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心力衰竭是大多数心血管疾病发展的终末阶段和主要死亡原因。最新的临床研究发现,心血管疾病,特别是心力衰竭病人,经常伴有明显的认知功能障碍和/或焦虑抑郁。“心主神明”理论是中医重要的经典理论之一,虽然中医“心”概念的内涵和外延均大于现代医学的心脏,但心脏的功能是中医“心”的核心内容,“心主神明”提示心脏的生理活动与人的精神活动的密切联系。越来越多的证据发现,心脏的功能可以影响脑的思维功能,但其机制尚不清楚。由于大脑超微结构以及神经递质的变化与认知功能具有密切的关系,本研究从心力衰竭后认知功能障碍出发,以心梗后心衰大鼠模型为研究对象,从大鼠脑顶叶超微结构以及神经递质变化的角度探讨心衰后认知功能障碍的病理机制,同时在一定程度上为中医“心主神明”理论提供科学依据。目的1 建立左冠状动脉前降支结扎致心肌梗死大鼠模型,通过对该模型大鼠心电图病理性Q波与超声心动图参数的相关性分析,建立心梗后心衰大鼠模型的早期评价和筛选方法。2 通过Morris水迷宫实验对心衰大鼠的认知功能进行检测,探讨大鼠心力衰竭后空间学习记忆能力的变化。3 通过透射电镜观察顶叶大脑皮层超微结构变化,探讨心力衰竭认知障碍发生的脑结构变化。4 通过质谱检测与认知相关的神经递质,观察心力衰竭认知障碍的脑神经递质含量的变化。方法:1 SD大鼠随机分为假手术组和模型组,采用结扎大鼠左冠状动脉前降支引起冠状动脉闭塞导致心肌缺血的方法建立心肌梗死后心衰大鼠模型,术后第2和第60天行心电图检测,术后60天进行心脏超声心动图检测。对该模型大鼠术后第2和第60天心电图病理性Q波与60天超声心动图参数进行相关性分析,建立心梗后心衰大鼠模型的早期评价和筛选方法。2 术后60天,通过Morris水迷宫实验对心梗后心力衰竭大鼠的空间学习记忆能力进行检测。设立定位航行实验、空间探索实验两部分。3 术后60天取材,通过电镜观察心梗后心力衰竭认知障碍大鼠的顶叶大脑皮层神经元、各种细胞器、突触结构以及血脑屏障的变化,并对突触数量进行定量分析。4 术后60天取材,通过质谱检测心梗后心力衰竭大鼠顶叶大脑皮层乙酰胆碱、七种氨基酸类神经递质、六种单胺类神经递质含量的变化。结果1 心梗后心力衰竭大鼠与假手术组相比,术后60天超声心动图检查显示,模型组大鼠心脏功能显著受损,左室射血分数(LVEF)、左室短轴缩短率(LVFS)均明显降低(P<0.001),左心室舒张末期内径(LVDd),左心室收缩期末内径(LVDs),左心室舒张期末容积(LVEDV),左心室收缩期末容积(LVESV),左心室舒张期末前壁厚度(LVAWTd),左心室收缩期末前壁厚度(LVAWTs)均明显增高,左室后壁收缩期末厚度(LVPWTs)明显降低,且具有统计学意义(P<0.001),左室后壁舒张期末厚度(LVPWTd),未见明显差异(P>0.05)。术后第2天模型大鼠心电图可见ST段抬高和病理性Q波并存,术后60天主要以病理性Q波为主。模型组动物术后第2天心电图示病理性Q波个数与心脏超声的EF和FS值呈负相关(r值为-0.761和-0.741,P<0.05),模型组动物术后第60天心电图示病理性Q波个数与心脏超声的EF和FS值呈负相关(r值为-0.848和-0.848,P<0.05)。将病理性Q波分布于V3-V6导联、Ⅰ导联和AVL导联以及兼有V1或V2导联,且病理性Q波应大于7个导联作为模型组大鼠的早期筛选方法可行性较高。通过术后第2天心电图病理性Q波个数进行心衰大鼠早期筛选的特异性为100%(20/20),敏感性为90%(18/20),准确性为95%(38/40)。2 对模型组大鼠和假手术组大鼠进行Morris水迷宫认知功能检测,在定位航行实验中,两组大鼠的逃避潜伏期及游泳总路程以及认知较好率无统计学差异(P>0.05)。在穿台实验中,模型组大鼠与假手术组比较,穿台次数明显减少(P<0.05)。3 透射电镜结果显示,模型组大鼠顶叶皮层出现神经元、内皮细胞和星形胶质细胞结构的变化,神经突触减少。具体表现为大量神经元固缩,细胞质浓缩变少,甚者呈网条状;线粒体异常肿胀变形,呈空泡状,线粒体嵴断裂破坏;粗面内质网扩张脱颗粒,高尔基复合体也出现不同程度的扩张,核糖体解聚;核膜皱缩深染、核膜内陷、核间隙增宽,细胞核浓缩变形。毛细血管周围可见大面积水肿,内皮细胞与基底膜结构破坏,界限模糊不清,出现了不同程度的肿胀,血管周围的线粒体也出现了肿胀及结构破坏。星形胶质细胞的病变也较为严重,主要表现为细胞突起的大面积水肿,出现大片空白区,线粒体双层膜结构破坏。此外,与假手术组相比,模型组大鼠顶叶脑区突触的数量显著减少(P<0.05)。4 通过对乙酰胆碱、氨基酸类神经递质以及单胺类神经递质等14种神经递质的质谱检测发现,与假手术组相比,模型组大鼠顶叶脑区中天冬氨酸(Asp),γ-氨基丁酸(GABA)以及苯丙氨酸(PHE)等神经递质的含量均出现了明显的下降(p<0.05);乙酰胆碱和单胺类神经递质在两组之间没有显著变化(P>0.05)。结论1 通过术后第2天心电图病理性Q波个数能够评价心梗后心衰大鼠模型成功与否及心衰程度,可作为药物干预前实验分组的依据,为心梗后心衰模型的判定和实验分组的均一性提供了可靠支撑。2 慢性心力衰竭大鼠存在明显的空间记忆能力受损,这与临床心衰患者的情况相一致。Morris水迷宫定位航行实验对该模型认知功能障碍的评价不敏感。3 心梗后心衰认知障碍大鼠顶叶脑区超微结构的变化主要表现为神经元的缺失和固缩病变,突触数量的减少,线粒体、高尔基体的肿胀变形,内质网的水肿和脱颗粒,以及血脑屏障结构的破坏。4 心梗后心力衰竭大鼠所表现出来的认知功能障碍与大鼠顶叶脑区氨基酸类神经递质含量的下降有关,主要表现为大鼠顶叶脑区天冬氨酸(ASP),γ-氨基丁酸(GABA)以及苯丙氨酸(PHE)含量的下降。5 中医认为“心主血脉,心主神明”,“心藏神”,当“心主血脉”功能发生障碍时,“心主神明”的功能异常,其科学内涵与脑的认知功能下降、脑结构破坏以及神经递质的异常密切相关。