实验性兔心肌缺血心肌波纹状变与缺血预适应的初步研究
作者：戴文森 骆秉铨 吴良金
单位：戴文森(221009 徐州市第四人民医院)； 骆秉铨(221009 徐州市第四人民医院)； 吴良金(221009 徐州市第四人民医院)
关键词：心肌缺血；组织病理学；心肌波纹状变；缺血预适应；实验
江苏医药000407 摘 要：目的 探讨兔急性心肌缺血时心肌细胞波纹状变的病理学意义及其与缺血预适应的关系。方法 对健康家兔经静脉注入麦角新碱致其冠状动脉痉挛心肌缺血1小时和缺血后再灌注72小时，分别观察心肌缺血1小时和缺血再灌注的心肌组织病理学变化。结果 缺血1小时的兔心肌组织出现典型的有节律性的心肌纤维波纹状变和收缩带形成，其超微结构变化主要为心肌线粒体肿胀、嵴断裂，肌节凝聚和松驰，Ⅰ带缩窄和增宽，但心肌膜结构完整。缺血再灌注72小时的心肌组织变化不明显，近似正常心肌。结论 心肌波纹状变和收缩带形成是急性心肌缺血的早期形态学基础，实验证明该变化是可逆的，提示该变化可能是心肌组织对缺血缺氧的一种功能性反应，并可能与缺血预适应有关。
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Study of myocardial wave-front phenomenon related to ischemia preconditioning in rabbits
DAI Wensen，LUO Bingquan，WU Liangjin.
The Fourth People′s Hospital of Xuzhuo,Xuzhuo 221009
Abstract：Objective In order to study the histopathological significance of myocardial wava-front phenomenon and its relation with ischemia preconditioning in period of myocardial ischemia of rabbits.Methods The coronary artery was spasmed with intravenous perfusing ergotocin for 1 hour and reperfusing 72 hours in rabbits.The morphologic changes of myocardial cell were investigated with light microscope and electron microscope.Results The regular wave-front phenomena and contracted bands of myocardial fibver were found under light microscope.The primary changes of ultrastructures are as follows：accumulation， swelling and crista breaking of mitochondria，myocomma coagulation and relaxation，and constricted or widened Band I，but the myolemma was intact，and necrosis injury of myocardial cell was found in ischemia groups(1 hour).There were not evident characteristic lesions in reperfusion(72 hours) and control groups.Conclusion The results suggest that the wavefront phenomena and myocardial contracted bands are the histopathologic evidence of early ischemia，but these changes are reversible.We believe that these changes may be a functional reaction to ischemia and hypoxia，and it may be related to ischemia preconditioning of myolemma.
, 百拇医药
Key words：Myocardial ischemia Histopathology Myocardial wave-front phenomenon Ischemia preconditioning Experiment
急性心肌缺血、心肌梗死的形态学变化已有较多的研究报道，心肌组织的波纹状变被认为是急性心肌缺血的早期形态学指标[1～3]。近年的研究报道[4，5]提出一项新的研究课题，即短暂地心脏缺血、热刺激、有规律地适量饮酒等可激发心肌缺血预适应，从病理生理学的角度认为缺血预适应保护了心肌组织耐受随后发生的长时间的缺血性损伤，但有关缺血预适应的形态学变化，尚未见报道，我们继1988～1990年的研究工作[3]，对缺血预适应的形态学变化进行了初步探讨，现报告如下。
材料和方法
健康家兔26只，雌雄不分，年龄6个月左右，随机分为三组。缺血组16只和再灌注组2只，经耳静脉注入20%乌拉坦麻醉后再静脉注入麦角新碱(0.4 mg/kg)，致其兔的冠状动脉痉挛，维持缺血时间1小时。缺血组16只于实验结束后立即处死，取心脏标本；再灌注组2只静脉注入麦角新碱维持缺血1小时即停用药，自然恢复冠状动脉供血后72小时处死动物，取心脏标本。对照组8只经静脉注入生理盐水代替麦角新碱与缺血组和再灌注组作对照研究。实验中三组均进行心电图监测。
, 百拇医药
心脏标本取材为每例均取左、右心室相同部位的全层心肌组织各5块，经10%中性福尔马林固定，石蜡包埋，常规切片HE染色和苏木素碱性复红苦味酸(HBFP)染色，光镜观察。电镜标本为在常规取材的组织块上分别取约0.1 cm×0.1 cm×0.1 cm的心肌组织，经2.5%戊二醛溶液和1%锇酸双固定，618环氧树脂包埋，超薄切片，铀、铅双染色后透射电镜观察其超微结构变化。
结 果
一、心电图改变：缺血组和再灌注组经静脉注入麦角新碱后均显示S-T段上抬或下移0.1mV以上的缺血性改变，对照组无异常心电图改变，再灌注组恢复冠状动脉供血72小时后的心电图变化恢复正常。
二、组织病理学改变：光镜下缺血组心肌表现为明显的嗜酸性染色增强、细胞浊肿和空泡样变性。较为特征性的变化表现为心肌纤维明显的波纹状变和心肌收缩带形成。心肌波纹状变为心肌纤维呈现有节律性地扭曲，波浪状，因此称之为波纹状变，同时有部分心肌或肌节出现节段性的凝聚或收缩，形成了所谓的收缩带，严重的收缩带形成时偶见心肌纤维断裂。电镜下心肌细胞内见有大量肿胀的线粒体，线粒体嵴排列紊乱并有部分嵴断裂缺损，线粒体空泡化。肌节凝聚时Ⅰ带缩窄，肌节松驰时Ⅰ带增宽，但心肌细胞膜均保持完整。再灌注组和对照组光镜下的变化不明显，电镜下仅在再灌注组心肌内有少数残嵴的线粒体。各组心肌组织的形态学变化见表1、附图(封二)。从表中可以看出，缺血组出现显著波纹状变者占62.5%，收缩带形成者占56.3%；再灌注组未见显著波纹状变和收缩带形成；对照组仅有1例出现显著波纹状变和收缩带形成。
, 百拇医药
图1 心肌纤维显著皮纹状变(HBFP染×200)
图2 心肌纤维显著皮纹状变同时伴宽大收缩带形成(HBFP染×200)
表1 各组心肌细胞形态学变化的比较(%) 组别
例数
轻微波
纹状变
显著波
纹状变
收缩带
形 成
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心肌嗜酸染色
增强、空泡变性
缺 血
16
6
(37.5)
10
(62.5)
9
(56.3)
16(100.0)
变化明显
再灌注
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2
2
(100.0)
0
(0)
0
(0)
少数心肌细
胞轻微改变
对 照
8
5
(62.5)
, 百拇医药
1
(12.5)
1
(12.5)
少数心肌细
胞轻微改变
讨 论
急性心肌缺血、心肌梗死的形态学变化光镜下较难辨认，一般认为，心肌嗜酸性染色增强、混浊肿胀、空泡变性可能是心肌缺血或梗死的表现。近年又有研究报道指出，心肌波纹状变和收缩带形成也是心肌缺血的早期形态学指标[1～3]。本实验结果表明，给健康家兔静脉注入麦角新碱所致的急性心肌缺血，组织学上已有明确的病理变化。缺血组的心肌嗜酸性染色增强、空泡样变性和显著的心肌波纹状变以及收缩带形成，电镜下见大量肿胀的线粒体和线粒体空泡化，均提示为心肌缺血性变化，至于上述变化是否有心肌组织的坏死，尚难定论。电镜下观察心肌膜结构均保持完整，但是否存在着心肌细胞的凋亡现象，还有待进一步探讨。
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当缺血再灌注72小时，随着缺血情况的改善和恢复，心肌组织的缺血性变化也基本恢复正常，说明急性缺血所致的心肌波纹状变和收缩带是可逆性变化，波纹状变和收缩带形成是缺血早期的敏感指标。一般认为，缺血再灌往往会加重心肌组织的损伤和增加心肌梗死范围[6]，而本实验表明缺血再灌注后72小时的心肌组织无明显的病理变化。我们认为缺血再灌注后的心肌组织的继续损伤，取决于当初缺血心肌受损的程度和范围，严重的不可逆性损伤可能会造成缺血再灌注后心肌组织损伤范围的扩大。
近年的研究发现，短暂地心脏缺血、热刺激、有规律地适量饮酒等均能引起心肌缺血预适应[4，5]，腺甙、氮氧化物等也能激发和诱导缺血预适应[7～8]。预适应是心肌组织的自身保护性反应，预适应使心肌能耐受随后发生的长时间的缺血性损伤，保护心肌组织，减少心肌梗死范围。至于缺血预适应的形态学基础，研究报道殊少，Shirai等在对培养的人心肌细胞和大隐静脉内皮细胞的模拟缺血预适应和缺血再灌注的研究中发现，预适应保护了缺血和缺血再灌注对心肌细胞的损伤，并且发现预适应对内皮细胞未起保护作用，认为内皮细胞对缺血缺氧更敏感[9]。我们的研究发现急性缺血时较为敏感的反应为心肌纤维的波纹状变和收缩带形成，而缺血再灌注后72小时后波纹状变和收缩带消失，从而提示急性心肌缺血时的心肌波纹状变和收缩带形成可能是心肌组织对缺血缺氧的一种功能性保护性反应，很可能与缺血预适应有关，作为缺血预适应的一种形态学基础，在此提出来讨论。
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实验中我们还发现，缺血时心肌间有大量的毛细血管开放，这有利于缓解和改善心肌缺氧状态，但同时也伴有血管内皮细胞的损伤、血浆和红细胞外渗，提示内皮细胞对缺血缺氧的高敏感性，与Shirai的结果一致。
参考文献：
1，Bouchardy B.Histopathology of early myocardial infarction.A new approach.Am J Pathol, 1974，74∶301-305.
2，Reimer KA，Jennings RB.The “wave-front” phenomenon of myocardial ischemic cell death：Ⅱ transmural progression of necrosis within the framework of ischemic bed size(myocardial at risk) and collateral flow.Lab Invest，1979，40:633-644.
, 百拇医药
3，戴文森，骆秉铨，吴良金，等.实验性急性心肌缺血的早期形态学指标探讨.起搏与心脏，1990，3:136-139.
4，Earb A，Kolodgie FD，Jenkins M，et al.Myocardial infarct extension during reperfusion after coronary artery occlusion：pathologic evidence.JACC，1993，21:1245.
5，陈修，韩启德.心肌缺血预适应研究.国际心脏研究会第16届世界大会简况.中华医学杂志，1998，11:873-875.
6，Miyamae M，Camacho SA，Zhou HZ，et al.Alcohol consumption reduces ischemia-reperfusion injury by species-specific signaling inguinea pigs and rats.Am J physiol,1998,275:H50-56.
, 百拇医药
7，Mecully JD，Ucmatsu M，Parter RA，et al.Adenosine enhanced ischemic preconditioning provides enhanced postieshemic recovery and limitation of infarct size in the rabbits heart.J Thorac Cardiovasc Srug，1998，116:154-162.
8，Takano H，Tang XL，Qiu Y，et al.Nitric oxide donors induce late preconditioning against myocardial stunning and infarction in conscious rabbits via an antioxidant-sensitive mechanism.Circ Res.1998，83:73-84.
9，Shirai T，Rao V，Wciscl RD，et al.Preconditioning human cardiomyocytes and endothelial cells.J Thorac Cardiovasc Surg，1998，115:210-219.
收稿日期：1999-08-03
修回日期：1999-11-26, 百拇医药
单位：戴文森(221009 徐州市第四人民医院)； 骆秉铨(221009 徐州市第四人民医院)； 吴良金(221009 徐州市第四人民医院)
关键词：心肌缺血；组织病理学；心肌波纹状变；缺血预适应；实验
江苏医药000407 摘 要：目的 探讨兔急性心肌缺血时心肌细胞波纹状变的病理学意义及其与缺血预适应的关系。方法 对健康家兔经静脉注入麦角新碱致其冠状动脉痉挛心肌缺血1小时和缺血后再灌注72小时，分别观察心肌缺血1小时和缺血再灌注的心肌组织病理学变化。结果 缺血1小时的兔心肌组织出现典型的有节律性的心肌纤维波纹状变和收缩带形成，其超微结构变化主要为心肌线粒体肿胀、嵴断裂，肌节凝聚和松驰，Ⅰ带缩窄和增宽，但心肌膜结构完整。缺血再灌注72小时的心肌组织变化不明显，近似正常心肌。结论 心肌波纹状变和收缩带形成是急性心肌缺血的早期形态学基础，实验证明该变化是可逆的，提示该变化可能是心肌组织对缺血缺氧的一种功能性反应，并可能与缺血预适应有关。
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Study of myocardial wave-front phenomenon related to ischemia preconditioning in rabbits
DAI Wensen，LUO Bingquan，WU Liangjin.
The Fourth People′s Hospital of Xuzhuo,Xuzhuo 221009
Abstract：Objective In order to study the histopathological significance of myocardial wava-front phenomenon and its relation with ischemia preconditioning in period of myocardial ischemia of rabbits.Methods The coronary artery was spasmed with intravenous perfusing ergotocin for 1 hour and reperfusing 72 hours in rabbits.The morphologic changes of myocardial cell were investigated with light microscope and electron microscope.Results The regular wave-front phenomena and contracted bands of myocardial fibver were found under light microscope.The primary changes of ultrastructures are as follows：accumulation， swelling and crista breaking of mitochondria，myocomma coagulation and relaxation，and constricted or widened Band I，but the myolemma was intact，and necrosis injury of myocardial cell was found in ischemia groups(1 hour).There were not evident characteristic lesions in reperfusion(72 hours) and control groups.Conclusion The results suggest that the wavefront phenomena and myocardial contracted bands are the histopathologic evidence of early ischemia，but these changes are reversible.We believe that these changes may be a functional reaction to ischemia and hypoxia，and it may be related to ischemia preconditioning of myolemma.
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Key words：Myocardial ischemia Histopathology Myocardial wave-front phenomenon Ischemia preconditioning Experiment
急性心肌缺血、心肌梗死的形态学变化已有较多的研究报道，心肌组织的波纹状变被认为是急性心肌缺血的早期形态学指标[1～3]。近年的研究报道[4，5]提出一项新的研究课题，即短暂地心脏缺血、热刺激、有规律地适量饮酒等可激发心肌缺血预适应，从病理生理学的角度认为缺血预适应保护了心肌组织耐受随后发生的长时间的缺血性损伤，但有关缺血预适应的形态学变化，尚未见报道，我们继1988～1990年的研究工作[3]，对缺血预适应的形态学变化进行了初步探讨，现报告如下。
材料和方法
健康家兔26只，雌雄不分，年龄6个月左右，随机分为三组。缺血组16只和再灌注组2只，经耳静脉注入20%乌拉坦麻醉后再静脉注入麦角新碱(0.4 mg/kg)，致其兔的冠状动脉痉挛，维持缺血时间1小时。缺血组16只于实验结束后立即处死，取心脏标本；再灌注组2只静脉注入麦角新碱维持缺血1小时即停用药，自然恢复冠状动脉供血后72小时处死动物，取心脏标本。对照组8只经静脉注入生理盐水代替麦角新碱与缺血组和再灌注组作对照研究。实验中三组均进行心电图监测。
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心脏标本取材为每例均取左、右心室相同部位的全层心肌组织各5块，经10%中性福尔马林固定，石蜡包埋，常规切片HE染色和苏木素碱性复红苦味酸(HBFP)染色，光镜观察。电镜标本为在常规取材的组织块上分别取约0.1 cm×0.1 cm×0.1 cm的心肌组织，经2.5%戊二醛溶液和1%锇酸双固定，618环氧树脂包埋，超薄切片，铀、铅双染色后透射电镜观察其超微结构变化。
结 果
一、心电图改变：缺血组和再灌注组经静脉注入麦角新碱后均显示S-T段上抬或下移0.1mV以上的缺血性改变，对照组无异常心电图改变，再灌注组恢复冠状动脉供血72小时后的心电图变化恢复正常。
二、组织病理学改变：光镜下缺血组心肌表现为明显的嗜酸性染色增强、细胞浊肿和空泡样变性。较为特征性的变化表现为心肌纤维明显的波纹状变和心肌收缩带形成。心肌波纹状变为心肌纤维呈现有节律性地扭曲，波浪状，因此称之为波纹状变，同时有部分心肌或肌节出现节段性的凝聚或收缩，形成了所谓的收缩带，严重的收缩带形成时偶见心肌纤维断裂。电镜下心肌细胞内见有大量肿胀的线粒体，线粒体嵴排列紊乱并有部分嵴断裂缺损，线粒体空泡化。肌节凝聚时Ⅰ带缩窄，肌节松驰时Ⅰ带增宽，但心肌细胞膜均保持完整。再灌注组和对照组光镜下的变化不明显，电镜下仅在再灌注组心肌内有少数残嵴的线粒体。各组心肌组织的形态学变化见表1、附图(封二)。从表中可以看出，缺血组出现显著波纹状变者占62.5%，收缩带形成者占56.3%；再灌注组未见显著波纹状变和收缩带形成；对照组仅有1例出现显著波纹状变和收缩带形成。
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图1 心肌纤维显著皮纹状变(HBFP染×200)
图2 心肌纤维显著皮纹状变同时伴宽大收缩带形成(HBFP染×200)
表1 各组心肌细胞形态学变化的比较(%) 组别
例数
轻微波
纹状变
显著波
纹状变
收缩带
形 成
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心肌嗜酸染色
增强、空泡变性
缺 血
16
6
(37.5)
10
(62.5)
9
(56.3)
16(100.0)
变化明显
再灌注
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2
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(100.0)
0
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少数心肌细
胞轻微改变
对 照
8
5
(62.5)
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1
(12.5)
1
(12.5)
少数心肌细
胞轻微改变
讨 论
急性心肌缺血、心肌梗死的形态学变化光镜下较难辨认，一般认为，心肌嗜酸性染色增强、混浊肿胀、空泡变性可能是心肌缺血或梗死的表现。近年又有研究报道指出，心肌波纹状变和收缩带形成也是心肌缺血的早期形态学指标[1～3]。本实验结果表明，给健康家兔静脉注入麦角新碱所致的急性心肌缺血，组织学上已有明确的病理变化。缺血组的心肌嗜酸性染色增强、空泡样变性和显著的心肌波纹状变以及收缩带形成，电镜下见大量肿胀的线粒体和线粒体空泡化，均提示为心肌缺血性变化，至于上述变化是否有心肌组织的坏死，尚难定论。电镜下观察心肌膜结构均保持完整，但是否存在着心肌细胞的凋亡现象，还有待进一步探讨。
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当缺血再灌注72小时，随着缺血情况的改善和恢复，心肌组织的缺血性变化也基本恢复正常，说明急性缺血所致的心肌波纹状变和收缩带是可逆性变化，波纹状变和收缩带形成是缺血早期的敏感指标。一般认为，缺血再灌往往会加重心肌组织的损伤和增加心肌梗死范围[6]，而本实验表明缺血再灌注后72小时的心肌组织无明显的病理变化。我们认为缺血再灌注后的心肌组织的继续损伤，取决于当初缺血心肌受损的程度和范围，严重的不可逆性损伤可能会造成缺血再灌注后心肌组织损伤范围的扩大。
近年的研究发现，短暂地心脏缺血、热刺激、有规律地适量饮酒等均能引起心肌缺血预适应[4，5]，腺甙、氮氧化物等也能激发和诱导缺血预适应[7～8]。预适应是心肌组织的自身保护性反应，预适应使心肌能耐受随后发生的长时间的缺血性损伤，保护心肌组织，减少心肌梗死范围。至于缺血预适应的形态学基础，研究报道殊少，Shirai等在对培养的人心肌细胞和大隐静脉内皮细胞的模拟缺血预适应和缺血再灌注的研究中发现，预适应保护了缺血和缺血再灌注对心肌细胞的损伤，并且发现预适应对内皮细胞未起保护作用，认为内皮细胞对缺血缺氧更敏感[9]。我们的研究发现急性缺血时较为敏感的反应为心肌纤维的波纹状变和收缩带形成，而缺血再灌注后72小时后波纹状变和收缩带消失，从而提示急性心肌缺血时的心肌波纹状变和收缩带形成可能是心肌组织对缺血缺氧的一种功能性保护性反应，很可能与缺血预适应有关，作为缺血预适应的一种形态学基础，在此提出来讨论。
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实验中我们还发现，缺血时心肌间有大量的毛细血管开放，这有利于缓解和改善心肌缺氧状态，但同时也伴有血管内皮细胞的损伤、血浆和红细胞外渗，提示内皮细胞对缺血缺氧的高敏感性，与Shirai的结果一致。
参考文献：
1，Bouchardy B.Histopathology of early myocardial infarction.A new approach.Am J Pathol, 1974，74∶301-305.
2，Reimer KA，Jennings RB.The “wave-front” phenomenon of myocardial ischemic cell death：Ⅱ transmural progression of necrosis within the framework of ischemic bed size(myocardial at risk) and collateral flow.Lab Invest，1979，40:633-644.
, 百拇医药
3，戴文森，骆秉铨，吴良金，等.实验性急性心肌缺血的早期形态学指标探讨.起搏与心脏，1990，3:136-139.
4，Earb A，Kolodgie FD，Jenkins M，et al.Myocardial infarct extension during reperfusion after coronary artery occlusion：pathologic evidence.JACC，1993，21:1245.
5，陈修，韩启德.心肌缺血预适应研究.国际心脏研究会第16届世界大会简况.中华医学杂志，1998，11:873-875.
6，Miyamae M，Camacho SA，Zhou HZ，et al.Alcohol consumption reduces ischemia-reperfusion injury by species-specific signaling inguinea pigs and rats.Am J physiol,1998,275:H50-56.
, 百拇医药
7，Mecully JD，Ucmatsu M，Parter RA，et al.Adenosine enhanced ischemic preconditioning provides enhanced postieshemic recovery and limitation of infarct size in the rabbits heart.J Thorac Cardiovasc Srug，1998，116:154-162.
8，Takano H，Tang XL，Qiu Y，et al.Nitric oxide donors induce late preconditioning against myocardial stunning and infarction in conscious rabbits via an antioxidant-sensitive mechanism.Circ Res.1998，83:73-84.
9，Shirai T，Rao V，Wciscl RD，et al.Preconditioning human cardiomyocytes and endothelial cells.J Thorac Cardiovasc Surg，1998，115:210-219.
收稿日期：1999-08-03
修回日期：1999-11-26, 百拇医药