碘缺乏和碘过量对大鼠心肌组织结构和电活动的影响

【关键词】碘；甲状腺功能减退症；心电图；组织学

Effectsofiodinedeficiencyandiodineexcessonratmyocardialhistologyandelectricalactivity

【Abstract】AIM:Toobservetheeffectsofiodinedeficiencyandiodineexcessonratmyocardialhistologyandelectricalactivity.METHODS:NinetyWistarratsweredividedinto6groupsatrandom:lowiodine(LI),normaliodine(NI),5foldiodine(5HI),10foldiodine(10HI),50foldiodine(50HI)and100foldiodinegroup(100HI)respectivelyandallfedwithwatercontainingvariousconcentrationsofKIO3.At3and6monthsafteriodineadministration,themedianofurinaryiodinewasmeasured.At6monthsafteriodineadministration,thelevelofthyroidhormone(TH)inserumwasmeasuredbymeansofchemoluminescence.Theelectrocardiogram(ECG),theheartweighttobodyweightratio(H/Bratio)wererecorded.Thehistopathologicalchangesofleftventricularmyocardiumwereobservedwithlightmicroscope.RESULTS:AscomparedwithNIgroups,themedianofurinaryiodineandthelevelofserumTHweredecreased（P<0.001）whereasH/BratiowasincreasedinLIgroup（P<0.001）.Thepathologicalchangesofleftventricleweretheincreasedinnerdiameterofleftventricularcavity,thedecreasedthicknessofleftventricularfreewallandthelocalnecrosis.Inresponsetovariousiodinetreatment,thelevelofurinaryiodinerosesignificantlywithincreasingconcentrationofiodine.AlthoughthelevelofserumTHwasnotsignificantlychangedineachiodinetreatmentgroup,therewasastrongdecreasingtrendforserumTHamongHIgroups.ThelevelsofTT3declinedin10HI［(1.10±0.15)nmol/L］,50HI［(1.10±0.15)nmol/L］and100HI［(1.18±0.15)nmol/L］groupscomparedwithNI［(1.34±0.27)nmol/L］group（P<0.01,P<0.01andP<0.05,respectively）.ThelevelsofTT4wentdownonlyin10HI［(45.60±9.85)nmol/L］and50HI［(45.86±9.79)nmol/L］groupscomparedwithNIgroup［(54.97±11.21)nmol/L］(P<0.05).Inaddition,wavepatterns,intervalsofECG,H/BratioandthehistopathologicalchangesofleftventriclewerenotsignificantlydifferentamonganyHIgroups（P>0.05）.Onlyin5HIand100HIgroups,localmyocardialfibrosisofleftventriclewasfound.CONCLUSION:Iodinedeficiencyandiodineexcesscouldinducehypothyroidisminnormalratsandaffecttheirmyocardialhistologyandelectricalactivity.

【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6mo.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2μg/L，而NI组为345μg/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/100g，较NI组的(0.38±0.02)g/100g，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100HI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）.10，50HI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100HI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（thyroidhormone,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1mo,健康Wistar大鼠90只，体质量120~140g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；40g/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（lowiodine，LI），适碘组（normaliodine，NI），5倍高碘（5highiodine，5HI）组，10倍高碘（10HI）组，50倍高碘（50HI）组和100倍高碘（100HI）组，每组15只.LI组动物饲以碘含量小于50μg/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300μg/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：<1μg/d，NI组：6.15μg/d，5HI组：30.75μg/d，10HI组：61.50μg/d，50HI组：307.50μg/d，100HI组：615μg/d.各组大鼠喂养6mo.

1.2.2尿碘测定大鼠于喂养6mo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6mo后采血，用化学发光方法测定血清总T3(totalT3，TT3)、总T4(totalT4，TT4)、游离T3(freeT3，FT3)、游离T4(freeT4，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1d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50mm/s，定标电压1mV=10mm.

1.2.5心脏的脏器指数大鼠喂养6mo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100g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40g/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SPSS12.0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.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100HI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），10，50HI组血清TT4与NI组差异有统计学意义（P<0.05）；100HI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6mo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50HI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；5HI组7只大鼠（7/10）,100HI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/100g明显高于NI组的(0.38±0.02)g/100g（P<0.001）；5，10，50和100HI组心脏脏器指数分别为(0.36±0.02)g/100g，(0.36±0.03)g/100g，(0.37±0.04)g/100g和(0.41±0.02)g/100g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2μg/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6mo后，各HI组的TH水平均较NI组低，但即使是50和100HI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.5HI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）；100HI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5HI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5HI组部分大鼠，100HI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、TgmRNA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］PachuckiJ,BurmeisterLA,LarsenPR.Thyroidhormoneregulateshyperpolarizationactivatedcyclicnucleotidegatedchannel(HCN2)mRNAintheratheart［J］.CricRes,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］BrentGA.Themolecularbasisofthyroidhormoneaction［J］.NEnglJMed,1994,331(13):847-854.

［8］VinzioS,MorelO,SchliengerJL,etal.Cellularmechanismsofthyroidhormoneaction［J］.PressMed,2005,34:1147-1152.

［9］KahalyGJ,DillmannWH.Thyroidhormoneactionintheheart［J］.EndocrRev,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］ChongW,ShanZY,SunW,etal.Multivariateanalysisofrelationshipsbetweeniodinebiologicalexposureandsubclinicalthyroiddysfunctions［J］.ChinMedSciJ,2005,20(3):202-205.