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【摘要】目的:进一步阐明微量元素硒镉含量异常时心肌细胞损害的机理。方法:用细胞内微电极技术分别观察了：正常对照、单纯高Cd、低Se高Cd组饲料饲养 14 w后大鼠心肌细胞电生理的变化。结果:单纯高镉组无变化; 低Se 并高Cd 组与对照组相比, RP、APA降低,APD50、APD90明显延长，有统计学异常。结论 低硒并高镉饲料可明显改变大鼠心肌细胞的电生理特性。
【关键词】：硒; 铬;心肌电生理
Effects on the electrophysiological property of myocardial cells of the rats fed with selenium and cadmiumfodder
ZHANGCui ling
【Abstract】Objective Trace element, selenium and cadmium content of further elucidate abnormal mechanisms of myocardial cell damage. MethodsWithintracellular microelectrode technique , we observed the electrophysiological changes of the three groups of rats fed respectively with :normal , high Cd , low Se + high Cd. Results :Compared with the control , there was no change in high Cd group. However, in low Se+high Cd group, APA decreased, APD50and APD90 prolonged significantly; Conclusion It is suggested that Se and Cd may jointly change the electrophysiological properties of myocardial cells significantly. However , vi 2tamin C may protect myocardial cells against the injury effectively.
【Key words】 selenium; cadmium;electrophysiology of myocardial cell
【中图分类号】R415 【文献标识码】B 【文章编号】1005-0515(2011)05-0024-02
硒与多种心脏疾病的发生发展有密切关系。克山病发生于低硒地区 , 硒是克山病发病的主要因素[1,2]但近年的研究进一步表明: 单纯低硒并不能致上述疾病, 克山病心肌炎等的发生可能与环境因素特别是食物中其它物质含量的异常也密切相关铬的异常可能是十分重要的协同因素，但低硒和铬含量如何在体内协同从而造成心肌细胞的损害至今尚未阐明。
本文以 Wistar 大鼠为对象,采用低硒高镉饲料饲养建立实验动物模型,以细胞内微电极技术观察低硒、高镉对大鼠心肌细胞电生理的协同影响, 为进一步阐明食物中微量元素含量异常致心肌细胞损害的机理提供实验依据。
1 材料与方法
1.1 实验动物:Wistar大鼠80只, 体重(70 ± 15 g), 雌雄不拘(已经证明:鼠心肌细胞的电生理指标无性别显著性差异[3 ,4]), 由山东医科大学实验动物中心提供。全部动物随机分为3组: 对照组(non-EG), 病区粮组(EG),病区粮+硒组(EG+ Se)。
1.2 药品:亚硒酸钠(北京中联化工试剂厂); 氯化镉(上海化学试剂站); 维生素 C(北京四环制药厂); 其余试剂均为国产分析纯。
1.3 饲料制备及动物模型建立:对照组大鼠喂养, 由山东省试验动物中心提供标准饲料, 其它试验组大鼠颗粒饲料采用克山病重病区山东省沂水县产粮(流行病学调查证实低硒高镉), 模拟克山病高发年当地居民膳食比例混合制成, 其中: 全小麦 40 %、全玉米50 % 、黄豆8 %、添加氯化钠1 %, 医用维生素 AD口服液 1 %[8]。按标准饲料镉硒水平, 对各试验组饲料中硒镉含量进行调整(加硒 , 病区粮组不变) 结果列于表 1
表1 饲料中硒镉和维生素 C 的含量
Group Selenium Cadmium
Control 0. 3000. 500
EG 0. 0101. 110
EG+ Se 0. 3001. 110
1.4 心肌细胞电生理测定:标本制备:于第14 周末,用纯器击昏动物,迅速剖胸取出心脏,置于盛36℃充氧台氏液的玻璃器皿中,剪开心室,游离左室乳头肌,用00 号不锈钢昆虫针将标本固定在容积为1.5ml 的灌流槽中,用充以95 % O2和5 % CO2、温度36℃的台氏液灌流。标本稳定1 h 后开始试验。刺激电极为直径0.5 mm AgCl双电极, 置细胞外, 经刺激器刺激。脉冲波宽0.6 ms , 强度为阈值的 150 %, 频率 60/ min. 记录玻璃微电极中充 3 mol/ L KCl , 电阻为10～20 MΩ, 用微电极操纵器将电极插入心肌细胞内, 记录跨膜电位。通过MZ-820 型微电极放大器将动作电位一路输至超低频双线示波器上线, 一路经微分后输入示波器下线。每只动物心脏观察 3 个心肌细胞, 所取信号清晰稳定后, 摄片记录, 经阅读器测量分析。观察指标为静息电位(RP), 动作电位幅度(APA), 动作电位时程(APD50、APD90)。各均数比较采用 t 检验。
2 结果
表2显示: 单纯高 Cd 组、对照组三组大鼠心肌细胞的电生理指标无显著性差异;低Se 并高Cd组与对照组相比, RP、APA降低,APD50、APD90明显延长, 提示:低Se 并高Cd 可以明显改变心肌细胞电生理特性。
表2 硒、镉和维生素 C 对大鼠心肌细胞电生理的协同影响作用(∈x ± s)
Group RP(mv) APA(mv) APD50 APD90
Control79. 0 ± 2. 2104. 9 ± 4. 811. 1 ± 2. 044. 8 ± 8. 1
EG+ Se(high Cd) 80. 1 ± 2. 1104. 8 ± 3. 912. 1 ± 2. 245. 2 ± 7. 7
EG(low Se + high Cd)61. 8 ± 2. 288. 8 ± 4. 116. 3 ± 2. 953. 5 ± 8. 0
P < 0.01,compare with control RP: resting potential APA: amplitude of action potentialAPD: action potential duration
3 讨论
正常情况下, 大鼠心室壁细胞动作电位的表现各不相同, 其中,APD 变化十分明显。据此, Watan 2abe 等人将大鼠心室壁细胞动作电位划分为ⅠⅡ Ⅲ三型, Ⅱ型动作电位主要存在于左室壁, 其 APD 较短, 平台期不明显[5]。本研究以左室乳头肌细胞为对象, 选用Ⅱ型动作电位观察其电生理特性, 其中,细胞 RP 幅度、Ⅱ型动作电位的 APA 及时程与 Powell等人结果相吻合[6]。从本试验结果可见, 单纯高 Cd 组(EG+ Se)与对照组相比各项电生理指标无显著性差异,但高Cd伴低硒组的 RP、APA 降低,APD50、APD90明显延长。说明:单纯高Cd不能导致大鼠心肌细胞电生理特性发生改变, 低 Se 却是导致此种变化的重要协同因素。
大鼠心肌细胞动作电位是由细胞膜两侧离子流动形成的, 其中,Na+ 的快速内流形成 AP 的去极化时相, K+的外流形成AP 复极化时相, 平台期的形成与 K+的外流及Ca2+的内流都有关。多种因素通过对心肌细胞膜两侧离子流的影响, 可以进一步影响心肌细胞的电生理特性[7]。本研究结果显示: 低Se可以导致 RP、APA 降低和 APD延长, 推想, 这可能是由于低Se 影响了大鼠心肌细胞膜两侧离子的流动造成的。由于低Se 伴高Cd 时这种变化更为明显, 说明: 高Cd 的存在能够加重低 Se 对心肌细胞细胞膜两侧离子流的影响。
本实验表明: 低 Se 是导致心肌损害的基本因素, 高 Cd 通过与低Se协同, 可以加重上述影响, 进而也对心肌细胞造成损害。该结果对于进一步弄清微量元素异常致心肌细胞损害的机理, 指导其预防和治疗等都有一定的生物学意义。
参考文献
[1] Bluhm G，Selenium and cardiovascular rdisease [J].Trace ElemMed ,1990 ,7 :139 -151
[2] 相有章, 赵力军, 曹恒常, 等.克山病心肌炎扩张型心肌病血清、尿、发中化学元素水平测定 [J ] 中国地方病学杂志,1988 ,7(3):167 -169
[3] Sutin J . Electrophysiological studies in an animal model of aggressive behavior[J ] . Res Publ Assoc Res Nerv Ment Dis. 1974 ,52 :93 2 118 1
[4] 高天礼, 田葆杰. 大鼠心室肌细胞动作电位膜反应性以及快速电发放 [J ]. 生理学报 ,1988 ,40(2):145-152
[5] Watanabe T, Delbridge LM,Bustamante JO et al . Heterogeneity of the action potential in isolated rat ventricular myocytes and tissue[J ] . Circ Res ,1983 , 52 :280-284
[6] Powell T, Terra DA , Twist VW. Electrical properties of individual cells isolated from adult rat ventricular myocardium[J ] . J Physiol ,1980 , 320 :131-135
[7] 相有章, 杨晓霞, 边建朝, 等. 铬对大鼠心电图及心肌细胞的电生理影响 [J ]. 中国应用生理学杂志,1996 ,12(3):254-258
作者单位：271000 山东省泰安荣军医院
【关键词】：硒; 铬;心肌电生理
Effects on the electrophysiological property of myocardial cells of the rats fed with selenium and cadmiumfodder
ZHANGCui ling
【Abstract】Objective Trace element, selenium and cadmium content of further elucidate abnormal mechanisms of myocardial cell damage. MethodsWithintracellular microelectrode technique , we observed the electrophysiological changes of the three groups of rats fed respectively with :normal , high Cd , low Se + high Cd. Results :Compared with the control , there was no change in high Cd group. However, in low Se+high Cd group, APA decreased, APD50and APD90 prolonged significantly; Conclusion It is suggested that Se and Cd may jointly change the electrophysiological properties of myocardial cells significantly. However , vi 2tamin C may protect myocardial cells against the injury effectively.
【Key words】 selenium; cadmium;electrophysiology of myocardial cell
【中图分类号】R415 【文献标识码】B 【文章编号】1005-0515(2011)05-0024-02
硒与多种心脏疾病的发生发展有密切关系。克山病发生于低硒地区 , 硒是克山病发病的主要因素[1,2]但近年的研究进一步表明: 单纯低硒并不能致上述疾病, 克山病心肌炎等的发生可能与环境因素特别是食物中其它物质含量的异常也密切相关铬的异常可能是十分重要的协同因素，但低硒和铬含量如何在体内协同从而造成心肌细胞的损害至今尚未阐明。
本文以 Wistar 大鼠为对象,采用低硒高镉饲料饲养建立实验动物模型,以细胞内微电极技术观察低硒、高镉对大鼠心肌细胞电生理的协同影响, 为进一步阐明食物中微量元素含量异常致心肌细胞损害的机理提供实验依据。
1 材料与方法
1.1 实验动物:Wistar大鼠80只, 体重(70 ± 15 g), 雌雄不拘(已经证明:鼠心肌细胞的电生理指标无性别显著性差异[3 ,4]), 由山东医科大学实验动物中心提供。全部动物随机分为3组: 对照组(non-EG), 病区粮组(EG),病区粮+硒组(EG+ Se)。
1.2 药品:亚硒酸钠(北京中联化工试剂厂); 氯化镉(上海化学试剂站); 维生素 C(北京四环制药厂); 其余试剂均为国产分析纯。
1.3 饲料制备及动物模型建立:对照组大鼠喂养, 由山东省试验动物中心提供标准饲料, 其它试验组大鼠颗粒饲料采用克山病重病区山东省沂水县产粮(流行病学调查证实低硒高镉), 模拟克山病高发年当地居民膳食比例混合制成, 其中: 全小麦 40 %、全玉米50 % 、黄豆8 %、添加氯化钠1 %, 医用维生素 AD口服液 1 %[8]。按标准饲料镉硒水平, 对各试验组饲料中硒镉含量进行调整(加硒 , 病区粮组不变) 结果列于表 1
表1 饲料中硒镉和维生素 C 的含量
Group Selenium Cadmium
Control 0. 3000. 500
EG 0. 0101. 110
EG+ Se 0. 3001. 110
1.4 心肌细胞电生理测定:标本制备:于第14 周末,用纯器击昏动物,迅速剖胸取出心脏,置于盛36℃充氧台氏液的玻璃器皿中,剪开心室,游离左室乳头肌,用00 号不锈钢昆虫针将标本固定在容积为1.5ml 的灌流槽中,用充以95 % O2和5 % CO2、温度36℃的台氏液灌流。标本稳定1 h 后开始试验。刺激电极为直径0.5 mm AgCl双电极, 置细胞外, 经刺激器刺激。脉冲波宽0.6 ms , 强度为阈值的 150 %, 频率 60/ min. 记录玻璃微电极中充 3 mol/ L KCl , 电阻为10～20 MΩ, 用微电极操纵器将电极插入心肌细胞内, 记录跨膜电位。通过MZ-820 型微电极放大器将动作电位一路输至超低频双线示波器上线, 一路经微分后输入示波器下线。每只动物心脏观察 3 个心肌细胞, 所取信号清晰稳定后, 摄片记录, 经阅读器测量分析。观察指标为静息电位(RP), 动作电位幅度(APA), 动作电位时程(APD50、APD90)。各均数比较采用 t 检验。
2 结果
表2显示: 单纯高 Cd 组、对照组三组大鼠心肌细胞的电生理指标无显著性差异;低Se 并高Cd组与对照组相比, RP、APA降低,APD50、APD90明显延长, 提示:低Se 并高Cd 可以明显改变心肌细胞电生理特性。
表2 硒、镉和维生素 C 对大鼠心肌细胞电生理的协同影响作用(∈x ± s)
Group RP(mv) APA(mv) APD50 APD90
Control79. 0 ± 2. 2104. 9 ± 4. 811. 1 ± 2. 044. 8 ± 8. 1
EG+ Se(high Cd) 80. 1 ± 2. 1104. 8 ± 3. 912. 1 ± 2. 245. 2 ± 7. 7
EG(low Se + high Cd)61. 8 ± 2. 288. 8 ± 4. 116. 3 ± 2. 953. 5 ± 8. 0
P < 0.01,compare with control RP: resting potential APA: amplitude of action potentialAPD: action potential duration
3 讨论
正常情况下, 大鼠心室壁细胞动作电位的表现各不相同, 其中,APD 变化十分明显。据此, Watan 2abe 等人将大鼠心室壁细胞动作电位划分为ⅠⅡ Ⅲ三型, Ⅱ型动作电位主要存在于左室壁, 其 APD 较短, 平台期不明显[5]。本研究以左室乳头肌细胞为对象, 选用Ⅱ型动作电位观察其电生理特性, 其中,细胞 RP 幅度、Ⅱ型动作电位的 APA 及时程与 Powell等人结果相吻合[6]。从本试验结果可见, 单纯高 Cd 组(EG+ Se)与对照组相比各项电生理指标无显著性差异,但高Cd伴低硒组的 RP、APA 降低,APD50、APD90明显延长。说明:单纯高Cd不能导致大鼠心肌细胞电生理特性发生改变, 低 Se 却是导致此种变化的重要协同因素。
大鼠心肌细胞动作电位是由细胞膜两侧离子流动形成的, 其中,Na+ 的快速内流形成 AP 的去极化时相, K+的外流形成AP 复极化时相, 平台期的形成与 K+的外流及Ca2+的内流都有关。多种因素通过对心肌细胞膜两侧离子流的影响, 可以进一步影响心肌细胞的电生理特性[7]。本研究结果显示: 低Se可以导致 RP、APA 降低和 APD延长, 推想, 这可能是由于低Se 影响了大鼠心肌细胞膜两侧离子的流动造成的。由于低Se 伴高Cd 时这种变化更为明显, 说明: 高Cd 的存在能够加重低 Se 对心肌细胞细胞膜两侧离子流的影响。
本实验表明: 低 Se 是导致心肌损害的基本因素, 高 Cd 通过与低Se协同, 可以加重上述影响, 进而也对心肌细胞造成损害。该结果对于进一步弄清微量元素异常致心肌细胞损害的机理, 指导其预防和治疗等都有一定的生物学意义。
参考文献
[1] Bluhm G，Selenium and cardiovascular rdisease [J].Trace ElemMed ,1990 ,7 :139 -151
[2] 相有章, 赵力军, 曹恒常, 等.克山病心肌炎扩张型心肌病血清、尿、发中化学元素水平测定 [J ] 中国地方病学杂志,1988 ,7(3):167 -169
[3] Sutin J . Electrophysiological studies in an animal model of aggressive behavior[J ] . Res Publ Assoc Res Nerv Ment Dis. 1974 ,52 :93 2 118 1
[4] 高天礼, 田葆杰. 大鼠心室肌细胞动作电位膜反应性以及快速电发放 [J ]. 生理学报 ,1988 ,40(2):145-152
[5] Watanabe T, Delbridge LM,Bustamante JO et al . Heterogeneity of the action potential in isolated rat ventricular myocytes and tissue[J ] . Circ Res ,1983 , 52 :280-284
[6] Powell T, Terra DA , Twist VW. Electrical properties of individual cells isolated from adult rat ventricular myocardium[J ] . J Physiol ,1980 , 320 :131-135
[7] 相有章, 杨晓霞, 边建朝, 等. 铬对大鼠心电图及心肌细胞的电生理影响 [J ]. 中国应用生理学杂志,1996 ,12(3):254-258
作者单位：271000 山东省泰安荣军医院