急、慢性缺氧对大鼠心功能的影响*
作者：龙超良 周智 尹昭云 孙兴斌 路新强 汪海
单位：龙超良 尹昭云 孙兴斌 军事医学科学院卫生学环境医学研究所，天津 300050；周智 海军总医院心电图室，北京：100036，路新强 汪海军事医学科学院毒物药物研究所，北京 100850
关键词：心功能；缺氧；缺氧耐力；低氧适应
航天医学与医学工程990408摘要：目的 研究急性缺氧和慢性适应性缺氧对大鼠心脏收缩和舒张功能的影响。方法 间断低氧习服大鼠(3000m、5000m各2wk,4h/d)和正常大鼠经8000m缺氧4h后，观察其整体心功能。结果 与常氧对照组相比，急性缺氧大鼠左心室反映收缩功能的指标LVSP, +dp/dtmax,Vpm, Vmax及反映舒张功能的指标-dp/dtmax均显著降低，经慢性适应性缺氧后，大鼠左心室舒缩功能的各项指标虽仍低于常氧对照组，但显著高于急性缺氧组。结论 急性重度缺氧可显著抑制心功能，动物经低氧适应后，心脏功能明显改善，可减轻缺氧对心脏的损伤。
, 百拇医药
中图分类号：R852.11 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(1999)04-0267-03
Effects of Acute Hypoxia and Hypoxic Acclimatization on Cardiac
Functions of Rats
LONG Chao-liang, ZHOU Zhi, YIN Zhao-yun, SUN Xing-bin, LU Xin-qiang,WANG Hai
Abstract：Objective To study the effects of acute hypoxia and intermittent hypoxic acclimatization on cardiac systolic and diastolic functions in rats. Method Cardiac functions were investigated after intermittent hypoxic acclimatizated (3000 m and 5000 m,2 wk respectively,4 h/d) and normoxic rats were exposed to hypoxia (8000 m) for 4 h. Result The systolic functional parameters such as LVSP, +dp/dtmax,Vpm,Vmax and the diastolic functional parameter -dp/dtmax of acute hypoxic rats were reduced significantly as compared with normoxic control rats. After hypoxic acclimatization, the left ventricular functions of rats were increased significantly as compared with those of acute hypoxic rats. But they were still lower than those of normoxic control rats. Conclusion Acute hypoxia can affect cardiac functions and hypoxic acclimatization can alleviate the hypoxic effects on cardiac functions.
, 百拇医药
Key words：cardiac function;hypoxia;hypoxia tolerance;hypoxic acclimatization
Address reprint requests to:LONG Chao-liang.Institute of Hygiene and Environmental Medicine, Academy of Military Medical Sciences, Tianjin 300050, China
低氧作为一种应激因素，几乎能影响机体所有的功能活动。其中低氧对心血管系统的效应最为明显。以往对低氧条件下心血管活动的研究较多，且多偏重于整体水平，而对动物急慢性缺氧心血管系统功能改变的对比研究较少。研究低氧对心血管功能的影响，对于进一步认识机体心血管系统对低氧产生适应的机理具有重要意义。本研究比较了急性缺氧和慢性适应性缺氧大鼠的左室功能的变化，为进一步探讨低氧心血管系统习服机制提供依据。
, 百拇医药
方 法
缺氧动物模型制备 26只雄性Wistar大鼠，体重318±38g，由军事医学科学院实验动物中心提供。动物随机分为3组，常氧对照组(n=7), 呼吸室内空气；急性缺氧组(n=9)，动物置于低压氧舱内，模拟海拔8000m高度缺氧4h；慢性适应性缺氧组(n=10)，其缺氧方式为：首先将动物置于模拟海拔3000m高度的低压氧舱内，每天4h ，持续14d，再置于模拟海拔5000m高度，每天4h ，持续14d，最后与急性缺氧组动物一同置于模拟海拔8000m高度缺氧4h。
心脏功能的检测 动物8000m缺氧4h后，立即从低压氧舱内取出，以戊巴比妥钠45mg/kg ip麻醉，仰卧固定于实验台上，行气管插管，分离右侧颈总动脉，经其向左心室内插入充满肝素的PE50导管,接压力换能器，信号输入至SMUP-PC生物信号处理系统，自动记录心率(HR)，左室收缩压(LVSP)，室内压最大变化速率(±dp/dtmax)，心肌纤维缩短速度的理论值(Vpm )及最大值(Vmax)。右股动脉插入PE50导管，动脉导管通过 MPU-0.5A型压力换能器与RM-6000型四导生理记录仪相连，记录平均动脉压(MAP)[1]。术后待心功能稳定后开始记录。
, 百拇医药
数据处理 实验结果均用
±s表示。各组间两两比较用Duncan t检验。
结 果
如表1所示，急性缺氧组和慢性适应性缺氧组的MAP显著低于常氧对照组，急性缺氧大鼠心率增快，低氧适应后心率有下降趋势。急性缺氧组大鼠的反映左室收缩功能的指标LVSP, +dp/dtmax, Vpm,Vmax及反映舒张功能的指标-dp/dtmax均较常氧对照组显著降低，经过低氧适应后的大鼠，左室功能各指标均明显高于急性缺氧组，其中LVSP和Vmax接近对照组水平。结果表明，急性缺氧大鼠左室的收缩和舒张功能均明显降低，左心功能明显受损，而低氧适应大鼠的左室功能代偿良好，明显优于未经低氧适应的急性缺氧大鼠。提示动物经低氧适应后，可减轻严重缺氧引起的心功能损伤。
, 百拇医药
表1 急、慢性缺氧对大鼠心功能的影响
Table 1 Effects of acute hypoxia and intermittent hypoxic on cardiac functions of rats 指标(indices)
常氧对照组(normoxic control)
急性缺氧组(acute hypoxia)
间断低氧习服组(intermittent hypoxia)
MAP(kPa)
18.2±1.5
16.5±2.4*
, 百拇医药
15.6±1.1**
HR(beats/min)
367±35
412±31*
393±44
LVSP(kPa)
15.4±1.1
11.3±0.9**
14.2±1.6##
+dp/dtmax(kPa/s)
, 百拇医药
410±38
132±16**
217±50**##
-dp/dtmax(kPa/s)
378±28
136±24**
220±42**##
Vpm(s-1)
1.3±0.1
0.5±0.1**
, 百拇医药
0.8±0.2**##
Vmax(s-1)
1.4±0.4
0.4±0.3**
1.0±0.4##
注：*P<0.05，**P<0.01，与常氧对照组相比;#P<0.05,##P<0.01，与急性缺氧组相比
Note:*P<0.05，**P<0.01，as compared with normoxic control;#P<0.05,##P<0.01，as compared with acute hypoxia group讨 论
, http://www.100md.com
已有的研究表明，低氧作为一种应激因素可以明显抑制心功能，其影响程度取决于缺氧时间的长短，缺氧严重程度及缺氧发生的快慢[2]。本研究结果表明，大鼠在低压氧舱模拟8000m急性缺氧4h后，左室功能严重抑制，受损明显，而经过3000m和5000m的阶梯适应性缺氧后的大鼠，其心功能诸指标均显著优于急性缺氧组。提示低氧适应能改善心脏的代偿能力。
有研究报道，低氧适应时，血管平滑肌细胞的IP3受体数目减少，亲和力下降，从而减轻缺氧引起的血管收缩，增加心肌供血[3]；心肌Ca2+, Mg2+-ATP酶的活性增高，改善心肌收缩功能[4]；心肌细胞利用葡萄糖的能力增强，氧的利用率提高，为心肌提供更多的ATP[5]；低氧还可引起心肌代偿性肥厚，增强心肌收缩力[6]。所有这些研究均表明：在进行阶梯适应性缺氧时，机体接受间歇性低氧的刺激，能充分调动从分子到细胞乃至整体水平的代偿机制，增强机体对低氧的抵抗力，从而缓解缺氧对心肌的损害作用。
, http://www.100md.com
从本实验亦可看出，低氧适应组的缺氧程度最后与急性缺氧组同为8000m 4h，但由于心脏的代偿能力增强，因此减轻了缺氧引起的心功能损害，而急性缺氧动物的各种代偿机制尚未调动起来，从而导致心功能明显受损。说明阶梯适应性低氧对严重缺氧引起的心功能损伤有良好的保护作用。
*基金项目：国家自然科学基金重点项目(39730190)
参考文献
[1]刘 蔚，汪 海，肖文彬. 吡那地尔与硝苯地平对大鼠心脏功能的影响[J]. 军事医学科学院院刊，1996，20(4)：245～248
[2]周兆年. 低氧心血管生理学的研究[J].生理通讯，1996，15(suppl.):283～286
[3]Zhou LS, Zhao Y, Nijland R et al.Ins(1,4,5)IP3 receptors in cerebral arteries: changes with development and high-altitude hypoxia[J].Am J Physiol, 1997,272:R1954～R1959
, 百拇医药
[4]孙希武，叶益新，邓希贤. 低氧适应对缺氧性心功能损伤的保护作用及其机制探讨[J].中国应用生理学杂志，1994，10(3):205～208
[5]Holden JE, Stone CK, Clark CM et al. Enhanced cardiac metabolism of plasma glucose in high altitude natives: adaptation against chronic hypoxia[J]. J Appl Physiol, 1995, 79(1): 222～228
[6]Boer PH, Ruzicka M, Lear W et al. Stretch-mediated activation of cardiac renin gene[M].Am J Physiol, 1994, 267: H1630-H1636
收稿日期：1998-11-16, http://www.100md.com
单位：龙超良 尹昭云 孙兴斌 军事医学科学院卫生学环境医学研究所，天津 300050；周智 海军总医院心电图室，北京：100036，路新强 汪海军事医学科学院毒物药物研究所，北京 100850
关键词：心功能；缺氧；缺氧耐力；低氧适应
航天医学与医学工程990408摘要：目的 研究急性缺氧和慢性适应性缺氧对大鼠心脏收缩和舒张功能的影响。方法 间断低氧习服大鼠(3000m、5000m各2wk,4h/d)和正常大鼠经8000m缺氧4h后，观察其整体心功能。结果 与常氧对照组相比，急性缺氧大鼠左心室反映收缩功能的指标LVSP, +dp/dtmax,Vpm, Vmax及反映舒张功能的指标-dp/dtmax均显著降低，经慢性适应性缺氧后，大鼠左心室舒缩功能的各项指标虽仍低于常氧对照组，但显著高于急性缺氧组。结论 急性重度缺氧可显著抑制心功能，动物经低氧适应后，心脏功能明显改善，可减轻缺氧对心脏的损伤。
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中图分类号：R852.11 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(1999)04-0267-03
Effects of Acute Hypoxia and Hypoxic Acclimatization on Cardiac
Functions of Rats
LONG Chao-liang, ZHOU Zhi, YIN Zhao-yun, SUN Xing-bin, LU Xin-qiang,WANG Hai
Abstract：Objective To study the effects of acute hypoxia and intermittent hypoxic acclimatization on cardiac systolic and diastolic functions in rats. Method Cardiac functions were investigated after intermittent hypoxic acclimatizated (3000 m and 5000 m,2 wk respectively,4 h/d) and normoxic rats were exposed to hypoxia (8000 m) for 4 h. Result The systolic functional parameters such as LVSP, +dp/dtmax,Vpm,Vmax and the diastolic functional parameter -dp/dtmax of acute hypoxic rats were reduced significantly as compared with normoxic control rats. After hypoxic acclimatization, the left ventricular functions of rats were increased significantly as compared with those of acute hypoxic rats. But they were still lower than those of normoxic control rats. Conclusion Acute hypoxia can affect cardiac functions and hypoxic acclimatization can alleviate the hypoxic effects on cardiac functions.
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Key words：cardiac function;hypoxia;hypoxia tolerance;hypoxic acclimatization
Address reprint requests to:LONG Chao-liang.Institute of Hygiene and Environmental Medicine, Academy of Military Medical Sciences, Tianjin 300050, China
低氧作为一种应激因素，几乎能影响机体所有的功能活动。其中低氧对心血管系统的效应最为明显。以往对低氧条件下心血管活动的研究较多，且多偏重于整体水平，而对动物急慢性缺氧心血管系统功能改变的对比研究较少。研究低氧对心血管功能的影响，对于进一步认识机体心血管系统对低氧产生适应的机理具有重要意义。本研究比较了急性缺氧和慢性适应性缺氧大鼠的左室功能的变化，为进一步探讨低氧心血管系统习服机制提供依据。
, 百拇医药
方 法
缺氧动物模型制备 26只雄性Wistar大鼠，体重318±38g，由军事医学科学院实验动物中心提供。动物随机分为3组，常氧对照组(n=7), 呼吸室内空气；急性缺氧组(n=9)，动物置于低压氧舱内，模拟海拔8000m高度缺氧4h；慢性适应性缺氧组(n=10)，其缺氧方式为：首先将动物置于模拟海拔3000m高度的低压氧舱内，每天4h ，持续14d，再置于模拟海拔5000m高度，每天4h ，持续14d，最后与急性缺氧组动物一同置于模拟海拔8000m高度缺氧4h。
心脏功能的检测 动物8000m缺氧4h后，立即从低压氧舱内取出，以戊巴比妥钠45mg/kg ip麻醉，仰卧固定于实验台上，行气管插管，分离右侧颈总动脉，经其向左心室内插入充满肝素的PE50导管,接压力换能器，信号输入至SMUP-PC生物信号处理系统，自动记录心率(HR)，左室收缩压(LVSP)，室内压最大变化速率(±dp/dtmax)，心肌纤维缩短速度的理论值(Vpm )及最大值(Vmax)。右股动脉插入PE50导管，动脉导管通过 MPU-0.5A型压力换能器与RM-6000型四导生理记录仪相连，记录平均动脉压(MAP)[1]。术后待心功能稳定后开始记录。
, 百拇医药
数据处理 实验结果均用
±s表示。各组间两两比较用Duncan t检验。结 果
如表1所示，急性缺氧组和慢性适应性缺氧组的MAP显著低于常氧对照组，急性缺氧大鼠心率增快，低氧适应后心率有下降趋势。急性缺氧组大鼠的反映左室收缩功能的指标LVSP, +dp/dtmax, Vpm,Vmax及反映舒张功能的指标-dp/dtmax均较常氧对照组显著降低，经过低氧适应后的大鼠，左室功能各指标均明显高于急性缺氧组，其中LVSP和Vmax接近对照组水平。结果表明，急性缺氧大鼠左室的收缩和舒张功能均明显降低，左心功能明显受损，而低氧适应大鼠的左室功能代偿良好，明显优于未经低氧适应的急性缺氧大鼠。提示动物经低氧适应后，可减轻严重缺氧引起的心功能损伤。
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表1 急、慢性缺氧对大鼠心功能的影响
Table 1 Effects of acute hypoxia and intermittent hypoxic on cardiac functions of rats 指标(indices)
常氧对照组(normoxic control)
急性缺氧组(acute hypoxia)
间断低氧习服组(intermittent hypoxia)
MAP(kPa)
18.2±1.5
16.5±2.4*
, 百拇医药
15.6±1.1**
HR(beats/min)
367±35
412±31*
393±44
LVSP(kPa)
15.4±1.1
11.3±0.9**
14.2±1.6##
+dp/dtmax(kPa/s)
, 百拇医药
410±38
132±16**
217±50**##
-dp/dtmax(kPa/s)
378±28
136±24**
220±42**##
Vpm(s-1)
1.3±0.1
0.5±0.1**
, 百拇医药
0.8±0.2**##
Vmax(s-1)
1.4±0.4
0.4±0.3**
1.0±0.4##
注：*P<0.05，**P<0.01，与常氧对照组相比;#P<0.05,##P<0.01，与急性缺氧组相比
Note:*P<0.05，**P<0.01，as compared with normoxic control;#P<0.05,##P<0.01，as compared with acute hypoxia group讨 论
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已有的研究表明，低氧作为一种应激因素可以明显抑制心功能，其影响程度取决于缺氧时间的长短，缺氧严重程度及缺氧发生的快慢[2]。本研究结果表明，大鼠在低压氧舱模拟8000m急性缺氧4h后，左室功能严重抑制，受损明显，而经过3000m和5000m的阶梯适应性缺氧后的大鼠，其心功能诸指标均显著优于急性缺氧组。提示低氧适应能改善心脏的代偿能力。
有研究报道，低氧适应时，血管平滑肌细胞的IP3受体数目减少，亲和力下降，从而减轻缺氧引起的血管收缩，增加心肌供血[3]；心肌Ca2+, Mg2+-ATP酶的活性增高，改善心肌收缩功能[4]；心肌细胞利用葡萄糖的能力增强，氧的利用率提高，为心肌提供更多的ATP[5]；低氧还可引起心肌代偿性肥厚，增强心肌收缩力[6]。所有这些研究均表明：在进行阶梯适应性缺氧时，机体接受间歇性低氧的刺激，能充分调动从分子到细胞乃至整体水平的代偿机制，增强机体对低氧的抵抗力，从而缓解缺氧对心肌的损害作用。
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从本实验亦可看出，低氧适应组的缺氧程度最后与急性缺氧组同为8000m 4h，但由于心脏的代偿能力增强，因此减轻了缺氧引起的心功能损害，而急性缺氧动物的各种代偿机制尚未调动起来，从而导致心功能明显受损。说明阶梯适应性低氧对严重缺氧引起的心功能损伤有良好的保护作用。
*基金项目：国家自然科学基金重点项目(39730190)
参考文献
[1]刘 蔚，汪 海，肖文彬. 吡那地尔与硝苯地平对大鼠心脏功能的影响[J]. 军事医学科学院院刊，1996，20(4)：245～248
[2]周兆年. 低氧心血管生理学的研究[J].生理通讯，1996，15(suppl.):283～286
[3]Zhou LS, Zhao Y, Nijland R et al.Ins(1,4,5)IP3 receptors in cerebral arteries: changes with development and high-altitude hypoxia[J].Am J Physiol, 1997,272:R1954～R1959
, 百拇医药
[4]孙希武，叶益新，邓希贤. 低氧适应对缺氧性心功能损伤的保护作用及其机制探讨[J].中国应用生理学杂志，1994，10(3):205～208
[5]Holden JE, Stone CK, Clark CM et al. Enhanced cardiac metabolism of plasma glucose in high altitude natives: adaptation against chronic hypoxia[J]. J Appl Physiol, 1995, 79(1): 222～228
[6]Boer PH, Ruzicka M, Lear W et al. Stretch-mediated activation of cardiac renin gene[M].Am J Physiol, 1994, 267: H1630-H1636
收稿日期：1998-11-16, http://www.100md.com