低溫環境下家兔急性心肌缺血時心肌細胞形態學的變化*

李江 邵同先 呂豐收 張宇明 趙汴霞 張蘇亞 李志強 張鳳娟

冬季是心血管疾病的多發期，心血管疾病的死亡率和致殘率明顯升高。既往關于低溫環境對心肌細胞形態學的影響研究多集中在某一特定低溫狀態[1-2]，而對于低溫環境下隨著溫度的降低，其對心肌細胞形態學的影響報道較少。本研究旨在探討低溫環境下家兔急性心肌缺血時心肌細胞形態學的變化規律。

1 材料與方法

1.1 實驗動物及儀器 健康中國家兔112只，雌雄不拘，體重2.0~2.5 kg，由鄭州大學動物實驗中心提供。NIKON ECLIPSE E 200生物顯微鏡(北京中顯恒業儀器儀表有限公司)。

1.2 建立動物模型 將家兔隨機分為實驗組和對照組。兩組家兔在自然低溫環境(10 ℃、5 ℃、0 ℃、-5 ℃)下均采用10%水合氯醛耳緣靜脈麻醉(5 ml/kg)，家兔處于自然呼吸狀態，仰臥固定于手術臺上。20%硫化鈉脫去胸前區毛，碘伏消毒，沿胸骨左緣切口，切斷左側第3~4肋軟骨。用開胸器撐開，暴露縱隔和心臟，胸膜完整，兔呼吸平穩。對照組開胸但不阻斷冠狀動脈血流，實驗組進一步縱行切開心包，用棉簽輕輕將心臟向右上抬起，結扎左冠狀動脈左室支中下1/3處，直視下確定結扎相應供血區域心肌組織顏色變暗，確定制備急性心肌缺血模型成功，整個造模過程用5%葡萄糖氯化鈉注射液靜脈滴注以保證實驗動物存活。

1.3 動物分組 兩組家兔均在自然低溫環境下(10 ℃、5 ℃、0 ℃、-5 ℃)暴露不同時間(30 min、60 min)。實驗組10 ℃30 min和60 min各7只，5 ℃ 30 min和60 min各7只，0 ℃30 min和60 min各7只，-5 ℃ 30 min和60 min各7只，共56只；對照組10 ℃ 30 min和60 min各7只，5 ℃ 30 min和60 min各7只，0 ℃ 30 min和60 min各7只，-5 ℃ 30 min和60 min各7只，共56只。

1.4 標本采集與處理 兩組家兔在自然低溫環境下(10 ℃、5 ℃、0 ℃、-5℃)暴露不同時間(30 min、60 min)后，于相應時間點空氣栓塞處死家兔取出心臟，用蒸餾水洗去心臟中的殘血，置于10%甲醛中固定。于左冠狀動脈左室支結扎處至心尖部冠狀面橫切心肌取材，石蠟包埋后切片行HE染色，在光鏡下觀察心肌細胞形態學的變化。

2 結果

2.1 對照組HE染色結果 10 ℃組(見圖A1)和5 ℃組(見圖A2)：心肌纖維平行排列整齊，細胞核清晰，細胞質呈伊紅色，心肌間質未見滲出。0 ℃ 30 min組(見圖A3-1)：心肌纖維排列較整齊，細胞核清晰，局灶性細胞質呈深伊紅色，心肌間質未見滲出。0 ℃ 60 min組(見圖A3-2)：心肌纖維排列疏松，細胞核清晰，局灶性細胞質呈深伊紅色，心肌間質輕度水腫。-5 ℃30 min組(見圖A4-1)：心肌纖維拉長，排列疏松，細胞核清晰，局灶性細胞質呈深伊紅色，心肌間質水腫。-5 ℃ 60 min組(見圖A4-2)：心肌纖維拉長、變細，排列疏松，細胞核清晰，局灶性細胞質呈深伊紅色，心肌間質水腫。

2.2 實驗組HE染色結果 10 ℃ 30 min組(見圖B1-1)：心肌纖維排列較整齊，細胞核清晰，局灶性細胞質呈深伊紅色，心肌間質未見滲出。10 ℃ 60 min組(見圖B1-2)：心肌纖維拉長、排列較整齊，細胞核清晰，局灶性細胞質呈深伊紅色，心肌間質未見滲出。5 ℃ 30 min組(見圖B2-1)：心肌纖維濁腫、排列不整齊，細胞間質小血管擴張、淤血。5 ℃ 60 min組(見圖B2-2)：心肌纖維拉長、局灶性肌漿凝集。0 ℃ 30 min組(見圖B3-1)：心肌纖維拉長、排列不整齊，細胞間質水腫。0 ℃ 60 min組(見圖B3-2)：心肌纖維拉長、排列不整齊，部分呈輕微波浪狀，局灶性肌漿凝集，嗜酸性增強。-5 ℃30 min組(見圖B4-1)：心肌纖維拉長，呈波浪狀排列，嗜酸性增強。-5 ℃ 60 min組(見圖B4-2)：心肌纖維拉長，呈波浪狀排列，部分斷裂；細胞間質水腫，小血管有明顯淤血。

3 討論

圖A1 對照組10 ℃心肌細胞形態學變化(40×)

圖A2 對照組5 ℃心肌細胞形態學變化(40×)

圖A4-1 對照組-5 ℃ 30 min心肌細胞形態學變化(40×)

圖B1-1 實驗組10 ℃ 30 min心肌細胞形態學變化(40×)

圖B2-1 實驗組5 ℃ 30 min心肌細胞形態學變化(40×)

圖B3-1 實驗組0 ℃ 30 min心肌細胞形態學變化(40×)

圖A3-2 對照組0 ℃ 60 min心肌細胞形態學變化(40×)

圖A4-2 對照組-5 ℃ 60 min心肌細胞形態學變化(40×)

圖B1-2 實驗組10 ℃ 60 min心肌細胞形態學變化(40×)

圖B2-2 實驗組5 ℃ 60 min心肌細胞形態學變化(40×)

圖B3-2 實驗組0 ℃ 60 min心肌細胞形態學變化(40×)

圖B4-1 實驗組-5 ℃ 30 min心肌細胞形態學變化(40×)

圖B4-2 實驗組-5 ℃ 60 min心肌細胞形態學變化(40×)

環境溫度變化與機體的代謝密切相關，人和哺乳動物的適宜環境溫度為10~35 ℃，對機體代謝無明顯影響。當環境溫度低于10 ℃時，機體產生冷感，故將環境溫度10 ℃稱為臨界溫度[3]。邵同先等[4]研究報道，當環境溫度從2 ℃降至-6 ℃，隨著低溫狀態停留時間延長，家兔直腸溫度從36.9 ℃降至32.1 ℃，呈下降趨勢。何子安等[5]研究發現，低溫可致機體血漿產生一種以較大顆粒存在的冷凝蛋白，在微小血管中可能會造成淤積或堵塞，導致微循環障礙，加劇凍傷組織的病變。本研究結果顯示，10 ℃和5 ℃自然低溫環境下對照組心肌纖維形態無明顯變化。當環境溫度從0 ℃降至-5 ℃的過程中，對照組心肌纖維從排列較整齊逐漸變為心肌纖維拉長、排列疏松，心肌細胞間質水腫。實驗組從10 ℃降至-5 ℃的過程中，心肌纖維逐漸從拉長，排列疏松至排列呈波浪狀改變并有部分心肌纖維斷裂，心肌細胞間質水腫，小血管明顯淤血。提示心肌缺血及心肌細胞損傷逐漸加重。Hoye等[6]研究顯示，隨著低溫刺激強度的不斷增加，心肌細胞的損傷越來越嚴重。邵同先等[4]研究發現，隨著環境溫度下降，從-2 ℃至-6 ℃的過程中，HE染色結果顯示，家兔心肌細胞損傷逐漸加重。這些均與本研究結果相符。推測其發生機制可能是家兔的體溫隨著環境溫度下降逐漸減低，內臟血管痙攣，血管中冷凝蛋白增加，微小血管血流變慢、淤積，微循環障礙，導致心肌缺血和心肌細胞損傷。提示機體的抗寒和保暖是防止心肌缺血和損傷的重要措施之一。

綜上所述，從0~-5 ℃，隨著時間的延長，心肌細胞損傷明顯。在已有心肌缺血的情況下，環境溫度10 ℃時，就可以對已存在心肌缺血的心肌細胞引起形態學改變，提示缺血心肌細胞對低溫環境溫度變化更加敏感。

[1]王紅兵，鄧小燕，湯振宇，等.低溫對心肌細胞形態變化及細胞間相互作用影響的實驗初探[J].醫用生物力學，2006，21(4)：267.

[2]王嵐峰，王姝，董均樹，等.亞低溫對心肌缺血的影響[J].中國心血管雜志，2005，10(5)：332-335.

[3]邵同先，張蘇亞.低溫醫學[M].呼和浩特：遠方出版社，2003：7.

[4]邵同先，張蘇亞.低溫狀態下機體代謝與心律失常的關系[J].河南職工醫學院學報，2005，17(1)：47-49.

[5]何子安，孫方人，馬于敏.冷暴露大白鼠血漿中冷凝蛋白的含量測定及其分離鑒定[J].解放軍預防醫學雜志，1995，14(4)：257.

[6]Hoye A T，Davoren J E，Wipf P，et al.Targeting mitochondria[J].Acc Chen Res，2008，41(1):87-97.