【www.tuzhexing.com--医学类】
作者： 刘桂芝，张朝，吴逸明，叶振坤，陈祖培，阎玉芹
【关键词】 碘；甲状腺功能减退症；心电图；组织学
Effects of iodine deficiency and iodine excess on rat myocardial histology and electrical activity
【Abstract】 AIM: To observe the effects of iodine deficiency and iodine excess on rat myocardial histology and electrical activity. METHODS: Ninety Wistar rats were divided into 6 groups at random: low iodine (LI), normal iodine (NI), 5fold iodine (5HI), 10fold iodine (10HI), 50fold iodine (50HI) and 100fold iodine group (100HI) respectively and all fed with water containing various concentrations of KIO3. At 3 and 6 months after iodine administration, the median of urinary iodine was measured. At 6 months after iodine administration, the level of thyroid hormone (TH) in serum was measured by means of chemoluminescence. The electrocardiogram (ECG), the heart weight to body weight ratio (H/B ratio) were recorded. The histopathological changes of left ventricular myocardium were observed with light microscope. RESULTS: As compared with NI groups, the median of urinary iodine and the level of serum TH were decreased （P<0.001） whereas H/B ratio was increased in LI group （P<0.001）. The pathological changes of left ventricle were the increased inner diameter of left ventricular cavity, the decreased thickness of left ventricular free wall and the local necrosis. In response to various iodine treatment, the level of urinary iodine rose significantly with increasing concentration of iodine. Although the level of serum TH was not significantly changed in each iodine treatment group, there was a strong decreasing trend for serum TH among HI groups. The levels of TT3 declined in 10HI ［(1.10±0.15) nmol/L］, 50HI ［(1.10±0.15) nmol/L］ and 100HI ［(1.18±0.15) nmol/L］ groups compared with NI ［(1.34±0.27) nmol/L］ group （P<0.01, P<0.01 and P<0.05, respectively）. The levels of TT4 went down only in 10HI ［(45.60±9.85) nmol/L］ and 50HI ［(45.86±9.79) nmol/L］ groups compared with NI group ［(54.97±11.21) nmol/L］ (P<0.0 05). In addition, wave patterns, intervals of ECG, H/B ratio and the histopathological changes of left ventricle were not significantly different among any HI groups （P>0.05）. Only in 5HI and 100HI groups, local myocardial fibrosis of left ventricle was found. CONCLUSION: Iodine deficiency and iodine excess could induce hypothyroidism in normal rats and affect their myocardial histology and electrical activity.
【Keywords】 iodine; hypothyroidism; electrocardiogram; histology
【摘要】 目的：观察长期碘缺乏和碘过量对大鼠心肌组织结构和电活动的影响. 方法：90只Wistar大鼠随机分为低碘(LI)饮食、适碘(NI)饮食和5，10，50，100倍高碘(HI)饮食6个组，每组15只. 饲养6 mo. 测定大鼠尿碘中位数，血清甲状腺激素（TH）水平，记录大鼠心电图，心脏脏器指数，光镜下观察左心室心肌的病理改变. 结果：与NI组相比，LI组尿碘始终低于2 μg/L，而NI组为345 μg/L，碘的排泄量维持在极低的水平，血清TT4， FT4， TT3， FT3分别降至(14.88±5.34) nmol/L， (0.10±0.07) pmol/L， (1.10±0.25) nmol/L， (2.10±0.55) pmol/L，而NI组TT4， FT4， TT3， FT3分别为(54.97±11.21) nmol/L，(30.11±4.20) pmol/L， (1.34±0.27) nmol/L，(5.47±1.21) pmol/L，两组差别有统计学意义（P<0.01）. 心脏脏器指数增至(0.48±0.04) g/100 g，较NI组的(0.38±0.02) g/100 g，差别有统计学意义（P<0.01）；基本病理改变为左室心腔扩大，室壁变薄，心肌变性和局灶性坏死. 各HI组大鼠尿碘水平显著增加，增加的幅度与碘摄入量的倍数基本平行；血清TH水平较NI组有下降趋势，10，50和100 HI组血清TT3分别为(1.10±0.15) nmol/L，(1.10±0.15) nmol/L，(1.18±0.15) nmol/L与NI组(1.34±0.27) nmol/L比较差异有统计学意义（P<0.01, P<0.01和P<0.05）. 10，50 HI组血清TT4分别为(45.60±9.85) nmol/L，(45.86±9.79) nmol/L与NI组(54.97±11.21) nmol/L比较也有降低（P<0.05）. 心电图各波段、心脏脏器指数与NI组之间差异无统计学意义（P>0.05）. 各HI组大鼠心脏的大体形态与正常组无明显差别，5和100 HI组大鼠心脏有局灶性间质纤维化. 结论：碘缺乏和碘过量均导致健康Wistar大鼠甲状腺机能低减(甲减)，进而影响心肌的组织结构和电活动.
【关键词】 碘；甲状腺功能减退症；心电图；组织学
碘是机体所必需的微量元素，机体碘缺乏和严重碘过量主要危及甲状腺和神经系统，这也是近年来国内外研究的热点［1-2］. 心脏是受血清甲状腺激素（thyroid hormone,TH）调节的重要靶器官之一，国内外学者或采用TH直接干预动物，或通过对临床甲状腺机能亢进（甲亢）及甲减患者的观察性研究发现，TH过量或不足主要导致心律失常、心室肥大及变性［3-5］. 长期处于不同碘营养水平对心脏产生何种影响，少见文献报道. 本研究拟在复制碘缺乏和不同水平碘过量的大鼠动物模型的基础上，观察长期碘缺乏或碘过量对心肌组织结构及其电活动的影响.
1材料和方法
1.1材料断乳后1 mo,健康Wistar大鼠90只，体质量120~140 g购自北京实验动物研究中心，属SPF/VAF级动物，雌雄各半. 室内饲养，室温24℃~28℃，自然昼夜节律. KIO3分析纯购自天津市化学试剂三厂；40 g/L中性甲醛液由郑州大学公共卫生学院毒理学教研室实验室自行配制；切片石蜡为上海标本模型厂产品.
1.2方法
1.2.1 实验动物分组将大鼠随机分为6组：低碘组（low iodine，LI），适碘组（normal iodine，NI），5倍高碘（5 high iodine，5 HI）组，10倍高碘（10 HI）组，50倍高碘（50 HI）组和100倍高碘（100 HI）组，每组15只. LI组动物饲以碘含量小于50 μg/kg的低碘饲料，饮用去离子水；NI组和4个HI组大鼠饲以平均碘含量为300 μg/kg的正常大鼠饲料，NI组饮用自来水，4个HI组饮用含不同剂量碘酸钾的自来水. 根据大鼠每日进食量和饮水量计算6组大鼠每日总碘摄入量分别为：LI组：<1 μg/d，NI组：6.15 μg/d，5 HI组：30.75 μg/d，10 HI组：61.50 μg/d，50 HI组：307.50 μg/d，100 HI组：615 μg/d. 各组大鼠喂养6 mo.
1.2.2尿碘测定大鼠于喂养6 mo时用代谢笼收集尿液，尿碘采用过硫酸铵消化砷铈催化分光光度测定.
1.2.3血清甲状腺激素的测定大鼠喂养6 mo后采血，用化学发光方法测定血清总T3(total T3，TT3)、总T4(total T4，TT4)、游离T3(free T3，FT3)、游离T4(free T4，FT4)浓度.
1.2.4心电图描记除LI组外（本组大鼠瘦小、体弱，麻醉易死亡而影响后续试验，所以，没有描记心电图），各HI组随机抽取4只大鼠，于处死前1 d乙醚麻醉，针状电极刺入大鼠上下肢内侧皮下，用日本光电6511型心电图机记录肢体导联心电图；走纸速度50 mm/s，定标电压1 mV=10 mm.
1.2.5心脏的脏器指数大鼠喂养6 mo后，称质量，股动脉放血处死动物，迅速摘取心脏. 使用1/100电子天平称大鼠质量，1/1000电子天平称心脏质量，计算心脏的脏器指数（脏器湿重与单位体质量的比值，以100 g体质量计［6］）.
1.2.6心脏病理标本的制备与观察大鼠处死后，立即解剖摘取心脏，生理盐水冲洗，小心的沿房室分隔及室间隔处剔除心房和右心室游离壁，保留室间隔及左心室，置于40 g/L甲醛液中固定，常规石蜡包埋，切片后行HE染色，光镜下观察.
统计学处理：应用SPSS 12.0统计软件进行统计分析. 对数值变量，首先作正态性和方差齐性检验，符合正态分布和方差齐性的作单因素方差分析，多重比较采用LSD法分析；不符合正态分布和方差齐性的作非参数检验中的KruskalWallis检验进行不同组间差异的分析. 各组结果若为正态分布以x±s表示，若为偏态分布以中位数(四分位数间距)表示. 取α=0.05为显著性检验水准.
论文参考网
2结果
2.1尿碘水平LI组大鼠尿碘中位数为1.32(1.59, 0.76) μg/L，显著低于NI组的尿碘水平381.72(527.59, 158.43) μg/L (P<0.01)，所有HI组大鼠尿碘随碘摄入量的增加而增加，增加的幅度与碘摄入量的倍数（5，10，50，100倍）基本一致，与NI组差异有统计学意义(P<0.01,表1).表1碘处理后各组大鼠尿碘水平测定
2.2血清TH水平检测结果显示：LI组血清TH水平均显著低于NI组（P<0.01）； 各HI组血清TT3，TT4均低于NI组且呈逐渐下降趋势，10，50和100 HI组血清TT3与NI组比较差异有统计学意义（P<0.01，P<0.01和P<0.05），10，50 HI组血清TT4与NI组差异有统计学意义（P<0.05）；100 HI组血清FT4略高于NI组（P<0.05，表2）.2各组大鼠血清甲状腺激素水平比较
2.3病理形态学观察不同水平碘干预6 mo后，肉眼观察可见：NI组心脏形态好，心腔大小及室壁厚度适中；各HI组心脏的大体形态和NI组无明显差别；LI组心脏心尖圆钝，形状饱满，左心室腔有扩大，室壁变薄. 光镜下观察可见：NI组，10和50 HI组心肌纤维横纹清楚，排列规整，染色均匀，胞核结构清晰，大小均一，心肌纤维间或血管周围仅有少量的胶原纤维；5 HI组7只大鼠（7/10）,100 HI组2只大鼠（2/10）心肌纤维灶性排列紊乱，心肌细胞间隙增宽，可见大量增生的梭形细胞及丝状的胶原纤维，其间散在有少量的单核细胞和淋巴细胞浸润；LI组大鼠心肌呈多灶性坏死，坏死灶内心肌细胞肌原纤维溶解，胞核消失，残存的心肌胞浆疏松，并可见空泡变性和颗粒变性图1各组大鼠心肌光镜下病理形态学变化
2.4心脏脏器指数及心电图表现LI组心脏脏器指数为(0.48±0.04) g/100 g明显高于 NI组的(0.38±0.02) g/100 g（P<0.001）；5，10，50和100 HI组心脏脏器指数分别为(0.36±0.02) g/100 g， (0.36±0.03) g/100 g， (0.37±0.04) g/100 g和(0.41±0.02) g/100 g与NI组之间差异无统计学意义（P>0.05）. 各HI组大鼠心电图心率，PR间期，QRS峰值电压各组间差别无统计学意义（P>0.05）.
3讨论
碘是机体合成TH所必需的微量元素，TH主要是三碘甲腺原氨酸(triiodothyronine, T3)借助于特异的T3转运蛋白作用于心脏，通过核内（调节靶基因的转录）和核外（影响心肌细胞酶系和受体的功能）两条主要途径影响心肌的结构和功能［7-9］.
本组结果显示：LI组大鼠在长达半年的实验周期内尿碘始终低于2 μg/L，碘的排泄量维持在极低的水平；血清TT4，FT4，TT3，FT3均显著低于NI组；心脏脏器指数明显增大；心腔扩大，室壁变薄，心肌纤维变性和局灶性坏死. 此结果表明：长期低碘摄入，大鼠尽管通过竭力减少尿碘排泄量来维持机体内碘的水平，但由于碘摄入严重不足，TH合成和分泌减少，出现明显且较严重的甲减，大鼠生长发育缓慢，心肌细胞内Na+/K+ATP酶和清除粘多糖酶系活性障碍，心肌细胞间质粘蛋白多糖沉积，肌细胞肿胀缺血、变性坏死，肌浆膜纤维断裂，间有空泡或进行性间质水肿［10］. 尽管大鼠心室壁变薄，但因心腔扩大，大鼠体质量减轻，心脏脏器指数却明显增大并伴心肌纤维变性和局灶性坏死.
各HI组大鼠尿碘水平显著增加，增加的幅度与碘摄入量的倍数基本平行；长期高碘摄入6 mo后，各HI组的TH水平均较NI组低，但即使是50和100 HI组，血清TH也只略低于正常组，仍远未达到LI组的甲减水平；各HI组大鼠心率、心电图各波段、心脏脏器指数及心脏的大体形态均接近正常. 5 HI组有7只大鼠心脏出现局灶性间质纤维化，占本组的70%（7/10）；100 HI组2例有局灶性间质纤维化，占本组的20%（2/10），其系动物个体差异，还是大鼠对5 HI更敏感，尚待进一步研究. 过量碘摄入，大鼠主要通过增加尿碘排泄量来维持机体内碘的平衡，但长期碘过量致本组健康Wistar大鼠甲减，与文献报道一致［3,11］. 因甲减轻微，大鼠心脏尚未发生大体形态学以及电学方面的改变，仅5 HI组部分大鼠，100 HI组个别大鼠出现了局灶性心肌纤维化. 这一方面反映了长期严重碘过量仍可能影响心肌的组织结构，另一方面也反映了Wistar大鼠对碘过量的适应代偿能力较强，而呈现出较强的耐受性，同时也反映了碘缺乏要远远大于碘过量对机体的损害.
【参考文献】
［1］ 高天舒, 滕卫平. 轻中度碘过量对碘缺乏大鼠甲状腺功能和形态的影响［J］. 中华内分泌代谢杂志, 2004, 20(4): 353-356.
［2］ 聂秀玲，林来祥，叶振坤, 等. 高碘对大鼠甲状腺TPO、Tg mRNA表达及血清甲状腺激素的影响［J］. 中国地方病学杂志, 2005, 24(3): 258-261.
［3］ Pachucki J, Burmeister LA, Larsen PR. Thyroid hormone regulates hyperpolarizationactivated cyclic nucleotidegated channel(HCN2) mRNA in the rat heart［J］. Cric Res, 1999,85: 498-503.
［4］ 王青平, 张江甲, 杨毅勇, 等. 甲状腺机能亢进症并发甲状腺机能亢进性心脏病相关因素分析［J］. 中国地方病防治杂志, 2005, 20(4):255-256.
［5］ 李中言, 于东汇, 杨劲松, 等. 甲减性心脏病患者心率变异性的临床研究［J］. 吉林医药学院学报, 2006, 27(1): 4-5.
［6］ 苗明三. 实验动物和动物实验技术［M］. 北京: 中国中医药出版社, 1997: 162.
［7］ Brent GA. The molecular basis of thyroid hormone action［J］. N Engl J Med, 1994, 331(13): 847-854.
［8］ Vinzio S, Morel O, Schlienger JL, et al. Cellular mechanisms of thyroid hormone action［J］. Press Med, 2005, 34: 1147-1152.
［9］ Kahaly GJ, Dillmann WH. Thyroid hormone action in the heart［J］. Endocr Rev, 2005, 26(5): 704-728.
［10］ 余美红. 甲减性心脏病的临床表现［J］. 医学理论与实践, 2004, 17(11): 1264-1265.
［11］ Chong W, Shan ZY, Sun W, et al. Multivariate analysis of relationships between iodine biological exposure and subclinical thyroid dysfunctions［J］. Chin Med Sci J, 2005, 20(3): 202-205.