線粒體輔酶Q對(duì)高脂飲食大鼠心肌功能的作用

厲喬 陳斌 鄭磊 葉薇 陸夢(mèng)麗

●論 著

線粒體輔酶Q對(duì)高脂飲食大鼠心肌功能的作用

厲喬 陳斌 鄭磊 葉薇 陸夢(mèng)麗

目的 探討線粒體輔酶Q（MitoQ）對(duì)高脂飲食大鼠心肌功能的作用。方法 將36只8周齡雄性SD大鼠隨機(jī)分為高脂+MitoQ組（高脂飼料喂養(yǎng)16周后，加入MitoQ繼續(xù)喂養(yǎng)4周）、高脂組（高脂飼料喂養(yǎng)20周）和正常對(duì)照組（基礎(chǔ)飼料喂養(yǎng)20周）各12只。先行經(jīng)胸常規(guī)超聲心動(dòng)圖檢測(cè)；再應(yīng)用速度向量成像（VVI）技術(shù)測(cè)量乳頭肌水平左心室短軸觀各個(gè)節(jié)段最大收縮期運(yùn)動(dòng)速度（Vs）、最大徑向應(yīng)變（εr）、最大切向應(yīng)變（εc）、最大收縮期徑向應(yīng)變率（SRr）、切向應(yīng)變率（SRc）等指標(biāo)；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后處死大鼠進(jìn)行組織學(xué)檢查。結(jié)果 3組大鼠舒張末期室間隔厚度（IVSTd）、舒張末期左心室后壁厚度（LVPWTd）、左心室舒張末期內(nèi)徑（LVEDd）、左心室收縮末期內(nèi)徑（LVEDs）、射血分?jǐn)?shù)（EF）、短軸縮短率（FS）比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。高脂組Vs、εr、εc、SRr、SRc均較正常對(duì)照組明顯下降（均P＜0.05），亦低于高脂+MitoQ組（均P＜0.05）。高脂組較正常對(duì)照組心肌細(xì)胞排列紊亂，肌纖維斷裂，心肌間質(zhì)膠原纖維明顯增生；高脂+MitoQ組較高脂組心肌細(xì)胞排列規(guī)整，未見明顯的肌纖維斷裂，心肌間質(zhì)膠原纖維減少。結(jié)論 高脂飲食會(huì)損害大鼠左心室心肌收縮功能，MitoQ可起到一定的保護(hù)作用。

線粒體輔酶Q 高脂飲食 心肌功能 大鼠 速度向量成像

近年來，隨著人們生活水平的提高和飲食結(jié)構(gòu)的改變，高脂飲食人群逐年增多。研究表明高脂飲食可引起心肌代謝和心臟結(jié)構(gòu)異常，使左心室功能受損[1]。線粒體輔酶Q（MitoQ）可降低線粒體活性氧水平，從而保護(hù)線粒體[2]。速度向量成像（VVI）技術(shù)是基于二維斑點(diǎn)追蹤原理發(fā)展起來的超聲新技術(shù)，是一種定量評(píng)價(jià)心肌功能的理想工具[3]。本研究旨在運(yùn)用VVI技術(shù)評(píng)價(jià)心臟結(jié)構(gòu)與功能，并結(jié)合組織學(xué)檢查，探討MitoQ對(duì)高脂飲食大鼠左心室收縮功能的影響。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 8周齡雄性SD大鼠36只，由溫州醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供；隨機(jī)分為正常對(duì)照組、高脂組、高脂+MitoQ組，每組各12只。

1.2 飼養(yǎng)方法 正常對(duì)照組予基礎(chǔ)飼料（溫州醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供）喂養(yǎng)20周；高脂組予高脂飼料（80%基礎(chǔ)飼料+18%豬油+2%膽固醇）喂養(yǎng)20周；高脂+MitoQ組予高脂飼料喂養(yǎng)16周后，在飼料中加入MitoQ（232±4）mol/（kg·d）（美國(guó)Cell Signaling Technology公司）喂養(yǎng)4周[4]。

1.3 檢查方法

1.3.1 超聲心動(dòng)圖 使用Siemens公司Acuson Sequoia 512C彩色多普勒超聲診斷系統(tǒng)，15L8-S線陣探頭，探頭頻率為12～14MHz。SD大鼠腹腔注射3%水合氯醛；待充分麻醉后，心前區(qū)剃毛，接用針刺電極心電圖標(biāo)記心動(dòng)周期，將探頭置于大鼠心前區(qū)，探頭與皮膚之間用耦合劑填充。先行經(jīng)胸常規(guī)超聲心動(dòng)圖檢查，乳頭肌水平左心室短軸觀測(cè)量大鼠舒張末期室間隔厚度（IVSTd）、舒張末期左心室后壁厚度（LVPWTd）、左心室舒張末期內(nèi)徑（LVEDd）、左心室收縮末期內(nèi)徑（LVEDs）。機(jī)器自動(dòng)計(jì)算射血分?jǐn)?shù)（EF）、短軸縮短率（FS）。隨后應(yīng)用VVI采集連續(xù)3個(gè)心動(dòng)周期乳頭肌水平左心室短軸觀的二維灰階動(dòng)態(tài)圖像，所有動(dòng)態(tài)圖像存儲(chǔ)在MO光盤。

1.3.2 VVI 將所得動(dòng)態(tài)圖像導(dǎo)入Siemens Sygno US Workplace3.01分析軟件進(jìn)行脫機(jī)分析。根據(jù)美國(guó)超聲心動(dòng)圖學(xué)會(huì)制定的標(biāo)準(zhǔn)16節(jié)段法，將乳頭肌水平左心室短軸分為6個(gè)節(jié)段，在一幀靜態(tài)圖像上分別描記心內(nèi)膜和心外膜下心肌的節(jié)段點(diǎn)，在動(dòng)態(tài)過程中，軟件自動(dòng)追蹤并描記心內(nèi)膜和心外膜，分析者調(diào)整描記點(diǎn)的位置，使采樣點(diǎn)始終追蹤心內(nèi)膜和心外膜。從分析軟件自動(dòng)給出速度、應(yīng)變、應(yīng)變率曲線圖，測(cè)量左心室各個(gè)節(jié)段內(nèi)膜下心肌最大收縮期運(yùn)動(dòng)速度（VS）、最大徑向應(yīng)變（εr）、最大切向應(yīng)變（εc）、最大收縮期徑向應(yīng)變率（SRr）、切向應(yīng)變率（SRc）等指標(biāo)。在短軸觀，徑向應(yīng)變?yōu)樽笮氖腋鞅谥赶蛐那恢醒氲男巫儯瑸檎担磺邢驊?yīng)變指心肌沿著圓周方向的形變，為負(fù)值（本研究取絕對(duì)值進(jìn)行比較），見圖1（插頁）。隨機(jī)抽取18只大鼠，由2位不同操作者分別進(jìn)行圖像采集、參數(shù)測(cè)量和數(shù)據(jù)分析，間隔2周后由同一位操作者進(jìn)行圖像采集、參數(shù)測(cè)量和數(shù)據(jù)分析。不同觀察者間VS、εr、εc、SRr、SRc各指標(biāo)之間變異系數(shù)分別為10.81%、8.51%、7.81%、8.15%和9.32%，同一觀察者不同時(shí)間點(diǎn)上述指標(biāo)的變異系數(shù)分別為8.24%、10.89%、7.80%、8.13%和7.63%；以上說明重復(fù)性較好。

1.4 組織學(xué)檢查 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后處死大鼠，取部分左心室心肌組織，用10%甲醛溶液固定，石蠟包埋，切片，HE染色、Masson染色，在顯微鏡下觀察各組大鼠心肌組織的病理變化。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 應(yīng)用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料用表示，多組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 超聲心動(dòng)圖指標(biāo)分析 3組大鼠IVSTd、LVPWTd、LVEDd、LVEDs、EF、FS值比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），見表1。

表1 3組大鼠超聲心動(dòng)圖指標(biāo)比較

2.2 VVI參數(shù)分析 3組大鼠VVI參數(shù)在各個(gè)節(jié)段呈均一性分布，因此本實(shí)驗(yàn)引入了各個(gè)指標(biāo)6個(gè)節(jié)段的平均值作進(jìn)一步分析。高脂組Vs、εr、εc、SRr、SRc均較正常對(duì)照組明顯下降（均P＜0.05），亦明顯低于高脂+MitoQ組（均P＜0.05），見表2。

2.3 組織學(xué)檢查結(jié)果 HE染色可見正常對(duì)照組心肌細(xì)胞排列整齊，細(xì)胞核大小均一，胞質(zhì)染色均勻；高脂組心肌細(xì)胞排列紊亂，細(xì)胞核大小不規(guī)則，細(xì)胞內(nèi)可見肌纖維斷裂；高脂+MitoQ組較高脂組明顯好轉(zhuǎn)，心肌細(xì)胞排列較為規(guī)整，未見明顯的肌纖維斷裂，見圖2（插頁）。Masson染色可見膠原纖維呈藍(lán)綠色，心肌纖維呈紅色或黃色，其中正常對(duì)照組膠原組織分布均勻，排列整齊；高脂組心肌間質(zhì)膠原纖維明顯增生，排列紊亂；高脂+MitoQ組較高脂組心肌間質(zhì)膠原纖維減少，相鄰細(xì)胞的膠原纖維排列較整齊，見圖3（插頁）。

3 討論

流行病學(xué)資料提示高脂飲食人群存在心血管相關(guān)危險(xiǎn)因素。在高脂飲食模型中發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激增加、內(nèi)皮功能障礙；在氧化應(yīng)激促進(jìn)動(dòng)物模型中，代謝綜合征的發(fā)展會(huì)引起一系列臨床癥狀，包括胰島素抵抗、肥胖、高血壓、心血管疾病等[5]。高脂血癥及其靶組織的脂肪變性會(huì)進(jìn)一步增加血循環(huán)及靶組織的氧化應(yīng)激水平[6]。隨著體脂增多以及代謝需求增加，心搏出量和心率相應(yīng)增加，同時(shí)伴有血壓升高、血液黏稠度增加等一系列病理生理學(xué)的改變，從而使心臟負(fù)荷增加，導(dǎo)致代償性心肌肥厚，引起心肌重構(gòu)[7]。高脂飲食引起心功能損害可能與心肌肥厚和超微結(jié)構(gòu)的損害有關(guān)。

表2 3組大鼠VVI參數(shù)比較

MitoQ是線粒體靶向抗氧化劑，可聚集在線粒體內(nèi)，從而降低線粒體活性氧水平，通過減少氧化損傷來保護(hù)線粒體[8]。本研究組織學(xué)檢查結(jié)果顯示，高脂組較正常對(duì)照組心肌細(xì)胞排列紊亂，肌纖維斷裂，心肌間質(zhì)膠原纖維明顯增生，過量的膠原纖維沉積于心臟；高脂+ MitoQ組較高脂組心肌細(xì)胞排列規(guī)整，未見明顯的肌纖維斷裂，且心肌間質(zhì)膠原纖維減少，說明MitoQ能減輕高脂飲食引起的氧化應(yīng)激損傷，減少膠原纖維沉積。這與國(guó)內(nèi)某動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果類似[9]。VVI技術(shù)是基于斑點(diǎn)追蹤原理，不受任何檢查角度的影響，可反映各個(gè)方向的心肌運(yùn)動(dòng)，量化心肌組織的結(jié)構(gòu)力學(xué)向量，有助于提高心血管疾病檢查的準(zhǔn)確性[10]。本研究應(yīng)用VVI技術(shù)檢測(cè)高脂飲食大鼠左心室的室壁運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)3組大鼠左心室壁乳頭肌水平6個(gè)節(jié)段各VVI參數(shù)的分布具有均一性，表明乳頭肌水平心肌的病變是彌漫性的。高脂飲食主要通過彌漫性損傷心肌微循環(huán)和心肌細(xì)胞來破壞心臟功能，與冠心病有所不同，后者是由節(jié)段性冠狀動(dòng)脈完全或不全堵塞引起節(jié)段性的心肌功能損傷[11]。本研究VVI參數(shù)分析顯示，高脂組較正常對(duì)照組VS、εr、εc、SRr、SRc均明顯下降，提示高脂組大鼠心肌功能已受損。高脂+MitoQ組較高脂組VS、εr、εc、SRr、SRc均有升高，提示MitoQ能改善高脂飲食引起的心肌損傷，但未能恢復(fù)至正常水平，可能與高脂心肌損傷機(jī)制復(fù)雜、MitoQ無法完全抑制其病理改變有關(guān)。

綜上所述，高脂飲食會(huì)損害大鼠左心室收縮功能，而MitoQ可起到一定的保護(hù)作用。

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Protective effect of MitoQ on myocardial function in high-fat diet rats

LI Qiao，CHEN Bin，ZHENG Lei，et al.Department of Ultrasonography，the First Affiliated Hospital of Wenzhou Medical University，Wenzhou 325000, China

【 Abstract】 Objective To investigate the effect of MitoQ on myocardial function in high-fat diet rats. Methods A total of 36 male 8-week-old SD rats were randomly assigned to high-fat diet with MitoQ treatment group,high-fat diet group and normal diet group(n=12,in each group).Rats in control group were fed with basic diet,rats in high-fat diet group were fed with high-fat diet for 20 wks,and those in high-fat diet with MitoQ group fed with high-fat diet for 20 wks and MitoQ was added from wk16 till wk 20.Transthoracic routine echocardiography and velocity vector imaging (VVI)were performed in 3 groups,and parameters Vs,εr,εc,SRrand SRcwere measured at papillary muscle level in left ventricular short axis view.By the end of experiments animals were sacrificed for histological examination. Results There were no significant differences in IVSTd, LVPWTd,LVEDd,LVEDs,EF and FS among 3 groups(P＞0.05).The Vs,εr,εc,SRrand SRcin high-fat diet group were significantly lower than those in normal control group(P＜0.05)and those in high-fat diet with MitoQ treatment group(P＜0.05).Compared to control group,histological examination showed that there were disorder of myocardial cells arrangement and muscle fiber fracture,significant increasing of collagen fibers in intercellular substance,and the deposition of collagen fibers in heart.However, these histopathological changes were attenuated in high-fat diet with MitoQ group. Conclusion High-fat diet can damage the myocardial systolic function of left ventricle in adult male rats,MitoQ treatment may protect the myocardial function from the high fat diet-induced damage.

MitoQ High-fat dietMyocardialfunction RatVelocity vector imaging

2016-10-20）

（本文編輯：陳丹）

溫州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（Y20140602）

325000 溫州醫(yī)學(xué)大學(xué)附屬第一醫(yī)院超聲影像科（厲喬、陳斌、鄭磊）；溫州醫(yī)科大學(xué)檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院（葉薇）；溫州醫(yī)科大學(xué)文成院區(qū)超聲科（陸夢(mèng)麗）

陳斌，E-mail：doctorchbe@126.com