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.

Add to citation manager EndNote|Ris|BibTeX

URL: http://www.fyxzz.cn/EN/10.12116/j.issn.1004-5619.2022.421007

http://www.fyxzz.cn/EN/Y2024/V40/I5/439

Figures/Tables 9

References 30

1	SHAN H P， YANG X H， ZHAN X L， et al. Overwork is a silent killer of Chinese doctors： A review of Karoshi in China 2013—2015[J]. Public Health，2017，147：98-100. doi：10.1016/j.puhe.2017.02.014 .
2	YANG C， CHEN Z L， CHEN L Y. Overwork-induced sudden death： A sword of damocles hanging over Chinese medical staff[J]. Iran J Public Health，2020，49（2）：392-393.
3	朱煜. 新冠疫情中工伤认定问题的法律探析[J].喀什大学学报，2021，42（2）：34-37，44. doi：10.13933/j.cnki.2096-2134.2021.02.07 .
	ZHU Y. Legal analysis on the identification of work-related injuries in COVID-19 epidemic[J]. Kashi Daxue Xuebao，2021，42（2）：34-37，44.
4	杜星慧. 劳动过程视角下程序员过劳问题研究及对社会工作介入的启示——以某市A互联网公司为例[D].北京：首都经济贸易大学，2020.
	DU X H. Research on Programmer overwork from the perspective of labor process and its implications for social work intervention — A case study of A Internet company[D]. Beijing： Capital University of Economics and Business，2020.
5	YANG Z C， YANG B， LI J. Perspectives on compensation and legislation of death due to work overload — Karoshi[J]. QJM，2015，108（4）：349-350. doi：10.1093/qjmed/hcu207 .
6	YANG C， CHEN Z L， CHEN L Y， et al. Burnout in healthcare： A sign of death by overwork for doctors in China[J]. BMJ，2019，366：l5582. doi：10.1136/bmj.l5582 .
7	孙传玲. 我国“过劳死”工伤认定问题研究[D].南宁：广西大学，2017.
	SUN C L. The research on Karoshi identification of work-related injury[D]. Nanning： Guangxi University，2017.
8	杨博帆，史婧卓，李晶，等. 大鼠过劳模型心脏Cx43和Cx45的表达[J].法医学杂志，2019，35（5）：567-571. doi：10.12116/j.issn.1004-5619.2019.05.010 .
	YANG B F， SHI J Z， LI J， et al. Expression of Cx43 and Cx45 in cardiomyocytes of an overworked rat model[J]. Fayixue Zazhi，2019，35（5）：567-571.
9	XIAO N， YANG B F， SHI J Z， et al. Karoshi may be a consequence of overwork-related malignant arrhythmia[J]. Med Sci Monit，2019，25：357-364. doi：10.12659/MSM.911685 .
10	徐文，钱钰，殷劲. 过度疲劳状态模型大鼠心脏功能及心肌细胞凋亡调控因子的变化[J].中国组织工程研究，2019，23（19）：3074-3079. doi：10.3969/j.issn.2095-4344.1253 .
	XU W， QIAN Y， YIN J. Changes of cardiac function and myocardial apoptosis regulatory factors in rat models of excessive fatigue[J]. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu，2019，23（19）：3074-3079.
11	靳思楠. 我国“过劳死”工伤认定问题立法研究[D].上海：上海师范大学，2021.
	JIN S N. Legislative research on the identification of work-related injury caused by overwork in China[D]. Shanghai： Shanghai Normal University，2021.
12	杨博帆，史婧卓，李倩璟. 过劳死的概念、现状及法医病理学思考[J].法医学杂志，2019，35（4）：455-458. doi：10.12116/j.issn.1004-5619.2019.04.015 .
	YANG B F， SHI J Z， LI Q J. The concept， current situation， and forensic pathological thinking of death from overexertion[J]. Fayixue Zazhi，2019，35（4）：455-458.
13	李玉萍，黄少惠，靳文. 疲劳型亚健康大鼠模型的构建[J].中国组织工程研究，2012，16（7）：1225-1228. doi：10.3969/j.issn.1673-8225.2012.07.020 .
	LI Y P， HUANG S H， JIN W. Construction of a sub-health fatigue rat model[J]. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu，2012，16（7）：1225-1228.
14	刘睿，郝云涛，乌兰，等. 核桃低聚肽对亚健康疲劳大鼠的影响[J].中国食物与营养，2019，25（12）：59-64. doi：10.19870/j.cnki.11-3716/ts.2019.12.012 .
	LIU R， HAO Y T， WU L， et al. Effect of walnut oligopeptide on sub-health fatigue rats[J]. Zhongguo Shiwu Yu Yingyang，2019，25（12）：59-64.
15	MIZOKAWA S， TANAKA M， MATSUMURA A， et al. Recovery from fatigue： Changes in local brain 2-[¹⁸F]fluoro-2-deoxy-D-glucose utilization measured by autoradiography and in brain monoamine levels of rat[J]. Neurosci Lett，2003，353（3）：169-172. doi：10.1016/j.neulet.2003.09.040 .
16	ZHANG W， ZHANG W， DAI N， et al. A rat model of central fatigue using a modified multiple platform method[J]. J Vis Exp，2018，138：57362. doi：10.3791/57362 .
17	王纯雨. 大鼠力竭性运动后不同时相心肌结构及心电图动态变化的研究[D].济南：山东师范大学，2010.
	WANG C Y. Study on dynamic changes of myocardial structure and electrocardiogram at different stages after exhaustive exercise in rats[D]. Jinan： Shandong Normal University，2010.
18	MURATSUBAKI T, HATTORI T, LI J， et al. Relationship between job stress and hypo-high-density lipoproteinemia of Chinese workers in Shanghai： The Rosai Karoshi study[J]. Chin Med J （Engl），2016，129（20）：2409-2415. doi：10.4103/0366-6999.191750 .
19	ROWE W J. Extraordinary unremitting endurance exercise and permanent injury to normal heart[J]. Lancet，1992，340（8821）：712-714. doi：10.1016/0140-6736（92）92243-9 .
20	ZHONG Z， JONES S， THURMAN R G. Glycine minimizes reperfusion injury in a low-flow， reflow liver perfusion model in the rat[J]. Am J Physiol，1996，270（2 Pt 1）：G332-G338. doi：10.1152/ajpgi.1996 .
270	2.G332.
21	查锡良，药立波. 生物化学与分子生物学[M]. 8版. 北京：人民卫生出版社，2013：212-213.
	ZHA X L， YAO L B. Biochemistry and molecular biology[M]. 8th ed. Beijing： People’s Medical Publishing House，2013：212-213.
22	曲静，陈祖学. 大学生运动员过度训练的诊断及其防治[J].科技视界，2012（24）：127-128，384. doi：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2012.24.052 .
	QU J， CHEN Z X. Diagnosis and prevention of overtraining of college athletes[J]. Keji Shijie，2012（24）：127-128，384.
23	乔伋. 急性体力负荷过度[J].冰雪运动，1981，3（12）：27-30，24.
	QIAO J. Acute physical overload[J]. Bingxue Yundong，1981，3（12）：27-30，24.
24	LEHMANN M J， LORMES W， OPITZ-GRESS A， et al. Training and overtraining： An overview and experimental results in endurance sports[J]. J Sports Med Phys Fitness，1997，37（1）：7-17.
25	房芳. 过度训练后大鼠心肌损伤及磷酸肌酸钠对其影响的研究[D].石家庄：河北师范大学，2008.
	FANG F. Study on myocardial injury after overtraining in rats and the effect of creatine phosphate sodium on it[D]. Shijiazhuang： Hebei Normal University，2008.
26	田中，康凯. 过度训练的生化诊断[J].山东体育科技，2001，23（3）：27-28. doi：10.14105/j.cnki.1009-9840.2001.03.011 .
	TIAN Z， KANG K. Biochemical diagnosis of overtraining[J]. Shandong Tiyu Keji，2001，23（3）：27-28.
27	何婷. 耐力性运动员超声心动图及心率变异性特征的实验研究[D].西安：西安体育学院，2013.
	HE T. Experimental study on the characteristics of echocardiography and heart rate variability of endurance athletes[D]. Xi’an： Xi’an Physical Education University，2013.
28	LUO J M， CHEN G， WEI L， et al. Severe diffuse axon injury in chronic alcoholic rat medulla oblongata following a concussion blow[J]. Alcohol Alcohol，2014，49（3）：231-237. doi：10.1093/alcalc/agu009 .
29	李雪，袁琼嘉，熊若虹，等. 过度训练大鼠大脑微血管超微结构和三维构筑变化[J].中国运动医学杂志，2007，26（2）：219-221，241. doi：10.16038/j.1000-6710.2007.02.023 .
	LI X， YUAN Q J， XIONG R H， et al. Changes of ultrastructure and three-dimensional architecture of cerebral microvascular in overtraining rats[J]. Zhongguo Yundong Yixue Zazhi，2007，26（2）：219-221，241.
30	毛彦辉，于晓军，王海鹏，等. 脑-颈髓轴索损伤的解剖和取材新方法及其应用[J].中国法医学杂志，2020，35（6）：642-646. doi：10.13618/j.issn.1001-5728.2020.06.017 .
	MAO Y H， YU X J， WANG H P， et al. A new method of anatomy and sampling of brain-cervical spinal cord axonal injury and its application[J]. Zhongguo Fayixue Zazhi，2020，35（6）：642-646.

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）