張靜, 王倩, 錢令波, 楊靜, 何建平

(陜西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，西安710119)

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甘肅鼢鼠低氧適應(yīng)后心功能的變化

張靜, 王倩, 錢令波, 楊靜, 何建平*

(陜西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，西安710119)

甘肅鼢鼠Eospalaxcansus是生活在我國(guó)黃土高原地區(qū)的地下鼠，是一種缺氧耐受的模型鼠，具有多種機(jī)制來(lái)適應(yīng)其特殊的生活環(huán)境。為了比較慢性間歇性低氧后與地面常氧狀態(tài)下甘肅鼢鼠的心臟功能，將18只甘肅鼢鼠隨機(jī)分為對(duì)照組(常氧)和實(shí)驗(yàn)組(慢性間歇性低氧)檢測(cè)其心臟功能。結(jié)果表明，低氧適應(yīng)后實(shí)驗(yàn)組的心率較對(duì)照組顯著提高(P<0.05)；平均頸動(dòng)脈壓力、左心室收縮壓較對(duì)照組極顯著升高(P<0.01)；左心室內(nèi)壓最大上升速率和左心室內(nèi)壓最大下降速率與對(duì)照組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。表明甘肅鼢鼠存在一定低氧適應(yīng)機(jī)制，在低氧刺激下其心臟代償功能得到發(fā)揮，從而減輕缺氧對(duì)其心臟的損傷。

甘肅鼢鼠；心功能；低氧適應(yīng)

鼢鼠是一類終生在地下生活的小型哺乳動(dòng)物，也是一群廣泛分布的獨(dú)居型嚙齒動(dòng)物，生活在幾乎完全黑暗、低氧高二氧化碳的極端環(huán)境中(Tomasco & Lessa，2011；Nevo，2013；Smorkatcheva & Lukhtanov，2014)。研究發(fā)現(xiàn)干旱季節(jié)鼢鼠生活的洞道中氧氣濃度最高達(dá)18.9%，但在多雨季節(jié)或冬天，由于O2和CO2水平快速變化引起的低氧高二氧化碳，O2濃度最低可下降至6%，CO2濃度最高可上升至7%(Shamsetal.，2005)。洞道深度不同，洞道內(nèi)O2濃度和CO2濃度變化顯著：洞道越深，CO2濃度越高，O2濃度隨之下降(Shamsetal.，2005；Nevo，2009)。鼢鼠對(duì)低氧的耐受是其生活史中適應(yīng)進(jìn)化的一大特征。其中心臟結(jié)構(gòu)和功能的低氧耐受是其適應(yīng)生活的一個(gè)方面。低氧能通過多種機(jī)制改善心肌收縮功能，增強(qiáng)心臟的容忍度，且效果因物種和年齡而不同(孫希武等，1994；Netukaetal.，2006；Ostadal & Kolar，2007)。例如，對(duì)人、羊低氧處理后，其血管平滑肌細(xì)胞的肌醇三磷酸(IP3)受體數(shù)目減少，親和力下降，從而減輕因缺氧引起的血管收縮，增加心肌供血(Zhouetal.，1997)；Wistar大鼠心肌肌漿網(wǎng)和心肌線粒體的Ca2+、Mg2+-ATPase活性增高，改善心肌收縮功能(孫希武等，1994)；心肌線粒體呼吸鏈復(fù)合體酶活性增強(qiáng)，心肌細(xì)胞利用葡萄糖的能力增強(qiáng)，氧的利用率提高，為心肌提供更多的三磷酸腺苷(ATP)(Holdenetal.，1995)。在缺氧條件下，肌肉脂溶性物質(zhì)(FSC)能顯著提高血清一氧化氮合成酶(NOS)活性和一氧化氮(NO)含量，降低心肺血紅素氧合酶(HO)活性，對(duì)缺氧損傷有保護(hù)作用，這在高原鼢鼠Myospalaxbailey的研究中有報(bào)道(劉海春，魏登邦，2003；秦桂香，魏登邦，2003)。此外，低氧信號(hào)是心肌細(xì)胞重建的重要標(biāo)志，有助于心肌細(xì)胞增殖，且在富氧條件下通過DNA損傷應(yīng)答可阻礙心肌細(xì)胞的增殖(Puenteetal.，2014；Kimuraetal.，2015)。與此同時(shí)，相關(guān)研究表明上述機(jī)制的作用效果因物種和年齡而不同(孫希武等，1994；Netukaetal.，2006；Ostadal & Kolar，2007)。比如，對(duì)甘肅鼢鼠Eospalaxcansus(王延正,徐文賢,1992)進(jìn)行急、慢性低氧處理的實(shí)驗(yàn)表明，甘肅鼢鼠可在多個(gè)層次上應(yīng)對(duì)低氧壓力，心肌組織甚至在急性低氧(4%O2)條件下10 h后可完全恢復(fù)至正常狀態(tài)，而相同條件下，SD大鼠結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生不可逆的損傷(嚴(yán)婷婷等，2012)。

急性缺氧可顯著影響心功能，大鼠經(jīng)低氧適應(yīng)后，心臟功能明顯改善，可減輕缺氧對(duì)心臟的損傷(龍超良等，1999)。中度低氧可使乳鼠心臟成纖維細(xì)胞增殖細(xì)胞核抗原表達(dá)增加，并且出現(xiàn)肌成纖維細(xì)胞的表型特點(diǎn)(于軍等，2003)。間歇性低氧誘發(fā)心率(HR)增加(Taralovaetal.，2015)，交感腎上腺功能亢進(jìn)、早期血流動(dòng)力學(xué)改變和近端組織重建，并使外周血管敏感性下降，在反復(fù)呼吸暫?；颊呒奥蚤g歇性低氧動(dòng)物模型中均表現(xiàn)出交感神經(jīng)活性提高和血漿兒茶酚胺水平升高(Prabhakaretal.，2012)。但是，有研究表明間歇性低氧使心肌梗死更易發(fā)生，重復(fù)的氧化應(yīng)激可能觸發(fā)氧化應(yīng)激、系統(tǒng)炎癥和交感神經(jīng)激活等，進(jìn)而導(dǎo)致各種心血管疾病的發(fā)生和進(jìn)展(Ramondetal.，2011；韓苗苗等，2014)。嚴(yán)重的血氧不足導(dǎo)致室性異位搏動(dòng)，并促進(jìn)心肌重構(gòu)而導(dǎo)致房顫，重復(fù)的缺血性損害導(dǎo)致急性血液動(dòng)力學(xué)應(yīng)激，進(jìn)而引起心室纖維化，促發(fā)睡眠中的室性心律失常和猝死(Monneretaetal.，2012；Rossietal.，2013；Mendesaetal.，2014)。

甘肅鼢鼠為鼴形鼠科Spalacidae動(dòng)物，主要分布于黃土高原荒地、樹林、丘陵，終生營(yíng)地下生活(王延正，徐文賢，1992；Norrisaetal.，2004；魯慶彬等，2013)。以往的研究表明，其心血管系統(tǒng)適應(yīng)低氧環(huán)境，低氧處理后血紅蛋白濃度升高、紅細(xì)胞數(shù)量增多、壓積增加、心肌收縮力增加(楊靜等，2006；謝芬，2012)。甘肅鼢鼠心臟可通過提高抗氧化酶活性清除多余自由基，提高ATP酶活性，保證心電活動(dòng)正常以應(yīng)對(duì)低氧應(yīng)激，經(jīng)過4.0%氧濃度處理后，心肌超微和顯微結(jié)構(gòu)隨時(shí)間延長(zhǎng)由損傷逐漸恢復(fù)正常(嚴(yán)婷婷等，2012；唐燕紅等，2013)。間歇性低氧更接近自然中O2濃度經(jīng)常發(fā)生變化的情況，然而迄今對(duì)甘肅鼢鼠在間歇慢性低氧條件下心臟功能適應(yīng)變化的情況尚不清楚，為此，本研究測(cè)定甘肅鼢鼠在慢性間歇性低氧適應(yīng)前、后心功能變化，推測(cè)慢性間歇性缺氧會(huì)導(dǎo)致甘肅鼢鼠的左心室功能的提高，左、右心室質(zhì)量很可能也會(huì)代償性增加。本研究為進(jìn)一步闡明甘肅鼢鼠低氧適應(yīng)的機(jī)制及其應(yīng)對(duì)極端環(huán)境壓力的能力以及人體如何適應(yīng)低氧提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

雄性甘肅鼢鼠平均體質(zhì)量為290.32 g±1.20 g(280～300 g，n=18)，捕自陜西省延安市(36°36′N，109°31′E)。甘肅鼢鼠于室內(nèi)環(huán)境下單籠飼養(yǎng)，飼養(yǎng)籠尺寸為長(zhǎng)475 mm×寬350 mm×高350 mm，以胡蘿卜為飼料。實(shí)驗(yàn)室的光周期為12L∶12D，溫度為22 °C ～24 °C，適應(yīng)1周后將其隨機(jī)分為2組：對(duì)照組(常氧組，N，n=9)，實(shí)驗(yàn)組(慢性間歇性低氧組，CIH，n=9)。

1.2 低氧適應(yīng)方式

對(duì)照組甘肅鼢鼠于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)不進(jìn)行任何處理。實(shí)驗(yàn)組：將甘肅鼢鼠置于14.1%氧濃度低氧艙，每天低氧處理6 h，持續(xù)7 d，之后再置于10.5%氧濃度低氧艙，每天低氧處理6 h，持續(xù)7 d，最后用6.5%高度缺氧條件進(jìn)行低氧應(yīng)激，處理4 h(龍超良等，1999)。低氧艙內(nèi)CO2濃度為1%左右，相對(duì)濕度為50%左右。

1.3 心臟功能的檢測(cè)

1.4 左、右心室稱重

心功能指標(biāo)測(cè)定完成后，迅速開胸取心，用0.9%生理鹽水將心臟清洗干凈，分離左、右心室，棄去室間隔，濾紙吸干后分別稱重，并記錄左、右心室質(zhì)量。

1.5 統(tǒng)計(jì)處理

將測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS 18.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean±SD)表示，用探索分析檢驗(yàn)數(shù)據(jù)后，符合方差分析要求的數(shù)據(jù)采用方差分析進(jìn)行組間差異比較，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P<0.01為差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 低氧適應(yīng)前、后心功能

2.2 心室質(zhì)量

甘肅鼢鼠左、右心室質(zhì)量在常氧與慢性間歇性低氧應(yīng)激狀態(tài)下的變化如表2。數(shù)據(jù)表明低氧應(yīng)激后，甘肅鼢鼠左、右心室質(zhì)量/體質(zhì)量與對(duì)照組相比明顯升高(P<0.01)，但是右心室與左、右心室質(zhì)量比卻維持在恒定水平，但與對(duì)照組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表1 對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組甘肅鼢鼠心功能各指標(biāo)

表2 對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組甘肅鼢鼠左、右心室質(zhì)量

注： RVW.右心室質(zhì)量, LVW.左心室質(zhì)量, BW.體質(zhì)量;*P<0.05,**P<0.01。

Notes： RVW.right ventricular weight, LVW.left ventricular weight, BW.body weight;*P<0.05,**P<0.01.

3 討論

甘肅鼢鼠長(zhǎng)期生活在低氧環(huán)境中，有研究表明4.0%氧濃度是其低氧耐受極限(唐燕紅等，2013)。為充分調(diào)動(dòng)甘肅鼢鼠的代償機(jī)制，本實(shí)驗(yàn)采用慢性間歇性低氧的氧濃度梯度，最后6.5%高度缺氧進(jìn)行低氧應(yīng)激，探討其心臟耐受低氧的機(jī)制。結(jié)果表明，間歇性低氧對(duì)甘肅鼢鼠的心臟是一種保護(hù)，在這個(gè)過程中，心臟逐步適應(yīng)低氧環(huán)境，刺激了其代償功能。

通過慢性間歇性低氧應(yīng)激處理，甘肅鼢鼠能增強(qiáng)右心室功能以滿足當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件下的機(jī)體氧供應(yīng)。大量研究表明，慢性間歇性低氧能充分調(diào)動(dòng)各種代償機(jī)制，以增強(qiáng)機(jī)體對(duì)低氧的抵抗能力，從而緩解缺氧對(duì)心肌的損害(龍超良等，1999)。甘肅鼢鼠適應(yīng)低氧環(huán)境的心血管生理基礎(chǔ)可能是其心臟代償能力大，也可能是因?yàn)槠浼∪庵苄晕镔|(zhì)抗缺氧且紅細(xì)胞表面積較大，紅細(xì)胞內(nèi)血紅蛋白得到充分利用等因素增強(qiáng)了其心血管系統(tǒng)對(duì)低氧的適應(yīng)(阮宗海等，2000；秦桂香，魏登邦，2003)。研究結(jié)果表明，甘肅鼢鼠終生居住于相對(duì)低氧的黃土高原地下洞穴，經(jīng)過長(zhǎng)期的自然選擇，其心血管系統(tǒng)的耐低氧功能十分顯著。

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Variety of Cardiac Functions ofEospalaxcansusafter Hypoxia Acclimatization

ZHANG Jing, WANG Qian, QIAN Lingbo, YANG Jing, HE Jianping*

(College of Life Sciences, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, China)

Eospalaxcansusis a unique model of hypoxic tolerance and is a blind subterranean mole rat which lives on the loess plateau of China.This species develops multiple mechanisms to adapt the special environments.In this study, to detect the effects of intermittent hypoxic acclimatization on cardiac functions, eighteenE.cansuswere randomly assigned to normoxia (N) group and chronic intermittent hypoxia (CIH) group.The results showed that, compared with the N group, CIH could significantly increase heart rate (P<0.05), and extreme significantly increase the average carotid artery pressure and the left ventricular systolic pressure (P<0.01), while no significant changes were observed in maximum rise rate of left ventricle pressure and maximum decline rate of left ventricle pressure, etc.These results indicated thatE.cansushad adapted to hypoxic habitats (underground burrow) and its cardiac compensations had been significantly developed, and these can therefore alleviate the hypoxic effects of cardiac functions.

Eospalaxcansus; cardiac functions; hypoxic acclimatization

2015-10-26 接受日期：2016-03-24 基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.30670360)

張靜(1990—), 女, 碩士研究生, 研究方向： 神經(jīng)生物學(xué), E-mail：6045520302@qq.com

*通信作者Corresponding author，E-mail：hejianping@snnu.edu.cn

10.11984/j.issn.1000-7083.20150335

Q954.63; Q959.8

A

1000-7083(2016)03-0421-05