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夹竹桃麻素对糖尿病兔心房重构的影响

2021-02-05 244 上传者：管理员

摘要：目的：探讨还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶抑制剂夹竹桃麻素对糖尿病兔心房重构的影响。方法：选择健康成年雄性日本长耳白兔30只,随机选取10只作为对照组,另20只建立1型糖尿病兔模型,随机分为糖尿病组和夹竹桃麻素组,每组10只。检测各组超声心动图、血流动力学、心房电生理及病理指标,心房结构和电重构改变及心房颤动(房颤)诱发率情况。结果：与糖尿病组比较,夹竹桃麻素组左心房内径、室间隔厚度明显降低,差异有统计学意义(P<0.05)。糖尿病组300、250和200ms基础起搏周长时心房有效不应期离散度明显高于对照组(P<0.01);夹竹桃麻素组上述指标明显低于糖尿病组,差异有统计学意义(P<0.05,P<0.01)。糖尿病组房颤总诱发率明显高于对照组和夹竹桃麻素组(4.7%vs1.0%,P<0.01;4.7%vs1.3%,P<0.05)。Masson染色显示,糖尿病组左心房胶原容积分数明显高于对照组和夹竹桃麻素组[(6.92±1.40)%vs(2.46±0.39)%、(2.75±1.01)%,P<0.01]。结论：夹竹桃麻素可改善糖尿病兔心房结构重构和电重构,降低房颤诱发率。

关键词：
夹竹桃属
心房颤动
氧化性应激
糖尿病
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心房颤动(房颤)是临床上常见的持续性心律失常,可以显著增加患者脑卒中、心力衰竭与死亡风险[1]。糖尿病是临床常见的慢性疾病,糖尿病患者中房颤发病率和患病率都明显增加,是房颤的独立危险因素之一。糖尿病代谢综合征状态下会增加机体氧化应激、炎症和纤维化等,从而导致心房结构重构及电重构,增加房颤发病率[2,3]。夹竹桃麻素是还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶抑制剂。既往细胞及动物研究表明,非吞噬细胞氧化酶(NOX)参与氧化应激、炎症和纤维化等过程[4,5]。糖尿病状态下,心脏NOX活性或某些亚基表达增加[4,6]。目前有关夹竹桃麻素对糖尿病兔心房重构及房颤发生影响的研究较少,本研究探讨了夹竹桃麻素对1型糖尿病兔心房重构的影响。

1、材料与方法

1.1实验分组和模型建立

选择2.0～2.5kg的健康成年雄性日本长耳白兔40只,随机选取10只作为对照组,另外30只采用5%四氧嘧啶溶液(造模浓度为110mg/kg)于兔耳缘静脉注射诱导建立1型糖尿病兔模型。建模后第2和7日晨测空腹血糖,2次空腹血糖≥11mmol/L或单次空腹血糖≥14mmol/L则认为模型建立成功。共20只兔造模成功,造模成功率66.7%。20只兔随机分为糖尿病组和夹竹桃麻素组,每组10只。夹竹桃麻素组每日给予夹竹桃麻素15mg/kg随食喂养,连续给药8周。所有动物同一实验环境下饲养8周,观察记录所有实验动物体质量、空腹血糖及血清胰岛素变化。

1.2超声心动图和血流动力学检查

成功建模后8周,3组各随机选取5只动物行心脏超声检查,3%戊巴比妥钠以30mg/kg沿兔耳缘静脉注射麻醉,取左侧卧位,留取5个标准心动周期检测左心房内径(LAD)、左心室后壁厚度(LVPWT)、室间隔厚度(IVST)及左心室舒张早期二尖瓣血流最大速度(E)/舒张早期二尖瓣环峰值速度(e′),取3次测量平均值。进一步计算LVEF和E/e′比值。血流动力学检测于隔日进行,麻醉动物后,先记录体表心电图,包括心率、P波时限、PR间期和QTc间期等。后逐层分离兔右侧颈总动脉,插管记录主动脉收缩压和舒张压,计算平均动脉压及脉压。然后继续将导管送至左心室测定左心室舒张末期压(LVEDP)。血流动力学测定结束后,留取心房肌组织用于病理形态学检查。

1.3Langendorff体外灌流心脏电生理检查

每组选取另5只白兔按前所述方法麻醉后开胸,取体外心脏在4℃冰水混合台式液中洗净残血后,迅速行主动脉插管,连接至Langendorff灌流系统,灌流液压力保持在95～100cmH2O(1cmH2O=0.098kPa),灌流量50～60ml/min,温度(37±0.1)℃,pH7.35±0.05,并用95%O2和5%CO2混合气体向灌流液中充气。在心外膜放置4对自制螺旋电极,分别固定在高位左心房、低位左心房、高位右心房、右心室,调整电极方向及位置,确保每根电极间互不接触。待心脏跳动稳定后,记录心率,窦性心动周长(SCL),起搏阈值测定后,记录300、250、200ms起搏周长时的房间传导时间(IACT)。接着测定房室传导文氏点,房室传导文氏周长(AVWCL)即能够引起文氏传导的最长心房连续起搏周长。应用心脏程序期前刺激法(S1S2刺激),分别在300、250、200ms基础起搏周长时,测定心房各部位有效不应期(AERP),心房有效不应期离散度(AERPD)是心房不同部位最大AERP与最小AERP的差值。

测定AERP完毕后,在高位左心房、低位左心房、高位右心房上进行房颤诱发率测定,先进行S1S2刺激,S1S2偶联间期为心房相应部位同一起搏周长的AERP加5ms,再进行Burst刺激(起搏周长为50ms)诱发房颤,均刺激5次,每次刺激持续1s,间隔20s。每只心脏进行60次刺激,包括45次S1S2刺激及15次Burst刺激,每组共300次刺激。记录每组房颤发生次数。房颤定义为在Burst或S1S2刺激后心房出现快速而不规则激动,同时心室率不规则并持续>1s。总诱发房颤次数与刺激总次数比值定义为房颤总诱发率。

1.4组织病理形态学检查

采用4%多聚甲醛固定心房组织2周后,进行苏木精-伊红染色及Masson染色。常规组织脱水,石蜡包埋,切片(5μm)。苏木精-伊红染色观察各组左心房心肌细胞形态,Masson染色观察肌间纤维化程度。随机选取每组不同染色切片来源5个区域,10×40倍视野显微镜下观察,并用Image-ProPlus6.0软件(NIH图像,美国)分析左心房间质胶原容积分数。

1.5统计学方法

采用SPSS25.0统计软件,计量资料以x¯±s表示,采用单因素方差分析和LSD检验,方差不齐时用非参数秩和检验,计数资料以百分率表示,采用χ2检验或Fisher确切概率法,P<0.05为差异有统计学意义。

2、结果

2.13组基线及心脏超声参数比较

3组体质量、E/e′和LVEF比较,差异无统计学意义(P>0.05)。3组空腹血糖、胰岛素、LAD、IVST和LVPWT比较,有统计学差异(P<0.05,P<0.01)。与对照组比较,糖尿病组空腹血糖、LAD、IVST和LVPWT明显升高,胰岛素水平明显降低,差异有统计学意义(P<0.05,P<0.01);夹竹桃麻素组空腹血糖水平明显升高,胰岛素水平明显降低(P<0.05)。与糖尿病组比较,夹竹桃麻素组LAD及IVST明显降低,差异有统计学意义(P<0.05,表1)。

表13组基线及心脏超声参数比较

2.23组体表心电图及血流动力学参数比较

3组体表心电图P波时限、PR间期、QRS时限和QTc间期比较,差异无统计学意义(P>0.05);3组心率比较,差异有统计学意义(P<0.05);糖尿病组及夹竹桃麻素组心率较对照组明显降低,差异有统计学意义(P<0.05,表2)。3组收缩压、舒张压、平均动脉压、脉压以及LVEDP比较,差异无统计学意义(P>0.05,表3)。

表23组体表心电图参数比较

表33组血流动力学参数比较

2.33组心脏电生理参数及房颤诱发率比较

3组心率、SCL以及AVWCL比较,差异无统计学意义(P>0.05);3组300、250和200ms基础起搏周长时AERPD和IACT比较,差异有统计学意义(P<0.05,P<0.01)。与对照组比较,糖尿病组300、250和200ms基础起搏周长时AERPD和IACT明显延长,而夹竹桃麻素组200ms基础起搏周长时AERPD和250ms基础起搏周长时IACT明显延长,差异有统计学意义(P<0.05,P<0.01)。夹竹桃麻素组300、250和200ms基础起搏周长时AERPD明显低于糖尿病组(P<0.05,P<0.01,表4,图1)。3组房颤总诱发率比较,差异有统计学意义(P=0.004);糖尿病组房颤总诱发率明显高于对照组和夹竹桃麻素组(4.7%vs1.00%,P<0.01;4.7%vs1.3%,P<0.05)。

表43组心脏电生理参数比较

图1房颤诱发(1225ms)

2.43组左心房组织形态学比较

苏木精-伊红染色显示,糖尿病组心肌细胞较对照组形态不规则、排列相对紊乱,夹竹桃麻素组心肌细胞形态较糖尿病组有改善(图2～4)。Masson染色显示,糖尿病组左心房胶原容积分数明显高于对照组和夹竹桃麻素组[(6.92±1.40)%vs(2.46±0.39)%、(2.75±1.01)%,P<0.01,图5～7]。

图2对照组图3糖尿病组图4夹竹桃麻素组图2～43组左心房心肌细胞形态苏木精-伊红染色×400

图5对照组图6糖尿病组图7夹竹桃麻素组图5～73组左心房肌间纤维化程度Masson染色×400

3、讨论

房颤和糖尿病都是临床上常见的慢性疾病,两者之间关系密切[2,7]。我们前期研究发现,糖尿病兔房颤诱发率增加[8]。糖尿病发生房颤的机制包括结构重构、电重构、自主神经重构、氧化应激、炎症以及胰岛素抵抗等[1,9]。NOX是体内活性氧的重要来源之一[10]。NOX亚型共有7种,分别是NOX1、NOX2、NOX3、NOX4、NOX5、Duox1和Duox2,其中NOX2和NOX4型是心脏活性氧最主要的来源[11,12]。NOX2的激活需要p47phox,p67phox,p40phox和Rac1/2,而NOX4的激活需要p22phox和TKS5等[13]。少量活性氧是机体正常生理活动所不可缺少的。既往研究表明,糖尿病状态时,心脏NOX活性和(或)某些亚基表达增加,使活性氧产生过多和(或)伴随抗氧化酶活性下降,而清除活性氧能力减弱时,体内氧化还原平衡被打破,导致机体受到氧化应激损伤和促炎性反应增加[4]。同时,NOX参与的氧化还原反应信号通路在转化生长因子β调节的纤维化过程中也发挥重要作用[14]。氧化应激、炎症、纤维化等是糖尿病患者促心律失常心房重构的关键介质[15,16]。因此NOX的激活可通过上述多方面影响,在糖尿病心房重构中发挥重要作用,并进一步介导房颤发生。而使用夹竹桃麻素抑制心脏NOX活性能否改善糖尿病状态下心房重构及降低房颤发生率值得探讨。

夹竹桃麻素是一种天然存在的甲氧基取代的儿茶酚,最早从夹竹桃科植物罗布麻中提取,是非特异性NOX抑制剂[17]。夹竹桃麻素的活性依赖于其氧化生成的对称二聚体,其激活需要髓过氧化物酶和过氧化氢催化[18]。有活性的二聚体夹竹桃麻素可以进一步氧化巯基,从而阻止p47phox和p67phox与细胞膜上的亚基进一步结合,降低NOX活性。部分研究表明,夹竹桃麻素还能降低p47phox、p67phox和gp91phox亚基表达,实现对活性氧形成的上游控制[19,20]。

本研究发现,与对照组比较,糖尿病组LAD、肌间纤维化明显增多,不同基础起搏周长IACT和AERPD明显增加,出现心房结构重构及电重构,导致房颤诱发率增加。糖尿病状态下NOX的激活,引起活性氧产生增加所介导的心房重构为房颤的发生和维持提供了基质。而夹竹桃麻素组LAD、肌间纤维化及不同基础起搏周长时AERPD明显低于糖尿病组,改善了心房重构,降低房颤诱发率,夹竹桃麻素未能明显改善IACT,其有益作用可能与上述机制有关。

综上所述,糖尿病兔发生心房结构重构及电重构,同时房颤诱发率增加。应用NOX抑制剂夹竹桃麻素后心房重构改善,房颤诱发率降低。临床上治疗房颤的方法有药物治疗和手术治疗,常用药物包括胺碘酮、索他洛尔等,但这类药物也有一些局限性,如长期应用易引起肺纤维化或QT间期延长等副作用[21,22,23,24]。夹竹桃麻素可能是未来临床上治疗房颤的新型潜在药物,本研究为房颤的临床治疗提供了新的思路。但还需进一步研究来观察其具体机制及可能的不良反应。

周玲玲,刘洋,王兆佳,谢冰歆,李广平,许纲,刘彤.夹竹桃麻素对糖尿病兔心房重构的影响[J].中华老年心脑血管病杂志,2021,23(02):187-191.