卡维地洛对心肌梗死后心力衰竭大鼠的心肌保护和抗心肌纤维化作用及其机制

安 喆，贾 和，刘国晖，葛丽丽，高天红，刘潇潇，张 亮，王会丽，张文琪

（1.吉林大学中日联谊医院心内科，吉林 长春130033，2.吉林油田总医院心内科，吉林 松原 138000）

心力衰竭（简称心衰）是各种心血管疾病的终末阶段，具有较高的病死率，如何减慢或延缓心室重塑的进展是心衰治疗领域中的研究热点。心肌纤维化被认为是心室重塑形成的主要原因。而氧化应激则是心脏的结构、功能异常，即心肌纤维化的重要原因之一，可引发多种心血管疾病[1]，无论是充血性心力衰竭（congestive heart failure，CHF）患者，还是在动物复制的心衰模型中，均存在过量的氧自由基的生成。心肌细胞内的抗氧化酶类不光活性下降，而且逐渐耗竭，使心肌细胞处于过度的氧化应激状态下[2]。卡维地洛不仅可完全性阻滞β1和β2受体，同时还具有选择性阻滞α1受体的作用，高浓度卡维地洛还有拮抗钙离子的作用，此外具有抗氧化活性。大量临床研究[3－6]表明：卡维地洛能明显改善CHF患者的心功能和预后，但其具体机制尚不明确。本研究旨在观察卡维地洛对心肌梗死后心衰大鼠丙二醛（malondialdehyde，MDA）浓度、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性和心肌纤维化程度的影响，进一步探讨卡维地洛治疗心衰的作用机制。

1 材料与方法

1.1 实验动物和主要试剂 40只 Wistar大鼠购自吉林大学基础医学院实验动物中心，动物合格证号：SCXK-（吉）2003-0001，雌雄各半，体质量200～220g。卡维地洛由北京巨能制药有限责任公司生产（批号：991001），溶于0.5%羧甲基纤维素 钠（sodium carboxymethyl cellulose，CMCNa）；MDA和SOD测定试剂盒由南京建成生物工程研究所提供；脑钠肽（brain natriuretic peptide，BNP）测定试剂盒由上海百沃科技有限公司提供。

1.2 心肌梗死后心衰大鼠模型的建立及分组 参照文献[6-7]方法，将 Wistar大鼠通过结扎冠状动脉前降支的方法建立心肌梗死后心衰大鼠模型。用吸入性乙醚麻醉大鼠后，呈仰卧位固定于手术台，剪去鼠毛，术区用75%酒精消毒，自左侧第3和4肋间开胸，剪开心包膜，暴露心脏，分离出冠状动脉前降支，除假手术组大鼠仅穿线不结扎外，其余各组大鼠均以0号线结扎前降支，将心脏送回胸腔，采用吸引装置吸净胸腔内残留的液体，迅速关闭胸腔，采用荷包缝合，整个手术时间尽量不超过30s。大鼠术后均常规给予腹腔注射青霉素20万U·kg－1·d－1。冠脉结扎术后72h7只大鼠死亡，1只大鼠死于麻醉意外。从术后第2周至实验结束无大鼠死亡。6周后，将存活的32只Wistar大鼠随机分为假手术组（Sham operation）、模型组（Model）、模型＋小剂量卡维地洛组（Model＋carvedilol L）、模型＋大剂量卡维地洛组（Model＋carvedilol H），每组8只。模型＋小剂量卡维地洛组大鼠给予卡维地洛1mg·kg－1·d－1灌胃，模型＋大剂量卡维地洛组大鼠给予卡维地洛10mg·kg－1·d－1灌胃，假手术组和模型组大鼠给予0.5%CMC-Na 10mL·kg－1·d－1灌胃。各组大鼠分别于术后第7周开始给药，连续给药5周，每日1次，灌胃容积均为10mL·kg－1·d－1。

1.3 各组大鼠血清 MDA、SOD、BNP活性和心肌纤维化的测定 各组大鼠腹主动脉取血5mL后，2 500r·min－1离心10min分离血清，－70℃保存。根据MDA、SOD和BNP测定试剂盒要求，以硫代巴比妥酸法测定大鼠血清中MDA浓度，以黄嘌呤氧化酶法测定总血清中SOD活性，ELISA法测定血清中BNP水平。取血后处死大鼠，摘取心脏，应用4%多聚甲醛将各组大鼠心肌梗死区心肌组织固定，石蜡包埋，切片，然后行Masson染色，光镜下观察各组大鼠心肌纤维化情况。

1.4 统计学分析 采用SPSS 13.0软件进行统计处理。各组大鼠血清BNP水平、MDA浓度和SOD活性以±s表示，多组间样本均数比较采用单因素方差分析。

2 结 果

2.1 各组大鼠血清中BNP水平、MDA浓度和SOD活性 与假手术组比较，其他3组大鼠血清BNP水平升高，差异有统计学意义（P＜0.05）；与模型组比较，模型＋小剂量卡维地洛组和模型＋大剂量卡维地洛组大鼠血清BNP水平明显降低，差异有统计学意义（P＜0.01）。与模型＋小剂量卡维地洛组比较，模型＋大剂量卡维地洛组大鼠血清BNP水平降低，差异有统计学意义（P＜0.05）。与假手术组比较，模型组、模型＋小剂量卡维地洛组和模型＋大剂量卡维地洛组大鼠血清MDA浓度升高，SOD活性明显降低，差异有统计学意义（P＜0.05）；与模型组比较，模型＋小剂量卡维地洛组和模型＋大剂量卡维地洛组大鼠血清MDA浓度明显降低，SOD活性明显升高，差异有统计学意义（P＜0.01）。与模型＋小剂量卡维地洛组比较，模型＋大剂量卡维地洛组大鼠MDA浓度降低，SOD活性增高，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

表1 各组大鼠血清BNP水平、MDA浓度和SOD活性Tab.1 Levels of serum BNP，concentrations of serum MDA，and activities of serum SOD of rats in various groups（n＝8，±s）

表1 各组大鼠血清BNP水平、MDA浓度和SOD活性Tab.1 Levels of serum BNP，concentrations of serum MDA，and activities of serum SOD of rats in various groups（n＝8，±s）

＊ P＜0.05 vs sham operation group；△P＜0.01 vs model group；＃P＜0.05 vs model＋carvedilol L group.

）]Sham op Group BNP[ρB/（pg·L－1）]MDA[cB/（μmol·L－1）]SOD[λB/（kU·L－1 eration 88.13±4.66 13.84±2.01 75.33±1.14 Model 462.72±18.58＊ 32.91±1.20＊ 37.95±3.24＊Model＋carvedilol L 331.07±21.10＊△ 28.46±1.84＊△ 56.16±5.98＊△Model＋carvedilol H 211.07±19.90＊△＃ 21.46±2.52＊△＃ 66.27±4.99＊△＃

2.2 各组大鼠心肌纤维化情况 Masson染色正常心肌细胞被染成红色，细胞核被染成蓝色，胶原纤维被染成绿色。模型组大鼠心肌细胞间呈大面积绿染的胶原纤维组织，而假手术组、模型＋小剂量卡维地洛干预组和模型＋大剂量卡维地洛干预组大鼠心肌中绿染的胶原纤维则较少。见图1（插页三）。

3 讨 论

正常生理条件下，氧分子通过在线粒体细胞色素氧化酶系统接受4个电子还原成水，仅有1%～2%氧分子接受线粒体呼吸链漏出的电子生成超氧阴离子、羟自由基和过氧化氢，后者可被线粒体内外的抗氧化防御系统清除，不会对机体产生有害的影响。在病理情况下，由于氧自由基过量生成和（或）细胞内抗氧化防御系统受损，导致氧自由基及其相关代谢产物过量聚集，引起氧化应激，对细胞产生多种毒性作用。本研究结果显示：模型组大鼠心功能减退，并出现心肌氧化－抗氧化失衡，提示氧化应激可造成心肌细胞的结构破坏和功能障碍。

心力衰竭发生时，心肌细胞和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）发生重塑。正常情况下，ECM的合成和降解受到严格调节，处于一种动态平衡的状态下，即胶原以每天0.6%比率进行更新，80～120d为1个半衰期[7]。其合成过程可分为2个阶段：第一阶段以细胞内前胶原的合成为主，第二阶段是前胶原在细胞外转化聚合成胶原纤维的过程。而心肌胶原的降解则是较为复杂的过程，需要多种酶参与完成。在左心室的重塑过程中，ECM的合成增加而降解减少，结果使ECM的总量增加，导致心肌间质重构[8－10]。氧化应激和炎性因子在心肌间质重构中起着重要作用。大量过氧化物质的释放引起广泛的脂质过氧化反应和线粒体破坏、线粒体DNA突变等，最终引起心肌细胞的变性、坏死及间质的改变等病理变化，严重影响心肌收缩和舒张功能[11－15]。有学者[11]在离体心肌细胞研究中发现：给予抗氧化剂谷胱甘肽治疗后，心肌胶原降解增加，左室舒张功能得到改善。此外，Valentini等[12]发现：应用盐皮质激素受体阻断剂可改善高血压模型大鼠心肌的氧化应激程度和纤维化程度，进而减轻心肌功能及结构的改变，且该作用并不依赖于血压的降低。卡维地洛属于第3代β受体阻滞剂，对β1、β2和α1受体均有阻滞作用，且无内源性拟交感活性，具有抗增殖和心肌保护等作用。近年来临床试验发现：该药具有改善心衰患者心功能和临床预后的作用，因而成为第一个被美国食品与药品管理局（FDA）批准用于CHF治疗的β－受体阻滞剂。卡维地洛具有的强大的抗氧化活性可能与其具有特殊的化学结构即咔唑环有关[9]。有研究结果显示：卡维地洛的抗氧化作用是维生素E的10倍，而且其羟基代谢产物BM910228的抗氧化作用更强。本研究结果显示：应用不同剂量卡维地洛均可改善心肌梗死大鼠心功能，降低心肌梗死大鼠血清BNP水平和MDA浓度，其抗心衰和抗氧化防御能力的作用以模型＋大剂量卡维地洛组效果更为显著，提示抗氧化、抑制心肌细胞重塑是卡维地洛治疗CHF的重要作用机制之一。卡维地洛抑制心肌细胞凋亡作用的量效关系可能主要与其维护心肌抗氧化防御系统有关。

综上所述，心肌梗死后心肌氧化应激与心肌组织重塑密切相关，在心梗后心衰发生发展中起着重要作用。卡维地洛干预可有效地改善心肌梗死后大鼠心功能，这可能与其强大的抗氧化活性有关。

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