黃牛心室蒲肯野纖維的分布和結構特點

楊麗紅，崔 燕

（1.徽縣城關鎮(zhèn)人民政府，甘肅 徽縣 742399；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學 動物醫(yī)學院，甘肅 蘭州 730070）

心臟傳導系統(tǒng)結構復雜，闡明正常心室傳導系統(tǒng)的解剖學結構對治療與心臟相關的疾病具有重要指導意義。自1845年蒲肯野纖維被解剖學家Purkinje在羊的心臟中發(fā)現(xiàn)以來[1]，各國學者對它在哺乳動物心室中的分布和結構特點做了很多研究[2-5]。蒲肯野纖維的組成包括房室束及其分支，房室束由房室結發(fā)出后在室間隔肌部上緣分出左、右束支，左、右束支又在心內(nèi)膜下再分支，相互交織形成心內(nèi)膜下的蒲肯野纖維網(wǎng)。哺乳動物心室的蒲肯野纖維是心臟興奮傳導系統(tǒng)的重要組成部分。信號沖動由竇房結產(chǎn)生后傳至蒲肯野纖維，再經(jīng)蒲肯野纖維傳導至整個心室的心肌細胞，維持心臟的正常跳動和房室收縮的協(xié)調(diào)性。牛科動物與其它哺乳動物相比，容易患右心肥厚，多發(fā)高山病。牦牛和黃牛雖然都屬于牛亞科，但牦牛獨特的生理結構使其能夠適應空氣稀薄、大氣壓低下的缺氧環(huán)境。蒲肯野纖維屬于傳導心肌細胞，處于心室傳導系統(tǒng)終末端，是心臟傳導系統(tǒng)中的特殊纖維。由蒲肯野纖維組成的心室傳導系統(tǒng)在種內(nèi)和種間的形態(tài)學和組織學上有很大區(qū)別[6-8]，黃牛雖然是普通家畜，但關于其心臟傳導系統(tǒng)的研究尚未見報道。本課題組首次運用ABS鑄型技術對牦牛心室蒲肯野纖維的分布和結構特點進行研究[9]，為豐富哺乳動物心臟傳導系統(tǒng)的基礎性資料，也為提高心臟缺氧適應能力的臨床研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗動物與取材

本實驗選用的黃牛心臟來自甘肅省張掖市某清真屠宰廠。將健康成年黃牛頸靜脈放血致死后，立即打開胸腔取出完整心臟，去除心包。共取整心40個，20個用于墨汁灌注，20個用于ABS灌注。

1.2 試驗方法

1.2.1 墨汁灌注及ABS灌注鑄型 碳素墨汁灌注將4%多聚甲醛與碳素墨汁按1∶6的比例混勻；ABS灌注將5%丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)樹脂丁酮溶液與蘇丹Ⅲ顏料（0.001 g/mL）混勻配制成紅色ABS灌注液。左心室沿左縱溝和右縱溝中間位置剪開心室壁暴露左心室腔，在保證心室腔面心內(nèi)膜不破損的前提下，使前、后乳頭肌位于兩側；右心室沿左縱溝位置剪開心室壁暴露右心室腔，并使隔緣肉柱保持完整。取醫(yī)用5 mL注射器與4.5號針頭，根據(jù)肉眼觀察結果在左心室選取左束支、左心室條束或心內(nèi)膜下較粗的蒲肯野纖維為進針位點；在右心室選取右束支、隔緣肉柱或心內(nèi)膜下較粗的蒲肯野纖維為灌注位點。水平進針后緩慢注射配制好的碳素墨汁或ABS灌注液。

為了進一步驗證灌注液是否沿蒲肯野纖維束流通，碳素墨汁灌注后，立即取含有墨汁的組織塊固定于4%多聚甲醛水溶液中用以制備組織切片。墨汁灌注完成的整體心臟用10%福爾馬林固定，24 h后用流水緩慢沖洗心室內(nèi)殘留的碳素墨汁，輕輕擦干水分后用于拍照及解剖學觀察；ABS灌注完成的整體心臟待24 h后灌注液充分聚合成型時，放置在盛有50%濃鹽酸的密閉容器中，鹽酸沒過心臟，腐蝕12 h后輕輕撈出用眼科鑷去除心內(nèi)膜，進行拍照及解剖學觀察。

1.2.2 組織切片的制備與觀察 分別取浸泡在4%多聚甲醛并完成固定后的未灌注和墨汁灌注的黃牛心臟組織塊，使用不銹鋼刀片將組織塊修整為1 cm3的塊狀，經(jīng)沖洗、酒精梯度脫水、二甲苯透明、石蠟包埋后切片，切片厚度為15～40 μm。分別進行常規(guī)H&E染色和特殊Masson三色染色。光學顯微鏡觀察，顯微鏡測微尺測量并照相。

2 結果

2.1 新鮮黃牛心臟中蒲肯野纖維的分布

肉眼觀察新鮮黃牛心臟，發(fā)現(xiàn)心室腔中心內(nèi)膜下蒲肯野纖維分布十分發(fā)達，且心內(nèi)膜下蒲肯野纖維與周圍心肌層界限明顯，整個心室腔面可觀察到蒲肯野纖維呈蒼白色。

2.2 黃牛左心室蒲肯野纖維的分布

紅色ABS和碳素墨汁灌注后（圖1）可觀察到黃牛左束支短而寬，由房室束發(fā)出后，在室間隔左側壁心內(nèi)膜下延伸，至中部1/3處發(fā)出分支，且分支一般有2～3條；心室腔面心內(nèi)膜下的蒲肯野纖維呈逐級多邊形的網(wǎng)狀結構分布，多邊形呈無序狀。前、后乳頭肌頂端心內(nèi)膜下均未觀察到蒲肯野纖維的分布（圖1a）。黃牛左心室條束是不同于乳頭肌、腱索和隔緣肉柱的纖維條索樣結構，是左束支分支由室間隔到達前、后乳頭肌的通路。ABS樹脂灌注后發(fā)現(xiàn)，本試驗黃牛所有樣本中，左心室條束的出現(xiàn)率為100%，包括乳白色心室條束和暗紅色心室條束，乳白色左心室條束的數(shù)目比暗紅色條束多。左心室條束按橫切面形態(tài)不同分為圓形條束和扁圓形條束兩種，其中圓形條束的數(shù)目多于扁圓形條束。左心室條束近側端較粗，遠側端較細，兩端附著處呈圓錐形。不同個體左心室條束的長度、粗細及附著端至心尖的距離差別較大。它的分布大致分為以下3種情況：（1）左心室條束在靠近心尖部位室間隔和心室側壁之間形成網(wǎng)狀結構（圖1b、圖1c）；（2）左心室條束在室間隔與前后乳頭肌之間形成樹枝狀結構（圖1d）；（3）分支較少（圖1e、圖1f）。

圖1 黃牛左心室蒲肯野纖維的分布情況

2.3 黃牛右心室蒲肯野纖維的分布

解剖發(fā)現(xiàn)，黃牛右束支比左束支細而長，位于室間隔右側壁心內(nèi)膜下，并沿著室間隔右側面向前下方呈弓形延伸；分支較左束支多，一般有3～4條。紅色ABS和碳素墨汁灌注后（圖2a、圖2b），灌注液沿右束支到達隔乳頭肌基部，再經(jīng)隔緣肉柱到達右心室游離壁上部及前乳頭肌根部，最后擴散至整個右心室腔面心內(nèi)膜下蒲肯野纖維。右心室腔面心內(nèi)膜下的蒲肯野纖維與左心室相同，呈逐級多邊形的網(wǎng)狀結構分布，并且形成的多邊形呈無序狀。右心室乳頭肌頂端心內(nèi)膜下均未觀察到蒲肯野纖維的分布。

圖2 黃牛右心室蒲肯野纖維的分布情況

2.4 光鏡觀察驗證結果

常規(guī)H&E染色后（圖3a）發(fā)現(xiàn)，心室壁組織切片中蒲肯野纖維細胞較周圍心肌細胞大，呈橢圓形，胞質(zhì)豐富。碳素墨汁灌注后，取含有墨汁的心室壁組織塊，制作石蠟組織切片，Masson三色染色后（圖3b），發(fā)現(xiàn)蒲肯野纖維束與結締組織鞘之間存在碳素墨汁，證明灌注液是沿蒲肯野纖維與結締組織鞘之間形成的間隙流動的。結締組織鞘膜主要由膠原纖維組成。

圖3 心室壁蒲肯野纖維光鏡觀察驗證

3 討論

3.1 左束支和右束支的分布特點

國內(nèi)外將ABS樹脂灌注鑄型技術用于蒲肯野纖維分布研究的報道較少。在此前研究中，本課題組曾首次運用ABS鑄型技術對牦牛心室蒲肯野纖維的立體分布和結構特點進行研究[9]，研究結果較好。因此，本研究繼續(xù)延用ABS鑄型和碳素墨汁灌注技術對黃牛蒲肯野纖維的分布進行解剖觀察，并與牦牛比較。研究發(fā)現(xiàn)，黃牛左束支短而寬，位于室間隔左側壁心內(nèi)膜下上1/3部分，并向下延伸。黃牛右束支比左束支細而長，位于室間隔右側壁心內(nèi)膜下，并沿著室間隔右側面向前下方呈弓形延伸。不同的物種左束支分支條數(shù)不同，黃牛心室左束支有2條或3條分支，右束支有3條或4條分支。這與牦牛左束支和右束支的分布狀況相同[9]。

3.2 左心室條束的存在

1893年Turner[10]首次發(fā)現(xiàn)了左心室條束。左心室條束在哺乳動物人和牛、羊的心臟中出現(xiàn)概率較高，是左心室腔內(nèi)的一種正常生理結構，大多數(shù)情況下附著于后乳頭肌和室間隔，或室側壁與室間隔之間。不同哺乳動物其心室條束的分布各有特點。Gerlis[11]發(fā)現(xiàn)在馬、羊、豬、貓和犬的心臟中左心室條束的出現(xiàn)率為95%；而李朝旭等[9]發(fā)現(xiàn)在牦牛心臟中左心室條束的出現(xiàn)率為100%。本研究發(fā)現(xiàn)黃牛心室條束的出現(xiàn)率均為100%，該現(xiàn)象與牦牛相同。與牦牛不同的是，黃牛比牦牛左心室條束要發(fā)達得多，且左心室條束在左心室腔內(nèi)形成的形狀也多樣化。同時，左心室條束內(nèi)含有傳導組織和神經(jīng)纖維，心室條束異常情況下會產(chǎn)生心律失常。1906年，Tawara[12]便提出心室條束為心臟傳導系統(tǒng)的組成部分。在本研究中，對黃牛左心室條束觀察發(fā)現(xiàn)，蒲肯野纖維穿過心室條束分布于乳頭肌及室間隔中，即黃牛心室條束為黃牛心臟傳導系統(tǒng)的組成部分，該結論與Tawara[12]的報道一致。此外，左心室條束作為傳導系統(tǒng)的中間結構，對傳導組織具有保護作用，而且能有效協(xié)調(diào)左心室收縮，因此它的存在具有重要意義。

3.3 蒲肯野纖維的分類

蒲肯野纖維為扁平狀的膠質(zhì)纖維網(wǎng)，與周圍心肌層界限明顯。不同種類的哺乳動物其蒲肯野纖維網(wǎng)的具體結構不同[13]。本課題組研究發(fā)現(xiàn)，與牦牛相比[9]，黃牛心室的蒲肯野纖維較粗，而且結構較為稀疏，顏色較淡，為蒼白色。

1986年Canal在形態(tài)學方面揭示了不同種類哺乳動物之間蒲肯野纖維的差異，他根據(jù)蒲肯野纖維的粗細和蒲肯野細胞的超微結構將蒲肯野纖維分為3類。第一類是有蹄動物綿羊和山羊的蒲肯野纖維，每條蒲肯野纖維束由2～8個呈橢圓形的蒲肯野細胞相互首尾相接組成；第二類是人和狗的蒲肯野纖維，它們的蒲肯野細胞呈圓柱狀或梭狀，直徑比普通心肌的大，能夠確保完成生理功能；第三類是小白鼠和老鼠的蒲肯野纖維，它們的蒲肯野細胞比普通心肌細胞直徑小。本研究中，通過H＆E染色發(fā)現(xiàn)黃牛蒲肯野細胞的直徑比普通心肌細胞的大，呈橢圓形，因此推測黃牛心室蒲肯野纖維應屬于第一類。

3.4 蒲肯野纖維束外周被結締組織鞘包繞

Curran[14]和Field[15]研究發(fā)現(xiàn)心室蒲肯野纖維外周包繞的結締組織鞘是絕緣的，可將興奮局限于部分細胞，在心室肌收縮過程中對蒲肯野纖維起支撐作用。本研究通過Masson三色染色發(fā)現(xiàn)黃牛的蒲肯野纖維外包繞有結締組織鞘，這與上述學者觀點一致。結締組織鞘的主要成分是膠原纖維，同一束蒲肯野纖維的不同部位其周圍結締組織鞘的厚度也不同，蒲肯野纖維束內(nèi)結締組織鞘可伸入蒲肯野細胞群，將其分隔以形成新的蒲肯野纖維群，這與牦牛相同[9]。

4 結論

黃牛心室蒲肯野纖維在心內(nèi)膜下呈逐級多邊形網(wǎng)狀結構分布，并深入心肌層中發(fā)出大量分支。蒲肯野纖維在黃牛心室室間隔中下部心尖、乳頭肌基部分布比較豐富，在室間隔上部、動脈口周圍、心底部分布較少，左、右心室乳頭肌頂端心內(nèi)膜下沒有觀察到蒲肯野纖維的分布。