糖尿病心肌病大鼠心功能與心肌糖原沉積的關系

基金項目：廣西2010年研究生教育創新計劃資助項目（項目編碼：2010105981002 M 206）

作者單位：530021 廣西醫科大學

通訊作者：朱立光

【摘要】 目的 使用超聲心動圖評價糖尿病心肌病大鼠心功能的變化，探討糖尿病心肌病大鼠心功能與心肌糖原沉積的關系。方法 24只8周齡雄性SD大鼠隨機分成4周對照組（n6）、4周糖尿病組（n6）、12周對照組（n6）和12周糖尿病組（n6），腹腔注射鏈脲佐菌素（Streptozotocin，STZ）建立糖尿病模型（55 mg/kg）。采用超聲心動圖檢測大鼠心功能，根據大鼠心肌糖原染色計算糖原容積分數。結果 4周時與對照組相比，糖尿病組LVEDD指數和LVESD指數明顯高于同期對照組，左心室短軸縮短率減少（P＜0.05），心肌糖原沉積明顯（P＜0.01）；12周時與對照組相比，糖尿病組LVEDD指數和LVESD指數顯著高于同期對照組，左心室射血分數明顯降低（P＜0.01），左心室短軸縮短率明顯減少（P＜0.05），心肌糖原沉積顯著（P＜0.01）。相關分析顯示，左心室射血分數與心肌糖原沉積呈明顯負相關（r₁-0.803，P＜0.01），左心室短軸縮短率與心肌糖原沉積呈顯著負相關（r₂-0.565，P＜0.01）。結論 STZ腹腔注射后12周成功制作糖尿病心肌病大鼠模型，糖尿病心肌病大鼠的心功能變化和心肌糖原沉積密切相關。

【關鍵詞】 糖尿病心肌病； 心功能； 糖原； 大鼠

糖尿病是一種嚴重危害人類健康的常見疾病。全世界糖尿病患者人數已經超過2億人，而在我國糖尿病患者也超過了7000萬人^［1］。1972年Rubler等^［2］在糖尿病患者中，排除冠心病、高血壓病、瓣膜病和原發性心肌病后，發現有4例患者出現心臟擴大和充血性心力衰竭，推測可能存在一種繼發于糖尿病的心肌病。糖尿病心肌病中，心肌糖原沉積過多影響心臟功能。本研究借助超聲心動圖評價心功能的優勢，探討心功能和心肌中糖原沉積的關系。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 實驗動物采用8周大小雄性SD大鼠，體重約在180～200 g之間，屬于無特定病原體（SPF）級動物，購自廣西醫科大學實驗動物中心（合格證編號：SCXK 桂2009-0002）。

1.2 方法

1.2.1 糖尿病大鼠模型建立 24只雄性SD大鼠隨機分為4周對照組（n6）、4周糖尿病組（n6）、12周對照組（n6）和12周糖尿病組（n6）。糖尿病組腹腔內注射鏈脲佐菌素（美國Sigama公司）溶液55 mg/kg，檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液溶解，pH 4.3。對照組注射適量檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液。7 d后用血糖儀檢測鼠尾血血糖，血糖穩定后，空腹血糖≥11.1 mmol/L或非空腹血糖≥16.7 mmol/L納入糖尿病組。

1.2.2 心功能檢測 4周和12周后大鼠用心臟實時三維超聲診斷儀（荷蘭皇家飛利浦公司HDI5000型）經胸超聲心動圖盲法檢測左心室舒張末內徑（left ventricular end diastolic dimension，LVEDD）和收縮末內徑（left ventricular end systolic dimension， LVESD）、左心室射血分數（left ventricular ejection fraction， LVEF）、左心室短軸縮短率（left ventricular fractional shortening， LVFS），測量取3個以上連續的心動周期，然后取平均值。用體表面積校正LVEDD和LVESD，LVEDD指數LVEDD/大鼠體表面積，LVESD指數LVESD/大鼠體表面積^［3］。

1.2.3 心肌糖原染色（PAS染色）分析 大鼠心肌石蠟切片脫蠟至水，PAS染色。細胞核染成藍色，糖原及其他PAS反應物呈紫紅色。每個標本隨機取5個視野。應用Image-Pro Plus 6.0圖像分析系統測定心肌糖原容積分數（心肌糖原容積分數視野中糖原面積/視野心肌總面積）。

1.3 統計學處理 所得數據采用SPSS 13.0統計軟件進行分析統計，各計量資料均以均數±標準差（x±s）表示，兩組間比較用t檢驗；相關分析采用Pearson相關分析。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 實驗大鼠成模情況 對照組和糖尿病組共有24只大鼠達到模型標準，不達標糖尿病大鼠3只，飼養過程中死亡9只（糖尿病大鼠9只），糖尿病組可能死于感染或酮癥酸中毒，成模率為66.7%（24/36）。

2.2 心功能測定 4周糖尿病組LVEDD指數和LVESD指數明顯高于同期對照組，而左心室短軸縮短率低于同期對照組，差異有統計學意義；12周糖尿病組LVEDD指數和LVESD指數明顯高于同期對照組，而左心室射血分數和左心室短軸縮短率顯著低于同期對照組，差異有統計學意義（表1）。

表1 經胸超聲心動圖測定心功能指標（x±s）

注：與同期對照組比較，^*P＜0.05，^P＜0.01

2.3 心肌糖原含量 4周和12周糖尿病組心肌糖原容積分數明顯高于同期對照組，差異有統計學意義，見表2。

表2 各組大鼠心肌糖原含量的比較（%）

注：與同期對照組比較，^*P＜0.01

2.4 相關性分析 相關分析顯示，左心室射血分數與心肌糖原沉積呈顯著負相關（r₁-0.803，P＜0.01），左心室短軸縮短率與心肌糖原沉積呈顯著負相關（r₂-0.565，P＜0.01）。

3 討論

糖尿病主要表現為胰島β細胞損傷、內分泌功能不足及胰島素抵抗，導致體內物質代謝紊亂。進行糖尿病的相關研究，需要建立糖尿病實驗動物模型。糖尿病實驗動物模型分為自發性和誘發性兩類，其中誘發性動物模型是指通過物理、化學、生物等致病因素，人工誘發出具有疾病特征的動物模型，此模型相對可靠穩定，模型制作成本低，可廣泛應用于科學研究^［4］。

Kim等^［5］研究SD大鼠一次性腹腔注射STZ（70 mg/kg），48 h后血糖超過350 mg/dl，認為糖尿病大鼠模型制作成功，10周后心臟超聲檢查心功能明顯下降，認為糖尿病心肌病模型成立。糖尿病心肌病病理改變多為心肌細胞肥大，毛細血管擴張，毛細血管基底膜增厚，糖原沉積，PAS染色較深，心肌間質明顯纖維化。本研究采用STZ誘發動物模型，并參考預實驗結果，在SD雄性大鼠腹腔一次性注射STZ（55 mg/kg）制作糖尿病模型，發現12周糖尿病大鼠心肌糖原沉積顯著，心肌間質明顯纖維化，心功能顯著下降，符合糖尿病心肌病的特征，說明STZ誘導的糖尿病大鼠12周后，可制作成糖尿病心肌病大鼠動物模型。

糖尿病心肌病是由糖尿病引起的，以左心室功能障礙、心肌間質纖維化和心肌細胞肥大為主要特征的心肌病，是糖尿病主要的心血管疾病并發癥。本研究發現在4周時糖尿病組大鼠LVEDD指數和LVESD指數明顯高于同期對照組并達到一個高峰，但心功能改變不明顯，說明糖尿病大鼠在4周時就出現明顯的心臟擴大，心功能還在代償階段；12周時糖尿病組大鼠LVEDD指數和LVESD指數也升高，但不如4周糖尿病組，心功能下降，說明心室彈性下降，左心室收縮和舒張功能受損。相關分析顯示，左心室射血分數、左心室短軸縮短率都與心肌糖原沉積呈顯著負相關。說明心肌糖原沉積越多，心功能下降越明顯。Battiprolu等^［6］研究提出慢性高血糖導致葡萄糖毒性，造成心肌細胞、心肌纖維和血管內皮細胞損傷。Wang等^［7］研究報道晚期糖基化終產物（AGEs）是糖尿病心肌病發病機制之一，引起心肌纖維化和心功能不全。高血糖可導致心肌舒張及收縮功能下降，還可以促進心肌細胞凋亡，動脈硬化。持續高血糖會使AGEs增高，AGEs增高又是糖尿病性心肌病形成發展的因素，它可以改變蛋白質結構產生蛋白交聯，導致動脈和心肌硬化^［8］。結合以上研究，說明糖原沉積在心肌內可能對心肌細胞造成損傷，從而影響心功能。

綜上所述，通過STZ誘導可成功制作出糖尿病心肌病大鼠模型，心肌糖原沉積顯著影響糖尿病心肌病大鼠的心功能。糖尿病心肌病發病機制到目前未完全闡明，心肌糖原沉積也只是影響心功能的因素之一，仍需要更多的研究完善其發病機制。

參 考 文 獻

［1］ 翁建平.對糖尿病流行病學、循證醫學及基礎研究的探索.中山大學學報（醫學科學版），2010，32（2）:166-171.

［2］ Rubler S， Dlugash J， Yuceoglu YZ， et al. New type of cardiomyopathy associated with diabetic glomerulosclerosis. Am J Cardiol，1972， 30（6）:595-602.

［3］ 倪量，王碩仁.腹主動脈部分縮窄大鼠模型體外心臟的電生理特點. 中國組織工程研究與臨床康復，2007，11（8）:1469-1472，1476.

［4］ 潘林.實驗性糖尿病病理圖譜.北京:科學出版社，2007:16.

［5］ Kim DH， Kim YJ， Kim HK，et al. Usefulness of mitral annulus velocity for the early detection of left ventricular dysfunction in a rat model of diabetic cardiomyopathy.J Cardiovasc Ultrasound， 2010，18（1）:6-11.

［6］ Battiprolu PK， Gillette TG， Wang ZV， et al. Diabetic Cardiomyopathy: Mechanisms and Therapeutic Targets. Drug Discov Today Dis Mech，2010，7（2）: e135-e143.

［7］ Wang J， Song Y， Wang Q， et al. Causes and characteristics of diabetic cardiomyopathy. Rev Diabet Stud，2006，3（3）:108-117.

［8］ Montagnani M. Diabetic cardiomyopathy: how much does it depend on AGE？ Br J Pharmacol， 2008，154（4）:725-726.

（收稿日期：2011-02-24）

（本文編輯：陳丹云）