养,即在基础的饲料中添加10% 猪油、10% 蛋黄粉、1% 胆固醇饲养4周,自由饮水。以高脂饲料喂养SD大鼠,在禁食不禁水喂养12小时后,按35 mg / kg体重剂量腹腔注射链脲佐菌素注射液( 浓度为1% ) , 正常对照组按同等剂量注射柠檬酸盐缓冲液( p H = 4. 2 ~ 4. 5) ; 每间隔4天注射1次,连续注射3次,注射链脲佐菌素72小时后禁食12小时,大鼠尾端静脉取血用血糖仪测定血糖浓度。血糖≥16. 7 mmol/L者即作为糖尿病模型大鼠。 在第7周,经检测37只大鼠中35只造模成功。随机取出32只大鼠,分成4组,每组8只,即糖尿病心肌病对照组、二甲双胍对照组、染料木素低剂量干预组、染料木素高剂量干预组。
2. 2给药方法
实验期间每组大鼠均以普通块料喂养。同时低剂量治疗组每日按30 mg/kg体质量剂量灌胃给Gen溶液,高剂量组治疗组每日按60 mg/kg体质量剂量灌胃给Gen溶液; 二甲双胍组按4. 2 mg/kg体质量剂量每日灌胃给二甲双胍片蒸馏水溶液; 模型组和正常组每日灌服生理盐水,不做其余任何处理。均每天1次,连续给药4周。
2. 3观察指标的测定
2. 3. 1动物的生长状况每天观察动物饮水、饮食、尿量、 精神状况、活动和毛色; 并且每两周称重并记录1次体质量, 了解动物体质量变化情况。
2. 3. 2血糖水平测定每组大鼠在给药2周、4周后,执行禁食不禁水12小时,于大鼠尾端静脉采用无菌针头刺破采血,检测大鼠空腹血糖,并记录数值。
2. 3. 3心肌病理学观察在第11周测定血糖水平后将各组大鼠处死,迅速打开腹腔取出心脏,依次经梯度酒精脱水、 二甲苯透明,浸蜡,最后包埋制成蜡块。将制好的蜡块切成厚度为4 μm的石蜡切片,再行HE染色光镜观察。
2. 3. 4心肌转化生长因子( transforming factor beta 1,TGF - β1) 表达测定免疫组化测定。
心肌组织切片经二甲苯脱蜡后,将其置0. 3% H2O2甲醇30分钟以阻断内源性过氧化物酶活性。用枸橼酸缓冲液( 0. 01 mol /L,p H = 6. 0) 在92 ~ 98℃ 下微波修复10 ~ 15分钟,冷却至室温,加山羊血清封闭非特异性抗原,室温放置15分钟后倾去,减少背景的非特异性染色。直接滴加 Ⅰ 抗 ( 兔多克隆抗 体) ,4 ℃ 冰箱过夜。加 Ⅱ 抗山羊抗 兔: PV60001室温放置1小时。用DAB显色。苏木素复染后封片。
正常心肌组织为阳性对照,以PBS缓冲液代替一抗作为阴性对照,其余操作参照TGF - β1多克隆抗体试剂盒。
结果判定: 心肌组织病理切片经免疫组化染色后,TGF - β1以细胞膜和细胞质内出现棕黄色颗粒为阳性表达。每例大鼠选取两张切片,于光学显微镜下进行定性观察。连续选择10个高倍视野( × 200) 的阳性细胞数,取其平均值作为该样本的阳性细胞数。计算阳性率: 阳性率 = 阳性细胞数/ 心肌细胞总数 × 100% 。
使用高清晰度彩色医学图文分析系统( IPP5. 0) 对TGF - β1在心肌组织上的分布表达情况进行分析,取其平均值。
2. 4统计学分析
以Excel 2003数据库整理后,用SPSS13. 0统计软件包进行统计分析,实验中所得数据均以( ± s) 表示,多组间同一时间点比较采用方差分析,以P < 0. 05为统计学上有显著性差异。
3结果
3. 1 Gen对T2DM大鼠血糖的影响见表1。
3. 2 Gen对T2DM大鼠心肌病理变化的影响
正常组: 大鼠心肌细胞显示细胞核完整且呈椭圆形,线粒体在细胞核周围显示清楚,均匀排列、致密; 肌原纤维排列整齐,分布均匀、纤细。模型组大鼠心肌细胞肥大、凋亡,细胞内胶原数量明显增多,可见粗大胶原纤维相互连接成网状,排列紊乱; 心肌纤维化明显,染色质分散,分布于核膜下,线粒体肿胀,肌丝溶解。二甲双胍组和染料木素组心肌细胞存在不同程度的恢复,心肌细胞较模型组完整,线粒体显示排列较整齐,心肌纤维化不明显; 同时心肌纤维结构较模型组紧密,心肌纤维胶原沉积不明显。高剂量组心肌间质中胶原显著减少,与二甲双胍组比较心肌纤维化减少更加明显,由此可见Gen对心肌有一定的修复作用。
3. 3 Gen对T2DM大鼠心肌TGF - β1表达的影响见表1。
与正常组比较△P < 0. 05; 与模型组比较* P < 0. 05; 与二甲双胍组比较#P < 0. 05
4讨论
浅论基质金属蛋白酶与心肌纤维化 篇6
1 基质金属蛋白酶
基质金属蛋白酶 (MMP) 是一组锌离子依赖性内肽酶, 包括多个结构相似、能够消化基质和基膜的酶, 目前至少已确定了18种。根据结构域及酶与底物亲和力的不同分为胶原酶、明胶酶、间质溶解酶和膜型金属蛋白酶[2]。MMP表达下调和酶激活过度受抑, 可能参与了许多表现为ECM过多沉积的病理过程 (如动脉粥样硬化、多种结缔组织疾病和重要脏器纤维化形成过程等) [3]。此外, 细胞外基质金属蛋白酶诱导物 (EMM-PRIN) , 具有诱导MMP基因表达的作用[4,5,6,7]。MMP主要以酶原的形式分泌到细胞外, 需经过蛋白酶的水解才能活化, 已发现MMP有3种不同的激活方式, 第一种是细胞外由血清蛋白酶所介导, 即通过丝氨酸蛋白酶 (如血清酶、胰蛋白酶、尿激酶等) 分解酶原, 使金属蛋白酶中半胱氨酸序列的Zn-Cys断裂而具有部分活性, 再通过别的金属蛋白酶如MMP-3进一步分解, 形成具有完全活性的MMP;第二种是原生质膜上由膜型MMP所介导, 这一机制被认为在细胞转移、降解细胞周围基质过程中起着重要作用;第三种是细胞内激活。文献也证实MT-MMP也存在着细胞内激活, 但其机制有待进一步研究[8]。
2 基质金属蛋白酶与心肌纤维化
心肌纤维化是指在许多病理状态下 (如心肌梗死、高血压和扩张性心肌病等) 导致心肌间质成份-成纤维细胞增殖, 有研究表明, 肥大细胞的增多和减少参与心肌纤维化的进程[9]。以往对纤维化形成机制的研究多聚焦在对ECM合成的调节方面。近年来, 人们注意到ECM降解也与心肌纤维化形成关系密切, 其中基质金属蛋白酶 (MMP) 与基质金属蛋白酶组织抑制因子 (TIMP) 的调节起着重要的作用。
心肌纤维化 篇7
1 实验研究
1.1 单味活血化瘀中药的研究
心肌胶原主要包括Ⅰ、Ⅲ型胶原纤维，成年人心肌中Ⅰ型胶原占胶原总量80%～85%，其伸展和回弹性较小，而僵硬度较大，主要聚合成粗纤维，Ⅲ型胶原纤维约占11%，其伸展和回弹性较大，形成典型的细纤维。因此，少量的Ⅰ型胶原增加即可增加心肌的僵硬度，而Ⅲ型胶原增加则可提高心室的顺应性，胶原表型的改变对舒张功能的影响比胶原的总量更重要[2]。唐忠志[3]应用丹参治疗自发性高血压大鼠 (SHR) ，结果发现丹参能显著减少心肌间质和心肌血管周围的胶原总量和Ⅰ、Ⅲ型胶原的含量，且Ⅰ型胶原减少更明显，Ⅰ/Ⅲ型胶原比值降低，使心肌细胞间质和冠状动脉周围纤维化减轻。推测其作用机制可能与抑制心脏局部醛固酮作用有关。丹参酸乙可逆转大鼠心脏成纤维细胞的增殖和Ⅰ、Ⅲ型胶原m RNA的表达[4]。并且丹参不仅可以抑制心肌成纤维细胞的增殖和胶原的合成，拮抗AngⅡ的促心肌细胞肥大作用，还能拮抗心肌细胞的Ca2+内流，具有Ca2+拮抗剂的特点。张冬梅[5]研究发现，川芎嗪能在转录水平上阻断AngⅡ诱导的人α1 (I) 胶原基因启动子活性增加，阻滞和延缓心肌纤维化的进展。川芎嗪抑制心肌细胞总蛋白含量及直径增加及成纤维细胞增加的效果与AngⅡ受体拮抗剂氯沙坦相似[6]。
1.2 活血化瘀复方药物研究
沈雁[7]研究提示，温阳活血化痰法可能通过抑制RAAS的异常激活，降低活化后大量释放血浆AngⅡ、ALD水平，有效减少了Ⅰ型胶原蛋白大量蓄积，阻止心肌间质重构，进一步改善心肌舒缩功能。黄飞翔[8]研究发现，具有益气活血化瘀作用的健心颗粒可以降低SHR大鼠MF、血浆中AngⅡ及心钠素 (ANP) 、脑钠素 (BNP) 水平，从而减轻MF，改善心功能。吴天敏[9]研究发现，复方丹参滴丸与福辛普利联用时可降低血浆AngⅡ、ALD及局部心肌AngⅡ浓度 (P<0.01或P<0.05) ，提示复方丹参滴丸与福辛普利联用可改善心肌纤维化。王华军[10]研究提示，通心络可以改善SHR心肌纤维化，大、小剂量组通心络治疗均能在一定程度上改善SHR左心室肥厚 (P<0.05) ，并使心室内、外膜及心肌小动脉周围的胶原减少，同时血浆AngⅡ浓度较SHR组下降，其中大剂量组各指标均较SHR有统计学意义 (P<0.05) ，表明通心络对SHR的心肌纤维化有显著的抑制作用。
2 临床研究
几乎所有类型的心血管疾病，在发生发展的过程中，均伴随着心肌、血管的纤维化病变，最终导致心脏的舒缩功能障碍，引起心力衰竭。刘泽银等[11]选择原发性高血压患者作为研究对象，治疗组在西药对照组的基础上给予灯盏细辛注射液治疗，结果表明治疗组在症状疗效、舒张早期与舒张晚期峰值流速的比值 (E/A) 、舒张早期流速的减速时间 (DT) 、等容舒张期 (IRT) 等指标改善上均优于单纯西药对照组。提示西药加用灯盏细辛注射液对高血压早期左室舒张功能不全具有保护作用。推测与灯盏细辛注射液能够减轻高血压患者心肌细胞肥大变性，减少心肌胶原面积、含量和胶原容积积分有关。王健[12]以益气活血合剂治疗冠心病患者，治疗后血清Ⅲ型前胶原、层粘连蛋白含量较治疗前明显降低，与治疗前比较差异有统计学意义 (P<0.05, P<0.01) ，说明冠心病心肌纤维化程度减低，提示益气活血方在改善冠心病患者心肌纤维化方面起一定的作用。
心肌纤维化 篇8
研究证实, 在影响心肌纤维化 (MF) 的诸多因素中, 肾素—血管紧张素—醛固酮系统 (RAAS) 激活、血管紧张素II水平增高是导致MF的主要原因。高血压患者由于交感神经兴奋, 肾脏和血流动力学改变等导致RAS系统的激活, 引起血管收缩, 水钠潴留等从而成为高血压的起始机制之一。循环肾素—血管紧张素醛固酮系统 (RASS) 激活会促进心肌间质胶原的生成。血管紧张素II能够以内分泌、自分泌、旁分泌等方式作用于心肌, 通过与其受体的结合, 改变心肌细胞和基质的属性。在HHD中, AngII通过结合 AngIII型 (ATI) 受体, 以酪氨酸激酶途径激活细胞外信号调节激酶 (ERK) 使成纤维细胞增殖, 激活胶原蛋白基因、纤维蛋白基因和整合素基因的表达, 从而引起心肌纤维化;激活Ca2+通道, 增加细胞内Ca2+, 使心脏成纤维细胞I型和III型胶原蛋白基因表达增强。AngII可抑制胶原降解的关键酶——基质金属蛋白酶 (MMPs) , 减少胶原的降解;它还促使心肌纤维细胞分泌HA增多, 形成心肌间质纤维化。血管紧张素II的增高还可引起多种高血压性病理改变, 使内皮素分泌增加、缓激肽失活和减少前列腺素分泌, 降解NO和/或减少NO释放等。使心脏成纤维细胞增生, 不同程度地促进胶原合成, 抑制胶原酶活性使胶原沉积的净效应增加等, 参与高血压心肌纤维化的过程。
2 转化生长因子-β1
不管其病因如何, TGF-β1常是导致纤维化的最后的、共同的中介物之一。在MF过程中起着重要的促进作用, 成为人们关注的重点之一, 主要生物作用有:①调节胶原生长合成。心肌成纤维细胞 (CFB) 是心肌TG-β1的细胞起源, TGF-β1对体外培养CFB有强有力的影响, 增加I、II型胶原mRNA, 并增加I型胶原在这些细胞中的合成;②调节组织修复。在许多组织中TGF-β1的产物构成纤维化的基础, 并改变至少6个心肌基因 (a-MHC、ANF、β-MHC、骨骼肌a-肌纤蛋白、平滑肌a-肌纤蛋白和肌质网ATP酶) 的表达;③调节细胞外基质 (ECM) 蛋白, 增加纤连蛋白、胶原和蛋白聚糖, 并通过降低蛋白酶合成和增加蛋白酶抑制物水平而阻滞基质降解;④在心脏肥大过程中的过度表达先于纤连蛋白, 引起I、Ⅲ型胶原增加。在心肌细胞和CFB中TGF-β1也能自动被诱导, 并通过降低胶原酶表达而降低ECM蛋白的降解。
3 内皮素
内皮素是最强的缩血管物质, 主要由血管内皮细胞合成, 可促进培养的心肌成纤维细胞合成I、Ⅲ型胶原。其机制可能是:①ET-1通过ETA受体降低胶原酶活性;②ET-1具有很强的致有丝分裂的能力, 通过成纤维细胞上ETA, ETB受体介导促进胶原合成和刺激成纤维细胞增生;③ET-1与炎症关系密切, 而炎症是纤维化的基础;④ET-l可通过激活MAPK (mitogen-activated protein kinase丝裂原激活的蛋白激酶) 转录因子, 引起基因表达水平的改变, 这是其刺激细胞增生和炎症的根本原因。
4 白细胞介素-1
IL-1分为IL-1α和IL-1β两种亚型, 在组织急性损伤中起重要作用。IL-1能诱导其它炎症细胞因子 (如IL-6、趋化因子、粘附分子、急性期蛋白和组织蛋白酶) 等的合成, 对嗜中性粒细胞、巨噬细胞具有趋化和促进释放炎症介质的作用。同时直接刺激成纤维细胞增殖和产生细胞外基质成分。上述作用导致心肌组织的纤维化。
5 醛固酮
醛固酮致纤维化作用是近年来研究的热点, 其对心脏还有许多其它的不良作用。心肌细胞和血管内皮细胞都有合成醛固酮的能力, 特别是在病理状态下, 醛固酮合成明显增多, 从而诱导心肌纤维化。醛固酮可降低成纤维细胞的一氧化氮合酶 (NOS) 活性, 减弱iNOSmRNA表达和减少NO生成, 此为醛固酮致心肌纤维化的作用机制之一。
6 内皮衍生因子
血管内皮细胞具有重要的内分泌及旁分泌的功能。它们所分泌的活性物质, 尤其是互相拮抗的几个系统, 如AngII-BK系统、ET-NO系统及血小板衍生生长因子 (PDGF) 、血栓素 A2 (TXA2) -前列腺素 (PG) 系统对高血压心肌纤维化的发生与转归起关键性作用:NO以浓度依赖方式抑制胶原蛋白的合成。NO合成或分泌不足可促进诱发心肌纤维化。BK是一种降解酶, 它增加溶胶原活性, 可成为纤维组织形成的抑制剂。前列环素 (PGI2) 能够以浓度依赖方式减少体外培养的心脏成纤维细胞合成胶原, 还能显著增加基质金属蛋白酶-1 (MMP-1) 活性。而后者是胶原降解过程中的一个关键酶, 负责降解I型胶原和III型胶原。这些活性物质的代谢和生物学功能的发挥均与RAS有关。这些系统互相影响形成复杂的调节网络。在机体内部病理状态下失去平衡从而介导心肌纤维化。
摘要：心肌纤维化原因复杂, 目前研究所涉及的相关性因素很多。针对近年来的文献报道, 分析促进心肌纤维化的因素, 旨在为高血压心肌纤维化的研究提供指导和借鉴。
关键词：高血压,心肌纤维化,因素
参考文献
[1]DIETJ, LOPEZ R, GONZBLEZ A, et al.Clinieal aspects of hy-pertensive myocardial fibrosis[J].Curr Opin Cardiol, 2007, 16 (6) :328-335.
[2]LOPE Z B, GONZLEZ A, QUEREJETA K, et工al.The use of collagen-derived serumpeptides for the clinical assessment of hy-pertensive heart disease[J].J Hypertens, 2005, 23 (11) :1445-1451.
[3]WEBER KT, PIKER R.JALIF JE.Patterns of myocardial fi-brosis[J].Mol Cell Cardiol, 2007, 21:121-131.
