大鼠急性过劳死模型的建立及其代谢-功能-形态学变化

doi:10.12116/j.issn.1004-5619.2022.421007

法医学杂志 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (5): 439-446.DOI: 10.12116/j.issn.1004-5619.2022.421007

大鼠急性过劳死模型的建立及其代谢-功能-形态学变化

刘霞¹^,²(), 李嘉敏¹^,³, 郑永霞¹^,⁴, 肖旭东¹, 于晓军¹()

^1.汕头大学医学院法医学教研室汕头大学司法鉴定中心，广东汕头 515041
^2.成都市公安局青白江分局，四川成都 610300
^3.香港大学深圳医院，广东深圳 518000
^4.嘉兴学院医学院，浙江嘉兴 314001

收稿日期:2022-10-28 发布日期:2025-02-11 出版日期:2024-10-25
通讯作者: 于晓军
作者简介:刘霞（1997—），女，硕士研究生，主要从事法医病理学和法医临床学科研及鉴定；E-mail：1050077962@qq.com
基金资助:
2018年度第三批医疗卫生科技计划项目(汕府科[2018] 155号);2017年度国家级大学生创新训练项目(201710560035);“十二五”国家科技支撑计划子课题项目(2012BAK02B02);国家自然科学基金项目(81072508)

Establishment of an Acute Karoshi Rat Model and Its Metabolic， Functional and Morphological Changes

Xia LIU¹^,²(), Jia-min LI¹^,³, Yong-xia ZHENG¹^,⁴, Xu-dong XIAO¹, Xiao-jun YU¹()

^1.Medicolegal Department of Shantou University Medical College, Judicial Expertise Center of Shantou University, Shantou 515041, Guangdong Province, China
^2.Qingbaijiang Branch of Chengdu Public Security Bureau, Chengdu 610300, China
^3.The University of Hong Kong - Shenzhen Hospital, Shenzhen 518000, Guangdong Province, China
^4.Medical College of Jiaxing University, Jiaxing 314001, Zhejiang Province, China

Received:2022-10-28 Online:2025-02-11 Published:2024-10-25
Contact: Xiao-jun YU

摘要/Abstract

摘要：

目的探讨急性过劳死的发生和死亡机制及其法医学鉴定。方法将SD大鼠随机分为对照组15只和实验组45只（急性过劳死组、过劳存活组），建立负重力竭游泳合并睡眠剥夺的重度疲劳模型，记录行为、饮食、体质量、呼吸、心电图、超声心动图观察生理功能。死后解剖取材，HE染色观察病理形态，GC-MS检测血清、心肌、肝物质代谢的变化。结果实验组大鼠死亡率达33.3%。心肌中氨基丁酸、花生四烯酸含量降低；血清中尿素含量降低，蛋氨酸和苯丙氨酸含量升高；肝组织中，组氨酸等氨基酸含量升高；血生化丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶、肌酸激酶、肌酸激酶同工酶等升高，葡萄糖和尿酸降低；血清及心、肝组织等能量代谢通路扰动；3 d后实验组大鼠出现心电传导阻滞、室性心律失常。急性过劳死组大鼠出现心室颤动和扑动；超声心动图示射血分数、左心室短轴缩短率下降；心肌颗粒性肿胀、肌质凝集，脑干暗神经元增多；血清尿素、蛋氨酸、苯丙氨酸差异代谢物变化的组合与过劳高度相关，确诊率达90.6%。结论急性过劳死可引发多器官代谢-功能-形态联动性变化，死亡机制可能为全身多器官功能失调，特别是中枢性衰竭和心脏性猝死。

关键词: 法医病理学, 过劳死, 代谢-功能-形态联动, 死亡机制, 大鼠

Abstract:

Objective To investigate the occurrence and mechanism of acute Karoshi and explore its forensic identification. Methods SD rats were divided into the control group （n=15） and experimental groups （n=45, acute Karoshi group and overwork survival group）. A severe fatigue model was established by combining forced swimming under load to exhaustion and sleep deprivation. Their daily activities, diets, weight, respiratory functions, electrocardiogram and echocardiography were recorded. After the rats were sacrificed, samples were collected at autopsies. HE staining was used to observe the pathological morphology, and GC-MS was used to detect the changes of substance metabolism in serum, myocardium and liver. Results The mortality rate of the experimental group was 33.3%. There were decreases of aminobutyric acid and arachidonic acid in myocardium tissues, decreases of urea and increases of methionine and phenylalanine in serum. In liver tissues, the content of amino acids sush as histidine increased. The blood biochemical testing showed increases of alanine aminotransferase, aspartate aminotransferase, creatine kinase and creatine kinase isoenzymes and decreases of glucose and uric acid. There were interferences of energy metabolism pathways in serum, heart, and liver tissues. After three days, the experimental group developed cardiac conduction block and ventricular arrhythmia. Ventricular fibrillation and ventricular flutter appeared in acute Karoshi group. Echocardiogram showed ejection fraction and left ventricular short axis shortening rate decreased. The histological examination showed granular swelling and sarcoplasmic condensation in myocardium and increased dark neurons in the brain stem. The combination of differential metabolites of serum urea, methionine and phenylalanine was highly correlated with Karoshi with a diagnostic rate of 90.6%. Conclusion Acute Karoshi can trigger a cascade reaction of metabolic, functional and morphological changes. The mechanism of death, especially central failure and sudden cardiac death, may be associated with multi-organ failure.

Key words: forensic pathology, Karoshi, metabolic-functional-morphological linkage, death mechanism, rats

中图分类号:

刘霞, 李嘉敏, 郑永霞, 肖旭东, 于晓军. 大鼠急性过劳死模型的建立及其代谢-功能-形态学变化[J]. 法医学杂志, 2024, 40(5): 439-446.

Xia LIU, Jia-min LI, Yong-xia ZHENG, Xu-dong XIAO, Xiao-jun YU. Establishment of an Acute Karoshi Rat Model and Its Metabolic， Functional and Morphological Changes[J]. Journal of Forensic Medicine, 2024, 40(5): 439-446.

图/表 9

表1 各组大鼠实验前后的体质量变化 (x¯±s，g)

Tab. 1 Weight changes of rats in each groupbefore and after the experiment

组别	n	实验前	实验第7天
对照	15	297.56±8.50	315.11±14.95
急性过劳死	15	295.67±9.04	273.93±11.07^1）
过劳存活	30	294.80±5.96	275.10±7.81^1）

图1 心电图和呼吸检测选取各组具有代表性（或接近中位数）的值。

Fig. 1 Electrocardiogram and respiratory monitoring

表2 各组大鼠超声心动图数据统计 (n=5，x¯±s)

Tab. 2 Echocardiography data of rats in each group

指标	对照组	实验第3天	实验第5天
射血分数/%	87.67±7.51	67.54±9.52^1）	56.11±8.41^1）
左心室短轴缩短率/%	58.23±5.32	36.09±7.14^1）	29.21±5.63^1）
舒张末期左心室质量指数/（g·m^-2）	774.76±14.37	788.67±21.86^1）	809.96±68.39^1）
收缩期左心室容积/μL	19.41±2.37	23.70±4.92^1）	42.80±6.78^1）

表3 各组大鼠血清生化指标 (n=8，x¯±s)

Tab. 3 Serum biochemical indexes of rats in each group

指标	对照组	急性过劳死组	过劳存活组
丙氨酸转氨酶/（U·L^-1）	38.20±4.97	92.20±3.96^1）	88.00±6.48^1）
天冬氨酸转氨酶/（U·L^-1）	79.20±4.32	346.00±47.60^1）	239.80±21.94^1）
丙氨酸转氨酶/天冬氨酸转氨酶	0.48±0.07	0.27±0.04^1）	0.37±0.02^1）
C反应蛋白/（mg·L^-1）	0.38±0.19	0.40±0.20	0.44±0.19
尿素/（mmol·L^-1）	2.16±0.56	18.77±3.14^1）	17.03±5.38^1）
尿酸/（μmol·L^-1）	285.00±132.86	194.20±14.17^1）	163.00±23.89^1）
葡萄糖/（mmol·L^-1）	10.68±0.74	8.57±0.47^1）	7.86±0.60^1）
肌酸激酶/（U·L^-1）	809.40±38.05	4 604.20±230.26^1）	5 866.40±263.14^1）
肌酸激酶同工酶/（U·L^-1）	118.20±7.66	452.40±110.23^1）	710.80±21.15^1）
乳酸脱氢酶/（U·L^-1）	316.00±56.05	686.20±25.36^1）	757.40±154.28^1）

图2 急性过劳死组大鼠的组织病理学改变（HE×40）A：脑干；B：左心室心肌。

Fig. 2 Histopathological changes of rats in acute Karoshi group （HE×40）

图3 心肌SIMCA分析结果A：PCA图；B：PLS-DA散点得分图，绿色表示过劳存活组，蓝色表示急性过劳死组；C：响应排序检验图。

Fig. 3 Results of myocardial SIMCA analysis

图4 心肌部分代谢通路图左侧纵向数字代表碳原子个数，横向数字代表双键数量，方框内数字代表EC编号［酶学委员会（Enzyme Commission）为酶所制作的一套编号分类方法］。圆圈代表代谢物。带箭头的线条：绿色代表通路激活的方向（产物多于代谢物），黑色代表通路未激活。

Fig. 4 Partial metabolic pathway diagram of myocardium

图5 共同诊断潜能物质的层状聚类分析树

Fig. 5 Layered clustering analysis tree ofcommon diagnostic potential substances

图6 血清中16种具相同趋势的共同差异脂质的热图图中同一列代表同一组平均值比例，同一行代表同一差异代谢物。每一行代表某种代谢物的平均值在该组中与相应对照组的比例，不同颜色代表不同比例。绿色代表该样品中该物质在该组的相对含量比对照组低，反之，红色代表高。

Fig. 6 Heat map of 16 common differential lipidswith the same trend in serum

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大鼠急性过劳死模型的建立及其代谢-功能-形态学变化

Establishment of an Acute Karoshi Rat Model and Its Metabolic， Functional and Morphological Changes

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