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Studies on protection and mechanism of tetramethylpyrazine on myocardial injury of rats with DHF

川芎嗪对DHF大鼠心肌损伤的保护作用及其机制研究



全 文 :川芎嗪对 DHF大鼠心肌损伤的保护作用及其
机制研究
张晓丹1,刘旺1,周嘉辉2,范春兰1
(1哈尔滨商业大学 药学院,黑龙江 哈尔滨 150076;
2东营市药品监督管理局 河口分局,山东 东营 257200)
[摘要] 目的:观察川芎嗪(TMP)对舒张性心力衰竭(DHF)大鼠心肌损伤及心肌细胞内钙超载的影响。方法:腹主动脉
缩窄法建立DHF模型,术后4周随机分为模型组、TMP高、中、低剂量组(40,20,10mg·kg-1·d-1)4组(n=10),另有假手术
组10只。连续给药4周后应用十六导生理记录仪测定血流动力学指标;采用透射电镜观察大鼠心肌病理改变及细胞超微结
构。应用激光共聚焦扫描显微镜(LSCM)技术检测心肌细胞内[Ca2+]i变化;采用比色法测定心肌线粒体ATP酶活性。结果:
与假手术组相比,模型组大鼠左心室收缩压(LVSP)、左室内压最大上升速率(+dp/dtmax)无显著变化,左心室舒张末期内压
(LVEDP)显著升高,左室内压最大下降速率(-dp/dtmax)显著降低,左室松弛时间常数(T)数值显著延长;心肌损伤明显,肌细
胞内Ca2+浓度明显上升,线粒体钙ATP酶活性明显下降。给药4周后,与模型组比较,TMP中、低剂量组显著降低LVEDP,显
著升高-dp/dtmax,显著缩短T;明显减轻心肌超微结构的损害;显著降低心肌细胞内荧光值;心肌细胞线粒体中 Ca
2+ATPase
活力明显增加。结论:中、低剂量的TMP可以明显减轻DHF所致的心肌损伤,改善 DHF大鼠心功能及心肌细胞内[Ca2+]i,
提高心肌线粒体ATP酶活性,拮抗钙超载。
[关键词] 川芎嗪;DHF;血流动力学;心肌损伤;ATP酶;[Ca2+]i
[收稿日期] 20090628
[通信作者] 渠永清,Tel:13561069940,Email:quyongqingle@126.com
[作者简介] 张晓丹,教授,博士,研究方向为心血管药理,Tel:
(0451)84605022
  舒张性心力衰竭(diastolicheartfailure,DHF)
是指在心室收缩功能正常的情况下,心室松弛性
和顺应性减低,使心室充盈减少和充盈压升高而
导致的肺循环或体循环瘀血的临床综合征[12]。
临床研究显示,DHF患者心肌存在一系列不可逆
性病理损伤,这是构成其舒张功能减退的组织学
基础[3]。DHF的发病机制中心肌内因素主要是心
肌细胞内钙浓度改变或钙转运异常[4]。研究证明
DHF时心肌细胞内存在 Ca2+超负荷,且钙通道拮
抗剂是治疗 DHF的主要药物[56]。川芎嗪(tetram
ethylpyrazine,TMP)是从中药川芎中提取的生物
碱,其对心血管系统的生理药理作用已被广泛证
实。近年研究发现小剂量 TMP具有明显的钙拮抗
作用,通过剂量换算其在10~33mg·kg-1可明显
降低不同方法诱发的大鼠心肌细胞钙超载[7],预
实验也证实在此基础上加大剂量作用逐渐减轻。
且不仅可阻断外钙内流,而且也可直接调节内钙
释放,降低心肌细胞中钙浓度[8]。这是其对心肌
细胞保护作用的主要机制。本实验旨在探讨 TMP
对DHF大鼠心肌功能及病理损伤是否有保护作用
及其可能的机制。
1 材料
1.1 动物 Wistar大鼠,(180±20)g,雌雄各半,
北京维通利华实验动物技术有限公司提供。动物许
可证号SCXK[京20080001]。
1.2 药品与试剂 TMP(南京泽朗科技开发有限公
司,纯度≥98%);Fluo3AM(美国 BioMicroscience
Ltd公司);胶原酶Ⅱ(德国Invitrogen公司);超微量
ATP酶试剂盒(南京建成生物工程研究所,批号
20090423);蛋白定量(考马斯亮蓝法)测试盒(南京
建成生物工程研究所,批号 20090423)。
1.3 仪器 JEM2100CXⅡ透射电镜(日本电子公
司);BL420+生物机能实验系统(成都泰盟科技有
限公司);Langendorf离体心脏灌流装置(美国
BIOPAC公司);TCSSP2激光扫描共聚焦显微镜In
sightPlus(德国莱卡公司);低温高速离心机(德国
Sigma公司);UV210紫外可见分光光度计(上海尤
尼柯仪器有限公司)。
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2 方法
2.1 DHF大鼠模型的制备及分组和给药 采用腹
主动脉缩窄法制作 DHF大鼠模型。大鼠用3%戊
巴比妥钠以0003mL·g-1腹腔注射麻醉,仰位固
定,腹部去毛,75%乙醇消毒后,剑突下腹正中切口,
分层打开腹腔,肾动脉分支以下钝性游离腹主动脉,
将9号注射器针头平行置于腹主动脉上,用5号手
术线将腹主动脉和针头一同结扎,然后缓慢将针头
撤出,使大鼠腹主动脉直径减少35% ~40%,关腹,
逐层缝合。术后每天用青霉素10万单位/只腹腔注
射1周。术后4周,将模型大鼠随机分为4组,每组
10只,分别为模型组(09%生理盐水2mL·d-1)、
TMP高、中、低剂量组(40,20,10mg·kg-1·d-1),
均腹腔注射连续给药4周;造模时另取同源 Wistar
大鼠10只作为假手术组,该组仅游离腹主动脉,不
缩窄,其他操作与手术组相同[913]。
2.2 血流动力学指标测定 按照前述方法麻醉大
鼠,分离出右颈总动脉,用连有生理记录仪的超微型
心导管经右颈总动脉插至左心室内,测得左室内压
最大上升及下降速率(±LVdp/dtmax),左室松弛时
间常数T,左心室舒张末期内压(LVEDP),左心室收
缩压(LVSP)。
2.3 心肌组织的电镜观察 心脏分离后,迅速取心
尖约1mm×1mm×1mm大小,25%戊二醛固定
15h,1%锇酸固定1h,丙酮逐级脱水,以环氧树脂
821包埋聚合,超薄切片机切片,醋酸双氧铀柠檬
酸铅双染色,透射电镜观察。
2.4 心肌细胞内[Ca2+]i的测定 参考文献[14
15]报道的方法并加以改良。测完血流动力学后开
胸取出心脏,通过 Langendorf离体心脏灌流装置无
钙灌流液灌流,使心脏停搏,换加有胶原酶(300mg
·L-1)和胰酶(100mg·L-1)的有钙台式液50mL
循环灌流40min。从灌流装置上取下心脏,将左心
室剪碎、吹打、离心(500r·min-1离心5min),弃上
清液。PBS液洗涤细胞2次,用200目尼龙网过滤
细胞。取稳定好的细胞悬液,用 5mg·L-1Fluo
3AM染色,37℃恒温水浴中孵育50min,PBS洗细
胞1次,放入200~300μL的浴槽。将负载好的细
胞在激光扫描共聚焦显微镜下扫描细胞内荧光强
度,激发波长为488nm,放射波长526nm,取荧光强
度平均值为每份标本的测定值,以荧光强度(FI)代
表细胞内钙含量。
2.5 心肌线粒体 Ca2+ATP酶活性测定 将电镜
取材后的剩余心肌再取其中心室部分心肌制成
10% 的组织匀浆,离心20min,取上清。差速离心
法提取心肌线粒体,用考马斯亮蓝法测定蛋白水
平。按Ca2+ATPase试剂盒提供的方法测定 Ca2+
ATPase活力。
2.6 统计分析 实验数据符合正态分布,结果以
珋x±s表示;用单因素方差分析(OnewayANOVA)
进行组间比较。显著性差异水平为 P<005。所
有统计学处理均由 SPSS150统计完成。
3 结果
3.1 TMP对DHF大鼠血流动力学的影响 模型组
与假手术组相比,收缩功能指标 LVSP,+dp/dtmax无
显著变化,而舒张功能指标 LVEDP显著升高(P<
005),-dp/dtmax显著降低(P<005),T值显著延
长(P<005)。与模型组比较,TMP低剂量组
LVSP,+dp/dtmax无明显变化,LVEDP显著降低
(P<001),-dp/dtmax显著升高(P<005),T值显
著缩短(P<001);TMP中剂量组 LVSP无显著性
变化,+dp/dtmax,-dp/dtmax均明显升高(P<005),
LVEDP显著降低(P<001),T明显缩短(P<
005);TMP高剂量组 LVSP,+dp/dtmax,-dp/dtmax
有所上升,LVEDP有所下降,T值有所缩短,但均无
显著性差异(表1)。
表1 TMP对DHF大鼠血流动力学的影响(珋x±s,n=10)
组别
剂量
/mg·kg-1·d-1
LVSP
/mmHg
+dp/dtmax
/mmHg·s-1
LVEDP
/mmHg
-dp/dtmax
/mmHg·s-1

/ms
假手术 - 13926±514 502145±51378 318±056 525154±63194 579±34
模型  - 13379±439 498795±49381 1011±0551) 479829±473611) 901±251)
川芎嗪 40 14821±406 510683±57904 806±091 494423±56364 783±39
  20 13954±728 527412±443112) 651±0483) 519519±398822) 611±292)
  10 14118±769 516394±66373 519±0573) 531612±313242) 553±243)
  注:与假手术组相比1)P<005,与模型组相比2)P<005;3)P<001(表2同);1mmHg≈013kPa。
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3.2 TMP对心肌细胞超微结构的影响 (a)假手术
组:心肌纤维肌膜完整,肌原纤维排列整齐,线粒体结
构清楚,膜较完整,嵴致密,基质清楚。(b)DHF模型
组:心肌组织肌原纤维排列紊乱,疏松,局灶性心肌纤
维断裂,线粒体弥漫性肿胀、增生,嵴数目明显减少,
部分嵴消失或空泡化;基质模糊不清。(c)TMP高剂
量组:保护作用较小,线粒体肿胀有所减轻,线粒体嵴
仍有改变;肌纤维疏松,断裂区域减少。(d)TMP中剂
量组:心肌纤维断裂情况进一步减轻,仅有少数线粒体
出现肿胀,部分嵴模糊,排列尚规则。(e)TMP低剂量
组:心肌纤维结构基本恢复正常,线粒体结构较完整,
嵴致密,排列较整齐,线粒体肿胀明显减轻(图1)。
a.假手术组;b.DHF模型组;c.TMP高剂量组;d.TMP中剂量组;e.TMP低剂量组。
图1 各组大鼠心肌细胞超微结构电镜观察结果(×10000)
3.3 TMP对 DHF大鼠心肌细胞内[Ca2+]i及心肌
线粒体Ca2+ATPase的影响 与假手术组相比,模
型组大鼠心肌细胞内 Ca2+浓度明显上升(P<
005)。与模型组比较,TMP中、低剂量组心肌细胞
内荧光值显著下降(P<005);TMP高剂量组心肌
细胞内荧光值有所降低。表明TMP中、低剂量组可
以降低 DHF大鼠心肌细胞内 Ca2+荧光值,即降低
心肌细胞内的[Ca2+]i,缓解钙超载;与假手术组相
比,模型组大鼠心肌线粒体 Ca2+ATPase活性显著
下降(P<005);TMP各组 Ca2+ATPase活性均有
升高,其中 TMP中剂量可明显升高心肌线粒体的
Ca2+ATPase活性(P<005),TMP低剂量可显著
升高心肌线粒体的 Ca2+ATPase活性(P<001)
(表2)。
表2 TMP对DHF大鼠心肌细胞内[Ca2+]i的荧光值
及心肌线粒体Ca2+ATPase活性的影响(珋x±s,n=10)
组别
剂量
/mg·kg-1·d-1
[Ca2+]i Ca2+ATPase
假手术 - 2266±249 3642±121
模型  - 3531±3191) 1862±1071)
川芎嗪 40 3293±245 2355±155
  20 2497±2743) 3423±1642)
  10 2093±2643) 3836±1163)
  注:Ca2+荧光值每组计算的细胞数为20。
4 讨论
近年来,细胞内游离Ca2+在信号转导中的作用
日益受到重视,Ca2+是影响和决定许多细胞反应的
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独立的第二信使,细胞内Ca2+超载是导致心肌损伤
的重要因素[16],研究证明在 DHF的实验动物模型
及临床患者中存在心肌细胞钙超载。任何引起钙离
子的再摄取与排出障碍的因素都将影响心肌的舒张
功能。线粒体是细胞钙的缓冲器,具有摄取、释放
Ca2+以及调节胞浆 Ca2+浓度的能力。线粒体损伤
是心肌细胞不可逆损伤的重要特征[17]。它在钙稳
态的调控中有双重作用:当细胞受激动剂刺激时线
粒体吸收 Ca2+,在激动剂移走后又释放 Ca2+,使
Ca2+浓度维持在较为稳定的水平。但细胞内的钙超
载超过线粒体的缓冲能力就会引起严重的线粒体结
构和功能的损伤。最终导致心肌细胞损伤[18]。心
肌线粒体参与胞浆 Ca2+浓度的调节,主要是通过
Ca2+泵,消耗 ATP主动转运来实现的。Ca2+AT
Pase活性下降,将导致细胞内 Ca2+浓度升高。因
此,增强线粒体 Ca2+ATPase活性,减轻 Ca2+超
载,能够防治心肌细胞损伤[19]。有研究表明 TMP
可通过调节线粒体内钙转运,减轻钙超载,增强线粒
体抗氧化能力,减轻脂质过氧化损伤,从而维护线粒
体的正常结构和功能[2022]。
本实验结果显示,与假手术组相比,DHF模型
大鼠收缩功能指标LVSP,+dp/dtmax无显著变化,而
舒张功能指标 LVEDP显著升高,-dp/dtmax显著下
降,T显著延长,并且有明显的超微结构改变,表现
为心肌纤维排列紊乱,部分肌纤维断裂,线粒体肿
胀,嵴数目减少,消失,说明DHF模型制备成功且存
在以功能减退为基础的病理损伤。其心肌细胞内游
离钙离子浓度升高,提示这种不可逆性心肌损伤很
可能是由钙超载引起的。与模型组相比,TMP中,
低剂量组可明显改善DHF大鼠心肌舒张功能,心肌
细胞的病理改变也显著减轻并伴有降低细胞内钙浓
度,说明TMP有可能是通过拮抗心肌细胞钙超载起
作用的。DHF模型组还体现出心肌线粒体 Ca2+
ATPase活性下降,而 TMP中,低剂量组可明显提高
心肌线粒体Ca2+ATPase活性,推测 TMP可能是通
过提高心肌线粒体 Ca2+ATPase活性,提高了线粒
体转运Ca2+的能力,减轻心肌细胞内钙超载,从而
保护受损的心肌。
由实验结果可知,小剂量 TMP对 DHF造成的
心肌功能及形态上的损伤存在明显的保护作用,
其作用机理可能是减轻心肌线粒体损伤,提高线
粒体膜上 Ca2+依赖的 ATP酶活性,减轻心肌钙超
载实现的。但是 DHF导致的心肌损伤除此途径
外,血流动力学改变造成的神经内分泌失调,心室
重构,心肌细胞凋亡等途径都可能影响心肌的损
伤过程。TMP是否可通过上述途径产生保护作用
还有待进一步研究。
[参考文献]
[1]  蔡琳.《2007ESC心力衰竭和超声协会对诊断左室射血分数
正常心力衰竭的共识》如何诊断舒张性心力衰竭[J].心血管
病学进展,2008,29(1):17.
[2]  Zile,MichaelR,Brutsaert,etal.Newconceptsindiastolicdys
functionanddiastolicheartfailure:PartI:Diagnosis,prognosis,
andmeasurementsofDiastolicFunction[J].AmericanHeartAs
sociationInc,2002,105(11):1387.
[3]  张建,华琦.舒张性心力衰竭的诊断和临床表现及检测方法
的评价[J].中华老年多器官疾病杂志,2006,5(2):87.
[4]  智光.舒张型心功能衰竭研究进展[J].中华老年心脑血管病
杂志,2003,5(4):285.
[5]  朱悫,黄晶.舒张性心力衰竭的发病机理与治疗进展[J].心
血管病学进展,2006,27(2):170.
[6]  WANGTian.Progressintreatmentofdiastolicheartfailure[J].
ModDiagnTreat,2001,12(3):142.
[7]  徐浩.川芎嗪心血管药理与钙拮抗作用[J].中国中西医结合
杂志,2003,23(5):376.
[8]  刘会芳.川芎嗪对心血管系统的作用及机制研究进展[J].中
国药房,2007,18(9):706.
[9]  LinsemanJV,BristowMR.Drugtherapyandheartfailurepre
vention[J].Circulation,2003,103(12):1611.
[10] 胡咏梅,李法琦,罗羽慧,等.腹主动脉缩窄大鼠模型制作及
临床意义[J].重庆医科大学学报,2004,29(3):322.
[11] 曹贵云,徐向伟.心衰的实验模型[J].药学学报,2002,37
(7):579.
[12] StammC,FriehsI,CowanDB,etal.Inhibitionoftumornecro
sisfactoralphaimprovespostischemicrecoveryofhypertrophied
hearts[J].Circulation,2001,104(12):350.
[13] 蔡毅.压力负荷诱导的舒张性心力衰竭动物模型建立与倍他
乐克干预治疗[D].北京:中国人民解放军军医进修学院,
2007.
[14] HanssonGK.Inflammation,atherosclerosis,andcoronaryartery
disease[J].NEnglJMed,2005,352(16):1685.
[15] DaughertyA,RateriDL.Tlymphocytesinatherosclerosis:the
yinyangofTh1andTh2influenceonlesionformation[J].Circ
Res,2002,90(10):1039.
[16] ClaphamDE.Calciumsignaling[J].Cel,1995,80(2):59.
[17] SorayaSSmaili.MitochondriainCa2+ singnalingandapoptosis
[J].JBioenergBiomembr,2000,32(1):35.
[18] 陈良怡,邹寿彬,康华光.线粒体和细胞内钙自稳平衡[J].生
物化学与生物物理进展,2000,27(5):483.
[19] 马静,王宗仁,陈晓莉,等.芪丹通脉片对大鼠心肌细胞 Ca2+
及超微结构的影响[J].中草药,2005,5(5):718.
·1182·
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Vol.34,Issue 21
 November,2009
[20] 高贤钧.中草药钙通道阻滞剂的研究与展望[J].中国中西医
结合杂志,1990,10(7):447.
[21] 徐正
(
,王万铁,李东.川芎嗪对家兔心肌缺血再灌注损伤的
保护作用[J].基础医学与临床,1997,17(4):702.
[22] 王万铁,许涛,金可可,等.川芎嗪对缺血再灌注损伤兔心肌
线粒体结构及功能的影响[J].基础医学与临床,2004,24
(3):295.
Studiesonprotectionandmechanismoftetramethylpyrazineon
myocardialinjuryofratswithDHF
ZHANGXiaodan1,LIUWang1,ZHOUJiahui2,FANChunlan1
(1SchoolofPharmacy,HarbinUniversityofCommerce,Harbin150076,China;
2HekouBranch,FDAofDongying,Dongying257200,China)
[Abstract] Objective:Tostudytheefectsofdiferentdosesoftetramethylpyrazineoninjuryandcalciumoverloadinmyocar
dialcelsofdiastoleheartfailureratmodel.Method:Diastoleheartfailuremodelwasestablishedbythecoarctationofabdominalaor
ta.4weeksafteroperation,fortyratswithDHFweredividedintofourgroupsrandomlyasfolows,model(physiologicalsaline2mL),
tetramethylpyrazine(40mg·kg-1·d-1),tetramethylpyrazine(20mg·kg-1·d-1),tetramethylpyrazine(10mg·kg-1·d-1),
with10ratsforeachgroup(n=10),and10shamoperationratswastakenascontrol(physiologicalsaline,2mL).After4weeksad
ministration,cardiacfunctionwasdeterminedbycatheter.Thechangesofmyocardialultrastructurewereinvestigatedbymeansof
transmissionelectronmicroscope.[Ca2+]iwasmeasuredbylaserscanningconfocalmicroscope[LSCM].Ca
2+ATPaseactivityofmi
tochondrionwasmeasuredbythemethodofenzymaticreactionchromatometry.Result:Comparedwiththecontrolgroup,theratsof
operationgrouphavenosignificantchangesonleftventricularsystolicpressure(LVSP)andmaximalrisingrateofventricularpressure
(+dp/dtmax),butleftventricularenddiastolicpressure(LVEDP)increasedmarkedly,maximaldeliningrateofventricularpressure
(-dp/dtmax)decreasedsignificantly,leftventricularrelaxtimeconstantquantity(T)markedlyextended,myocardialpathologyin
juredmarkedly,[Ca2+]iincardiocyteincreasedmarkedlyandtheCa
2+ATPaseactivityofmyocardialmitochondriadecreasedsignifi
cantlyinthemodelgroup.After4weeksadministration,comparedwiththemodelgroup,LVEDPdecreasedsignificantly,-dp/dtmax
increasedmarkedly,Tmarkedlyshortened,myocardialultrastructuredamageweresignificantlyreduced,fluorescentvaluedecreased
andCa2+ATPaseactivityofmitochondrionincreasedsignificantlyinTMPlowdosegroupandmiddosegroup.Conclusion:Lowdos
ageofTMPcanreducedmyocardialpathologyinjury,increasedCa2+ATPaseactivityofmyocardialmitochondria,improvecardiac
functionand[Ca2+]iincardiocyteandantagonisecalciumoverloadofratswithDHF.
[Keywords] tetramethylpyrazine;DHF;hemodynamics;myocardialpathologyinjury;Ca2+ATPase;calciumion
[责任编辑 张宁宁]
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