李棣文 謝 軻 徐 遼 劉 育

在全球范圍內(nèi)心臟驟停是成年人死亡的主要原因，絕大多數(shù)心臟驟停發(fā)生在患有心肌梗死(myocardial infarction，MI)的患者中[1]。交感神經(jīng)系統(tǒng)活性和迷走神經(jīng)系統(tǒng)活性在MI后室性心律失常及心力衰竭的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[2]。因此調(diào)節(jié)自主神經(jīng)系統(tǒng)可成為預(yù)防心肌梗死后結(jié)構(gòu)重構(gòu)和電重構(gòu)的重要手段。丙酸鹽是由人體腸道菌群產(chǎn)生的一種短鏈脂肪酸(short chain fatty acids，SCFAs)，它與自主神經(jīng)系統(tǒng)的活性具有一定的相關(guān)性，既往研究發(fā)現(xiàn)，SCFAs對腸道內(nèi)迷走神經(jīng)末梢有直接作用，可直接激活迷走神經(jīng)的傳入神經(jīng)纖維調(diào)節(jié)血壓，保護(hù)心功能[3,4]。本研究旨在討論丙酸鹽是否能夠通過自主神經(jīng)系統(tǒng)改善左心室心功能及抑制心肌梗死后室性心律失常的發(fā)生。

材料與方法

1.實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組：健康雄性SD大鼠60只，體質(zhì)量為200～250g，由湖南斯萊克景達(dá)公司提供(實(shí)驗(yàn)動(dòng)物許可證號：SCXK湘2016-0002)。大鼠隨機(jī)分為3組：①對照組(n=20)，正常飼養(yǎng)，持續(xù)28天；②MI組(模型組，n=20)，結(jié)扎冠狀動(dòng)脈前降支建立心肌梗死模型，正常飼養(yǎng)，持續(xù)28天；③MI+丙酸鹽組(丙酸鹽組，n=20)，心肌梗死模型建立后，每日飲水中添加丙酸鹽250ml(200mmol/L)，持續(xù)28天。

2.心肌梗死模型的建立：使用3%戊巴比妥鈉(30mg/kg)腹腔注射將大鼠麻醉。胸部碘伏常規(guī)消毒，切開皮膚后夾斷第3～4肋骨，暴露心臟，結(jié)扎冠狀動(dòng)脈左前降支。心電圖Ⅰ、aVL導(dǎo)聯(lián)ST段明顯持續(xù)性抬高，結(jié)扎處以下左心室心肌顏色變白、收縮運(yùn)動(dòng)明顯減弱，代表結(jié)扎成功。結(jié)扎完畢后逐層縫合切口，待動(dòng)物自主呼吸恢復(fù)后拔除氣管插管。

3.無創(chuàng)血壓監(jiān)測：所有動(dòng)物于造模后第28天在基礎(chǔ)狀態(tài)下使用無創(chuàng)血壓儀測量收縮壓、舒張壓、平均動(dòng)脈壓以及心率并記錄。儀器預(yù)熱20min后，將大鼠裝入固定盒內(nèi)固定后放入動(dòng)物固定架，大鼠尾部通過加壓套插入至接近尾根部，使鼠尾剛好處于脈搏傳感器的“脈搏信號傳感片”上方，并使傳感片緊貼鼠尾下方的尾動(dòng)脈，待大鼠脈搏穩(wěn)定后進(jìn)行血壓測量。

4.超聲心動(dòng)圖測量心臟結(jié)構(gòu)和功能：所有動(dòng)物于術(shù)后28天使用心臟超聲儀測量心臟結(jié)構(gòu)和功能。采用Vivid7多功能超聲診斷儀(美國GE公司)行經(jīng)胸廓的二維和多普勒超聲心動(dòng)圖檢查，測量左心室舒張末期內(nèi)徑(LVEDd)、左心室舒張末期容積(LVEDV)、左心室射血分?jǐn)?shù)(LVEF)和左心室縮短分?jǐn)?shù)(LVFS)。

5.電生理檢測：(1)T波峰-末間期(Tpeak-Tend)：檢測大鼠取平臥位，使用LEAD7000多導(dǎo)記錄儀記錄體表心電圖，選取Ⅱ?qū)?lián)圖形進(jìn)行Tpeak-Tend分析。測量T波的頂點(diǎn)至T波末尾的時(shí)間即為Tpeak-Tend。(2)有效不應(yīng)期(ERP)：將刺激電極置于梗死周邊區(qū)、心底部、左心室游離壁測定ERP。所有刺激發(fā)放為電壓3V時(shí)長2ms矩形方波，刺激電壓為2倍起搏閾值。每8個(gè)S1后發(fā)放1個(gè)S2刺激，S1S2配對間期從100ms開始，以10ms步長遞減，到達(dá)心室ERP后從上1個(gè)配對間期以2ms步長遞減，直至到達(dá)ERP。心室ERP的離散度用變異系數(shù)(CV)評價(jià)，即為上述6個(gè)測量部位的標(biāo)準(zhǔn)差/均數(shù)。(3)心室顫動(dòng)閾值(VFT)：刺激電極于右心室心間部施加刺激(單次刺激5s，間隔2s)，以每次增加1V的速度遞增，則能誘發(fā)心室顫動(dòng)的最低電壓為心室顫動(dòng)閾值。

6.心率變異率(HRV)：分析所有動(dòng)物于術(shù)后28天記錄5min體表心電圖進(jìn)行HRV分析以下變量：高頻成分(high-frequency，HF)(0.75～2.50Hz)、低頻成分(low-frequency，LF)(0.20～0.75Hz)及LF/HF。

結(jié) 果

1.各組大鼠血流動(dòng)力學(xué)、左心室結(jié)構(gòu)和功能的比較：與對照組比較，模型組大鼠心率明顯升高，左心室射血分?jǐn)?shù)、左心室縮短分?jǐn)?shù)顯著下降，LVEDV及LVEDd顯著上升；與模型組比較，丙酸鹽組心率明顯降低，左心室射血分?jǐn)?shù)、左心室縮短分?jǐn)?shù)顯著上升，LVEDV及LVEDd顯著下降(表1)。

表1 3組大鼠心率、血壓及左心室結(jié)構(gòu)和功能的比較

2.各組大鼠電生理指標(biāo)的比較：與對照組比較，模型組左心室游離壁ERP有下降趨勢，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，CV-ERP顯著增加，VFT顯著下降，Tpeak-Tend間期顯著延長；與模型組比較，丙酸鹽組心底部及左心室游離壁ERP顯著延長，CV-ERP顯著減小，VFT顯著增加，Tpeak-Tend間期顯著縮短(表2)。

表2 3組大鼠的電生理指標(biāo)的比較

3.各組大鼠心率變異性的比較：與對照組比較，模型組的LF及LF/HF顯著增加，HF顯著降低；與模型組比較，丙酸鹽組的LF、LF/HF顯著降低，HF顯著升高(表3)。

表3 3組大鼠的心率變異性的比較

討 論

本研究發(fā)現(xiàn)，丙酸鹽可以明顯改善MI大鼠結(jié)構(gòu)重構(gòu)和電重構(gòu)，即改善大鼠左心室結(jié)構(gòu)和功能、延長ERP、減少CV-ERP、增加VFT、延長Tpeak-Tend間期。心率和心率變異性結(jié)果提示其作用可能與自主神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控有關(guān)。

既往研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生MI后，患者仍有心力衰竭和心源性猝死的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重的左心室收縮功能下降和室性心律失常是MI患者心源性猝死的主要原因[5]。這些患者的心力衰竭表型是由心室結(jié)構(gòu)重構(gòu)所引起的，其中包括膠原蛋白沉積、纖維化、肥大以及心室結(jié)構(gòu)的改變，深刻影響著心室功能和患者的預(yù)后[6]。室性心率失常的發(fā)生主要與MI后電重構(gòu)有關(guān)[7]。多項(xiàng)研究結(jié)果顯示自主神經(jīng)系統(tǒng)的失衡(如交感神經(jīng)的過度激活)是導(dǎo)致上述病理變化的重要因素[8,9]。因此，抑制交感神經(jīng)系統(tǒng)、激活迷走神經(jīng)系統(tǒng)目前已成為預(yù)防該不良后果的手段和方式，如β-腎上腺素能受體拮抗劑藥物的使用、左側(cè)星狀神經(jīng)節(jié)化學(xué)消融、迷走神經(jīng)刺激(VNS)等[10,11]。SCFAs由人體腸道菌群通過發(fā)酵飲食中不易消化的碳水化合物產(chǎn)生，主要包含乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽，其調(diào)節(jié)宿主生物學(xué)反應(yīng)的機(jī)制主要是通過G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，包括GPR41和GPR43，這些受體在腸道系統(tǒng)中高度表達(dá)[12,13]。研究發(fā)現(xiàn)，SCFAs可通過激活GPR41來刺激腸道迷走神經(jīng)傳入神經(jīng)元，調(diào)節(jié)胃腸激素的分泌、抑制食物攝取以改善肥胖，或者影響大腦活動(dòng)及相關(guān)神經(jīng)精神疾病，如抑郁癥、帕金森病等[14～16]。在心血管疾病中，既往研究證明，丙酸鹽也可通過結(jié)合GPR41直接作用于腸道內(nèi)迷走神經(jīng)末梢、激活迷走神經(jīng)傳入神經(jīng)纖維來降低血壓，從而保護(hù)心臟功能[17,18]。

本研究發(fā)現(xiàn)，與模型組比較，丙酸鹽組大鼠左心室射血分?jǐn)?shù)、左心室縮短分?jǐn)?shù)顯著上升，LVEDV及LVEDd顯著下降，說明丙酸鹽可改善MI大鼠左心室結(jié)構(gòu)和功能，在緩解MI后心臟結(jié)構(gòu)重構(gòu)上發(fā)揮重要作用。為了探索丙酸鹽是否對MI后電重構(gòu)有一定的影響，本研究分別檢測了各組大鼠的VFT、心室復(fù)極離散度以及不同部位的ERP并計(jì)算了CV-ERP，其中Tpeak-Tend間期可代表心室復(fù)極離散度。筆者發(fā)現(xiàn)，與對照組比較，模型組大鼠ERP有下降趨勢，CV-ERP顯著增加、VFT顯著下降、Tpeak-Tend間期則顯著延長，但模型組大鼠上述指標(biāo)均可以得到明顯改善。因此，丙酸鹽可以明顯改善MI后心室電生理性質(zhì)，具有潛在的抗室性心律失常的作用。

心率變異性(HRV)可評估自主神經(jīng)系統(tǒng)功能和心血管疾病患者的風(fēng)險(xiǎn)[19]。既往研究發(fā)現(xiàn)，HRV異常的MI患者死亡風(fēng)險(xiǎn)會(huì)大大增加，同時(shí)它與MI后室性心律失常的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切[20]。在本實(shí)驗(yàn)中筆者監(jiān)測了各組大鼠的LF、HF及LF/HF，分別可作為交感神經(jīng)活性、迷走神經(jīng)活性及交感迷走神經(jīng)平衡的相關(guān)參數(shù)[21]。結(jié)果顯示，與對照組比較，模型組的LF及LF/HF顯著增加，HF顯著降低。連續(xù)使用丙酸鹽28天后可以顯著增加HF，降低LF及LF/HF。由此可推測，丙酸鹽可能具有激活迷走神經(jīng)系統(tǒng)、改善由慢性心肌梗死帶來的交感與迷走神經(jīng)不平衡的作用。

心率(HR)可作為評估MI患者長期預(yù)后和MI后HF病死率的指標(biāo)[22]。既往研究發(fā)現(xiàn)，在MI后隨訪的晚期階段(MI后1～2個(gè)月)，HR升高會(huì)引起心排出量的下降，HR降低則可伴隨著心肌收縮力、舒張力、射血分?jǐn)?shù)及LVEDV的改善[23]。本研究結(jié)果顯示，與模型組比較，丙酸鹽組的心率顯著下降。既往研究提示，迷走神經(jīng)在調(diào)節(jié)心率方面發(fā)揮主要作用，因此這一發(fā)現(xiàn)可進(jìn)一步支持丙酸鹽可能影響了迷走神經(jīng)，從而改善慢性MI后心功能和預(yù)后。

本研究存在的不足：①本研究僅提示了丙酸鹽作用于迷走神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生對心肌梗死后心臟重構(gòu)的良性影響，其具體機(jī)制和相關(guān)分子信號通路尚不清楚；②本研究未進(jìn)一步探討丙酸鹽對心臟重構(gòu)影響機(jī)制中除神經(jīng)調(diào)控以外的機(jī)制；③本研究未評估丙酸鹽發(fā)揮作用的最佳劑量。

綜上所述，本研究表明，丙酸鹽可改善大鼠心肌梗死后心臟重構(gòu)，其機(jī)制可能與調(diào)節(jié)心臟自主神經(jīng)平衡有關(guān)。