【摘要】 目的 探讨压力超负荷大鼠肥厚心肌高能磷酸盐含量及分布变化的特点。方法 成年雄性SD大鼠行腹主动脉缩窄术，术后5周及15周观察大鼠血流动力学参数、心室重构指标，密度梯度法提取大鼠心肌线粒体，高效液相色谱法测量心肌组织及心肌线粒体高能磷酸盐含量。结果 大鼠腹主动脉缩窄术后5周出现左心室肥厚，术后15周加重并有心功能减退；CAA5周组与CAA15周组心肌组织ATP、ADP、AMP及总腺苷酸池含量均降低，且CAA15周组心肌PCr降低，其总腺苷酸池及ATP含量低于CAA5周组；CAA15周组线粒体内ATP、ADP、AMP及总腺苷酸池含量降低。结论 压力超负荷可影响心肌高能磷酸盐的含量和分布，肥厚心肌组织能量消耗增多且能量产生及储备均不足，可能是心肌发生肥厚及心功能异常的机制之一。
【关键词】 心室肥厚 线粒体 高能磷酸盐 大鼠
Abstract: Objective To explore the effects of pressure overload on high energy phosphates content and its distribution of left ventricular hypertrophy in rats. Methods Male SD rats were randomized into 4 groups：coarctation of abdominal aorta 5week group(CAA5 group)，15weekgroup(CAA15 group) and sham operation group(SH5， SH15group). The hemodynamics and ventriclar remodeling parameters were measured. Ventricle of heart were removed and mitochondria were isolated by centrifugation. The size of adenine acid pool(ATP， ADP， AMP) and creatine phosphoric acid(PCr) in myocardium and mitochondria were measured by high performance liquid chromatography(HPLC). Results Left ventricular hypertrophy was observed in operative group. Compared to sham operation group， ATP and content of adenine acid pool decreased significantly in myocardium both in CAA5 group and CAA15 group as well as PCr decreased significantly in myocardium in CAA15 group. ATP and content of adenine acid pool in mitochondria decreased significantly in CAA15 group. Conclusion Myocardial high energy phosphates content and its distribution deranged during pressure overload in rat. These findings suggested that imbalance of energy generation and utilization might play a critical role in hypertrophy and disfunction of heart.
Key words: ventricular hypertrophy; mitochondria; high energy phosphates; rat
心肌肥厚是心力衰竭发展、猝死、心肌梗死等心血管事件发生的重要危险因素。心脏是高耗能的器官，代谢率高，高能磷酸盐是心肌细胞生命活动可以直接利用的能源，心肌的收缩有赖于ATP和肌酸磷酸 (PCr)水解所产生的能量。已有研究证明梗死后重构心肌能量产生不当可能是心力衰竭发生及发展的重要因素［1］。但对于压力超负荷后肥厚心肌高能磷酸盐含量和分布的改变却少有报道，因此研究心肌能量代谢状态的变化，有助于揭示压力超负荷时心功能障碍的机制，对改善肥厚心肌的心功能，预防心力衰竭等心血管恶性事件的发生具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 试剂与仪器
Epaverlab电生理记录仪 (Powerlab/85P，澳大利亚生产)；牛血清白蛋白(上海生工生物工程公司生产)；epeddof低温离心机(epeddof，德国生产)；高压液相色谱议(Waters，美国生产)。
1.2 动物分组及动物模型建立
雄性成年健康SD系大鼠28只，11～14周龄，由大坪医院实验动物中心提供，分为5组，每组7只。①腹主动脉缩窄组(coarctation of abdominal aorta group，CAA group)：采用腹腔注射3％戊巴比妥钠麻醉后，打开腹腔、暴露左肾，距左肾动脉开口上方5mm处剥离腹主动脉，旁置一6号针(直径0.6mm)，一号丝线结扎后抽出针，使腹主动脉缩窄达65%～70%，术后常规抗感染3d，观察5周(CAA5周)、15周(CAA15周)。②假手术组(sham operation group，SH)：在腹主动脉相同部位穿线但不结扎血管，余同腹主动脉缩窄组，术后分别观察5周(SH5周)、15周(SH15周)。③对照组：正常对照。所有动物自由饮食水。
1.3 指标测定及方法
1.3.1 心功能测定：术后观察期满，将各组大鼠麻醉满意后，行右颈动脉插管，应用生理记录仪记录主动脉、左心室压力曲线。测量左室舒张末压(LVEDP)、平均主动脉压(MAP)及左室内压最大上升和下降速率(±dp/dt max)。完成压力曲线记录后立即取出心脏，称取左心室(包括室间隔)重，以左心室重/体重作为相应的心肌肥厚指数(LVW/BW)。
1.3.2 提取心肌线粒体：采用高速离心蔗糖梯度离心法，参考Mariuaz等［2］的方法加以改进。在带冰渣的线粒体分离介质中充分剪碎心室肌组织，4℃条件下分离心肌线粒体，1h内完成。线粒体蛋白质浓度测定用Lowry's法。
1.3.3 心肌组织高能磷酸盐含量测定［3-4］：新鲜心肌组织块约100mg，迅速置于液氮中，然后放入预冷的HClO4中剪碎、匀浆。冰上放置5min破细胞膜。12000rpm、4℃离心20min。取上清200μL加入适量1mol/L K2CO3充分混和，调整体系pH值在6.5～7.0之间，于冰上放置5min。12，000r/min、4℃离心10min。取上清液20μL于高压液相色谱仪分离并测定ATP、ADP、AMP及PCr含量，计算总腺苷酸池(ATP＋ADP＋AMP)大小，结果以nmol/mg组织表示。色谱条件：色谱柱hypersil 18，5u，4.6 mm×250mm。流动相为0.2mol/L磷酸盐缓冲液(pH6.0)，流速0.9mL/min，恒速洗脱。紫外检测波长254nm，灵敏度0.01AUSF。
1.3.4 心肌线粒体内高能磷酸盐含量测定：取新鲜制备的线粒体悬液100μL，加入100μL 0.5mol/L HClO4，于冰上放置5min破线粒体膜。其余步骤如上所述，行高压液相色谱分析。单位为nmol/mg·pro。
1.4 统计学方法
数据均以±s表示；统计学处理采用SPSS 10.0统计软件的单因素方差分析，各组均值的多重比较采用FLSD法，以P＜0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 压力超负荷大鼠心脏功能及心肌肥厚指数的改变
SH组大鼠各指标与对照l组比较无统计学意义。与同期SH相比，CAA15周及CAA5周组大鼠LVW/BW增加、MAP及LVEDP均增高 (P＜0.01)，其中CAA15周LVW/BW高于CAA5周组 (P＜0.01)；CAA15周组±dp/dt max降低，(P＜0.01)，且CAA15周-dp/dt低于CAA5周组 (P＜0.05)。见表1。
2.2 压力超负荷大鼠心室肌组织高能磷酸盐含量变化
SH组大鼠心室肌组织高能磷酸盐含量与对照组比较无统计学意义。与同期SH组相比，CAA5周组与CAA15周组心肌组织内ATP、ADP、AMP及总腺苷酸池含量均降低(P＜0.01)；CAA15周组PCr较SH15周组降低 (P＜0.01)，同时其总腺苷酸池及ATP含量也低于CAA5周组 (P＜0.05，P＜0.01)。见表2。表1 大鼠心功能和心室重塑指标的改变(略)表2 压力超负荷大鼠心室肌组织高能磷酸盐含量变化(略)
2.3 压力超负荷大鼠心肌线粒体高能磷酸盐含量变化
SH组大鼠心肌线粒体高能磷酸盐含量与对照组比较无统计学意义。与同期SH组相比，CAA5周组大鼠心肌线粒体高能磷酸盐含量无明显改变(P＞0.05)，CAA15周组线粒体ATP、ADP、AMP及总腺苷酸池含量均减低 (P＜0.01)，且低于CAA5周组 (P＜0.01，P＜0.05)。见表3。表3 压力超负荷大鼠心肌线粒体高能磷酸盐含量变化(略)
3 讨论
能量代谢是心肌细胞各种生理功能的重要基础。心肌细胞内的能源物质包括腺苷酸、PCr以及其它高能磷酸化合物。ATP是细胞内主要的高能磷酸载体，有3个磷酸基，通常磷酸基被分裂和转移后生成ADP、AMP，ATP是可供应细胞利用的直接能源，直接用于心肌纤维收缩。PCr是心肌内可被迅速动用的能量储备，由ATP及肌酸在线粒体肌酸激酶(mito-CK)的正向催化下生成。
以往的研究发现，在代偿性心肌肥大及心衰时能量代谢受到影响，其心肌PCr含量降低，伴或不伴有ATP含量的降低［5-7］。Bunsw等也发现：在静息状态下肥厚心肌ATP含量、PCr及总肌酸含量下降［8］。本实验结果表明：腹主动脉缩窄致压力超负荷后5周出现左室心肌肥厚，MAP、LVEDP增高，左室压最大上升和下降速率降低，术后15周上述指标进一步加重。同时，手术后5周及15周心肌组织内ATP、ADP、AMP及总腺苷酸池含量均降低，且15周组总腺苷酸池及ATP含量较术后5周组进一步降低；术后15周时出现PCr含量降低。结果提示心肌高能磷酸化合物的降低是压力超负荷时心肌肥厚及心功能障碍的直接原因。
线粒体是能量产生的重要场所。合成的ATP通过线粒体内膜上的腺苷酸转运体从线粒体输出参与细胞的各种活动，同时胞质中的ADP交换进入线粒体，或通过线粒体内膜外侧的mito-CK转化为PCr后逸出线粒体。线粒体内的ATP还供线粒体自身内部需要，包括蛋白质等生物大分子的合成、物质进出线粒体的转运耗能和内部的化学反应等。本实验发现：与同期假手术组相比，腹主动脉缩窄术后5周大鼠心肌线粒体高能磷酸盐含量无显著改变，术后15周时出现ATP、ADP、AMP及总腺苷酸池含量降低，且低于术后5周组。结果提示，在压力超负荷后心肌肥厚早期，线粒体内能量的生成和储备未发生改变，但由于肥厚心肌作功增多，能量需求增加，因此出现心肌组织能量消耗增多，总腺苷酸池及ATP含量降低；随心肌肥厚逐渐加重，至出现心功能减退的心肌肥厚后期(15周)，线粒体氧化磷酸化功能受损渐加重，线粒体内ATP合成减少，虽然PCr未改变，但因耗能增多，导致心肌组织的ATP含量和能量储备进一步降低。说明线粒体能量产生不足，而心肌组织能量需求增加在压力超负荷后心肌肥厚的发生、发展及心功能减退的过程中起重要的作用。
肥厚心肌线粒体高能磷酸盐含量减少的原因及具体机制尚不清楚。可能与下列因素有关，包括腺苷酸前体的耗失，心肌细胞膜损伤致摄取能力降低，毛细血管与线粒体之间的弥散距离的变化等，可能与心肌细胞线粒体本身的产能机制及能量转运的改变有关。
总之，压力超负荷致心肌肥厚和心功能障碍，心肌能量供应和需求之间平衡关系的失调可能是心肌肥厚发生、发展及向心力衰竭转变的重要因素。
参考文献
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