人參總皂苷對心肌梗死后大鼠心功能和心室重構的影響

魏 英,王鈺瑩,吳 芹,劉金偉,徐尚福,余麗梅*

人參總皂苷對心肌梗死后大鼠心功能和心室重構的影響

魏 英1,2,王鈺瑩1,吳 芹3,劉金偉1,徐尚福3,余麗梅1*

目的 觀測人參總皂苷(TG)對急性心肌梗死(AMI)大鼠心功能和血流動力學及心室重構的影響。方法 雄性SD大鼠,結扎冠狀動脈前降支建立AMI模型,假手術組、模型組、TG高劑量(TG-H)和低劑量組(TG-L)大鼠分別腹腔注射等量生理鹽水、TG 40 mg/(kg·d)和20 mg/(kg·d) 35 d。彩色多普勒超聲心動圖動態監測心功能變化,第35天經頸動脈插管至左心室檢測心臟血流動力學指標,肉眼觀、HE和Masson染色觀察心肌重構變化。結果 與模型組比較,第7、14、35天TG-H組LVEF和LVFS均顯著升高(P<0.05,P<0.01),而TG-L組僅于第35天顯著升高(P<0.05);第35天TG-H組LVEDd、LVESd、LVEDV和LVESV均明顯低于模型組(P<0.05);且TG-H和TG-L組LVSP、±dp/dtmax均顯著高于模型組(P<0.05,P<0.01),LVEDP明顯低于模型組(P<0.05);TG-H、TG-L組心室擴張、梗死區面積和纖維化瘢痕較模型組減少,左室壁較厚,心肌細胞較多。結論 人參總皂苷明顯減輕梗死區瘢痕形成及心室重構,從而顯著改善AMI后大鼠心功能和血流動力學指標。

人參總皂苷;急性心肌梗死;心功能;血流動力學;心室重構

0 引言

急性心肌梗死(Acute myocardial infarction,AMI)發生后，梗死區、非梗死區心肌細胞形態結構和間質細胞與結構的改變將引起心室重構,導致心室收縮和舒張功能減退,最終發展為心力衰竭,而心力衰竭是遠期心源性死亡的重要危險因素。因此,減少AMI后梗死區瘢痕形成,改善心室重構是治療心肌梗死、預防心力衰竭的重要環節[1]。人參為我國名貴中藥材,人參總皂苷(Total ginsenosides,TG)是其主要活性成分,由人參皂苷Rb1、Rg1、Re、Rd1等40多種單體組成。現代藥理學研究表明,人參皂苷對心血管具有良好的保護作用,能抑制心肌細胞肥大和心室肥厚,控制心律失常,抑制心肌細胞凋亡,保護心肌梗死[2]。目前的研究更多地報道了人參皂苷單體成分的藥理作用[3-6],而對人參總皂苷的研究相對較少,尤其是人參總皂苷對AMI后心功能、心臟血流動力學參數及心室重構的影響尚未見報道,因而本研究對此進行了探討。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 動物和試劑 雄性Sprague Dawley(SD)大鼠,清潔級,月齡2～3月,體重(220±20)g,由第三軍醫大學大坪醫院實驗動物中心提供[許可證:SCXK(渝)2008-0003];TG由北京天然藥物研究院提供,為人參莖和葉提取所得(比色法測定,純度97%;用JTY-300型反相制備色譜固定相分離,純度>93%),其中含人參皂苷Rb1 5.26%、Rg1 5.20%、Re 21.60%、Rd1 3.65%及其他人參皂類化合物,用無菌生理鹽水配制成2 mg/mL和4 mg/mL的儲存液,4 ℃保存備用。

1.1.2 主要儀器 小動物呼吸機(ALC-V8S,上海奧爾科特生物技術有限公司);心電圖機(Ken2 Cardico302,北京明成森木醫療器械有限公司);彩色多普勒超聲心動圖儀(Sepuoia 512,ACUSON,15 MHZ),PowerLab生命信息處理系統(8s型,澳大利亞AD Instruments公司)。

1.2 方法

1.2.1 AMI模型制備[7-8]與實驗分組 10%水合氯醛腹腔注射麻醉大鼠,頸部氣管切開、插管,連接小動物呼吸機(呼吸頻率80次/min,潮氣量3 mL)。心電監護下開胸,于左心耳下緣與肺動脈圓錐距主動脈根部約2～3 mm處,6/0號絲線結扎冠狀動脈左前降支,以心電圖ST段(J點)抬高和冠脈結扎后心肌顏色變為暗紅色提示冠狀動脈結扎成功。假手術組(Sham組)大鼠只開胸穿線不結扎。AMI模型成功大鼠隨機分為3組,每組12只,模型組(Model組),TG低劑量組[TG-L,腹腔注射TG 20 mg/(kg·d)],TG高劑量組[TG-H,腹腔注射TG 40 mg/(kg·d)],Sham組和Model組均腹腔注射等量生理鹽水,術后第1天開始用藥,連續給藥35 d。

1.2.2 彩色多普勒超聲心動圖監測左心室功能 分別于制模前、制模后7、14和35 d,麻醉大鼠,仰臥位固定,左胸前區以10%硫化鈉脫毛。專人采取雙盲法,利用彩色多譜勒超聲心動圖儀檢測左室心功能。將探頭置于胸骨左側,取左室乳頭肌短軸切面及左室長軸切面,將圖像放大,M型取樣左室前壁和左室后壁。測量參數包括:左心室舒張末期內徑(LVEDd)、左心室收縮末期內徑(LVESd)、舒展末期左室容積(LVEDV)、收縮末期左室容積(LVESV)、左室射血分數(LVEF)、左室短軸縮短率(LVFS),所有指標連續測定3次,取平均值,并留取清晰圖像。

1.2.3 插管法測定心臟血流動力學指標 AMI術后第35天,將連接三通管的PE-50導管充滿1%肝素溶液,并與PowerLab生命信息處理系統測壓裝置的換能器連接。經大鼠頸部切口,鈍性分離皮下組織,用PE-50導管進行右頸總動脈插管,向近心端方向插入,觀察波形變化并調整導管深度和方向,直至出現特征性波形(圖1),確定導管進入左心室,扎緊、固定導管,穩定10 min后,記錄10 min心室內壓力波形變化,保存測量結果,采用ADI LabChart 7.0分析軟件,隨機選取5段穩定波形分析測定左心室收縮壓(LVSP)、左室舒張末壓(LVEDP)及左室壓力最大上升或下降速率(±dp/dtmax),計算平均值。

1.2.4 心臟組織病理學檢查 完成血流動力學指標檢測后,開胸,取出心臟,生理鹽水沖洗心室腔,肉眼觀察心臟外型。切取心室,4%多聚甲醛固定,經脫水、石蠟包埋、切片處理后,行HE染色和膠原纖維Masson染色,顯微鏡觀察左心室組織結構變化和纖維化情況。

2 結果

2.1 存活率及一般情況 造模后第35天,Sham組大鼠存活12只,Model組存活8只,TG-L組存活10只,TG-H組存活12只。Model組大鼠術后恢復較慢,毛色晦暗,豎立,不愛活動,進食少;TG治療組大鼠術后恢復較快,毛發較光澤,活動自如。

圖1 頸總動脈插管進入左心室的波形特征

2.2 TG改善AMI后大鼠心功能 大鼠心臟多普勒超聲檢測結果顯示,造模前(0 d),四組大鼠間左室心功能六項指標無明顯差異。造模后7、14、35 d,與Sham組比較,Model組大鼠LVEDd、LVESd、LVEDV、LVESV均顯著升高(P<0.01),LVEF和LVFS則顯著降低(P<0.01)。造模后7、14 d,與Model組比較,TG-H組大鼠LVEF和LVFS值均明顯升高(P<0.05和P<0.01),LVEDd、LVESd、LVEDV、LVESV有降低趨勢,但差異無統計學意義。造模后35 d,與Model組比較,TG-H組大鼠LVEDd、LVESd、LVEDV、LVESV顯著降低(P<0.05),LVEF和LVFS明顯升高(P<0.01),TG-L組大鼠LVEF和LVSF也明顯升高(P<0.05)。見表1。

2.3 TG改善AMI后大鼠心臟血流動力學指標 心臟血流動力學指標檢測結果顯示,與Sham組比較,Model組大鼠LVSP、±dp/dtmax均明顯降低(P<0.01),LVEDP明顯升高(P<0.01);與Model組比較,TG-L組和TG-H組大鼠血流動力學各項指標均顯著改善,即LVSP和±dp/dtmax明顯升高(P<0.05,P<0.01),LVEDP明顯降低(P<0.05)。見表2。

表1 超聲心動圖動態觀察TG對AMI后大鼠心功能的影響

注：與Model組比較,*P<0.05,**P<0.01；與Sham組比較,##P<0.01

表2 TG對AMI后大鼠心臟血流動力學指標的影響

注：與Model組比較,*P<0.05,**P<0.01；與Sham組比較,##P<0.01

2.4 心臟外觀和心臟組織結構變化 肉眼觀察發現,與Sham組正常心臟外觀不同,Model組左室前壁大面積白色心肌梗死區,局部心肌變薄凹陷,色蒼白,有室壁瘤形成,非梗死區心肌肥厚,心室腔擴張;TG-L組和TG-H組心肌梗死區和心室腔擴大較模型組明顯減少,以TG-H組最為明顯(圖2)。

HE染色結果顯示,Model組心肌組織缺血梗死區心室壁變薄,心肌正常組織結構消失,心肌纖維排列紊亂,并被大量膠原纖維取代。TG-L組和TG-H組較Model組心室壁明顯增厚,炎性細胞明顯減少,新生毛細血管較多,可見許多島狀存活的心肌組織,梗死區纖維化瘢痕形成較少,心肌組織結構明顯改善,尤以TG-H組最為明顯(圖3A)。Masson染色結果可見,與Model組比較,TG-H組、TG-L組纖維瘢痕面積比率明顯減少(圖3B)。

3 討論

心肌梗死發生后,左心室壁在機械、神經-體液和基因表達等因素調控作用下發生心室容積、形狀、心肌結構和超微結構等方面的改變,梗死區被纖維疤痕替代,左心室壁逐漸變薄,導致心室腔擴張,而非梗死區心肌細胞代償性肥大,細胞外基質合成增加,導致心肌肥厚,心肌舒張和收縮功能明顯下降,引發心功能不全,最終演變成心力衰竭[9]。因此,改善心室重構是治療心肌梗死、預防心力衰竭的重要環節。

現代醫學研究顯示,人參的生物活性成分人參皂苷有40多種單體,對調節人的中樞神經系統、造血系統、強心、調節免疫等有明顯功效,人參皂苷Rg1對環磷酰胺誘導的小鼠骨髓抑制有改善作用[2,10-11]。韓冬等[12]證實，人參二醇組皂苷能夠維持大鼠體內氧化與抗氧化的平衡狀態,降低大鼠心臟指數,抑制心肌纖維增粗,改善心肌間質水腫,對心室重構具有抑制作用。人參皂苷Rb1通過抑制心肌細胞凋亡減輕大鼠心肌缺血再灌注損傷[13]。本課題組前期的研究也已證明人參總皂苷通過上調心肌組織VEGF和bFGF基因表達、促進血管新生改善急性心肌梗死大鼠心功能[14]。本課題在前期研究的基礎上進一步探討人參總皂苷對AMI后心功能、心臟血流動力學參數及心室重構的影響。

圖2 TG對AMI后大鼠心臟形態變化的影響

圖3 TG對AMI后大鼠左心室組織結構及纖維化的影響

本研究心肌病理結果顯示,心肌梗死后第35天,Model組大鼠心肌組織缺血梗死區心室壁變薄,心肌纖維排列紊亂,間質可見較多結締組織增生,大面積纖維化瘢痕形成,具有典型的心室重構特征。經TG處理后梗死區域減小,間質內可見少量炎性細胞浸潤,域內可見許多島狀存活的心肌細胞。纖維化程度較Model組明顯減輕,心肌結構改善明顯,表明TG能夠減輕或延緩左心室重構。韓冬等[15]報道人參皂苷Rb3能改善心肌梗死大鼠心室重構,但其作用機制是否與人參總皂苷能降低心肌肌球蛋白的表達有關,是否與人參皂苷能提高機體抗氧化應激能力[16]、抑制心肌細胞凋亡等有關,尚需進一步的研究證明。

心室重構的改善,心肌纖維化的減輕,最終可改善心肌梗死后的心臟功能。人參皂苷Rg1能夠上調VEGF的表達,誘導血管新生,激活PI3K/Akt信號通路,減弱TNF-α誘導的心肌纖維化,改善大鼠心肌梗死后的心臟功能[17]。彩色多普勒超聲結果顯示,TG處理后,隨著時間的推移，各項心功能指標有明顯改善,尤其是反映左心室收縮功能的LVEF和LVFS,在高劑量TG處理第7天即有明顯改善,表明人參總皂苷對大鼠心肌梗死后心功能有改善作用,從表2可以看出,對AMI大鼠心功能的改善可能存在時間和劑量依賴性,本課題組將在后續實驗中進一步證實。

研究表明，人參皂苷Rb1、Rg2[18-19]等可改善實驗動物血流動力學,本實驗結果顯示，人參總皂苷能顯著升高LVSP、LVEDP、±dp/dtmax,心肌的收縮能力和舒張能力均得到了明顯的改善,且高劑量組改善更明顯,與彩色超聲心動圖監測結果一致,表明TG具有改善AMI后的血流動力學參數的作用。

綜上所述,人參總皂苷能夠改善大鼠AMI后心功能及血流動力學指標,減緩心室重構及心肌纖維化,但其具體機制尚需進一步證實。

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Effect of total ginsenosides on cardiac function and ventricular remodeling in rats with acute myocardial infarction

WEI Ying1,2,WANG Yu-ying1,WU Qin3,LIU Jin-wei1,XU Shang-fu3,YU Li-mei1*

(1.Key Laboratory of Cell Engineering of Guizhou Province,Affiliated Hospital of Zunyi Medical College,Zunyi 563003,China;2. Experiment Center of Medicine,Dongfeng Hospital,Hubei University of Medicine,Shiyan 442000,China;3. Key Laboratory for Basic Pharmacology of Ministry of Education,Zunyi Medical College,Zunyi 563003,China)

Objective To investigate the effects of total ginsenosides (TG) on cardiac function and ventricular remodeling of rats with acute myocardial infarction (AMI).Methods AMI models were made by the left coronary artery ligated in male Sprague Dawley rats.The rats of sham,model,TG high dose (TG-H) and low dose (TG-L) groups were injected into abdominal cavity with equal-volume of normal saline,TG 20 mg/(kg·d) and 40 mg/(kg·d) for 35 days,respectively.The change of heart functions were dynamicdly monitored by color doppler ultrasound.Heart hemodynamic parameters of rats in each group were detected via carotid artery intubation to the left ventricle at the 35th day after ligation.Gross appearance,HE and Masson staining were used to observe the pathological changes of myocardial remodeling.Results At the 7th,14th and 35th day after ligation,compared with model group,the left ventricular ejection fraction (LVEF) and left ventricular fractional shortening (LVFS) were increased in TG-H group (P<0.05,P<0.01),and LVEF and LVFS were obviously increased in TG-L group at the 35th day after ligation (P<0.05).At the 35th day,left ventricular end-diastolic dimension,left ventricular end-systolic dimension,left ventricular end-diastolic volume and left ventricular end-systolic volume were all significantly reduced in TG-H group compared with model group (P<0.05).At the 35th day after ligation,the left ventricular systolic pressure and left ventricular pressure maximum rise and fall rate (±dp/dtmax) were all obviously increased (P<0.05,P<0.01) in TG groups compared with model group.But left ventricular end-diastolic pressure was reduced in TG groups compared with model group (P<0.05).Compared with model group,the ventricular dilatation,infarct area and fibrosis scars markedly decreased in TG-H and TG-L groups.Left ventricular wall was thicker,and myocardial cells were more.Conclusion TG can significantly relieve cicatrization in infarction region and ventricular remodeling,thereby,can dramatically improve cardiac function and hemodynamic parameters in rats after AMI.

Total ginsenosides;Acute myocardial infarction;Cardiac function;Haemodynamics;Ventricular remodeling

2016-10-11

1.遵義醫學院附屬醫院，貴州省細胞工程重點實驗室，貴州 遵義 563003;2.湖北醫藥學院附屬東風醫院實驗中心，湖北 十堰 442000;3.遵義醫學院教育部基礎藥理重點實驗室，貴州 遵義 563003

貴州省科技廳(社發攻關黔科合S字[2007]1029);遵義醫學院博士啟動基金[遵醫(2006)034]

10.14053/j.cnki.ppcr.201705003

*通信作者