人参总皂苷对心肌梗死后大鼠心功能和心室重构的影响

魏 英,王钰莹,吴 芹,刘金伟,徐尚福,余丽梅*

人参总皂苷对心肌梗死后大鼠心功能和心室重构的影响

魏 英1,2,王钰莹1,吴 芹3,刘金伟1,徐尚福3,余丽梅1*

目的 观测人参总皂苷(TG)对急性心肌梗死(AMI)大鼠心功能和血流动力学及心室重构的影响。方法 雄性SD大鼠,结扎冠状动脉前降支建立AMI模型,假手术组、模型组、TG高剂量(TG-H)和低剂量组(TG-L)大鼠分别腹腔注射等量生理盐水、TG 40 mg/(kg·d)和20 mg/(kg·d) 35 d。彩色多普勒超声心动图动态监测心功能变化,第35天经颈动脉插管至左心室检测心脏血流动力学指标,肉眼观、HE和Masson染色观察心肌重构变化。结果 与模型组比较,第7、14、35天TG-H组LVEF和LVFS均显著升高(P<0.05,P<0.01),而TG-L组仅于第35天显著升高(P<0.05);第35天TG-H组LVEDd、LVESd、LVEDV和LVESV均明显低于模型组(P<0.05);且TG-H和TG-L组LVSP、±dp/dtmax均显著高于模型组(P<0.05,P<0.01),LVEDP明显低于模型组(P<0.05);TG-H、TG-L组心室扩张、梗死区面积和纤维化瘢痕较模型组减少,左室壁较厚,心肌细胞较多。结论 人参总皂苷明显减轻梗死区瘢痕形成及心室重构,从而显著改善AMI后大鼠心功能和血流动力学指标。

人参总皂苷;急性心肌梗死;心功能;血流动力学;心室重构

0 引言

急性心肌梗死(Acute myocardial infarction,AMI)发生后，梗死区、非梗死区心肌细胞形态结构和间质细胞与结构的改变将引起心室重构,导致心室收缩和舒张功能减退,最终发展为心力衰竭,而心力衰竭是远期心源性死亡的重要危险因素。因此,减少AMI后梗死区瘢痕形成,改善心室重构是治疗心肌梗死、预防心力衰竭的重要环节[1]。人参为我国名贵中药材,人参总皂苷(Total ginsenosides,TG)是其主要活性成分,由人参皂苷Rb1、Rg1、Re、Rd1等40多种单体组成。现代药理学研究表明,人参皂苷对心血管具有良好的保护作用,能抑制心肌细胞肥大和心室肥厚,控制心律失常,抑制心肌细胞凋亡,保护心肌梗死[2]。目前的研究更多地报道了人参皂苷单体成分的药理作用[3-6],而对人参总皂苷的研究相对较少,尤其是人参总皂苷对AMI后心功能、心脏血流动力学参数及心室重构的影响尚未见报道,因而本研究对此进行了探讨。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 动物和试剂 雄性Sprague Dawley(SD)大鼠,清洁级,月龄2～3月,体重(220±20)g,由第三军医大学大坪医院实验动物中心提供[许可证:SCXK(渝)2008-0003];TG由北京天然药物研究院提供,为人参茎和叶提取所得(比色法测定,纯度97%;用JTY-300型反相制备色谱固定相分离,纯度>93%),其中含人参皂苷Rb1 5.26%、Rg1 5.20%、Re 21.60%、Rd1 3.65%及其他人参皂类化合物,用无菌生理盐水配制成2 mg/mL和4 mg/mL的储存液,4 ℃保存备用。

1.1.2 主要仪器 小动物呼吸机(ALC-V8S,上海奥尔科特生物技术有限公司);心电图机(Ken2 Cardico302,北京明成森木医疗器械有限公司);彩色多普勒超声心动图仪(Sepuoia 512,ACUSON,15 MHZ),PowerLab生命信息处理系统(8s型,澳大利亚AD Instruments公司)。

1.2 方法

1.2.1 AMI模型制备[7-8]与实验分组 10%水合氯醛腹腔注射麻醉大鼠,颈部气管切开、插管,连接小动物呼吸机(呼吸频率80次/min,潮气量3 mL)。心电监护下开胸,于左心耳下缘与肺动脉圆锥距主动脉根部约2～3 mm处,6/0号丝线结扎冠状动脉左前降支,以心电图ST段(J点)抬高和冠脉结扎后心肌颜色变为暗红色提示冠状动脉结扎成功。假手术组(Sham组)大鼠只开胸穿线不结扎。AMI模型成功大鼠随机分为3组,每组12只,模型组(Model组),TG低剂量组[TG-L,腹腔注射TG 20 mg/(kg·d)],TG高剂量组[TG-H,腹腔注射TG 40 mg/(kg·d)],Sham组和Model组均腹腔注射等量生理盐水,术后第1天开始用药,连续给药35 d。

1.2.2 彩色多普勒超声心动图监测左心室功能 分别于制模前、制模后7、14和35 d,麻醉大鼠,仰卧位固定,左胸前区以10%硫化钠脱毛。专人采取双盲法,利用彩色多谱勒超声心动图仪检测左室心功能。将探头置于胸骨左侧,取左室乳头肌短轴切面及左室长轴切面,将图像放大,M型取样左室前壁和左室后壁。测量参数包括:左心室舒张末期内径(LVEDd)、左心室收缩末期内径(LVESd)、舒展末期左室容积(LVEDV)、收缩末期左室容积(LVESV)、左室射血分数(LVEF)、左室短轴缩短率(LVFS),所有指标连续测定3次,取平均值,并留取清晰图像。

1.2.3 插管法测定心脏血流动力学指标 AMI术后第35天,将连接三通管的PE-50导管充满1%肝素溶液,并与PowerLab生命信息处理系统测压装置的换能器连接。经大鼠颈部切口,钝性分离皮下组织,用PE-50导管进行右颈总动脉插管,向近心端方向插入,观察波形变化并调整导管深度和方向,直至出现特征性波形(图1),确定导管进入左心室,扎紧、固定导管,稳定10 min后,记录10 min心室内压力波形变化,保存测量结果,采用ADI LabChart 7.0分析软件,随机选取5段稳定波形分析测定左心室收缩压(LVSP)、左室舒张末压(LVEDP)及左室压力最大上升或下降速率(±dp/dtmax),计算平均值。

1.2.4 心脏组织病理学检查 完成血流动力学指标检测后,开胸,取出心脏,生理盐水冲洗心室腔,肉眼观察心脏外型。切取心室,4%多聚甲醛固定,经脱水、石蜡包埋、切片处理后,行HE染色和胶原纤维Masson染色,显微镜观察左心室组织结构变化和纤维化情况。

2 结果

2.1 存活率及一般情况 造模后第35天,Sham组大鼠存活12只,Model组存活8只,TG-L组存活10只,TG-H组存活12只。Model组大鼠术后恢复较慢,毛色晦暗,竖立,不爱活动,进食少;TG治疗组大鼠术后恢复较快,毛发较光泽,活动自如。

图1 颈总动脉插管进入左心室的波形特征

2.2 TG改善AMI后大鼠心功能 大鼠心脏多普勒超声检测结果显示,造模前(0 d),四组大鼠间左室心功能六项指标无明显差异。造模后7、14、35 d,与Sham组比较,Model组大鼠LVEDd、LVESd、LVEDV、LVESV均显著升高(P<0.01),LVEF和LVFS则显著降低(P<0.01)。造模后7、14 d,与Model组比较,TG-H组大鼠LVEF和LVFS值均明显升高(P<0.05和P<0.01),LVEDd、LVESd、LVEDV、LVESV有降低趋势,但差异无统计学意义。造模后35 d,与Model组比较,TG-H组大鼠LVEDd、LVESd、LVEDV、LVESV显著降低(P<0.05),LVEF和LVFS明显升高(P<0.01),TG-L组大鼠LVEF和LVSF也明显升高(P<0.05)。见表1。

2.3 TG改善AMI后大鼠心脏血流动力学指标 心脏血流动力学指标检测结果显示,与Sham组比较,Model组大鼠LVSP、±dp/dtmax均明显降低(P<0.01),LVEDP明显升高(P<0.01);与Model组比较,TG-L组和TG-H组大鼠血流动力学各项指标均显著改善,即LVSP和±dp/dtmax明显升高(P<0.05,P<0.01),LVEDP明显降低(P<0.05)。见表2。

表1 超声心动图动态观察TG对AMI后大鼠心功能的影响

注：与Model组比较,*P<0.05,**P<0.01；与Sham组比较,##P<0.01

表2 TG对AMI后大鼠心脏血流动力学指标的影响

注：与Model组比较,*P<0.05,**P<0.01；与Sham组比较,##P<0.01

2.4 心脏外观和心脏组织结构变化 肉眼观察发现,与Sham组正常心脏外观不同,Model组左室前壁大面积白色心肌梗死区,局部心肌变薄凹陷,色苍白,有室壁瘤形成,非梗死区心肌肥厚,心室腔扩张;TG-L组和TG-H组心肌梗死区和心室腔扩大较模型组明显减少,以TG-H组最为明显(图2)。

HE染色结果显示,Model组心肌组织缺血梗死区心室壁变薄,心肌正常组织结构消失,心肌纤维排列紊乱,并被大量胶原纤维取代。TG-L组和TG-H组较Model组心室壁明显增厚,炎性细胞明显减少,新生毛细血管较多,可见许多岛状存活的心肌组织,梗死区纤维化瘢痕形成较少,心肌组织结构明显改善,尤以TG-H组最为明显(图3A)。Masson染色结果可见,与Model组比较,TG-H组、TG-L组纤维瘢痕面积比率明显减少(图3B)。

3 讨论

心肌梗死发生后,左心室壁在机械、神经-体液和基因表达等因素调控作用下发生心室容积、形状、心肌结构和超微结构等方面的改变,梗死区被纤维疤痕替代,左心室壁逐渐变薄,导致心室腔扩张,而非梗死区心肌细胞代偿性肥大,细胞外基质合成增加,导致心肌肥厚,心肌舒张和收缩功能明显下降,引发心功能不全,最终演变成心力衰竭[9]。因此,改善心室重构是治疗心肌梗死、预防心力衰竭的重要环节。

现代医学研究显示,人参的生物活性成分人参皂苷有40多种单体,对调节人的中枢神经系统、造血系统、强心、调节免疫等有明显功效,人参皂苷Rg1对环磷酰胺诱导的小鼠骨髓抑制有改善作用[2,10-11]。韩冬等[12]证实，人参二醇组皂苷能够维持大鼠体内氧化与抗氧化的平衡状态,降低大鼠心脏指数,抑制心肌纤维增粗,改善心肌间质水肿,对心室重构具有抑制作用。人参皂苷Rb1通过抑制心肌细胞凋亡减轻大鼠心肌缺血再灌注损伤[13]。本课题组前期的研究也已证明人参总皂苷通过上调心肌组织VEGF和bFGF基因表达、促进血管新生改善急性心肌梗死大鼠心功能[14]。本课题在前期研究的基础上进一步探讨人参总皂苷对AMI后心功能、心脏血流动力学参数及心室重构的影响。

图2 TG对AMI后大鼠心脏形态变化的影响

图3 TG对AMI后大鼠左心室组织结构及纤维化的影响

本研究心肌病理结果显示,心肌梗死后第35天,Model组大鼠心肌组织缺血梗死区心室壁变薄,心肌纤维排列紊乱,间质可见较多结缔组织增生,大面积纤维化瘢痕形成,具有典型的心室重构特征。经TG处理后梗死区域减小,间质内可见少量炎性细胞浸润,域内可见许多岛状存活的心肌细胞。纤维化程度较Model组明显减轻,心肌结构改善明显,表明TG能够减轻或延缓左心室重构。韩冬等[15]报道人参皂苷Rb3能改善心肌梗死大鼠心室重构,但其作用机制是否与人参总皂苷能降低心肌肌球蛋白的表达有关,是否与人参皂苷能提高机体抗氧化应激能力[16]、抑制心肌细胞凋亡等有关,尚需进一步的研究证明。

心室重构的改善,心肌纤维化的减轻,最终可改善心肌梗死后的心脏功能。人参皂苷Rg1能够上调VEGF的表达,诱导血管新生,激活PI3K/Akt信号通路,减弱TNF-α诱导的心肌纤维化,改善大鼠心肌梗死后的心脏功能[17]。彩色多普勒超声结果显示,TG处理后,随着时间的推移，各项心功能指标有明显改善,尤其是反映左心室收缩功能的LVEF和LVFS,在高剂量TG处理第7天即有明显改善,表明人参总皂苷对大鼠心肌梗死后心功能有改善作用,从表2可以看出,对AMI大鼠心功能的改善可能存在时间和剂量依赖性,本课题组将在后续实验中进一步证实。

研究表明，人参皂苷Rb1、Rg2[18-19]等可改善实验动物血流动力学,本实验结果显示，人参总皂苷能显著升高LVSP、LVEDP、±dp/dtmax,心肌的收缩能力和舒张能力均得到了明显的改善,且高剂量组改善更明显,与彩色超声心动图监测结果一致,表明TG具有改善AMI后的血流动力学参数的作用。

综上所述,人参总皂苷能够改善大鼠AMI后心功能及血流动力学指标,减缓心室重构及心肌纤维化,但其具体机制尚需进一步证实。

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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.遵义医学院附属医院，贵州省细胞工程重点实验室，贵州 遵义 563003;2.湖北医药学院附属东风医院实验中心，湖北 十堰 442000;3.遵义医学院教育部基础药理重点实验室，贵州 遵义 563003

贵州省科技厅(社发攻关黔科合S字[2007]1029);遵义医学院博士启动基金[遵医(2006)034]

10.14053/j.cnki.ppcr.201705003

*通信作者