低硒、低碘对大鼠离体胸主动脉血管收缩性的影响
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摘要：目的 研究低硒、低碘对大鼠离体胸主动脉收缩力的作用并探讨其机制。方法 采用离体血管张力实验法，观察并比较模型实验组、碘化钾(KI)实验组、亚硒酸钠(Na2SeO2)实验组大鼠与正常大鼠之间在不同条件下主动脉收缩力的异同。结果 模型大鼠的胸主动脉收缩力均小于正常大鼠(P<0.05)；碘化钾(1mmol/L)对大鼠离体胸主动脉无收缩或扩张作用，对氯化钾(KCl)和去甲肾上腺素(NE)产生的收缩无协同作用(P>0.05)；亚硒酸钠(0.1mol/L)对大鼠离体胸主动脉无收缩或扩张作用，对氯化钾(KCl)和去甲肾上腺素(NE)产生的收缩有明显的协同作用(P<0.01)。结论 低硒、低碘状况下，大鼠胸主动脉环对氯化钾、去甲肾上腺素、苯肾上腺素所引起的收缩均有不同程度的减弱。
关键词：硒；碘；胸主动脉；内皮
Effects of selenium and iodine deficiency
on the contractibility of rat thoracic aorta
Bai Yufei, Ma Xin, Wang Hongjuan, Zhang Xiaojuan, Guo Xiong, Zhang Ruijuan
(1. Department of Pharmacology; 2. Endemic Laboratory; 3. Department of Sanitation,Medical School of Xian Jiaotong University, Xian 710061, China)ABSTRACT: Objective To investigate the effects of selenium and iodine deficiency on the contractibility of rat thoracic aorta and probe into its mechanisms. Methods Isolated vascular methods were used to study the effects in different groups. Results The contraction of rat thoracic aorta of the groups with selenium and iodine deficiency was less than that of the normals (P<0.05); potassium iodide (1mmol/L) had no effect on the contraction of rat thoracic aorta, and was not synergic with the aortic contraction induced by KCl and NE (P>0.05); sodium selenite (0.1mol/L) had no effect on rat aortic contraction, but was significantly synergic with the contraction induced by KCl combined with NE (P<0.01). Conclusion The rat thoracic aorta contraction caused by NE, KCl and PE becomes weak when selenium and iodine are deficient.
KEY WORDS: selenium; iodine; thoracic aorta; endothelium
硒(selenium)和碘(iodine)是对维持哺乳动物心血管系统正常功能极为重要的微量元素。碘的生理作用主要是通过甲状腺激素而起作用的，甲状腺疾病(如甲状腺功能亢进症、甲状腺功能减退症)可以引起相应的心血管疾病\[1\]。研究表明，硒的生理生化作用主要是通过硒蛋白来实现的\[2,3\]，而硒的缺乏也会导致碘合成受阻\[4\]。低硒、低碘会发生多种疾病，包括高血压、克山病等心血管疾病。然而目前对硒、碘缺乏引起的某些心血管疾病的病因并不完全清楚，作用机制还待研究。国内外有关硒、碘对离体血管作用的研究也未见报道。我们设想，通过培育低硒、低碘模型大鼠，取其胸主动脉进行离体张力实验，观察其收缩力与正常大鼠的差异，并结合以往整体实验的结果，探讨其胸主动脉张力变化的机制。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 实验动物
低硒(-Se)、低碘(-I)模型SD大鼠18只，体质量(200±50)g，♀♂兼用，由西安交通大学医学院地方病研究所和营养与食品卫生学教研室培育；正常SD大鼠48只，每只大鼠取胸主动脉标本2个，体质量(200±50)g，♀♂兼用。
1.1.2 模型大鼠的制备
本实验所使用的模型大鼠由西安交通大学医学院地方病研究所和营养与食品卫生学教研室培育，其制备方法如下：SD断乳大鼠随机分为四组：低硒组(-Se+I)、低碘组(+Se-I)、低硒低碘组(-Se-I)、对照组(+Se+I)，每组16只，雌雄各半，分笼喂养。各实验组亲代大鼠分别用低硒、低碘、和低硒+低碘人工酵母饲料，对照组用硒碘含量正常的人工配制饲料喂养。配成的饲料中低硒组硒含量<0.02mg/kg,碘含量0.4～0.5mg/kg；低碘组碘含量0.04mg/kg，硒含量0.1～0.3 mg/kg；低硒低碘组硒含量0.01mg/kg，碘含量0.04mg/kg；对照组(+Se+I)硒含量0.1～0.3mg/kg，碘含量0.4～0.5 mg/kg\[5\]。亲代大鼠在6月龄时处死，3个实验组各选6只，供实验用。
1.1.3 药物
KI\[天津天成制药有限公司，津卫药准字(1992)第002391号\]，亚硒酸钠(Na2SeO2，北京化工厂，化学纯)，氯化钾(KCl,西安利君制药有限公司，批号：021121)，重酒石酸去甲肾上腺素(NE，天津市氨基酸公司，批号：0111041)，盐酸去氧肾上腺素\[PE，上海禾丰制药有限公司，批号：010301(7)\]，氯化乙酰胆碱(上海雪满生物有限公司，化学纯，批号：20021718)，其余试剂均为市售分析纯。
1.1.4 仪器
XWT264型台式自动平衡记录仪(上海大华仪表厂)，JZ101型肌肉张力换能器(高碑店市新航机电设备有限公司，量程10g)，EA7D801201*P0300型恒温器(常州金匙电子设备有限公司)。
1.2 方法
1.2.1 动脉环的制备
将大鼠脱颈处死，立刻取出胸主动脉，移至盛有KH液(mmol/L：NaCl 114.3，KCl 4.6，CaCl2 2.4，NaHCO3 12.5，MgSO4·7H2O 1.2，KH2PO41.2，GS 5.6，pH 7.3～7.4)的培养皿中，分离血管周围组织，剪成长度约3mm的动脉环。每段标本制成2个动脉环。标本用两个不锈钢丝三角钩穿过，置于盛有10mL KH液的浴槽中，一端与浴槽底部相连，另一端与张力换能器相连，持续通入体积分数为95%(体积分数) O2和50%(体积分数)CO2的混合气体。静息负荷1g，平衡2h，每15min换液1次。
1.2.2 模型实验部分
实验分为4组，每组6例，分别为①低硒组(-Se+I)；②低碘组(+Se-I)；③低硒低碘组(-Se-I)； ④正常对照组(+Se+I)。每组依次加入累积浓度的KCl、NE、PE并记录实验结果。每种药物实验完毕后，洗3次，每次间隔20min，然后再加入下一种药物。
1.2.3 KI实验部分
实验分为6组，每组6例，分别为①KI组：加入累积浓度的KI；②NE+KI组：经去甲肾上腺素(1μmol/L)预收缩后加入累积浓度的KI；③KI+NE组：浴槽中加入KI(1mmol/L)孵育，稳定后加入累积浓度的NE；④KI+KCl组：浴槽中加入KI(1mmol/L)孵育，稳定后加入累积浓度的KCl；⑤NE对照组：正常大鼠动脉环加入累积浓度的NE；⑥KCl对照组：正常大鼠动脉环加入累积浓度的KCl。
1.2.4 Na2SeO2实验部分
实验分为9组，每组选用胸主动脉标本6个，分别为①Na2SeO2组：加入累积浓度的Na2SeO2；②NE+Na2SeO2组：经去甲肾上腺素(1μmol/L)预收缩后加入累积浓度的Na2SeO2；③Na2SeO2+NE组：浴槽中加入Na2SeO2(0.1mol/L)孵育，稳定后加入累积浓度的NE；④Na2SeO2+KCl组：浴槽中加入Na2SeO2 (0.1mol/L)孵育，稳定后加入累积浓度的KCl；⑤Na2SeO2+NE无外钙(freeCa2+)组：先加入累积浓度的NE观察，再加入CaCl2(2.4mmol/L)观察加入Ca2+后的影响；洗3次后，浴槽中加入Na2SeO2(0.1mol/L)孵育，加入累积浓度的NE，再加入CaCl2 (2.4mmol/L)，观察加入Ca2+后的影响，作前后对照；⑥Na2SeO2+KCl无外钙组：先加入累积浓度的KCl，再加入CaCl2 (2.4mmol/L)观察加入Ca2+后的影响；洗3次后，浴槽中加入Na2SeO2 (0.1mol/L)孵育，加入累积浓度的KCl，再加入CaCl2 (2.4mmol/L)观察加入Ca2+后的影响，作前后对照；⑦Na2SeO2+NE去内皮组：先加入NE (1μmol/L)，洗3次后，浴槽中加入Na2SeO2 (0.1mol/L)孵育，再加入NE(1μmol/L)，作前后对照；⑧NE对照组；⑨KCl对照组。其中NE对照组和KCl对照组与KI实验部分共用数据。去内皮组以机械法去除血管内皮，经去甲肾上腺素(1μmol/L)预收缩后加入乙酰胆碱(1μmol/L)不引起扩张为去内皮成功。无外钙组为KH液中除去CaCl2。
1.2.5 统计学分析
全部统计分析均采用SPSS(version 10.0)，数据以±s表示，统计方法采用两样本t检验，取P<0.05为有统计学意义；统计制图软件为Excel 2003。
2 结 果
2.1 模型实验部分
由图1可以看出，低硒低碘模型大鼠胸主动脉对KCl、NE、PE所产生的收缩力要小于正常大鼠胸主动脉对这三种药物所产生的收缩力(P<0.05)。就其收缩的程度来讲，各模型组大鼠对三种药物并无特异性，而且无论是低硒组，低碘组或是低硒低碘组对收缩力也无明显影响。
2.2 KI实验部分
由KI组和(NE+KI)组得出阴性结果，KI(1mmol/L)对大鼠胸主动脉既无收缩作用, 对经NE(1μmol/L)预收缩后的血管也无扩张作用。由(KI+NE)组和(KI+KCl)组实验结果可看出，经KI孵育后的胸主动脉对KCl和NE引起的最大收缩也无协同或减弱作用。(KI+KCl)组中KI孵育后为(0.73±0.12)g，空白对照为(0.72±0.07)g(P>0.05)；(KI+NE)组中KI孵育后为(0.80±0.11)g，空白对照为(0.82±0.10)g，无显著性差异(P>0.05)。
2.3 Na2SeO2实验部分
由Na2SeO2组和(NE+Na2SeO2)组得出阴性结果，Na2SeO2(0.1mol/L)对大鼠胸主动脉既无收缩作用, 对经NE(1μmol/L)预收缩后的血管也无扩张作用。由Na2SeO2+NE组和Na2SeO2+KCl组实验结果可看出，经Na2SeO2孵育后的胸主动脉对KCl和NE引起的最大收缩有明显的协同作用(P<0.01，图2)。
由Na2SeO2+NE无外钙组和Na2SeO2+KCl无外钙组结果可看出，Na2SeO2的协同作用在无钙KH液不会产生，在加入CaCl2(2.4mmol/L)后会产生明显的协同作用(P<0.01，图3。)
当胸主动脉平滑肌细胞去内皮后，Na2SeO2对NE引起的收缩无协同作用。血管收缩力在Na2SeO2孵育后最大收缩为(0.75±0.16)g ,空白对照最大收缩为(0.76±0.16)g，无显著性差异(P>0.05)。
3 讨 论
本实验中，低硒、低碘动物大血管收缩性对三种药物均表现出不同程度的减弱。碘化钾实验和亚硒酸钠实验显示，碘和硒对血管平滑肌并无任何直接的舒张或是收缩作用。因此动物模型实验显示出的结果应该不是由舒张作用引起的，而是血管收缩性的减弱。KCl主要作用于电压门控钙通道(VDC)的L亚型，导致慢Ca2+内流。低硒、低碘动物血管对KCl引起的收缩的减弱可能就是由于L亚型在血管平滑肌上的兴奋收缩偶联作用减弱，Ca2+内流减少引起的。NE是α1，α2AR激动剂；PE是α1 AR激动剂。两者均可引起内Ca2+释放，当钙池耗竭后，可触发Ca2+内流。低硒、低碘动物血管对NE和PE引起的收缩的减弱可能是由于内外Ca2+的流动都有所减弱。因为三种药物引起的收缩并无显著差别(P>0.05)，说明这种减弱对是否经VDC还是经受体门控钙通道(ROC)并不敏感。一些研究表明，某些含碘化合物也与离子通道有关\[6,7\]。
低碘状态下血管收缩性的减弱可能是T3与细胞膜上或细胞内受体结合参与基因调控作用减弱，也可能与细胞膜上钠泵(Na+K+ATP酶)活动减弱有关\[1\]。甲状腺激素可与细胞核内外的受体结合，促进某些蛋白质的表达；甲状腺激素还可促肌浆网ATP酶的表达，使CaATP酶数量增加；甲状腺激素也可以增加细胞膜上Na+K+ATP酶的表达；此外，甲状腺激素还可加强细胞膜和肌浆网对Ca2+的通透性和转运，使细胞内钙离子的浓度增加，从而使收缩力加强。低碘时，引起动物甲状腺激素分泌不足。因此，血管收缩性的减弱可能的机制包括：①与细胞核内外的受体结合的T3减少，使某些蛋白质(如血管平滑肌蛋白)的表达受抑制；②Ca2+ATP酶即钙泵的数量减少，使Ca2+转运到胞外的过程减慢，胞外Ca2+降低；③Na+，K+ATP酶表达减弱，同样使内Ca2+外流的过程减慢，胞外Ca2+降低；④细胞膜和肌浆网对Ca2+的通透性下降，转运减少，使细胞内钙离子的浓度增加减慢，从而使收缩力减弱。某些碘缺乏疾病中的某些临床表现也说明如此。如克汀病时，临床表现中有肌肉萎缩和神经系统发育障碍。对肌肉细胞来讲，是细胞收缩力的减弱；对神经细胞来讲，是传导的障碍。
低硒状态时血管收缩性的减弱可能与以下机制有关：①硒的抗氧化、保护生物膜的功能减弱。硒可以保护血管平滑肌细胞膜及血管内皮细胞的完整性。这样可以保障离子通道功能的完整性，并维持内皮细胞分泌各种收缩和舒张因子以调节血管平滑肌舒缩。在动物整体调节作用下，硒在机体中多以硒蛋白的形式存在，硒蛋白直接参与膜磷脂过氧化氢的还原，从而保护生物膜 \[8\]。在动物缺硒时，生物膜可能受损伤，使存在于膜上的离子通道功能降低，从而降低了血管收缩力。本研究中，发现Na2SeO2对氯化钾和去甲肾上腺素引起的大鼠胸主动脉环收缩有一定的加强作用。这种加强作用的部位主要在血管平滑肌内皮上，破坏内皮后此作用消失。说明低硒状态时，硒对内皮细胞保护作用减弱，使血管的收缩性减弱。②低硒导致细胞线粒体结构和功能的损伤。缺硒使线粒体氧化磷酸化发生障碍，使某些呼吸酶活性降低，从而损伤细胞膜的稳定性和线粒体结构的完整性。这样就不能提供足够的能量(ATP)来参与Ca2+转运，使钙泵等ATP酶的功能减弱，引起血管收缩性的减弱。③低硒时血小板凝集、LDL在动脉管壁聚集，引起血管弹性下降和血管硬化。血小板内GSHPx的活性特别高，对硒的需要量特别敏感，硒缺乏时出现血小板集聚性增强，GSHPx能够对抗脂质的氧化和降低血小板的凝集\[9\]；另外，GSHPx4能降低磷脂和脂蛋白的胆固醇酯的过氧化以减少AS的发生。④低硒时，前列环素(PGI2)合成减少，而血栓素(TXA2)合成增多，致使血管弹性降低，收缩减弱。PGI2由主要内皮细胞生成，它通过激活腺苷环化酶增加细胞内cAMP含量，从而维持血管舒张及抗血小板聚集。TXA2为强烈的血管收缩及血小板聚集物质，由内皮细胞中的环加氧酶产生。PGI2 与TXA2比例失调可造成高血压病。除了以上机制外，还可能存在其他机制，但具体是哪一种或哪几种机制的作用，还需要作进一步的研究。
低硒低碘时，除了上述的机制外，血管收缩性减弱还可能有硒和碘相互作用或共同作用的影响。在人体缺硒时，由T4转变为活性型T3的过程受阻，因此，在低硒低碘时，T3合成受阻也可能是血管收缩性降低的原因之一。低硒可以导致细胞线粒体结构和功能的损伤，使ATP的供给减少；而低碘时动物甲状腺激素分泌不足使Ca2+ATP酶和Na+K+ATP酶减少，内Ca2+外流的过程减慢。这两种作用共同使胞外Ca2+降低，血管收缩性减弱。
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基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.39970663)
通讯作者：马欣, Tel: (029)82655165; Email:maxin0131@tom.com
作者简介：白宇飞(1974)，男(汉族)，硕士，主管药剂师. 研究方向：心血管药理学.
(西安交通大学医学院：1.药理学系；2.地方病研究所；3.公共卫生系，陕西西安710061)
(编辑 卓选鹏)
收稿日期：20041220
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