王光宇 葉婷婷 張慶勇

據(jù)估計(jì)，到2030 年全球糖尿病患者將達(dá)到4.39億［1］。嚴(yán)格控制血糖是糖尿病患者共同目標(biāo)。但是有研究表明，與傳統(tǒng)的降糖療法相比，嚴(yán)格控制血糖增加了嚴(yán)重低血糖的發(fā)生率。眾所周知，高血糖對(duì)人體有害，然而，低血糖的危害卻鮮為人知。在糖尿病患者中，胰島素引起的低血糖致患者死亡比例高達(dá)10%［2］。胰島素使用過(guò)量導(dǎo)致的死亡和睡眠死亡綜合征密切相關(guān)［3］。最近有研究指出，低血糖引起的惡性心律失常病死率增加了77%［4］。多項(xiàng)研究表明，低血糖能刺激自主神經(jīng)系統(tǒng)導(dǎo)致兒茶酚胺大量釋放，可引起心電變化，包括ST 段改變、QT 間期延長(zhǎng)及心臟復(fù)極延遲，增加各種心律失常風(fēng)險(xiǎn)，出現(xiàn)異位心律、竇性心動(dòng)過(guò)緩(可進(jìn)展為心臟停搏)、心房顫動(dòng)、室性心動(dòng)過(guò)速等［5］。但低血糖引起心律失常的具體機(jī)制未完全闡明。國(guó)外研究者已分別用胰島素誘導(dǎo)低血糖鉗夾試驗(yàn)技術(shù)或動(dòng)態(tài)血糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)合動(dòng)態(tài)心電圖技術(shù)觀察了1 型糖尿病低血糖發(fā)作時(shí)心律失常發(fā)生情況、QT 間期變化等。但國(guó)內(nèi)類似研究較少。所以本研究旨在探討急性低血糖易于發(fā)生心律失常的機(jī)制。

材料與方法

1.實(shí)驗(yàn)動(dòng)物:健康的SPF 級(jí)Sprague -Dawley(SD)雄性大鼠(上海西普爾-必凱實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司提供)，平均體重300g。大鼠的飼養(yǎng)條件相同，動(dòng)物分籠飼養(yǎng)，保持室內(nèi)相對(duì)濕度60% ±5%，溫度23 ～25℃，室內(nèi)12h 明暗自動(dòng)切換，飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)大鼠飼料，自由攝食，自由飲水。

2.實(shí)驗(yàn)器材及藥品:微型動(dòng)物呼吸機(jī)(ALC-V8)(上海奧爾科特生物科技有限公司)，GE Pruka Mac-Lab 2000 心電生理工作站(美國(guó)GE 醫(yī)療設(shè)備公司)，DF-5A 型電生理刺激儀改良型(蘇州東方電子儀器廠)，心室電極(自制)，18G 腰麻穿刺針(上海醫(yī)療器械有限公司)，戊巴比妥鈉(進(jìn)口分裝)(上海試劑二廠)，諾和靈R［諾合諾德(中國(guó))制藥有限公司分包裝］，血糖儀(ACCU -CHEK Performa)，腎上腺素和去甲腎上腺素試劑盒(美國(guó)Sigma 公司)。

3.糖尿病大鼠模型:18 只SD 大鼠禁食12h，自由飲水，STZ 溶解在檸檬酸鈉緩沖液(pH 值4.2 ～4.5)中，按照40mg/kg 劑量腹腔注射。注射后給予正常飲食，3 天后測(cè)隨機(jī)血糖＞19. 4mmol/L，認(rèn)為造模成功，血糖未達(dá)標(biāo)大鼠補(bǔ)充1 次STZ［6］。對(duì)照組給予相同劑量的生理鹽水腹腔注射。

4.低血糖模型:DMHY 組和NHY 組各9 只大鼠，按照8U/kg 劑量腹腔注射胰島素，30min 測(cè)量1 次血糖，當(dāng)血糖＜3.0mmol/L 時(shí)認(rèn)為是低血糖模型;達(dá)不到低血糖模型時(shí)按照相應(yīng)劑量補(bǔ)充胰島素［6］。

5.在體電生理刺激:將發(fā)生低血糖的大鼠和其余非低血糖大鼠以40mg/kg 戊巴比妥鈉溶液麻醉后，氣管切開連接呼吸機(jī)。開胸，在心尖處與心肌表面呈45°角斜形刺入心室電極，以同樣方法在距離第1 個(gè)穿刺位點(diǎn)2 ～3mm 處植入另一根心室電極，兩根電極分別連接放大器輸出端端口，程序刺激儀心室電極正極和負(fù)極則連接放大器輸入端對(duì)應(yīng)端口，完成心室電極的植入。將心室電極與心臟電生理儀連接完畢后，啟動(dòng)電生理刺激儀，刺激部位選擇心室，刺激強(qiáng)度為舒張期閾值的2 倍，S1S1 間期為100ms，8 個(gè)S1 后依次發(fā)放2 個(gè)期前刺激(S2、S3)，從最后一個(gè)刺激開始，期前刺激每次遞減2ms，直至S2 出現(xiàn)不應(yīng)期。S1S1 間期為70ms，每次定數(shù)刺激10 次，強(qiáng)度從1V 開始，每一串刺激后刺激強(qiáng)度遞增0.5V，以引起心室顫動(dòng)的最低強(qiáng)度為心室顫動(dòng)閾值，刺激完成后測(cè)量血糖水平，血糖仍＜3.0mmol/L 的大鼠才納入最后的統(tǒng)計(jì)分析。刺激方案見(jiàn)文獻(xiàn)［7］和［8］。

6.收集血清:完成在體電生理刺激后，用10ml 的注射器抽取大鼠下腔靜脈血液，4°離心10min，凍存于-80°，用于鉀離子、腎上腺素和去甲腎上腺素濃度的測(cè)定，按照試劑盒說(shuō)明書操作。

7.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法:使用SPSS 13.0 統(tǒng)計(jì)軟件分析數(shù)據(jù)，其中計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，兩組之間的計(jì)量資料采用t 檢驗(yàn)，兩組之間率的比較采用卡方分析。以P ＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.實(shí)驗(yàn)動(dòng)物一般情況:SD 大鼠初始體重?zé)o明顯差異，造模成功后繼續(xù)飼養(yǎng)4 周，不論DM 組還是DMHY 組與相應(yīng)的N 組和NHY 組比較，體重、實(shí)驗(yàn)前的初始血糖、術(shù)后的心臟重量和術(shù)后的血糖水平差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05)。NHY 組在血糖急劇下降過(guò)程中有1 只大鼠出現(xiàn)煩躁、抽搐、昏迷的現(xiàn)象，并最終死亡，測(cè)量血糖值是0.6mmol/L，考慮是低血糖導(dǎo)致的死亡。其他大鼠均存活，見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物一般情況的比較(±s，n=9)

表1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物一般情況的比較(±s，n=9)

與N 組相比，* P ＜0.05;與NHY 組相比，#P ＜0.05;與DM 組相比，ΔP ＜0.05

組別 體重(g) 初始血糖(mmol/L) 心臟重量(g) 術(shù)后血糖(mmol/L)267.40 ±15.16 9.09 ±0.63 1.09 ±0.07 9.23 ±0.56 NHY 組 270.70 ±14.35 8.46 ±1.00 1.05 ±0.06 2.47 ±0.25*DM 組 192.40 ±21.18* 28.46 ±2.49* 0.73 ±0.75* 28.34 ±2.27*DMHY 組 188.90 ±16.43# 26.85 ±3.01# 0.76 ±0.63# 2.54 ±0.18 N 組Δ

2. 血鉀(K+)、腎上腺素(E)和去甲腎上腺素(NE)的濃度:各組在初始條件下K+、E 和NE 的濃度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＞0.05)，當(dāng)分別腹腔注射胰島素使血糖濃度＜3.0mmol/L 之后，NHY 組K+、E和NE 的濃度與N 組相比差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05);同時(shí)，DMHY 組K+、E 和NE 的濃度與DM 組相比差異亦有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05)，見(jiàn)表2。

表2 K +、E 及NE 濃度的比較(±s，n=9)

表2 K +、E 及NE 濃度的比較(±s，n=9)

IK +、IE 及INE 分別代表初始血鉀濃度、腎上腺素濃度及去甲腎上腺素濃度;POK +、POE 及PONE 分別代表術(shù)后血鉀濃度、腎上腺素濃度及去甲腎上腺素濃度。與N 組相比，* P ＜0.05;與DM 組相比，#P ＜0.05

組別 IK +(mmol/L) IE(pg/ml) INE(pg/ml) POK +(mmol/L) POE(pg/ml) PONE(pg/ml)±28 NHY 組 4.02 ±0.12 487 ±50 193 ±18 2.75 ±0.05* 3042 ±380* 765 ±110*DM 組 4.01 ±0.11 480 ±48 196 ±22 3.92 ±0.16 488 ±50 198 ±25 DMHY 組 3.85 ±0.17 492 ±53 198 ±24 2.63 ±0.02# 3000 ±363# 759 ±116 N 組 3.91 ±0.15 490 ±51 195 ±20 3.84 ±0.13 491 ±48 199#

3.QTc 間期:4 組大鼠在實(shí)驗(yàn)前QTc 間期差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＞0.05)。當(dāng)血糖＜3.0mmol/L 后，與N 組相比，NHY 組QTc 間期明顯增加(P ＜0.05)。與DM 組相比，DMHY 組QTc 間期明顯增加(P ＜0.05)。NHY 組和DMHY 組兩組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＞0.05，表3，圖1)。

表3 各組QTc 間期的比較(±s，ms)

表3 各組QTc 間期的比較(±s，ms)

與N 組相比，* P ＜0.05;與DM 組相比，#P ＜0.05

組別 注射胰島素前 注射胰島素(或生理鹽水)后168.52 ±8.66 157.29 ±20.79 NHY 組 173.85 ±9.01 212.10 ±24.30*DM 組 176.65 ±9.21 164.14 ±22.30 DMHY 組 165.59 ±9.73 202.10 ±18.30 N 組#

圖1 發(fā)生低血糖后各組QTc 間期比較

4.室性快速心律失常的誘發(fā)及VF 閾值:DMHY組大鼠室性快速心律失常誘發(fā)率較其他各組明顯增高，達(dá)88.89%(P 均＜0.05)。DMHY 組和NHY 組誘發(fā)率較單純DM 組和N 組增加，分別為88.89%和55.56%，而且兩者間差異亦有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05)。DM 組心室顫動(dòng)閾值為5.56 ±1.45V，比N組(9.25 ±0.56V)明顯降低(P ＜0.05)。DMHY 組和NHY 組心室顫動(dòng)閾值分別為4.36 ±1.12 和5.79±1.62V，分別較DM 組和N 組明顯降低(P 均＜0.05)，但兩組間比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＞0.05，表4，圖2 ～圖4)。

表4 室性快速心律失常的誘發(fā)及VF 閾值

圖2 各組誘發(fā)的室性快速心律失常

圖3 各組室性快速心律失常誘發(fā)率的比較

討 論

圖4 各組室顫閾值的比較

低血糖一直是治療糖尿病方案中不可避免的不良反應(yīng)，越來(lái)越多的證據(jù)顯示低血糖和睡眠死亡綜合征相關(guān)，并且推測(cè)是由于低血糖誘發(fā)了惡性心律失常導(dǎo)致的死亡［2］。本研究作為基礎(chǔ)研究不但設(shè)置了糖尿病高血糖組，糖尿病低血糖組，同時(shí)設(shè)置了正常組和正常低血糖組，較好地觀察了室性心律失常的誘發(fā)率、QTc 間期變化、血鉀、腎上腺素及去甲腎上腺素水平，較好地探討了低血糖心律失常的發(fā)生機(jī)制，有一定臨床意義。本研究主要得出以下幾個(gè)重要結(jié)果:①NHY 組的室性快速心律失常的誘發(fā)率比N 組高，NHY 組的心室顫動(dòng)閾值比N 組降低;②DMHY 組的室性快速心律失常的誘發(fā)率比DM 組高，DMHY 組的心室顫動(dòng)閾值比DM 組降低;③DM 組的室性快速心律失常的誘發(fā)率比N 組高，DM 組的心室顫動(dòng)閾值比N 組降;④低血糖組血鉀濃度顯著性降低，腎上腺素和去甲腎上腺素濃度顯著性升高;⑤低血糖組的QTc間期比相應(yīng)組別的QTc 間期明顯延長(zhǎng)。

研究表明發(fā)生低血糖時(shí)，K+、E 及NE 發(fā)生顯著性的變化，這些變化都和心律失常密切相關(guān)［9，10］。當(dāng)發(fā)生低血糖時(shí)，機(jī)體交感神經(jīng)興奮，引起兒茶酚胺類物質(zhì)大量釋放，而這些物質(zhì)都可以誘發(fā)心律失常。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，DNHY 組和NHY 組的E 和NE 濃度都分別比DM 組和N 組高，K+卻比相應(yīng)組別減少，此外DMHY 組的E 及NE 濃度比NHY 組的E 及NE 濃度相對(duì)減少一點(diǎn)，雖然差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＞0.05)，但是也從另一方面說(shuō)明糖尿病組的心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生了病變，不能及時(shí)對(duì)低血糖等應(yīng)激條件作出有效的反應(yīng)，這也是解釋糖尿病組比正常組易于發(fā)生心律失常的一個(gè)重要原因。而且Chow 等［5］發(fā)現(xiàn)夜間低血糖發(fā)生的頻率明顯高于白天，表明低血糖引起的神經(jīng)系統(tǒng)興奮參與心率失常的發(fā)生。

實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)低血糖降低了心室顫動(dòng)閾值，這和以往的研究有所不同，以往的研究將重點(diǎn)放在動(dòng)作電位的離子通道上，少有研究關(guān)注心室顫動(dòng)閾值這一重要的誘發(fā)心室顫動(dòng)的參考值。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)生低血糖時(shí)，心室顫動(dòng)閾值顯著性降低，而且DMHY 組與NHY組相比，兩者之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05)。DM 組和NHY 組與N 組相比，心室顫動(dòng)閾值差異也具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05)，這提示糖尿病4 周后造成的心臟神經(jīng)系統(tǒng)損傷已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重。在糖尿病基礎(chǔ)發(fā)生的低血糖，無(wú)疑進(jìn)一步降低了心室顫動(dòng)閾值，增加了室性心律失常發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

實(shí)驗(yàn)同時(shí)關(guān)注了QTc 間期這一重要信息，它反映了心臟復(fù)極化情況。Zhang 等［11］研究發(fā)現(xiàn)，低血糖抑制了復(fù)極化K+電流，延長(zhǎng)了動(dòng)作電位時(shí)程，導(dǎo)致QTc 間期延長(zhǎng)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)低血糖抑制HERG K+離子通道，究其原因是低血糖引起內(nèi)源性ATP 合成減少。本次研究也發(fā)現(xiàn)DMHY 組與DM 組相比，QTc 間期明顯延長(zhǎng)。NHY 組與N 組相比，QTc 間期也明顯延長(zhǎng)。DM 組與N 組相比，QTc 間期也是延長(zhǎng)的，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＞0.05)。

大量實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)低血糖易于誘發(fā)心律失常，并進(jìn)行了相關(guān)機(jī)制研究。但是到目前為止，還沒(méi)有哪一種機(jī)制能完全解釋低血糖易于發(fā)生心律失常的原因。研究結(jié)果表明急性低血糖增加了室性心律失常的風(fēng)險(xiǎn)，特別是對(duì)于糖尿病大鼠。糖尿病大鼠本身室性心律失常發(fā)生率明顯比正常大鼠高，當(dāng)發(fā)生急性低血糖時(shí)，室性心律失常的發(fā)生率明顯增加，急性低血糖時(shí)降低了心室顫動(dòng)閾值從而促進(jìn)室性心律失常的發(fā)生，血鉀降低、腎上腺素及去甲腎上腺素的升高也參與了心律失常的發(fā)生。在某種程度上，低血糖的危害性比高血糖嚴(yán)重。最近的一項(xiàng)Meta 分析指出，低血糖不僅增加心血管疾病的病死率，而且也增加了心血管疾病本身的發(fā)生率［12］。所以在未來(lái)的研究中，需要探索低血糖條件下其他可能參與心率失常發(fā)生的機(jī)制。

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