2型糖尿病胰岛素抵抗引发心肌病发病机制的探讨

张霞

·实验研究·

2型糖尿病胰岛素抵抗引发心肌病发病机制的探讨

张霞

目的 建立2型糖尿病性心肌病大鼠模型, 探讨糖尿病引起心肌损伤的相关因素。方法 SD大鼠喂以高脂高糖饲料加小剂量链脲佐菌素,建立2型糖尿病胰岛素抵抗大鼠模型, 随机分为正常组、糖尿病组。检测了两组大鼠血清中相关指标含量以及心肌组织中晚期糖基化终末产物(AGEs)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)的含量, 并观察心脏结构变化。结果 糖尿病组相关指标均较正常组明显增高, 差异有统计学意义(P＜0.01), 同时HE染色观察到糖尿病大鼠心肌细胞变性坏死,结构紊乱。结论 糖尿病引起心肌病变的原因可能是细胞代谢紊乱引起心肌组织相关指标过度表达有关。

2型糖尿病；胰岛素抵抗；心肌病

糖尿病是当今世界上最常见的慢性病之一, 其发病率和病死率正呈逐年上升趋势, 由其引起的诸多并发症中, 糖尿病性心肌病危害非常大。本实验通过建立2-DM大鼠心肌细胞病理损伤模型, 观察正常组、模型组大鼠相关指标的变化,为临床上合理治疗糖尿病性心肌病提供更科学的实验依据。脏称重, 免疫组化检测心肌组织AGEs、TNF-α、AngⅡ的表达, 并用光镜观察心肌结构。

1.2 统计学方法 所有实验数据用SPSS13.0统计软件处理,计量资料以均数±标准差 ( x-±s)表示, 应用t检验, 计数资料采用χ2检验；P＜0.05表示差异有统计学意义。

1 材料与方法

2 结果

1.1 材料 材料和试剂以及仪器均有山西医科大基础学院生理实验室提供。取雄性SD大鼠若干只, 观察室里饲养1周后, 随机选取20只作为正常对照组, 喂以基础饲料, 其余用于诱导2型糖尿病, 连续4周喂以高脂饲料, 小剂量腹腔注射STZ溶液, 1周后, 空腹血糖≥16.7 mmol/L为2型糖尿病模型, 继续喂以高脂高糖饲料。20周后随机取20只作为糖尿病性心肌病对照组, 尾静脉取血检测血糖、胰岛素、游离脂肪酸(FFA)、甘油三酯(TG)、总胆固醇(TC)的含量, 心

2.1 两组大鼠血清相关指标的含量对比 高脂高糖喂养20周后, 与正常对照组相比, 糖尿病对照组大鼠血清空腹血糖(FBG)和空腹胰岛素(FINS)均显著升高, 同时测得糖尿病对照组大鼠血清TG、TC和FFA含量明显高于正常对照组, 差异有显著统计学意义(P＜0.01)。见表1。

2.2 两组大鼠心肌组织AGEs、TNF-α、AngⅡ的含量对比与正常对照组相比, 糖尿病对照组心肌组织AGEs、TNF-α、AngⅡ的含量均显著升高, 差异有统计学意义(P＜0.01)。详见表2。

表1 两组大鼠血清中FBG、FFA、TG、TC和FFA的含量比较( x-±s)

表2 两组大鼠心肌组织AGEs、TNF-α、AngⅡ的含量比较( x-±s)

2.3 两组大鼠左心室重量指数及心脏指数对比 正常对照组的左心室质量指数(LVMI)和心脏质量指数(HWI)分别为(2.58±0.06)mg/g和(3.23±0.15)mg/g, 与正常对照组相比, 糖尿病对照组大鼠LVMI和HWI分别为(3.47±0.18)mg/g和(4.51±0.19)mg/g, 指标明显升高, 差异有统计学意义(P＜0.01)。同时在光镜下发现正常对照组大鼠心肌组织无明显形态结构的改变, 糖尿病对照组大鼠的心肌细胞明显肿胀肥大、变性,细胞核明显增大, 心肌纤维排列和结构发生紊乱。

3 讨论

据世界卫生组织最新公布数据显示, 糖尿病无论是发达国家还是发展中国家, 其发病率和病死率正呈逐年上升趋势,已成为继心脑血管疾病、恶性肿瘤外的第三大疾病, 且发病人群日趋年轻化, 已严重威胁到人类健康。而我国已成为世界第一糖尿病大国, 患病率为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发症。如心脑血管疾病、眼底病变、周围神经病变引起的四肢溃烂等。而由其引起的诸多并发症中, 糖尿病性心肌病危害非常大, 但其发病机制仍未完全明了。临床实践发现, 糖尿病是心血管疾病最常见的易患因子之一, 也是心血管疾患并发心肌梗死高死亡率独立的高危因素［1］。研究表明, 糖尿病性心肌病(DCM)是种特殊的心肌疾病进程, 它不同于单纯的心肌缺血和高血压, 而且也不同于原发性心肌病。DCM早期病理特点是残存的单核细胞内非特异性间质变性, 促进心肌间质和血管周围纤维化, 心肌细胞肥厚、心肌微血管基底膜增厚, 心室腔扩张, 心室重构。

本实验采用糖尿病大鼠模型, 给与高脂高糖饮食, 再给以小剂量链脲菌素(STZ)腹腔注射诱发糖尿病模型, 然后经过20周的高脂高糖饲料的喂养, 血糖和胰岛素明显升高, 成功复制与临床相近的2 型糖尿病模型以及糖尿病心肌病模型。据文献报道糖尿病心肌病变的发病机制包括心肌细胞的能量代谢障碍、微血管病变、心肌间质纤维化、心脏神经调节紊乱和大血管病变等。大量的临床和实验证明糖尿病性心肌病的直接原因是胰岛素抵抗和持续高血糖引起细胞代谢异常［2］, 从而引起心肌组织广泛缺血、变性、坏死和纤维化。

本实验中可以观察到糖尿病大鼠血糖、血胰岛素水平显著升高, 血胆固醇、TG以及FFA水平增加, 这表明糖尿病病程中代谢发生紊乱。在正常情况下, 心肌细胞代谢的能量来源60%～80%为游离脂肪酸的β氧化, 20%～30%来源于糖的氧化与利用。糖尿病状态下心肌能量代谢几乎完全依赖于脂肪酸氧化, 糖尿病性心肌细胞对脂肪酸的摄取增加, 长期的过量摄入脂肪酸仍引起脂肪酸［3］在心肌细胞的沉积, 直接损伤了心肌细胞肌原纤维的功能。研究表明, 葡萄糖在心肌细胞内的堆积, 使糖基化终末产物(AGEs)形成增多, 诱导ROS产生, 而过多的氧自由基可以对离子通道、线粒体功能、DNA合成和稳定性产生不利影响, 甚至可以直接启动心肌细胞凋亡。因此, 从本实验结果可以看出, 血糖和脂肪酸含量的升高和AGEs过度表达可能就形成了糖尿病心肌病的病理基础, 导致心肌功能损伤。随之而来的病理检查和光镜观察也可见心肌损伤抑制了心肌细胞对葡萄糖的利用, 从而引起糖尿病心肌病理改变。

目前认为, TNF-α［4］和AngⅡ在心肌细胞的过度表达参与了多种心脏疾病的发生发展。糖尿病心肌病时存在心肌局部血管紧张素(RAS)系统的激活, 血管紧张素Ⅱ的水平增加会引起左心室心肌细胞TGF-β1增加, 从而心肌纤维化［5,6］。

实验结果证实, 糖尿病心肌病变时, 表现为心肌细胞肿胀肥大、变性, 心肌纤维排列和结构紊乱, 同时心肌组织AGEs、TNF-α和AngⅡ含量明显增加, 这可能是糖尿病性心肌损伤的主要原因, 但至今, 医学界对糖尿病性心肌病变的机制还没有明确定论, 因此合理应用抑制AGEs、TNF-α和AngⅡ的药物对临床治疗糖尿病性心肌损伤可能具有一定的指导意义。

［1］ 胡大一, 王长华, 许玉韵, 等.糖尿病与心血管疾病.北京:人民军医出版社, 2005: 268-272.

［2］ 安潍渊, 龚敏.糖尿病心肌病发病机理的研究进展.辽宁实用糖尿病杂志, 2004, 12(30):53-55.

［3］ 赵铁耘, 李贵星, 黄亨建, 等.2型糖尿病患者血清FFA变化与胰岛素抵抗关系的探讨.华西医科大学学报, 2003, 31(2):236.

［4］ 张风雷, 玄军华, 崔良民, 等.肿瘤坏死因子-α与糖尿病心肌病关系的研究.济宁医学院学报, 2003, 26(3):13-15.

［5］ Pinto YM, Pinto-Sietsma SJ, Philipp T, et al.Reduction in left ventricular messenger RNA for transforming growth factor beta(1) attenuates left ventricular fibrosis and improves survival without lowering blood pressure in the hypertensive TGR(mRen2)27 Rat.Hypertension, 2000, 36(5):747-754.

［6］ Miao Y, Zhang W, Zhong M, et al.Activation of transforming growth factor-beta1/Smads signal pathway in diabetic cardiomyopathy and effects of valsartan thereon: experiment with rats.National Medical Journal of China.2007, 87(6):366-370.

2014-04-08］

034000 山西忻州职业技术学院医学系