2型糖尿病胰島素抵抗引發心肌病發病機制的探討

張霞

·實驗研究·

2型糖尿病胰島素抵抗引發心肌病發病機制的探討

張霞

目的 建立2型糖尿病性心肌病大鼠模型, 探討糖尿病引起心肌損傷的相關因素。方法 SD大鼠喂以高脂高糖飼料加小劑量鏈脲佐菌素,建立2型糖尿病胰島素抵抗大鼠模型, 隨機分為正常組、糖尿病組。檢測了兩組大鼠血清中相關指標含量以及心肌組織中晚期糖基化終末產物(AGEs)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)的含量, 并觀察心臟結構變化。結果 糖尿病組相關指標均較正常組明顯增高, 差異有統計學意義(P＜0.01), 同時HE染色觀察到糖尿病大鼠心肌細胞變性壞死,結構紊亂。結論 糖尿病引起心肌病變的原因可能是細胞代謝紊亂引起心肌組織相關指標過度表達有關。

2型糖尿??；胰島素抵抗；心肌病

糖尿病是當今世界上最常見的慢性病之一, 其發病率和病死率正呈逐年上升趨勢, 由其引起的諸多并發癥中, 糖尿病性心肌病危害非常大。本實驗通過建立2-DM大鼠心肌細胞病理損傷模型, 觀察正常組、模型組大鼠相關指標的變化,為臨床上合理治療糖尿病性心肌病提供更科學的實驗依據。臟稱重, 免疫組化檢測心肌組織AGEs、TNF-α、AngⅡ的表達, 并用光鏡觀察心肌結構。

1.2 統計學方法 所有實驗數據用SPSS13.0統計軟件處理,計量資料以均數±標準差 ( x-±s)表示, 應用t檢驗, 計數資料采用χ2檢驗；P＜0.05表示差異有統計學意義。

1 材料與方法

2 結果

1.1 材料 材料和試劑以及儀器均有山西醫科大基礎學院生理實驗室提供。取雄性SD大鼠若干只, 觀察室里飼養1周后, 隨機選取20只作為正常對照組, 喂以基礎飼料, 其余用于誘導2型糖尿病, 連續4周喂以高脂飼料, 小劑量腹腔注射STZ溶液, 1周后, 空腹血糖≥16.7 mmol/L為2型糖尿病模型, 繼續喂以高脂高糖飼料。20周后隨機取20只作為糖尿病性心肌病對照組, 尾靜脈取血檢測血糖、胰島素、游離脂肪酸(FFA)、甘油三酯(TG)、總膽固醇(TC)的含量, 心

2.1 兩組大鼠血清相關指標的含量對比 高脂高糖喂養20周后, 與正常對照組相比, 糖尿病對照組大鼠血清空腹血糖(FBG)和空腹胰島素(FINS)均顯著升高, 同時測得糖尿病對照組大鼠血清TG、TC和FFA含量明顯高于正常對照組, 差異有顯著統計學意義(P＜0.01)。見表1。

2.2 兩組大鼠心肌組織AGEs、TNF-α、AngⅡ的含量對比與正常對照組相比, 糖尿病對照組心肌組織AGEs、TNF-α、AngⅡ的含量均顯著升高, 差異有統計學意義(P＜0.01)。詳見表2。

表1 兩組大鼠血清中FBG、FFA、TG、TC和FFA的含量比較( x-±s)

表2 兩組大鼠心肌組織AGEs、TNF-α、AngⅡ的含量比較( x-±s)

2.3 兩組大鼠左心室重量指數及心臟指數對比 正常對照組的左心室質量指數(LVMI)和心臟質量指數(HWI)分別為(2.58±0.06)mg/g和(3.23±0.15)mg/g, 與正常對照組相比, 糖尿病對照組大鼠LVMI和HWI分別為(3.47±0.18)mg/g和(4.51±0.19)mg/g, 指標明顯升高, 差異有統計學意義(P＜0.01)。同時在光鏡下發現正常對照組大鼠心肌組織無明顯形態結構的改變, 糖尿病對照組大鼠的心肌細胞明顯腫脹肥大、變性,細胞核明顯增大, 心肌纖維排列和結構發生紊亂。

3 討論

據世界衛生組織最新公布數據顯示, 糖尿病無論是發達國家還是發展中國家, 其發病率和病死率正呈逐年上升趨勢,已成為繼心腦血管疾病、惡性腫瘤外的第三大疾病, 且發病人群日趨年輕化, 已嚴重威脅到人類健康。而我國已成為世界第一糖尿病大國, 患病率為9.7%, 已高于世界平均水平的6.4%。糖尿病本身并不可怕, 可怕的是由此引起的一系列并發癥。如心腦血管疾病、眼底病變、周圍神經病變引起的四肢潰爛等。而由其引起的諸多并發癥中, 糖尿病性心肌病危害非常大, 但其發病機制仍未完全明了。臨床實踐發現, 糖尿病是心血管疾病最常見的易患因子之一, 也是心血管疾患并發心肌梗死高死亡率獨立的高危因素［1］。研究表明, 糖尿病性心肌病(DCM)是種特殊的心肌疾病進程, 它不同于單純的心肌缺血和高血壓, 而且也不同于原發性心肌病。DCM早期病理特點是殘存的單核細胞內非特異性間質變性, 促進心肌間質和血管周圍纖維化, 心肌細胞肥厚、心肌微血管基底膜增厚, 心室腔擴張, 心室重構。

本實驗采用糖尿病大鼠模型, 給與高脂高糖飲食, 再給以小劑量鏈脲菌素(STZ)腹腔注射誘發糖尿病模型, 然后經過20周的高脂高糖飼料的喂養, 血糖和胰島素明顯升高, 成功復制與臨床相近的2 型糖尿病模型以及糖尿病心肌病模型。據文獻報道糖尿病心肌病變的發病機制包括心肌細胞的能量代謝障礙、微血管病變、心肌間質纖維化、心臟神經調節紊亂和大血管病變等。大量的臨床和實驗證明糖尿病性心肌病的直接原因是胰島素抵抗和持續高血糖引起細胞代謝異常［2］, 從而引起心肌組織廣泛缺血、變性、壞死和纖維化。

本實驗中可以觀察到糖尿病大鼠血糖、血胰島素水平顯著升高, 血膽固醇、TG以及FFA水平增加, 這表明糖尿病病程中代謝發生紊亂。在正常情況下, 心肌細胞代謝的能量來源60%～80%為游離脂肪酸的β氧化, 20%～30%來源于糖的氧化與利用。糖尿病狀態下心肌能量代謝幾乎完全依賴于脂肪酸氧化, 糖尿病性心肌細胞對脂肪酸的攝取增加, 長期的過量攝入脂肪酸仍引起脂肪酸［3］在心肌細胞的沉積, 直接損傷了心肌細胞肌原纖維的功能。研究表明, 葡萄糖在心肌細胞內的堆積, 使糖基化終末產物(AGEs)形成增多, 誘導ROS產生, 而過多的氧自由基可以對離子通道、線粒體功能、DNA合成和穩定性產生不利影響, 甚至可以直接啟動心肌細胞凋亡。因此, 從本實驗結果可以看出, 血糖和脂肪酸含量的升高和AGEs過度表達可能就形成了糖尿病心肌病的病理基礎, 導致心肌功能損傷。隨之而來的病理檢查和光鏡觀察也可見心肌損傷抑制了心肌細胞對葡萄糖的利用, 從而引起糖尿病心肌病理改變。

目前認為, TNF-α［4］和AngⅡ在心肌細胞的過度表達參與了多種心臟疾病的發生發展。糖尿病心肌病時存在心肌局部血管緊張素(RAS)系統的激活, 血管緊張素Ⅱ的水平增加會引起左心室心肌細胞TGF-β1增加, 從而心肌纖維化［5,6］。

實驗結果證實, 糖尿病心肌病變時, 表現為心肌細胞腫脹肥大、變性, 心肌纖維排列和結構紊亂, 同時心肌組織AGEs、TNF-α和AngⅡ含量明顯增加, 這可能是糖尿病性心肌損傷的主要原因, 但至今, 醫學界對糖尿病性心肌病變的機制還沒有明確定論, 因此合理應用抑制AGEs、TNF-α和AngⅡ的藥物對臨床治療糖尿病性心肌損傷可能具有一定的指導意義。

［1］ 胡大一, 王長華, 許玉韻, 等.糖尿病與心血管疾病.北京:人民軍醫出版社, 2005: 268-272.

［2］ 安濰淵, 龔敏.糖尿病心肌病發病機理的研究進展.遼寧實用糖尿病雜志, 2004, 12(30):53-55.

［3］ 趙鐵耘, 李貴星, 黃亨建, 等.2型糖尿病患者血清FFA變化與胰島素抵抗關系的探討.華西醫科大學學報, 2003, 31(2):236.

［4］ 張風雷, 玄軍華, 崔良民, 等.腫瘤壞死因子-α與糖尿病心肌病關系的研究.濟寧醫學院學報, 2003, 26(3):13-15.

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2014-04-08］

034000 山西忻州職業技術學院醫學系