大鼠压力超负荷早期心肌收缩功能和环核苷酸的动态反应*

http://www.100md.com 《中国病理生理杂志》 1999年第4期

     作者：冯兵 陈意生 何作云 周小波 黄敏

    单位：第三军医大学基础部病理学教研室(重庆 400037)

    关键词：压力；心肌收缩；核苷酸类；环；卡托普利

    中国病理生理杂志990403 摘 要 目的：探讨大鼠压力超负荷后心肌力学及环核苷酸的变化规律。方法：颈总动脉插管法动态测定腹主动脉部分缩窄大鼠心肌力学及环核苷酸含量(放免法)的变化。结果：伴随动脉血压的升高，手术组大鼠心肌收缩功能于术后4 h暂时性增强(与对照组比较，P<0.01)，之后逐渐降低，术后第5 d降至最低，其后逐渐恢复正常。心肌cAMP含量于术后30 min显著升高(P<0.05)，第5 d时达最高(P<0.01)，之后逐渐下降，第30 d时恢复正常，而cGMP变化正相反。小剂量巯甲丙脯酸可减轻手术大鼠早期及此后的心肌收缩功能受抑，但对环核苷酸含量无显著影响。结论：大鼠压力超负荷早期心肌收缩功能受抑，心肌cAMP浓度呈急性代偿性升高后逐渐恢复正常，而cGMP变化相反。

    Dynamic response of cardiac systolic function and cyclic nucleotide of myocardium in rats after pressure overload

    FENG Bing, CHEN Yi-Sheng, HE Zhou-Yun, ZHOU Xiao-Bo, HUANG Ming

    Department of Pathology, Third Military Medical University, Chongqing (400037)

    Abstract AIM：To investigate the alterations of cardiac mechanics and cyclic nucleotide in rats after pressure overload. METHODS: The cardiac mechanics was measured with carotid artery canal connected with pressure transducer and the concentrations of cyclic nucleotide were detected by radioimmunassay in rats after acute pressure overload caused by abdominal aorta constriction.RESULTS: Following the rise of arterial pressure, the±dp/dt-max are elevated temporarily at 4 h in rats after operation (P<0.05)，and later it falls to the lowest level at 5 th day after operation, then it rises to normal. The cAMP concentration of myocardium is elevated 30 minutes later after operation it rises significantly and becomes the highest at 5 th day, and later falls to normal at 30 th day, but cGMP concentration changes inversely with cAMP. Low dose of captopril can prevent the fall of ±dp/dt-max, but has no effect on the concentration of cyclic nucleotide of myocardium.CONCLUSION: Cardiac systolic function is shortly inhibited after acute pressure overload, cAMP concentration was elevated and cGMP fell acutely to compensate for the inhibited cardiac pump function.

    MeSH Pressure; Myocardial contraction; Nucleotides, cyclic; Captopril

    业已阐明压力超负荷是致心肌肥大的主要原因之一，但心肌细胞感受压力信号并将其转化为细胞内生化信号的机制至今仍不清^[1～3]。采用压力超负荷动物模型及体外牵张培养心肌细胞模拟在体压力超负荷模型共同研究，其结果更具有实际意义。为此，我们用大鼠腹主动脉部分缩窄高血压模型观察了急性压力超负荷后大鼠心肌收缩功能多环核苷酸含量的动态变化，以探讨心肌感受力学信号后的急性适应机制。

    材料与方法

    一、压力超负荷大鼠模型的复制：

    采用Wistar大鼠80只，雄性，6周龄，平均体重(150±20)g。实验分3组，即(1)假手术对照组(sham operation control group, SOCG);(2)手术组(operation group, OG);(3)巯甲丙脯酸+手术组(captopril+operation group, COG，巯甲丙脯酸30 mg^.kg^-1.d^-1,术前一天开始喂饲)。每组又分8个时点亚组(即10 min、30 min、60 min、4 h、1 d、5 d、10 d、30 d)，其中SOCG和COG两组各时点均用3只大鼠，OG组各时点均用4只大鼠。参照Anversa等的方法部分结扎腹主动脉，形成大鼠腹主动脉缩窄性高血压。

    二、大鼠血液动力学、心肌力学的测定：

    采用颈总动脉插管法测定大鼠动脉收缩压(systolic arterial pressure,SAP)、动脉舒张压(diastolic arterial pressure,DAP)、心率、左室最大收缩压(left ventricularsystolic pressure,LVSP)、左室最大收缩舒张速率(±dp/dt-max)及左室舒张末压(left ventricular end-diastolic pressure,LVEDP)，最后处死大鼠，测定体重及左心室重量，计算出左心室重量指数(left ventricular mass index, LVMI, mg/100 g wet wt)。

    三、心肌组织cAMP、cGMP含量的测定：

    采用放射免疫法测定，所有操作均按药盒说明进行，单位均为pmol/g wet wt。

    四、统计分析：

    所有数据以±s表示，采用对应时点组间t检验进行均数差异显著性测试。

    结果

    一、压力超负荷大鼠血液动力的动态变化：

    实验发现，OG及COG大鼠SAP、DAP及平均动脉压(MAP)在术后4 h均显著高于SOCG(19.6±1.3、19.3±2.2 vs 15.7±1.6；17.7±1.5、16.3±1.7vs 13.5±3.7；19.0±3.3、18.0±1.9vs 14.7±3.7(kPa)，P<0.05)，之后，持续升高，并维持在高水平(26.7±3.0、26.5±3.1vs18.0±2.2；20.3±1.3、19.6±1.7vs 14.5±1.7，23.9±3.0，21.7±2.3vs16.7±2.5(kPa)，P<0.01)。大鼠心率(HR)仅于术后1 d及5 d时点快于SOCG(P<0.05)。

    二、压力超负荷大鼠心肌力学的动态变化：

    组内动态观察可见，OG大鼠±dp/dt-max于术后4 h暂时性增强，此后逐渐降低，5 d时最低，至术后30 d又恢复正常，最大室内收缩压LVSP在术后持续升高以代偿后负荷增加；而COG大鼠±dp/dt-max也于术后4 h暂时性增强，但增加幅度低于OG，而且4 h后无明显降低过程出现。各时点组间比较发现OG、COG大鼠术后 4h±dp/dt-max显著高于SOCG大鼠(P<0.05)。各组间LVDEP无显著差异(表1)。

    表1 急性压力超负荷大鼠心肌力学的动态变化

    Table 1 Changes of cardiac mechanics in rats after acute pressure overload(±s) Parameter

    Group

    10 min

    30 min

    60 min

    4th h

    1st d

    5th d

    10th d

    30th d

    +dp/dtmax

    SOCG(n=3)

    4560±330

    4550±550

    4400±230

    4320±470

    4500±260

    4470±360

    4650±270

    4540±340

    OG(n=4)

    4050±290

    3550±310

    3500±220

    7200±860^{ }

    5630±790

    5080±430

    4600±480

    4780±530

    COG(n=3)

    4390±310

    4000±110

    3900±330

    5600±350^

    5750±650

    5850±310

    5890±530

    5850±390

    -dp/dtmax

    SOCG(n=3)

    3980±610

    3900±680

    4050±120

    4100±540

    3920±490

    4130±370

    3870±260

    3940±570

    OG(n=4)

    3700±300

    3250±370

    3200±270

    4200±280^{ }

    4000±380^{ *}

    4030±210

    4500±600

    4700±840

    COG(n=3)

    3790±290

    3700±210

    3550±190

    4550±310^

    4500±430

    4700±280

    4850±280

    4800±750

    LVSP

    SOCG(n=3)

    112±12

    116±9

    113±14

    118±13

    120±17

    125±13

    120±11

    132±31

    OG(n=4)

    111±14

    116±11

    122±7

    140±21^

    165±22^

    176±25^*

    195±27^{ }

    201±26^{ }

    COG(n=3)

    113±17

    117±16

    115±12

    137±19^

    147±16^

    170±21^

    181±23^{ }

    180±30<sup> 

    *</sup>P<0.05，^**P<0.01，vs SOCG

    三、压力超负荷大鼠左心室重量指数的变化：

    本研究发现，SOCG大鼠LVMI无明显改变，即维持在300 mg/100 g体重左右，而OG大鼠于术后5 d时升高至(389.0±76.3) mg/100 g体重，两者有显著差异(P<0.05)，且术后第10 d、30 d时LVMI进一步升高(470.0±74.2、505.00±30.89) mg/100 g体重，(P<0.05)；COG大鼠LVMI增加迟于OG大鼠，至术后10 d时为(398.0±21.2) mg/100 g体重，术后30 d时为(448.0±41.3) mg/100 g体重，与SOCG有显著差异(P<0.01)，但又明显低于OG(P<0.05)。

    四、压力超负荷大鼠心肌cAMP及cGMP的变化：

    结果显示：OG及COG大鼠心肌cAMP含量于术后30 min即已显著升高(P<0.05)，5 d时极显著高于SOCG(P<0.01)，之后逐渐下降，术后30 d时与SOCG无明显差异。相反，OG及COG大鼠心肌cGMP含量术后30 min时即显著低于SOCG，10 d时降至最低(P<0.01)，以后逐渐回升，术后30 d时与SOCG大鼠无显著差异，(图1、图2)。

    Fig 1 Changes of myocardial cAMP concentration in rats after acute pressure overload. ±s，SOCG,n=3;OG,n=4;COG,n=3,*P<0.05，**P<0.01,vs SOCG

    图1 急性压力负荷大鼠心肌cAMP浓度的变化

    Fig 2 Changes of myocardial cGMP concentration in rats after acute pressure overload. ±s, SCOG,n=3；OG,n=4;COG,n=3,^*P<0.05，**P<0.01，vs SOCG

    图2 急性压力超负荷大鼠心肌cGMP浓度的变化

    讨论

    压力超负荷是引起心肌肥大的主要因素，但是机械应力如何转换为细胞内生化信号这一关键问题仍未阐明，有关急性压力超负荷后心肌力学及细胞内环核苷酸的动态变化也未见详细报道^[2～4]。

    本实验结果显示，急性压力超负荷后心肌肥大于术后第5 d即出现，而心肌力学的适应却较复杂，于术后4 h一过性代偿增加，此后逐渐受抑低下，5 d时降至最低，术后30 d时又恢复正常。提示大鼠对于急性压力超负荷有短暂的适应不全。其原因可能与心肌需求性缺氧致能量不足有关^[5]，或与心肌内血管紧张素Ⅱ(Ang Ⅱ)浓度急剧升高抑制线粒体呼吸功能有关^[6]。本实验COG大鼠心肌力学未受抑制也支持后一种推论。

    本实验也发现心肌cAMP含量于术后30 min即显著升高，术后10 d时达峰值，而cGMP含量变化与cAMP正相反。提示压力超负荷后心肌存在自适应变化增强收缩力，但这种适应仍未能阻止心功能的降低，可能与其他抑制性因素作用于细胞能量代谢链中的不同环节，使氧化磷酸化仍然受抑有关。本实验COG大鼠术后心功能未出现明显降低支持这一种假设。

    Morgan等^[7]研究认为压力超负荷致心肌肥大是cAMP依赖性的。本实验表明，cAMP含量变化显著早于心肌肥大的发生，提示cAMP确有可能参与心肌肥大的发生过程。cGMP与压力超负荷性心肌肥大间的关系尚有待进一步探讨。

    *国家自然科学基金资助，No.39600041

    参考文献

    1 Yamazaki T, Komurol Ⅰ, Yazaki Y. Mechanism of cardiac cellular hypertrophy by mechanical stress. J Mol Cell Cardiol, 1995,27(1):133.

    2 黄生宁，杨 鸿，张晨辉，等.大鼠心脏血压超负荷诱导左心室Hsp 70基因表达.生理学报，1994，46(4)：333.

    3 谭定定，钟春宁，陈伟红，等.压力超负荷诱导左心室原癌基因c-fos的表达.生理学报，1996，48(1)：65.

    4 Roffc C, MacDiarmaid-Gordon A, Ohanicm V, et al.The effect of after load and angiotensin Ⅱ on proto-oncogene mRNA levels in the isolated working rat heart. Cardiovasc Res, 1996, 31(6):907.

    5 Samaja M, Motterlini R, Allibardis, et al. Myocardial metabolism and function in acutely ischemic and hypoxemic isolated rat hearts. J Mol Cell Cardiol, 1995,27(5):1213.

    6 苏晓华，王孝铭，朱世军，等.血管紧张素Ⅱ对离体心肌线粒体呼吸功能和膜电位的影响.中国病理生理杂志，1996，12(3)：313.

    7 Morgan HE. Signal transduction in myocardial hypertropyh. Keio J Med, 1990, 39(1):1.

    1997年8月25日收稿，1998年11月11日修回

    百拇医药网 http://www.100md.com/html/analecta/2003/08/29/71/419.htm