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国内外大量流行病学研究表明二氧化硫(SO2)与心血管系统疾病有关。长期接触SO2可增加心血管疾病的风险和死亡率,因此SO2对心血管系统的损害作用日益引起广大学者的关注。与SO2诱发心血管系统疾病的流行病学研究相比,其作用机制的研究很少,远不能满足SO2所致心血管疾病的预防和治疗的需要。此外,乳酸、丙酮酸和氨都是人体内的内源性物质,在人体内有重要的生理作用,研究它们对心脏功能的影响及其与SO2对心脏功能的联合作用有重要的科学意义。为此,本课题分别采用离体血管环法、Langendorff离体心脏灌流法、western blot以及放射免疫等方法,研究SO2对大鼠心血管功能的影响及其作用机制,以及乳酸、丙酮酸和氨对心脏功能的影响及其与SO2的联合作用,以期明确SO2引发心血管疾病的作用机制,为SO2诱发的心血管系统疾病提供毒理与病理学上的依据。本研究使用气态SO2直接作用于大鼠胸主动脉血管环,观察了气态SO2对血管的舒张作用以及不同离子通道在SO2舒血管效应中的作用。结果显示,SO2可剂量依赖性地引起内皮完整及去内皮血管环的舒张效应。在生理浓度(110.34±35.22μM)和低浓度下(<450μM),SO2只能引起内皮完整血管环的舒张效应,对去内皮血管环无作用。大电导钙激活钾离子通道(BKCa)阻断剂IbTx可部分地抑制30和300μM SO2对内皮完整血管环的舒张效应,而L-型钙离子通道阻断剂硝苯地平和ATP敏感的钾离子通道(KATP)阻断剂格列本脲可部分地抑制1500μM SO2对内皮完整及去内皮血管环的舒张效应。结果表明,SO2是一种血管活性物质,生理浓度和低浓度SO2引起的舒张作用是内皮依赖性的,其作用机制可能与BKc。通道等有关,而高浓度SO2的舒张作用与内皮无关,其作用机制可能与L-型钙离子通道和KATP通道等有关。将SO2及其衍生物作用于大鼠离体心脏,研究SO2及其衍生物对离体心脏功能的影响及其作用机制。结果显示,SO2和SO2衍生物对大鼠离体心脏均有负性肌力作用,并呈明显的剂量-效应关系。其中,SO2引起的负性肌力作用比SO2衍生物的作用大。低浓度SO2对心脏的负性肌力作用可分别被蛋白激酶C(PKC)抑制剂十字孢碱、环氧化酶抑制剂吲哚美辛、NO合酶抑制剂L-NAME和鸟苷酸环化酶抑制剂NS-2028部分地抑制,而低浓度SO2衍生物对心脏的负性肌力作用可被L-型钙离子通道阻断剂硝苯地平和KATP阻断剂格列本脲部分地抑制；高浓度SO2和SO2衍生物对心脏的负性肌力作用均可被L-型钙离子通道阻断剂硝苯地平、KATP阻断剂格列本脲、PKC抑制剂十字孢碱、环氧化酶抑制剂吲哚美辛和鸟苷酸环化酶抑制剂NS-2028部分地抑制。这些研究结果表明,在低浓度下,SO2对心脏的负性肌力作用可能是通过激活PKC、环氧化酶以及NO-cGMP通路引起的,而SO2衍生物对心脏的负性肌力作用可能与L-型钙离子通道和KATP通道有关。在高浓度下,SO2和SO2衍生物对心脏的负性肌力作用的作用机制相似,都与L-型钙离子通道、KATP通道、cGMP、PKC和环氧化酶活性的改变有关。为了深入探讨SO2及其衍生物对大鼠离体心脏功能影响的作用机制,本研究观察了SO2及其衍生物对离体心脏组织中PKC蛋白表达量、ATP酶活性、cGMP、谷胱甘肽(GSH)、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、NO和一氧化氮合酶(NOS)含量以及心脏灌流液中肌酸激酶(CK)和乳酸脱氢酶(LDH)含量等指标的影响。结果显示,不同浓度的SO2和SO2衍生物均可使心脏组织中GSH和SOD的含量明显下降,而使PKC蛋白表达量、cGMP、MDA、NO和NOS含量以及心脏灌流液中CK和LDH的含量明显增加。较高浓度的SO2和SO2衍生物可使心脏组织的抗超氧阴离子自由基(O2·-)的能力、Na+K+-ATP酶和Ca2+Mg2+-ATP酶活性明显下降,而使心脏组织中H2O2和羟自由基(·OH)的含量明显增加。结果表明,SO2和SO2衍生物对大鼠离体心脏组织有明显的氧化损伤作用(GSH、SOD、O2·-显著下降和MDA、H2O2、·OH显著上升),在它的介导下,心肌细胞膜Na+K+-ATP酶和Ca2+Mg2+-ATP酶活性降低。此外,研究结果进一步表明SO2和SO2衍生物对心脏的负性肌力作用的确与PKC含量的变化以及NO-cGMP通路有关。采用离体心脏灌流法观察乳酸、丙酮酸和氨对大鼠心脏功能的影响及其作用机制,同时观察它们与SO2对大鼠心脏功能影响的联合作用。结果表明,乳酸和丙酮酸对心脏有明显的负性肌力作用,而氨对心脏有明显的正性肌力作用。它们对心脏功能的影响部分地与它们使心脏灌流液的pH值发生变化有关,但主要还是由它们自身引起的。乳酸对心脏的负性肌力作用可能是通过KATP通道的开放和激活PKC而引起的；丙酮酸对心脏的负性肌力作用可能是由于电压依赖性钾离子通道(Kv)的开放而引起的；氨对心脏的正性肌力作用可能是通过抑制KATP通道的开放和激活NO-cGMP通路而引起的。乳酸和丙酮酸与SO2对心脏功能影响的联合作用不是协同作用,而是独立作用；氨与SO2对心脏功能影响的联合作用是拮抗作用。综上所述,不同浓度的SO2对大鼠离体血管环均有明显的舒张作用,对大鼠离体心脏均有明显的负性肌力作用,低浓度SO2和高浓度SO2对血管环的舒张作用及对心脏的负性肌力作用的作用机制是不一样的。乳酸和丙酮酸与SO2对心脏功能影响的联合作用是独立作用；氨与SO2对心脏功能影响的联合作用是拮抗作用。