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慢性間歇性低氧(chronic intermittent hypoxia,CIH)是阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征(obstructive sleep apnea syndrome,OSAS)特有的關(guān)鍵病理生理學(xué)機(jī)制[1]。CIH機(jī)制可誘發(fā)交感神經(jīng)興奮性增強(qiáng)、炎癥-氧化應(yīng)激反應(yīng)、血管內(nèi)皮功能障礙等,從而導(dǎo)致全身器官損傷及功能異常[2],在心血管系統(tǒng)主要表現(xiàn)為左室結(jié)構(gòu)異常[2]、心功能不全等[3]。Ganau等[4]將左心室?guī)缀螛?gòu)性分為:正常左室構(gòu)型(normal geometry,NG)、向心性左室重構(gòu)(concentric remodeling,CR)、向心性左室肥厚(concentric hypertrophy,CH)和離心性左室肥厚(eccentric hypertrophy,EH)。幾何構(gòu)型異常是OSAS心血管病發(fā)生、預(yù)后的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[5]。而OSAS病人常伴有肥胖、高血壓及糖代謝紊亂等,目前對(duì)OSAS病人的臨床研究尚無(wú)法除外上述因素對(duì)左心室?guī)缀螛?gòu)型的影響。因此,本研究擬通過(guò)創(chuàng)建CIH動(dòng)物模型明確OSAS是否獨(dú)立導(dǎo)致左心室?guī)缀螛?gòu)型改變及不同幾何構(gòu)型的左心室收縮、舒張功能受損。
1.1 動(dòng)物 2個(gè)月~4個(gè)月齡健康雄性新西蘭大白兔65只,體重1.6 kg~3.0 kg。
1.2 儀器 GE-Vivid7型彩色超聲診斷儀,10 s探頭(3.6 MHz~10.4 MHz)。CIH艙[6]:長(zhǎng)方體艙,大小84 cm×58 cm×38 cm,壁厚約5 mm,由六塊有機(jī)玻璃組成,兩側(cè)設(shè)有進(jìn)氣孔和排氣孔,配備測(cè)氧設(shè)備。
1.3 方法 將新西蘭大白兔麻醉后放入CIH艙,向艙內(nèi)交替通入氮?dú)夂脱鯕?,使氧濃度?%~21%,一次循環(huán)時(shí)間約170 s。即充入氮?dú)馐古搩?nèi)氧氣濃度降低至8%~12%,時(shí)間大約80 s,之后維持低氧濃度約25 s;再充入氧氣使艙內(nèi)氧濃度升高至21%,時(shí)間大約為35 s,再維持25 s,之后進(jìn)行下一次循環(huán)。每天持續(xù)6 h,每周6天,共8周[7-8]。造模前和造模8周分別對(duì)兔行超聲心動(dòng)圖檢查。
1.4 檢測(cè)指標(biāo) 參照美國(guó)超聲心動(dòng)圖協(xié)會(huì)指南[9-10],常規(guī)超聲測(cè)量左心房(LA)前后徑,左心室(LV)左右徑、上下徑,左室舒張末期內(nèi)徑(LVEDd)、左室后壁厚度(LVPWT)、室間隔厚度(IVST)、二尖瓣舒張?jiān)缙诜逯盗魉?E波)、心房收縮峰值流速(A波)、E峰減速時(shí)間(DT)、A峰持續(xù)時(shí)間(Adur)、主動(dòng)脈射血時(shí)間(ET)、等容舒張時(shí)間(IVRT)、等容收縮時(shí)間(IVCT),Simpson雙平面法測(cè)量左心室射血分?jǐn)?shù)(LVEF)。二尖瓣環(huán)組織多普勒測(cè)量收縮期速度(Sm)、舒張?jiān)缙谒俣?Em)、舒張晚期速度(Am);彩色多普勒及M型超聲心動(dòng)圖測(cè)量舒張?jiān)缙谧笮氖覂?nèi)血流播散速度(velocity of propagation,Vp)。 計(jì)算左心室質(zhì)量(LVM)= 1.04 × [(LVEDd + LVPWT + IVST)3-LVEDd3],體重矯正得到左心室質(zhì)量指數(shù)(LVMI);計(jì)算相對(duì)室壁厚度(RWT)=(IVST + LVPWT)/LVEDd。根據(jù)造模前的LVMI和RWT確定左心室?guī)缀螛?gòu)型分型的臨界值[11],造模后8周分為4組[4]:NG組(LVMI正常,RWT正常)、CR組(LVMI正常,RWT增大)、CH組(LVMI增大,RWT增大)、EH組(LVMI正常,RWT正?;蚵詼p小)。于造模后8周處死動(dòng)物模型,HE染色后光鏡觀察左心室心肌組織病理變化。
2.1 各組不同左心室?guī)缀螛?gòu)型左心結(jié)構(gòu)參數(shù)比較 造模前(65只兔)得出LVMI、RWT的臨界值分別為1.74 mg/g、0.40 mm。造模后8周共51只新西蘭兔存活,NG組16只(31.3%),CR組20只(39.2%),CH組9只(17.7%),EH組6只(11.8%)。與NG組比較,CR組LV上下徑、LV左右徑、LVEDd減小,RWT增大,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);CH組LA前后徑、LVEDd、LVPWT、IVST、LVMI、RWT增大,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);EH組LA前后徑、LV左右徑、LVEDd、IVST、LVMI增大,RWT減小,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。與CR組比較,CH組LVEDd、LVMI增大(P<0.05);EH組LV左右徑、LV上下徑、LVEDd、LVMI增大,RWT減小,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。與CH組比較,EH組LV左右徑、LV上下徑、LVEDd增大,RWT減小,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。詳見(jiàn)表1。
表1 各組不同左心室?guī)缀螛?gòu)型左心結(jié)構(gòu)參數(shù)比較(±s)
2.2 各組不同左心室?guī)缀螛?gòu)型左心收縮功能參數(shù)比較 與NG組比較,CR組心率升高,IVCT縮短,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);CH組HR升高,ET延長(zhǎng),LVEF減低,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);EH組LVEF、室間隔的二尖瓣環(huán)收縮期峰值速度(IVS-Sm)、左心室側(cè)壁的二尖瓣環(huán)收縮期峰值速度(LVLW-Sm)減低,IVCT、ET延長(zhǎng),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。與CR組比較,CH組LVEF減低,ET延長(zhǎng),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);EH組LVEF、IVS-Sm、LVLW-Sm減低,IVCT、ET延長(zhǎng),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。與CH組比較,EH組LVEF、IVS-Sm、LVLW-Sm減低,IVCT、ET延長(zhǎng),差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。詳見(jiàn)表2。
表2 各組不同左心室?guī)缀螛?gòu)型左心收縮功能參數(shù)比較(±s)
2.3 不同左心室?guī)缀螛?gòu)型左心舒張功能參數(shù) 與NG組比較,CR組左室舒張?jiān)缙诙獍攴逯盗魉?MV VE)、二尖瓣環(huán)組織多普勒舒張?jiān)缙谒俣?IVS-Em)、Vp減低,二尖瓣環(huán)組織多普勒晚期速度(IVS-Am)增大,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);CH組MV VE、IVS-Em、Vp減低,IVS-Am增大,IVRT延長(zhǎng),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);EH組IVS-Em、Vp減低,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。與CR組比較,CH組MV VE、IVS-Em、IVS-Em/Am、Vp減低,IVS-Am、E/Em增大,IVRT、DT延長(zhǎng),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);EH組MV VE、IVS-Em、IVS-Em/Am減低,IVRT延長(zhǎng),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。與CH組比較,EH組MV VE、IVS-Em、IVS-Em/Am、Vp減低,IVRT延長(zhǎng),差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。各組左室舒張晚期二尖瓣峰值流速(MV VA)、A峰持續(xù)時(shí)間(Adur)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。詳見(jiàn)表3。
表3 各組不同左心室?guī)缀螛?gòu)型左心舒張功能參數(shù)比較(±s)
(續(xù)表)
組別 IVSEm/AmE/EmIVRT(ms)DT(ms)Adur(ms)Vp(cm/s)NG組1.32±0.048.09±0.2372.95±10.5752.35±8.9976.05±11.9867.15±18.31 CR組1.41±0.248.56±0.3078.44±13.7558.94±8.7281.82±10.3561.80±13.511)CH組1.11±0.182)9.61±0.232) 84.21±11.701)2)60.22±9.362)82.18±14.1957.50±14.591)2)EH組 1.37±0.752)3)8.44±0.42 76.80±11.442)3)56.13±6.9479.70±16.5059.00±7.721)3) 與NG組比較,1)P<0.05;與CR組比較,2)P<0.05;與CH組比較,3)P<0.05。
2.4 HE染色后光鏡觀察 NG組心肌細(xì)胞形態(tài)基本完整,排列較規(guī)整;CR組部分心肌纖維及細(xì)胞排列不整齊,間質(zhì)輕度水腫,細(xì)胞間隙略增寬;CH組心肌細(xì)胞橫向生長(zhǎng),長(zhǎng)度基本不變,間質(zhì)充血水腫明顯,部分細(xì)胞胞漿溶解,空泡變性;EH組心肌細(xì)胞體積增大,成比例地縱向和橫向生長(zhǎng),部分膠原纖維增粗且排列紊亂,細(xì)胞間隙增寬。
既往實(shí)驗(yàn)多以左室壁厚度、內(nèi)徑和左室質(zhì)量對(duì)左心室結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究[7-8]。本研究使用內(nèi)徑矯正左心室壁厚度,體重矯正LVM,得出LVMI和RWT,通過(guò)超聲心動(dòng)圖對(duì)CIH 8周兔左心室結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察,結(jié)果顯示,68.7%的實(shí)驗(yàn)兔出現(xiàn)左心室?guī)缀螛?gòu)型異常,且CIH對(duì)不同幾何構(gòu)型的實(shí)驗(yàn)兔心功能影響不同。
本研究結(jié)果顯示,CIH 8周實(shí)驗(yàn)兔中EH組LVMI增加,而RWT明顯減小,即出現(xiàn)了離心性重構(gòu),同時(shí)IVCT、ET明顯延長(zhǎng),IVS-Sm、LVLW-Sm明顯減低,LVEF值最低,均提示左心室心肌收縮功能明顯減低。CH組左心室收縮功能也低于造模前,但受損程度低于EH組。Naghshin等[12]研究CIH 4周時(shí)的C57BL/6J大鼠發(fā)現(xiàn)短期CIH左心室射血分?jǐn)?shù)、收縮期壓力上升最大速率(dp/dtmax)增大,提示CIH早期大鼠收縮功能代償性增強(qiáng)。Wei等[13]研究結(jié)果顯示,大鼠5周后左心室舒張末期容積增加,LVEF降低,即左心室收縮功能出現(xiàn)減低。故提示隨著CIH時(shí)間延長(zhǎng),左心室收縮功能最終呈減低趨勢(shì),且不同構(gòu)型受損程度不一樣,EH組收縮功能受損最明顯。
本研究中CIH 8周時(shí)CH組LVMI、RWT均增加,即出現(xiàn)了向心性重構(gòu),同時(shí)IVS-Em、Vp明顯減低,IVS-Am、E/Em增大,IVRT、DT、AdurT明顯延長(zhǎng),提示CH構(gòu)型左心室舒張功能明顯減低。EH組、CR組左室舒張功能也低于造模前,但受損程度均低于CH組。Kato等[14]發(fā)現(xiàn)敘利亞倉(cāng)鼠CIH 2周后,MV VE減低,而E/e’顯著升高,提示左室舒張功能受損。Chen等[15]研究結(jié)果顯示SD大鼠CIH 5周時(shí)左心室舒張末壓增加,左心室舒張期壓力下降最大速率減小,即左心室舒張功能減低。故提示隨著CIH時(shí)間延長(zhǎng)甚至在CIH早期,左室舒張功能會(huì)出現(xiàn)受損,且不同構(gòu)型受損程度不一樣,CH組舒張功能受損最明顯。
綜上所述,CIH可導(dǎo)致左心室構(gòu)型及功能異常,不同幾何構(gòu)型導(dǎo)致不同程度左心室收縮、舒張功能異常。但本實(shí)驗(yàn)研究?jī)H分析了CIH早期(8周)左心室?guī)缀螛?gòu)型及其收縮、舒張功能變化,尚有待進(jìn)一步的研究。