大鼠急性心肌梗死模型微循环改变

张海鹏 赵智慧 李彦明 程冠昌✉

1开封市人民医院 心血管内科,河南 开封 475000;2河南大学临床医学院,河南 开封 475000;3河南大学淮河医院 心血管内科,河南 开封475000

急诊经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention,PCI)是治疗急性ST 段抬高型心肌梗死(ST-segment elevation myocardial infarction,STEMI)的首选方案[1]。近年来越来越多的研究表明,急诊PCI尽管开通了心肌梗死的罪犯血管,但部分患者心肌微循环未得到有效再灌注,心肌微循环灌注失败与STEMI术后不良预后明显相关,心肌微血管灌注失败在临床上被称为“无复流”现象,是患者短期和长期预后不良的独立预测因子[2]。无复流的确切机制尚未完全清楚,目前多数研究者认为无复流的主要病理基础是缺血性损伤、再灌注损伤、微血管功能障碍和远端微血管栓塞等[3]。

冠状动脉微循环是指直径小于100μm 的微动脉、毛细血管及微小静脉组成的微循环系统,是微动脉和微静脉之间的血液循环;冠状动脉微循环是血流阻力调节和灌注的场所,为组织提供氧气和营养,去除代谢废物,控制炎症和损伤修复,以及进行与组织间的液体交换[4]。为探讨STEMI后微循环的病理改变、探索无复流的发生机制,本研究通过构建大鼠心肌梗死模型,对大鼠心肌梗死后不同时间段的心肌微循环病理改变进行观察。

1 材料与方法

10周龄Wistar大鼠(由北京维通利华实验动物技术有限公司提供)42只,体质量(300±30)g,随机分为假手术组(sham)、梗死1 h组(I1)、梗死1 h再灌注1 h组(I1R1)、梗死3 h组(I3)、梗死3 h再灌注1 h组(I3R1)、梗死6 h组(I6),梗死6 h再灌注1 h组(I6R1),每组6只,利用在体结扎冠状动脉前降支法建立急性心肌梗死模型。乙醚麻醉大鼠,仰卧位固定,行气管切开后插管,呼吸机辅助呼吸;胸部剃毛,75%(v/v)酒精消毒;于胸骨左侧缘第4肋间纵行切开皮肤,止血钳钝性分离肌肉;用弯血管钳于胸骨左侧第4肋间稍用力打开胸腔,血管钳撑开肋间隙,暴露心脏;从胸腔内把心脏挤出,剪开心包膜;在肺动脉圆锥和左心耳之间下方约3 mm 处,用4-O 带针缝合线结扎冠状动脉左前降支,进针深度约2 mm。心肌梗死成功的标志为:心电图示ST段弓背抬高,左心室前壁肌肉颜色变白,左室前壁心肌运动明显变弱。结扎后迅速将心脏送回胸腔并挤出胸腔内气体,用直止血钳夹闭胸壁切口。假手术组仅行开胸手术,不结扎冠状动脉。大鼠心肌梗死后1 h、3 h、6 h及再灌注组1 h后,行断颈处死,于心底部将心脏与大血管和组织剪断,取出心脏;用生理盐水将心脏冲洗干净,去除左右心房,用刀片沿着与左心室长轴垂直的切面将心脏中1/3切成4～5 mm 厚的组织片;取标本的心肌梗死区,30 mg/L戊二醛4 ℃固定,经后期处理后制作标本进行光学显微镜下观察心肌组织的病理改变和透射电子显微镜观察心肌的超微结构改变。

2 结果

2.1 1倍显微镜下病理改变

如图1 所示,I1、I3、I6 组及I1R1、I3R1、I6R1组均存在心肌梗死区域心肌间质的出血现象,而假手术组未发现此现象。

2.2 10倍显微镜下病理改变

如图2所示:Sham 组心肌纤维呈螺旋状排列,无明显肥大、萎缩或断裂;心肌纤维形态正常,无波浪样、空泡变性,胞质染色均匀,胞核居中,结构清晰,未见坏死;间质内无炎细胞浸润及红细胞渗出。I1及I1R1组心肌轻度水肿,心肌纤维排列较为整齐,少部分心肌细胞变性、坏死,心肌间质可见少量红细胞外渗。I3及I3R1组心肌严重水肿,心肌纤维排列紊乱,心肌纤维萎缩断裂后间隙增宽,病变严重区域心肌纤维形态结构模糊,心肌间质可见大量红细胞外渗,I3R1组红细胞外渗现象更为明显。I6及I6R1组心肌严重水肿,心肌纤维排列紊乱,心肌纤维萎缩断裂后间隙增宽,病变严重区域心肌纤维形态结构模糊,心肌间质可见大量红细胞外渗,I6R1组红细胞外渗现象更为明显。

图2 10倍显微镜下大鼠心肌梗死模型的组织病理学改变(HE 10×)

2.3 透射电子显微镜观察心肌微结构结果

如图2所示:Sham 组心肌细胞胞质内细胞器丰富,肌原纤维排列整齐,线粒体结构正常,毛细血管内皮细胞结构正常。I1组毛细血管内皮细胞肿胀,管腔轻度狭窄,心肌细胞呈轻度水肿,肌节长短较一致,肌原纤维仅为局部小面积溶解,Z线仅小面积溶解,H 带局部结构尚存,部分线粒体膜内基质变淡,少量线粒体嵴减少、消失。I1R1组毛细血管内皮细胞结构基本正常,管腔未见明显狭窄,心肌细胞呈轻度水肿,肌节长短基本一致,肌原纤维基本正常,Z 线及H 带局部结构基本正常,线粒体呈轻度肿胀,少量线粒体膜内基质变淡、线粒体嵴减少、消失。I3及I3R1组毛细血管内皮细胞核肿胀,管腔狭窄,可见瘀滞的红细胞,心肌细胞呈重度水肿,肌节长短不一,Z 线大面积消失,H 带结构消失,线粒体嵴消失、空泡变,大多线粒体呈不规则形,膜呈不同程度破损。I6及I6R1组毛细血管内皮细胞核肿胀,管腔明显狭窄,可见大量瘀滞的红细胞,心肌细胞呈重度水肿,肌节结构大面积破坏,Z线大面积消失,H 带结构消失,线粒体嵴消失、空泡变,大多线粒体呈不规则形,膜呈不同程度破损。

图3 透射电子显微镜下心肌微结构图片

3 讨论

既往研究认为,急性心肌梗死无复流的主要病理基础是缺血性损伤、再灌注损伤、微血管功能障碍和远端微血管栓塞等。本研究结果显示:闭塞大鼠冠状动脉血管1 h后,毛细血管内皮细胞轻度肿胀,管腔轻度狭窄;3～6 h后,毛细血管内皮细胞肿胀加重,管腔面积明显狭窄,管腔内红细胞淤滞。这种改变可能是大鼠急性心肌梗死模型微循环障碍的主要病理基础。正常毛细血管直径仅为7～9μm,红细胞直径约7μm,急性心肌梗死后毛细血管内红细胞淤滞的主要原因可能为毛细血管内皮细胞肿胀管腔狭窄,导致红细胞通过困难所致。也有研究认为,心肌梗死后微循环障碍的原因为冠脉粥样硬化斑块破裂后的碎片堵塞微血管[5],血小板或血小板及白细胞形成的聚集物造成微血管堵塞[6],罪犯血管释放的缩血管物质增多引起微血管的强烈收缩[7]。另外,组织水肿对毛细血管的压迫是否加剧毛细血管管腔狭窄需要进一步探讨。

本研究显示,闭塞大鼠冠状动脉血管1 h后,再灌注1 h,电镜结果显示毛细血管内皮肿胀、管腔狭窄较再灌注前有所改善。然而,闭塞3 h、6 h再灌注1 h后,梗死中心区域内毛细血管内皮肿胀、管腔狭窄、红细胞淤滞情况并未得到改善。根据本研究结果,梗死中心区域的微循环改善的最佳时间窗应在大鼠冠状动脉闭塞后1 h左右,且越早越好,超过3 h再灌注,短期内微循环改善较为困难。

本研究主要是在大鼠心肌梗死模型中得到的结果,人体心肌再灌注后微循环的血流在空间和时间上都是极其复杂的,动物心肌梗死模型很难再现临床中急性心肌梗死后的微循环障碍。人体急性心肌梗死后微循环障碍的机制仍需进一步的探索及研究。