医学论文,小鼠病毒性心肌炎的心肌结构及左室功能变化的初步研究

小鼠病毒性心肌炎的心肌结构及左室功能变化的初步研究

中国病理生理杂志2000年第6期第16卷论著

作者：万朝敏　王正荣　周密　邓建军　吴泰相　俞红吉

单位：万朝敏　周密　建军（华西医科大学附二院儿科）；王正荣（基础医学院）；吴泰相　俞红吉（病毒实验室，四川成都610041）

关键词：心肌疾病；线粒体，心脏；心室功能，左；动物，实验

　　［摘　要］　目的：探讨病毒性心肌炎时的心肌结构与收缩力变化的关系。方法：建立病毒性心肌炎的动物模型，观测病毒损伤阶段和免疫损伤阶段心肌的超微结构和心肌收缩力改变。结果：病毒性心肌炎早期的心肌细胞的线粒体超微结构发生了变化，心肌细胞收缩力下降，左室压（LVP）为（14.2±0.8）kPa，dp/dt为（273.1±10.0）kPa/s，正常对照LVP为（17.1±0.7）kPa，dp/dt为（359.8±9.3）kPa/s，P＜0.01；后期心肌组织严重损害，不仅有线粒体溶解破坏，而且肌原纤维变细、减少等，并且心肌收缩力指标明显下降，LVP为（11.8±0.2）kPa，dp/dt为（209.5±6.9）kPa/s，与早期相比差异有显著，P＜0.01。结论：病毒性心肌炎早期，即病毒损伤期，造成心脏功能下降的原因主要是病毒引起心肌细胞的超微结构改变，特别是对线粒体的损伤，使心肌细胞供能障碍，心肌收缩力减小；病毒性心肌炎后期，免疫反应造成心肌组织损害较病毒直接损害更严重，造成心肌收缩力明显减小。

　　［中图分类号］　R542.2　　　［文献标识码］　A

　　［文章编号］1000-4718（2000）06-0491-04

Characteristicsofmorphologyandleftventricularfunctioninthemousewithmyocarditis

WANChao-min,WANGZheng-rong,ZHOUMi,DENGJian-jun,WUTai-xiang,YUHong-ji

　　（WestChinaUniversityofMedicalSciences,Chengdu610041,China）

　　［Abstract］　AIM:Todeterminetherelationshipbetweenmicrohistologyandcardiaccontractilityinmyocarditisanimalmodel.METHODS:SettingupmyocarditisanimalmodelbyinjectingCoxsackivevirusB３（CVB３）intomice,thenobservedmyocardialmorphologicalchangesandmeasuredleftventricularfunctionofmiceatthetimeoffirstthreedaysandtwoweeksafterinjectingCVB３.RESULTS:Subcellularstructure（mitochondria）changedatthefirstthreedaysafterinjectingCVB３.Theleftventricularpressure（LVP）andtherateofintraventricularpressuredevelopment（dp/dt）whichistheindexofreflectingcardiaccontractilitydepressedinthisstage（14.2±0.8）kPaand（273.1±10.0）kPa/s,respectively.Therewere（17.1±0.7）kPaand（359.8±9.3）kPa/sinnormalmice,respectively（P＜0.01）.Myocardiallesionsweremoresevereduringimmuneresponsestage-twoweeksafterinjectingCVB３,includingmyocardialinflammationandnecrosis.LVPwas（11.8±0.2）kPaanddp/dtwas（209.5±6.1）kPa/sinimmuneresponsestage.Therewassignificantdifferencebetweenmicewithmyocarditisatearlystageandatimmuneresponsestage（P＜0.01）.CONCLUSIONS:Thefactorofcausingthedepressionofcardiaccontractilityinearlystage（virus-induceddamage）ismainlychangeofsubcellularstructure.Mitochondriacannotprovideenergyasnormal.Thereweremoreseveremyocardiallesionsinlaterstage（cell-mediatedautoimmuneresponse）thaninearlystage.Thedepressionofcardiaccontractilityisaconsequenceofmultifactor.

　　［MeSH］　Myocardialdiseases;Mitochondria,Heart;Ventricularfunction,left;Animals,laboratory

　　病毒性心肌炎严重危害人类尤其是青少年的健康，已引起广泛重视，柯萨奇B３病毒是病毒性心肌炎的最常见病原。近年来的动物实验研究表明病毒性心肌炎的发病过程包括两个阶段［1］：感染后第1周以病毒对心肌的直接损伤为主，此时病毒在心肌细胞内复制并破坏细胞；第2周后以免疫反应对心肌的损伤为主。但是这两阶段中心肌收缩能力如何改变，目前尚未完全清楚。Woodruff等［2］报道，小鼠接种病毒后，前3d主要是病毒对心肌组织损伤，1周后表现出免疫反应对心肌组织损伤。因此，通过建立动物模型分别观测病毒性损伤和免疫反应损伤过程中组织结构和功能的变化有其重要意义。本课题旨在复制病毒性心肌炎不同阶段的动物模型，以观测其形态变化与心肌收缩力的关系，为更有效地治疗病毒性心肌炎提供依据。

材　料　和　方　法

　　一、材料

　　（一）病毒　柯萨奇B3病毒，Nancy标准株。

　　（二）实验动物　30只6～8周的BALB/c雄性小鼠，体重18～20g，二级动物，由华西医科大学实验动物中心提供。

　　二、方法

　　（一）病毒性心肌炎动物模型的复制　10只小鼠作为正常对照，其余20只分别腹腔内接种0.4mL，内含1×10６PFU（空斑形成单位）柯萨奇B３病毒的Eagleye液，以复制病毒性心肌炎的动物模型，从实验开始日起每天观察记录动物生存情况。

　　（二）心肌收缩力的检测　接种病毒的20只小鼠，分两组在第3d（病毒损害组）和第14d（免疫损伤组），以及正常组的10只于14d，用3%戊巴比妥钠15mg*kg-1iv麻醉，开腹，自横膈处向上插入用6号针头制作的左室心导管于左心室中测左室压（leftventricularpressure,LVP）及左室内压最大变速率（dp/dt），用八道生理记录仪（Nihonkohden，RM-6000，日本）记录，以反映心肌收缩力。

　　（三）左室心肌细胞的形态学检测　测完左室压及左室内压最大变速率后，迅速开胸，在无菌条件下取出心脏的左室部分组织用20%甲醛固定作病理检查，部分组织用3%戊二醛固定送电镜检查。

　　（四）统计分析　数据用均数±标准差（

　　一、病毒性心肌炎小鼠与正常小鼠的心脏、体重变化

　　感染柯萨奇B３病毒的小鼠第2d部分动物出现活动及进食减少，第5d部分小鼠出现活动迟钝，拒食。病毒感染后第3d的体重有所下降，第14d下降更为明显，而心脏的重量在病毒感染后第3d无明显的改变，在第14d心脏重量增加较明显。3组动物的心脏与体重之间的关系见表1。

表1　病毒性心肌炎小鼠的心脏与体重的变化

　　Tab1　TheheartweightandbodyweightinBALB/cmice（

表2　正常与病毒性心肌炎模型小鼠心脏收缩力参数比较

　　Tab2　Comparisonbetweenthehemodynamicsinnormalmice

　　andmyocarditismice（

　　△△P＜0.01，vsnormalgroup；**P＜0.01，vsvirusdirectdamage　　二、正常与病毒性心肌炎小鼠心脏的血流动力学参数指标变化

　　表2表示正常与病毒性心肌炎模型小鼠心脏的血流动力学参数指标变化情况，由表可见病毒性心肌炎模型的病毒损害组、免疫损伤组的小鼠心肌收缩力指标LVP和dp/dt明显低于与正常对照组，并以免疫损伤组的小鼠LVP和dp/dt值降低更为明显。

　　三、病毒性心肌炎的心肌细胞形态学改变

　　（一）光镜所见变化　病毒感染后第3d的小鼠的心肌细胞与正常心肌细胞差别不大，仅有少量的淋巴细胞浸润，血管充血，散在的心肌细胞呈空泡样变性（见图1）；病毒感染后第14d的小鼠的心肌细胞则可见心肌细胞的变性，坏死，心肌纤维的断裂，间质充血，大量的淋巴细胞浸润及钙化灶的形成（图2）。

　　（二）电镜所见变化　小鼠在病毒感染后第3d在电镜下观察发现心肌细胞的线粒体肿胀，囊泡化，基质减少（图3）。在第14d线粒体更为明显，线粒体被溶解破坏而不完整，肌原纤维变细，联接破坏，表现紊乱，基质变空，糖原减少（图4）。

Fig1　MyocardialtissuesectionsfromtheleftventricleofmiceatthetimeoffirstthreedaysafterinjectingCVB3（HE×50）

　　Somelymphocytesinfiltration,congestioninbloodvessel,myocyteschangefewinmorphology

1　病毒损伤阶段的小鼠心肌组织（光镜）

Fig2　MyocardialtissuesectionsfromtheleftventricleofmiceatthetimeoftwoweeksafterinjectingCVB3（HE×50）

　　Degenerationofmyofibrilsnaturation,necrocytosisandmyocytolysis

2　免疫损伤阶段的小鼠心肌组织（光镜）

Fig3　ElectronmicroscopiccharacterizationofmyocardialCVB3infectioninmiceduringvirusdamagestage.（EM×10000）

　　ThedilatationofmitochondriarevealsatthetimeoffirstthreedaysafterinjectingCVB3

3　病毒损伤阶段的小鼠心肌组织（电镜）

Fig4　ElectronmicroscopiccharacterizationofmyocardialCVB3infectioninmiceduringimmunedamagestage（EM×10000）

　　TherewerethedisruptionofmitochondriaandtenuousmyocytesatthetimeoftwoweeksafterinjectingCVB3

4　免疫损伤阶段的小鼠心肌组织（电镜）

　　病毒性心肌炎是病毒侵犯心脏引起的，Klingel等［3，4］报道，在感染早期（3d内）病毒在血中达到高滴度，而心脏的改变尚不明显，3d后心脏逐渐出现心肌细胞的损害，感染10d后因为强烈的免疫反应使心脏损害明显，我们的研究观察到相似的结果，因而选择了病毒感染3d的小鼠心肌细胞作研究。虽然在心脏的重量和光学显微镜下的心肌细胞无明显的改变，无心肌细胞的变性，坏死和心肌的肥大，但在心肌细胞的超微结构，主要是心肌细胞的“动力站”线粒体出现异常，心肌收缩力指标LVP和dp/dt发生了改变，表现心肌细胞的内在收缩力下降，Hamrell等［5］利用分离离体病毒性心肌炎早期动物模型的心肌细胞研究心肌细胞的收缩力也有同样的结果，我们曾通过体外柯萨奇病毒感染心肌细胞，分析收缩力下降心肌细胞的收缩蛋白分子基因表达，发现心肌细胞收缩力下降与心肌细胞收缩蛋白分子的基因表达异常有关［6］。因此在病毒性心肌炎早期，造成心脏功能下降的原因主要是病毒对心肌细胞引起超微结构的改变，特别是对线粒体的损伤，使得心肌细胞供能受到障碍；另外心肌细胞收缩蛋白分子表达变化，心肌肌凝蛋白的α重链（α-MHC）表达水平降低，也使收缩力减小。

　　病毒性心肌炎后期心脏的重量大于正常，而且心肌收缩力指标明显下降，说明心脏损害的严重性，在病毒性心肌炎的后期心肌细胞的损伤，主要是宿主的免疫功能紊乱［7］，组织学检测结果可见，在此期心肌组织的严重损害表现为大量炎性细胞（主要是淋巴细胞）浸润，心肌细胞变性坏死，心脏肥大，因此，病毒性心肌炎时免疫反应造成心肌组织损害比病毒直接损害更严重。后期心脏功能下降可能主要是由于大量的心肌细胞严重受损，使得整个心脏收缩动力下降。因此在治疗病毒性心肌炎时，要考虑不同的阶段采取不同的方案，同时要考虑如何促进心肌细胞收缩力的恢复。

　　［基金项目］国家自然科学基金及CMB基金资助（39500036）

［参　考　文　献］

　　［1］　WolfgramLJ,BcisclKW,HerskowitzA,etal.VariationsinthesusceptibilitytoCVB3-inducedmyocarditisamongdifferentstrainsofmice［J］.JImmunol,1986,136:1846～1852.

　　［2］　WoodruffJF.Viralmyocarditis［J］.AmJPathol,1980,101:427～484.

　　［3］　孙国贤，王慧瑛，林久治.AmurinemodelofacutemyocarditisinfectedbycoxsackievirusB3［J］.ChineseMedicalJournal,1988,101:7～12.

　　［4］　KlingelK,KandolfR.Theroleofenterovirusreplicationinthedevelopmentofacuteandchronicheartmusclediseaseindifferentimmunocompetentmousestrains［J］.ScandJInfectDis,1993,Suppl88:79～85.

　　［5］　HamrellBB,HuberSA,LeslieKO.ReducedunloadedsarcomereshorteningvelocityandashifttoaslowermyosinisodorminacutemurineCoxsackievirusmyocarditis［J］.CircRes,1994,75:462～472.

　　［6］　万朝敏，彭文珍，王德诚，等.柯萨奇B３病毒对小鼠离体心肌细胞力学和收缩蛋白分子的影响［J］.中华儿科杂志，1998，36：531～533.

　　［7］　IzumiT,HanawaH,SaekiM,etal.Cardiaccontractileproteinsandautoimmunemyocarditis［J］.MolCellBiochem,1993,119:67～71.

［收稿日期］1999-03-19　　　［修回日期］1999-07-22