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背景和目的：
近年来，过劳死的发生率逐年增多，常见于35-55岁青壮年上班族人群，亦时有马拉松长跑和足球运动员参赛过程中突然猝死。过劳死的具体病因及其死亡机理尚未十分清楚，少数死者尸检证实存在轻度心脏病等其他疾病情况。WHO已将慢性过劳作为一类亚健康状态，日本已将慢性过劳死作为劳动法保障的职业病范畴。但是，目前急性过劳死的研究，尚未见公认的可参考的标准动物模型。本研究拟建立模拟人类过度体力疲劳和睡眠减少的大鼠过劳及其急性死亡模型，通过代谢组学（GC-MS检测血清和脑、心、肝、肾、脾等器官组织的差异性代谢物及其标志物）、行为学（活动、激惹、反应、饮食）、生理学（体重、体温、心电、呼吸、超声心动）、形态学（脑、心、肺、肝、肾、脾、胃组织病理变化）相关指标的观测，分析活体的和尸检的重要器官组织的代谢-功能-形态三方面变化及其内在关联，探讨过劳死的发生和死亡机理，期望发现法医学鉴定急性过劳死的客观证据，同时，为过劳及其死亡的劳动保护、临床预治等提供相关科学依据。
材料与方法：
1、急性过劳模型：雄性SD大鼠，250~300g，随机分实验组、对照组（C），实验组力竭性游泳2小时2次/日，昼夜剥夺睡眠1周。同时，常规观测行为、饮食、体重、II导联心电和呼吸、心脏B超。过劳建模过程中死亡的为猝死组（D），存活的为存活组（S）。活鼠于1周时断颈死。解剖观察各组大鼠的脑、心、肺、肝、肾、脾等器官大体形态，取腹腔静脉血清和各器官组织，-80℃冰箱冻存，备常规HE组织染色切片、血清生物化学和代谢组学检测。
2、代谢组学分析：GC-MS检测代谢谱，PCA、PLS-DA建模，NIST库定性，t检验判断差异性。结合AUC、聚类分析、热图，挑选诊断价值较高代谢物。
3、各项观测指标数据均用SPSS20.0统计分析软件进行处理，实验数据以x±s表示，组间数据采用卡方检验和t检验判断差异性，p＜0.05认为差异有统计学意义。
结果：
1、活体观测方面：成功地建立了过劳1周死亡率达50%的大鼠过劳及其死亡模型。C组、D组、S组的行为、饮食、体重；心电、超声心动图；血生化等各项指标均存在总体和组间的明显差异，主要表现：①实验组精神倦怠，活动、摄食减少，攻击性增强，大鼠毛发凌乱、无光泽，肌张力下降，体重下降，体温降低（最低至32.5℃以下），粪便稀烂等情况。其中，猝死组的各种表现更严重，呈站立、蹲踞不稳。②心电监测：实验组第3天后出现心传导阻滞，时有室性心律失常；猝死组死前呈心室颤动和扑动。③心脏B超：实验组射血分数、左室短轴缩短率、舒张期左心室容积明显下降。④血生化：实验组ALT、AST、CK、CKMB等肝功能和心肌损伤指标均显著性升高，血糖和血清尿酸显著性下降（均p<0.05）。
2、病理学方面：①大体观察：实验组肝、脾重量缩小，胃出血，肠胀气。②组织病理学：实验组轻度脂肪肝和胃出血；猝死组脑干“暗细胞”增多，心肌收缩带形成。
3、代谢组学方面：⑴组织代谢轮廓：血清、心肌、肝、脾组织的PCA和PLS-DA得分图均显著分开，代谢轮廓差异显著，血清、肝最明显。脑PCA和PLS-DA代谢轮廓差异不显著。
⑵差异代谢物：①心肌3组的丝氨酸、氨基丁酸、琥珀酸、蛋氨酸、二十二碳六烯酸、组氨酸、二甲基甘氨酸、葡萄糖苷降低；D组和S组比较，延胡索酸、琥珀酸、花生四烯酸、组氨酸、亚油酸、天门冬氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸降低。
②血清：磷酸、脯氨酸、苯丙氨酸、醋酸盐、柠檬酸盐、蛋氨酸、酪氨酸、天冬氨酸明显升高；棕榈酸、异亮氨酸、甲酰甘氨酸，D组升高，S组减少，S组与C组比较差异物质最多，囊括了D组和C组的所有差异物且更多；S组和D组比较差异性代谢物最少。
③肝脏：D组与C组比较存在16种差异代谢物。其中，D组尿素、丙氨酸、组氨酸、二甲基谷氨酸、酪氨酸、胆固醇、鸟氨酸、天冬氨酸、赖氨酸、次黄嘌呤均高；D组与S组比较，D组琥珀酸明显降低，组氨酸、丙氨酸、酪氨酸、鸟氨酸、亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸升高明显。
其中，血清差异代谢物的诊断潜能：尿素、蛋氨酸、苯丙氨酸组合诊断准确率高达90.6%，其中，尿素降低，蛋氨酸和苯丙氨酸均升高。
结论：
1、本研究成功地建立了躯体疲劳+睡眠剥夺1周的急性过劳死率50%的大鼠模型，模拟了人类急性体力和心力双重疲劳的状态。
2、过劳组和死亡组的行为、饮食、体重、心电、超声心动图、血生化等各项指标，均反映整体身心疲惫、易激惹、饮食差、体重下降，特别是心率快和心衰表现。过劳可以影响全身多器官代谢、功能和形态综合性变化，但其猝死的发生和死亡机制主要是心脏代谢-功能-形态的恶性循环病理变化。
3、心肌、血清的代谢组学特征反应，过劳组和死亡组的甘氨酸等兴奋性神经递质含量明显升高、组氨酸等升高血压的氨基酸含量显著降低，乳酸、尿素等毒代谢物显著升高。
4、血清尿素、蛋氨酸、苯丙氨酸3种代谢标志物组合，具有较高的过劳状态及其死亡的共同鉴别诊断价值。代谢组学方法有望用于法医过劳性猝死的死因鉴定，以及过劳人群的临床防治。
近年来，过劳死的发生率逐年增多，常见于35-55岁青壮年上班族人群，亦时有马拉松长跑和足球运动员参赛过程中突然猝死。过劳死的具体病因及其死亡机理尚未十分清楚，少数死者尸检证实存在轻度心脏病等其他疾病情况。WHO已将慢性过劳作为一类亚健康状态，日本已将慢性过劳死作为劳动法保障的职业病范畴。但是，目前急性过劳死的研究，尚未见公认的可参考的标准动物模型。本研究拟建立模拟人类过度体力疲劳和睡眠减少的大鼠过劳及其急性死亡模型，通过代谢组学（GC-MS检测血清和脑、心、肝、肾、脾等器官组织的差异性代谢物及其标志物）、行为学（活动、激惹、反应、饮食）、生理学（体重、体温、心电、呼吸、超声心动）、形态学（脑、心、肺、肝、肾、脾、胃组织病理变化）相关指标的观测，分析活体的和尸检的重要器官组织的代谢-功能-形态三方面变化及其内在关联，探讨过劳死的发生和死亡机理，期望发现法医学鉴定急性过劳死的客观证据，同时，为过劳及其死亡的劳动保护、临床预治等提供相关科学依据。
材料与方法：
1、急性过劳模型：雄性SD大鼠，250~300g，随机分实验组、对照组（C），实验组力竭性游泳2小时2次/日，昼夜剥夺睡眠1周。同时，常规观测行为、饮食、体重、II导联心电和呼吸、心脏B超。过劳建模过程中死亡的为猝死组（D），存活的为存活组（S）。活鼠于1周时断颈死。解剖观察各组大鼠的脑、心、肺、肝、肾、脾等器官大体形态，取腹腔静脉血清和各器官组织，-80℃冰箱冻存，备常规HE组织染色切片、血清生物化学和代谢组学检测。
2、代谢组学分析：GC-MS检测代谢谱，PCA、PLS-DA建模，NIST库定性，t检验判断差异性。结合AUC、聚类分析、热图，挑选诊断价值较高代谢物。
3、各项观测指标数据均用SPSS20.0统计分析软件进行处理，实验数据以x±s表示，组间数据采用卡方检验和t检验判断差异性，p＜0.05认为差异有统计学意义。
结果：
1、活体观测方面：成功地建立了过劳1周死亡率达50%的大鼠过劳及其死亡模型。C组、D组、S组的行为、饮食、体重；心电、超声心动图；血生化等各项指标均存在总体和组间的明显差异，主要表现：①实验组精神倦怠，活动、摄食减少，攻击性增强，大鼠毛发凌乱、无光泽，肌张力下降，体重下降，体温降低（最低至32.5℃以下），粪便稀烂等情况。其中，猝死组的各种表现更严重，呈站立、蹲踞不稳。②心电监测：实验组第3天后出现心传导阻滞，时有室性心律失常；猝死组死前呈心室颤动和扑动。③心脏B超：实验组射血分数、左室短轴缩短率、舒张期左心室容积明显下降。④血生化：实验组ALT、AST、CK、CKMB等肝功能和心肌损伤指标均显著性升高，血糖和血清尿酸显著性下降（均p<0.05）。
2、病理学方面：①大体观察：实验组肝、脾重量缩小，胃出血，肠胀气。②组织病理学：实验组轻度脂肪肝和胃出血；猝死组脑干“暗细胞”增多，心肌收缩带形成。
3、代谢组学方面：⑴组织代谢轮廓：血清、心肌、肝、脾组织的PCA和PLS-DA得分图均显著分开，代谢轮廓差异显著，血清、肝最明显。脑PCA和PLS-DA代谢轮廓差异不显著。
⑵差异代谢物：①心肌3组的丝氨酸、氨基丁酸、琥珀酸、蛋氨酸、二十二碳六烯酸、组氨酸、二甲基甘氨酸、葡萄糖苷降低；D组和S组比较，延胡索酸、琥珀酸、花生四烯酸、组氨酸、亚油酸、天门冬氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸降低。
②血清：磷酸、脯氨酸、苯丙氨酸、醋酸盐、柠檬酸盐、蛋氨酸、酪氨酸、天冬氨酸明显升高；棕榈酸、异亮氨酸、甲酰甘氨酸，D组升高，S组减少，S组与C组比较差异物质最多，囊括了D组和C组的所有差异物且更多；S组和D组比较差异性代谢物最少。
③肝脏：D组与C组比较存在16种差异代谢物。其中，D组尿素、丙氨酸、组氨酸、二甲基谷氨酸、酪氨酸、胆固醇、鸟氨酸、天冬氨酸、赖氨酸、次黄嘌呤均高；D组与S组比较，D组琥珀酸明显降低，组氨酸、丙氨酸、酪氨酸、鸟氨酸、亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸升高明显。
其中，血清差异代谢物的诊断潜能：尿素、蛋氨酸、苯丙氨酸组合诊断准确率高达90.6%，其中，尿素降低，蛋氨酸和苯丙氨酸均升高。
结论：
1、本研究成功地建立了躯体疲劳+睡眠剥夺1周的急性过劳死率50%的大鼠模型，模拟了人类急性体力和心力双重疲劳的状态。
2、过劳组和死亡组的行为、饮食、体重、心电、超声心动图、血生化等各项指标，均反映整体身心疲惫、易激惹、饮食差、体重下降，特别是心率快和心衰表现。过劳可以影响全身多器官代谢、功能和形态综合性变化，但其猝死的发生和死亡机制主要是心脏代谢-功能-形态的恶性循环病理变化。
3、心肌、血清的代谢组学特征反应，过劳组和死亡组的甘氨酸等兴奋性神经递质含量明显升高、组氨酸等升高血压的氨基酸含量显著降低，乳酸、尿素等毒代谢物显著升高。
4、血清尿素、蛋氨酸、苯丙氨酸3种代谢标志物组合，具有较高的过劳状态及其死亡的共同鉴别诊断价值。代谢组学方法有望用于法医过劳性猝死的死因鉴定，以及过劳人群的临床防治。