黄牛心室蒲肯野纤维的分布和结构特点

2023-02-24杨丽红

甘肃畜牧兽医 2023年1期

杨丽红，崔燕

（1.徽县城关镇人民政府，甘肃徽县 742399；2.甘肃农业大学动物医学院，甘肃兰州 730070）

心脏传导系统结构复杂，阐明正常心室传导系统的解剖学结构对治疗与心脏相关的疾病具有重要指导意义。自1845年蒲肯野纤维被解剖学家Purkinje在羊的心脏中发现以来[1]，各国学者对它在哺乳动物心室中的分布和结构特点做了很多研究[2-5]。蒲肯野纤维的组成包括房室束及其分支，房室束由房室结发出后在室间隔肌部上缘分出左、右束支，左、右束支又在心内膜下再分支，相互交织形成心内膜下的蒲肯野纤维网。哺乳动物心室的蒲肯野纤维是心脏兴奋传导系统的重要组成部分。信号冲动由窦房结产生后传至蒲肯野纤维，再经蒲肯野纤维传导至整个心室的心肌细胞，维持心脏的正常跳动和房室收缩的协调性。牛科动物与其它哺乳动物相比，容易患右心肥厚，多发高山病。牦牛和黄牛虽然都属于牛亚科，但牦牛独特的生理结构使其能够适应空气稀薄、大气压低下的缺氧环境。蒲肯野纤维属于传导心肌细胞，处于心室传导系统终末端，是心脏传导系统中的特殊纤维。由蒲肯野纤维组成的心室传导系统在种内和种间的形态学和组织学上有很大区别[6-8]，黄牛虽然是普通家畜，但关于其心脏传导系统的研究尚未见报道。本课题组首次运用ABS铸型技术对牦牛心室蒲肯野纤维的分布和结构特点进行研究[9]，为丰富哺乳动物心脏传导系统的基础性资料，也为提高心脏缺氧适应能力的临床研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物与取材

本实验选用的黄牛心脏来自甘肃省张掖市某清真屠宰厂。将健康成年黄牛颈静脉放血致死后，立即打开胸腔取出完整心脏，去除心包。共取整心40个，20个用于墨汁灌注，20个用于ABS灌注。

1.2 试验方法

1.2.1 墨汁灌注及ABS灌注铸型碳素墨汁灌注将4%多聚甲醛与碳素墨汁按1∶6的比例混匀；ABS灌注将5%丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)树脂丁酮溶液与苏丹Ⅲ颜料（0.001 g/mL）混匀配制成红色ABS灌注液。左心室沿左纵沟和右纵沟中间位置剪开心室壁暴露左心室腔，在保证心室腔面心内膜不破损的前提下，使前、后乳头肌位于两侧；右心室沿左纵沟位置剪开心室壁暴露右心室腔，并使隔缘肉柱保持完整。取医用5 mL注射器与4.5号针头，根据肉眼观察结果在左心室选取左束支、左心室条束或心内膜下较粗的蒲肯野纤维为进针位点；在右心室选取右束支、隔缘肉柱或心内膜下较粗的蒲肯野纤维为灌注位点。水平进针后缓慢注射配制好的碳素墨汁或ABS灌注液。

为了进一步验证灌注液是否沿蒲肯野纤维束流通，碳素墨汁灌注后，立即取含有墨汁的组织块固定于4%多聚甲醛水溶液中用以制备组织切片。墨汁灌注完成的整体心脏用10%福尔马林固定，24 h后用流水缓慢冲洗心室内残留的碳素墨汁，轻轻擦干水分后用于拍照及解剖学观察；ABS灌注完成的整体心脏待24 h后灌注液充分聚合成型时，放置在盛有50%浓盐酸的密闭容器中，盐酸没过心脏，腐蚀12 h后轻轻捞出用眼科镊去除心内膜，进行拍照及解剖学观察。

1.2.2 组织切片的制备与观察分别取浸泡在4%多聚甲醛并完成固定后的未灌注和墨汁灌注的黄牛心脏组织块，使用不锈钢刀片将组织块修整为1 cm3的块状，经冲洗、酒精梯度脱水、二甲苯透明、石蜡包埋后切片，切片厚度为15～40 μm。分别进行常规H&E染色和特殊Masson三色染色。光学显微镜观察，显微镜测微尺测量并照相。

2 结果

2.1 新鲜黄牛心脏中蒲肯野纤维的分布

肉眼观察新鲜黄牛心脏，发现心室腔中心内膜下蒲肯野纤维分布十分发达，且心内膜下蒲肯野纤维与周围心肌层界限明显，整个心室腔面可观察到蒲肯野纤维呈苍白色。

2.2 黄牛左心室蒲肯野纤维的分布

红色ABS和碳素墨汁灌注后（图1）可观察到黄牛左束支短而宽，由房室束发出后，在室间隔左侧壁心内膜下延伸，至中部1/3处发出分支，且分支一般有2～3条；心室腔面心内膜下的蒲肯野纤维呈逐级多边形的网状结构分布，多边形呈无序状。前、后乳头肌顶端心内膜下均未观察到蒲肯野纤维的分布（图1a）。黄牛左心室条束是不同于乳头肌、腱索和隔缘肉柱的纤维条索样结构，是左束支分支由室间隔到达前、后乳头肌的通路。ABS树脂灌注后发现，本试验黄牛所有样本中，左心室条束的出现率为100%，包括乳白色心室条束和暗红色心室条束，乳白色左心室条束的数目比暗红色条束多。左心室条束按横切面形态不同分为圆形条束和扁圆形条束两种，其中圆形条束的数目多于扁圆形条束。左心室条束近侧端较粗，远侧端较细，两端附着处呈圆锥形。不同个体左心室条束的长度、粗细及附着端至心尖的距离差别较大。它的分布大致分为以下3种情况：（1）左心室条束在靠近心尖部位室间隔和心室侧壁之间形成网状结构（图1b、图1c）；（2）左心室条束在室间隔与前后乳头肌之间形成树枝状结构（图1d）；（3）分支较少（图1e、图1f）。

图1 黄牛左心室蒲肯野纤维的分布情况

2.3 黄牛右心室蒲肯野纤维的分布

解剖发现，黄牛右束支比左束支细而长，位于室间隔右侧壁心内膜下，并沿着室间隔右侧面向前下方呈弓形延伸；分支较左束支多，一般有3～4条。红色ABS和碳素墨汁灌注后（图2a、图2b），灌注液沿右束支到达隔乳头肌基部，再经隔缘肉柱到达右心室游离壁上部及前乳头肌根部，最后扩散至整个右心室腔面心内膜下蒲肯野纤维。右心室腔面心内膜下的蒲肯野纤维与左心室相同，呈逐级多边形的网状结构分布，并且形成的多边形呈无序状。右心室乳头肌顶端心内膜下均未观察到蒲肯野纤维的分布。

图2 黄牛右心室蒲肯野纤维的分布情况

2.4 光镜观察验证结果

常规H&E染色后（图3a）发现，心室壁组织切片中蒲肯野纤维细胞较周围心肌细胞大，呈椭圆形，胞质丰富。碳素墨汁灌注后，取含有墨汁的心室壁组织块，制作石蜡组织切片，Masson三色染色后（图3b），发现蒲肯野纤维束与结缔组织鞘之间存在碳素墨汁，证明灌注液是沿蒲肯野纤维与结缔组织鞘之间形成的间隙流动的。结缔组织鞘膜主要由胶原纤维组成。

图3 心室壁蒲肯野纤维光镜观察验证

3 讨论

3.1 左束支和右束支的分布特点

国内外将ABS树脂灌注铸型技术用于蒲肯野纤维分布研究的报道较少。在此前研究中，本课题组曾首次运用ABS铸型技术对牦牛心室蒲肯野纤维的立体分布和结构特点进行研究[9]，研究结果较好。因此，本研究继续延用ABS铸型和碳素墨汁灌注技术对黄牛蒲肯野纤维的分布进行解剖观察，并与牦牛比较。研究发现，黄牛左束支短而宽，位于室间隔左侧壁心内膜下上1/3部分，并向下延伸。黄牛右束支比左束支细而长，位于室间隔右侧壁心内膜下，并沿着室间隔右侧面向前下方呈弓形延伸。不同的物种左束支分支条数不同，黄牛心室左束支有2条或3条分支，右束支有3条或4条分支。这与牦牛左束支和右束支的分布状况相同[9]。

3.2 左心室条束的存在

1893年Turner[10]首次发现了左心室条束。左心室条束在哺乳动物人和牛、羊的心脏中出现概率较高，是左心室腔内的一种正常生理结构，大多数情况下附着于后乳头肌和室间隔，或室侧壁与室间隔之间。不同哺乳动物其心室条束的分布各有特点。Gerlis[11]发现在马、羊、猪、猫和犬的心脏中左心室条束的出现率为95%；而李朝旭等[9]发现在牦牛心脏中左心室条束的出现率为100%。本研究发现黄牛心室条束的出现率均为100%，该现象与牦牛相同。与牦牛不同的是，黄牛比牦牛左心室条束要发达得多，且左心室条束在左心室腔内形成的形状也多样化。同时，左心室条束内含有传导组织和神经纤维，心室条束异常情况下会产生心律失常。1906年，Tawara[12]便提出心室条束为心脏传导系统的组成部分。在本研究中，对黄牛左心室条束观察发现，蒲肯野纤维穿过心室条束分布于乳头肌及室间隔中，即黄牛心室条束为黄牛心脏传导系统的组成部分，该结论与Tawara[12]的报道一致。此外，左心室条束作为传导系统的中间结构，对传导组织具有保护作用，而且能有效协调左心室收缩，因此它的存在具有重要意义。

3.3 蒲肯野纤维的分类

蒲肯野纤维为扁平状的胶质纤维网，与周围心肌层界限明显。不同种类的哺乳动物其蒲肯野纤维网的具体结构不同[13]。本课题组研究发现，与牦牛相比[9]，黄牛心室的蒲肯野纤维较粗，而且结构较为稀疏，颜色较淡，为苍白色。

1986年Canal在形态学方面揭示了不同种类哺乳动物之间蒲肯野纤维的差异，他根据蒲肯野纤维的粗细和蒲肯野细胞的超微结构将蒲肯野纤维分为3类。第一类是有蹄动物绵羊和山羊的蒲肯野纤维，每条蒲肯野纤维束由2～8个呈椭圆形的蒲肯野细胞相互首尾相接组成；第二类是人和狗的蒲肯野纤维，它们的蒲肯野细胞呈圆柱状或梭状，直径比普通心肌的大，能够确保完成生理功能；第三类是小白鼠和老鼠的蒲肯野纤维，它们的蒲肯野细胞比普通心肌细胞直径小。本研究中，通过H＆E染色发现黄牛蒲肯野细胞的直径比普通心肌细胞的大，呈椭圆形，因此推测黄牛心室蒲肯野纤维应属于第一类。

3.4 蒲肯野纤维束外周被结缔组织鞘包绕

Curran[14]和Field[15]研究发现心室蒲肯野纤维外周包绕的结缔组织鞘是绝缘的，可将兴奋局限于部分细胞，在心室肌收缩过程中对蒲肯野纤维起支撑作用。本研究通过Masson三色染色发现黄牛的蒲肯野纤维外包绕有结缔组织鞘，这与上述学者观点一致。结缔组织鞘的主要成分是胶原纤维，同一束蒲肯野纤维的不同部位其周围结缔组织鞘的厚度也不同，蒲肯野纤维束内结缔组织鞘可伸入蒲肯野细胞群，将其分隔以形成新的蒲肯野纤维群，这与牦牛相同[9]。