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

doi:10.12116/j.issn.1004-5619.2022.421007

Abstract

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

CLC Number:

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.

Figures/Tables 9

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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）

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）

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）

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）

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）