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编号:10258660
大鼠心脏腺苷预处理琥珀酸脱氢酶电镜细胞化学的变化*
http://www.100md.com 《解剖学报》 1999年第1期
     作者:张友云 董峰 郑汉巧 冯晓祥 卢彦珍 胡成俊

    单位:张友云 冯晓祥 胡成俊(湖北医科大学解剖学教研室);董峰 郑汉巧 卢彦珍(生理学教研室,武昌 430071)

    关键词:硫酸腺嘌呤;缺血预处理;琥珀酸脱氢酶;心脏;大鼠

    解剖学报990110

    【摘要】 目的 以外源性腺苷前质——硫酸腺嘌呤注入大鼠,通过琥珀酸脱氢酶(SDH)电镜细胞化学的变化,探讨预处理效应。 方法 实验采用体重为200~300g雄性SD大鼠24只,分4组,每组6只,即正常对照组(Ⅰ组);缺血再灌组(Ⅱ组);缺血预处理组(Ⅲ组,按经典的Murry法);硫酸腺嘌呤预处理组(Ⅳ组)。按Nitro-BT法显色制作SDH光镜标本,按小川的亚铁氰化铜法制作电镜标本。光镜观察SDH活性参照Niles法分为4级。 结果 Ⅰ组SDH活性和心肌结构相对正常;Ⅱ组SDH活性降低明显,线粒体损伤严重;Ⅳ组近于Ⅰ组;Ⅲ组界于Ⅰ、Ⅳ组之间。 结论 外源性硫酸腺嘌呤注入大鼠具有与经典缺血预处理相类似的抗心肌缺血再灌损伤的效应。
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    THE STUDY OF SDH ELECTRON MICROSCOPIC CYTOCHEMISTRY

    ON PRECONDITIONING OF RAT HEART CAUSED BY ADNOSINE

    Zhang Youyun,Dong Feng**,Zheng Hanqiao**,Feng Xiaoxiang,Lu Yanzheng**,Hu Chenjun

    (Department of Anatomy,**Department of Physiology,Hubei Medical University,Wuhan)

    【Abstract】 Objective This paper aimed at exploring ischemic preconditioning(IPC) effect of exogenous preadenosine(adenine sulphate)by means electron microscopy of succinic dehydrogenase(SDH) to provide some experimental data for non-injury IPC method.Methods 24 male SD rats,weighting 200-300g,were divided into 4 groups,each of which consists of 6 rats.They are normal control group(Ⅰ group);ischemic/reperfusion group(Ⅱgroup);ischemic preconditioning group(Ⅲ group,Murry method)and adenine sulphate preconditioning group(Ⅳ group).After finishing the operation the myocardium of left ventricle was frozen sectioned and demonstrated SDH activity with Nitro-BT method.The electron microscopic samples for SDH activity were prepared according to ferrocyanide copper of Ogawa.The activity of SDH was divided into 4 scales based on Niles classification.Results The result indicated that as compared with group Ⅰ the injury on mitochondria and the decrease on SDH activity were the most serious in group Ⅱ,but is diminished greatly in group Ⅳ.The changes of group Ⅲ is between the two groups above.Conclusion The data suggested that injection of exogenous adenine sulphate into rats showed the anti-injury in myocardium caused by ischemic/reperfusion,which is similar to the effect of ischemic preconditioning.
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    【Key words】 Adenine sulphate; Ischemic preconditioning; Succinic dehydrogenase; Heart; Rat

    自1986年Murry[1]首次发现狗心肌缺血预处理(ischemic Preconditioning, IPC)以来,新近研究证实[2,3],IPC是调动心肌自身抗缺血的有效途径,但该方法对机体具有损伤性以致限制其实际应用。鉴于腺苷是IPC过程中重要的心肌保护物质[2],本研究以外源性腺苷前质——硫酸腺嘌呤注入大鼠以复制腺苷预处理,并与缺血预处理对比,通过琥珀酸脱氢酶电镜细胞化学变化的观察,探讨抗心肌缺血效应,为探索非创伤性预处理积累实验资料。

    材料和方法

    取体重200~300g SD雄性大鼠,以20%乌拉坦(5ml/kg)腹腔麻醉后,固定于鼠台,以针形电极插四肢皮下观察记录标准Ⅱ导联心电图。行气管插管,连接微型动物呼吸机行人工呼吸。经左侧第4肋间开胸,暴露心脏,用3/0号丝线在左冠状动脉前室间支中、上1/3交接处穿线备用。取心电图正常鼠24只,分以下4组,每组6只。
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    Ⅰ组:正常对照组(normal control group,NC),取上述处理大鼠,穿线但不结扎,旷置50min。

    Ⅱ组:缺血再灌注组(ischemic/reperfusion group,I/R),以乳胶片垫底,双活结结扎前室间支,以心电图S-T段明显上抬,结扎线以下心肌颜色变暗为心肌缺血标志,30min后松开结扎线,恢复血液20min。

    Ⅲ组:缺血预处理组(ischemic preconditioning group,IPC),按经典的Murry法[1]复制,即在持续结扎冠状动脉30min前,反复4次结扎该血管5min,间隔再灌注5min。

    Ⅳ组:硫酸腺嘌呤预处理组(adenine sulphate preconditioning group,ASPC),于心肌缺血再灌前15min,在5min内由舌静脉滴入硫酸腺嘌呤(1.5mg/kg体重),后按Ⅱ组方法行缺血再灌注。
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    各组动物于实验结束时,速取左室心肌,固定于pH7.6的2%多聚甲醛,30min以内在AO恒温冷箱切片机中进行冰冻切片,按Nitro-BT法显色,用Olympus镜按顺序连续观察每张切片中的20个油镜视野,每组共观察100~120个油镜视野,并进行半定量计数及摄片;按小川[4]的亚铁氰化铜法制作电镜用的SDH标本,反应后冷缓冲液洗30min,用2.5%戊二醛固定2h,再用1%锇酸后固定1h,乙醇梯度脱水,环氧树脂包埋,超薄切片,枸橼酸铅和醋酸双氧铀染色,透射电镜(H-600)观察、摄片。SDH对照实验,在孵育液中除去琥珀酸钠。光镜观察SDH反应参照Niles等[5]分级法分为4级,Ⅰ级为相对正常心肌,心肌肌原纤维清晰,酶反应区为排列整齐、大小均匀的蓝色颗粒;Ⅳ级显示肌原纤维模糊不清,酶反应颗粒大小不一,分布散乱,显示线粒体肿胀,膜通透性增高,SDH外漏,酶活性降低及心肌受损严重。接近Ⅰ级者为Ⅱ级;接近Ⅳ级者为Ⅲ级。光镜结果按Ridit法进行显著性测验。

    结果
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    1.光镜观察

    光镜下SDH反应产物主要定位于肌纤维之间,结果见附表。由于Ridit值和酶活性及心肌损伤程度呈负相关,结果提示,Ⅱ组酶活性降低明显,心肌损伤严重;Ⅳ组最轻,Ⅲ组界于其间。对照实验为阴性、不显色。

    附表 各组SDH细胞化学变化的Ridit分析

    Table The analysis of Ridit on changes of SDH cellochemistrily 组别

    groups

    反 应 级 别

    grads of reaction
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    Ⅰ

    Ⅱ

    Ⅲ

    Ⅳ

    合计

    total

    正常对照组

    NC

    95

    20

    5

    0

    120

    0.500±0.0527
, 百拇医药
    缺血再灌组

    I/R

    10

    28

    39

    23

    100

    0.896±0.0577

    缺血预处理组

    IPC

    30

    32

    31
, 百拇医药
    7

    100

    0.770±0.0577

    硫酸腺嘌呤预处理组

    ASPC

    54

    25

    19

    2

    100

    0.640±0.0577

    △ P<0.05;与正常组比较(Compared with normal group)
, 百拇医药
    *P<0.05;与缺血再灌组比较(Compared with I/R group)

    2.电镜观察

    本实验应用亚铁氰化铜法,显示琥珀酸脱氢酶定位于线粒体外腔和线粒体嵴间腔,其反应产物呈斑点状散在分布。Ⅰ组超微结构显示肌原纤维排列规则,线粒体呈圆形或椭圆形,密集整齐地排列在肌原纤维之间,在线粒体外腔和嵴间腔可见显示SDH活性的斑点状反应产物(图1)。Ⅱ组显示部分线粒体外膜破损,嵴紊乱或内含絮状物,显示线粒体受损严重,SDH酶活性降低(图2)。Ⅲ组显示线粒体膜完整,在线粒体外腔及嵴间腔中可见SDH反应产物增加,提示酶活性增强(图3)。Ⅳ组显示肌节排列整齐,糖原保存完好,线粒体密集排列在肌原纤维之间(图4),线粒体结构正常,斑点状SDH反应产物的分布类似于Ⅰ组(图5)。

    讨论

    目前一般认为,心肌酶活性的改变和线粒体结构的变化是反映心脏预处理效应的重要指标[3]。SDH是三羧酸循环中催化琥珀酸和延胡索酸间反应的酶,是呼吸链的标志酶,存在于线粒体中,它的活性是检测线粒体损伤程度的敏感标志。
, 百拇医药
    本实验表明:无论是经典的预处理方法(Murry法)[1]或本实验提出的硫酸腺嘌呤预处理法,均可明显提高心肌SDH活性及维持心肌包括线粒体结构的完整性。结果提示,外源性硫酸腺嘌呤的注入可以复制出经典预处理模型和效应。

    外源性硫酸腺嘌呤在体内可与D-2-去氧核糖作用,经脱水形成2′-去氧腺苷。腺苷是IPC的重要介质,在抗心肌缺血再灌注损伤中具有重要作用。有研究表明[2,3],IPC时心肌内源性腺苷释放增加,以腺苷受体阻滞剂(8-PT)或腺苷A1受体激动剂能分别阻抑或增强IPC效应;腺苷的抗心肌缺血作用与其阻断血管平滑肌对钙的摄取、切断兴奋收缩偶联、刺激血管内皮细胞的p2y受体释放内皮松弛因子(EDRF)及PGI2有关,它们均有扩张血管的作用[6]。此外,腺苷还具有抗自由基形成以及抗白细胞和血小板的聚集作用。但由于腺苷半衰期极短,注入外源性腺苷难以在大鼠显示IPC效应,故本研究注入大鼠腺苷的前质——硫酸腺嘌呤能获得较理想的IPC作用,表明这种方法是一种有潜在应用前景的非创伤性心脏预处理方法。
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    图版说明

    图1 Ⅰ组:显示正常心肌线粒体(Mi)呈圆形或椭圆形,线粒体外腔或嵴间腔中可见斑点状着色较深的反应产物,(↑)示SDH活性 ×50 000

    图2 Ⅱ组:显示部分线粒体外腔中酶弥散,外膜破裂(ñ);部分线粒体嵴紊乱,内含絮状物(↑) ×50 000

    图3 Ⅲ组:显示心肌线粒体膜完整,在线粒体外腔及嵴间腔中可见酶活性产物增强(↑) ×50 000

    图4 Ⅳ组:显示肌节排列整齐,糖原保存完好(ñ)、线粒体(Mi)密集排列在肌原纤维之中 ×30 000

    图5 Ⅳ组:显示线粒体呈椭圆形,膜完好无损,线粒体嵴密集、并有规律地排列,SDH反应产物(ñ)的分布近似Ⅰ组 ×50 000
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    Fig.1 Ⅰ group:The mitochondria of myocardial cells are seen to be round or elliptic,some dark reaction products(↑)which indicate SDH activity are found in external cavity or intercristal space of mitochondria. ×50 000

    Fig.2 Ⅱ group: Enzyme is diffused in some extend cavity of mitochondria,the external membrane of some mitochondria is defected(ñ),some cristae of mitochondria is disturbed with floccule(↑). ×50 000

    Fig.3 Ⅲ group:The membrane of myocardial mitochondria is not damaged,enzyme activity products is seen to be enhanced in external cavity and intercristal space of mitochondria(↑). ×50 000
, 百拇医药
    Fig.4 Ⅳ group:The sarcomere is arranged in good order.The glycogen is well preserved(ñ),mitochondria is arranged tidily between the myofibrils(Mi). ×30 000

    Fig.5 Ⅳgroup.Myocardial mitochondria are normal and the cristae of mitochondria arrange in both transverse and longitudinal direction.The SDH reaction products(ñ) are distributed in the same way as that in group Ⅰ. ×50 000

    * 湖北省自然科学基金资助课题(No.95J31)
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    △ Department of Anatomy,Hubei Medical University,Wuhan 430071,China

    参考文献

    [1]Murry CE,Jennings RB,Reimer KA.Preconditioning with ischemia:A delay of lethal cell injury in of ischemic myocardium.Circulation,186,74(5):1124

    [2]Andrzej B,Ewa KP,Bohdan L,et al.A protective role of nitric oxide in isolated is chemic/reperfusion rat heart.Cardiovas Res,1995,30(4):1001

, http://www.100md.com     [3]许澍淮.缺血性预处理保护心肌缺血损伤的研究进展.基础医学与临床,1997,17(1):1

    [4]小川和郎,中根一穗主编.钟慈声主译.《酶组织细胞化学技术》.上海:上海医科大学出版社,1989:133

    [5]Niles NR Bitensky I,Chayen J,et al.The Value of histochemistry in the analysis of myocardial dysfunction.Lancet, 1964,1(7340):963

    [6]Masafumi K,Masatsugu H,Toshikazu M.α-1-Adrenoceptor activation increases ecto-5′-nucleotidase activity and adenosine release in rat cardiomyocytes by activating protein kinase C.Circulation,1995,91(8):2226

    收稿1997-11 修回1998-04, 百拇医药