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编号:10392822
大鼠小肠缺血再灌注对肺组织含水率和Na + -K + ATPase的影响
http://www.100md.com 中华实用医药杂志 2004年1月 第4卷 第1期
     【摘要】 目的 研究大鼠小肠缺血再灌注损伤后肺部的细胞功能变化。方法 SD大鼠34只异丙酚TIVA后,随机分成A组(对照组,n=6):开腹分离肠系膜前动脉后关腹;B组(阻断1h,n=14):肠系膜前动脉钳夹1h;C组(阻断2h,n=14):肠系膜前动脉钳夹2h;三组分别再灌注1h和6h后处死。测定Na + -K + ATPase和Ca 2+ -Mg 2+ ATPase活性以及肺含水率。并观察肺PMN浸润和间质水肿程度。结果 (1)三组体重和性别比例差异无统计学意义。(2)肺含水率,1h的IR损伤对肺组织产生影响,B,C组是79.6±0.5%,80.8±0.8%,A组则是77.9±0.1%(P<0.05),再灌注6h,B、C组进一步升高至82.4±0.5%和82.2±1.1%(P<0.05)。(3)B组Na + -K + ATPase(μmol Pi/mgprot/hour)再灌注1h后6.15±2.7比A组4.03±1.7明显升高(P<0.01),再灌注6h进一步升高到7.44±1.9(P<0.05)。C组不同,再灌注6h后由6.39±2.6下降到5.38±2.8(P<0.05)。(4)B、C组再灌注1h后均比A组明显升高(P<0.01),但C组再灌注6h后的6.29±1.8明显低于B组的7.44±1.9(P<0.05),但与A组再灌注6h比较,差异无显著性。(5)光镜下均未见PMN浸润。结论 内脏IR损伤后在多因素作用下继发的ALI,肺泡细胞膜Na + -K + ATPase是主要的靶目标之一,受攻击失能后肺含水率增加,氧合功能下降。关键词 急性肺损伤 缺血再灌注损伤 肠道 Na + -K + ATPase
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    【文献标识码】 A 【文章编号】 1609-6614(2004)01-0001-03

    The effect in lungs Na + -K + ATPase

    and tissue water rates after bowel ischemia-reperfusion injury in rats

    Zheng Xiaochun,Chen Yanqing,Huang Fengyi,et al.

    Department of Aneathesiology,Fujian Provincial Hospital,Fuzhou350001.

    【Abstract】 Objective To investigate the effect in lungs cellur function after bowel ischemia-reperfusion injury.Methods Using a bowel ischemia-reperfusion injury model in34rats,which were randomly divided into there groups:Goups A(n=6),non-treatment;Groups B(n=14),ischemia1h and reperfusing1h or6h;Groups C(n=14),ischemia2h and reperfusing1h or6h.The Na + -K + ATPase,Ca 2+ -Mg 2+ ase and lung water rate were measured in rats.Results (1)Basic parameters such as sex,weight were similar in three groups.(2)The lung water rate in Group B and C singnificantly increased after reperfusion1h or6h(all P<0.05vs.Group A).(3)Ca 2+ -Mg 2+ ase increased gradually but did not show a distinct tendency.(4)The changes of Na + -K + ATPase(μmolPi/mgprot/hour)were significant,GroupB and C were6.15±2.7and6.39±2.6all increase significantly vs Group A(4.03±1.7)after reperfusion1h.After reperfusion6h,Group B up to7.44±1.9(P<0.05).but Group C droped to5.38±2.8(P<0.05).(5)Morphology of pneumonocell were not special by optics microcope.Conclusion The Na + -K + ATPase in lung cells dysfuncion is one of the mechanisms of ALI after bowl ischemia-reperfusion injury.
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    Key words acute lung injury ischemia-reperfusion injury intestine Na + -K + ATPase

    缺血再灌注(Ischemia Reperfusion,IR)损伤相关的文献中对原发器官研究较多,对远隔器官继发性损伤的研究有待于进一步深入。内脏特别是肠道的IR损伤被认为是多脏器功能不全(MOSF)的引擎,继发性急性肺损伤比较常见。我们研究大鼠小肠缺血再灌注损伤后肺部的细胞功能变化。

    1 资料与方法

    1.1 材料、建模方法 选取清洁级成年SD大鼠34只,雌雄各半,体重248g~334g,由浙江省实验动物中心提供(浙实动设施准第2001001号)。经腹腔注射异丙酚(力蒙欣,西安力帮公司生产)100mg/kg麻醉诱导,开放尾静脉后置入特制封闭动物实验箱,在FiO 2 监测下调节氧气输入流量使实验箱的FiO 2 范围在40%~50%。全凭静脉麻醉,由思路高TCI靶控麻醉泵(思路高公司,北京)持续输入异丙酚20~35mg/(kg·h)。连续监测EKG、MAP、FiO 2 和PetCO 2 。取腹部正中切口入腹,游离并暴露肠系膜前动脉,参照盛志勇 [1] 方法以阻断肠系膜前动脉建立内脏IR损伤动物模型。
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    1.2 分组方法 常温下用无损伤钳钳夹1h或2h后开放再灌注,每组各有一半个体分别在再灌注1h或6h后处死。所有大鼠随机分成3组:A组(对照组,n=6):开腹分离和暴露肠系膜前动脉后关腹,1h或6h后分别处死;B组(阻断1h,n=14):肠系膜前动脉钳夹1h后,再灌注1h或6h后分别处死;C组(阻断2h,n=14):肠系膜前动脉钳夹2h后,再灌注1h或6h后分别处死。

    1.3 蛋白定量 放血处死后即刻开胸取右肺下叶新鲜组织1g按文献方法 [2] 制成肺细胞膜组织匀浆,即将新鲜肺组织用冰冷的Tris-HCl缓冲液(50mmol/L,含10mmol/L MgCl 2 ,pH7.4)洗去血污,剔出支气管及其周围结缔组织,称重后剪碎,按1∶100(W/V)比例加入缓冲液,在冰浴中用内切式组织匀浆器(5000r/min,15s×2次)匀浆,然后经4℃、400g×10min离心,取上清超速离心(40000g×15min,4℃),用Tris-HCl缓冲液洗涤后再离心,沉淀用上述缓冲液重悬,考马兰法蛋白定量后备用。
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    1.4 ATPase活性测定 取适量膜制剂,按试剂药盒说明书(南京建成生物工程研究所),用定磷法同时测定Na + -K + ATPase、Ca 2+ -Mg 2+ ATPase,其活性单位表示为μmol Pi/mg.pro/h。同时取左肺组织干湿重法测量肺含水率。病理标本经过双盲处理后在光镜下观察肺中性粒细胞(PMN)浸润和间质水肿程度。

    1.5 统计学处理 数据用X±s表示,采用t检验作显著差异性分析,P<0.05为差异有显著性。

    2 结果

    (1)三组体重和性别比例差异无统计学意义(P>0.05)。(2)肺含水率指标,即使是为时1h相对轻度的IR损伤也对肺组织产生一定的影响,相对于对照组A组的77.9±0.1%,B、C两组有一定程度升高,分别是79.6±0.5%和80.8±0.8%(P<0.05),随着再灌注时间延长到6h,B、C组含水率进一步升高到82.4±0.5%和82.2±1.1%(P<0.05),提示再灌注时间(1h vs6h)的影响是主要因素,而缺血 时间(1h vs2h)对肺含水率影响不大(见表1)。
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    表1 3组肺组织含水率的比较 (X±s)

    注:与A组比较, ◆ P<0.05;与本组再灌注1h比较,P<0.05(3)肺细胞膜Na + -K + ATPase,B组再灌注1h后6.15±2.7(μmol Pi/mgprot/hour)比A组4.03±1.7明显升高(P<0.01),但再灌注6h进一步升高到7.44±1.9(P<0.05)。C组Na + -K + ATPase的变化与B组不同,虽然再灌注1h后与B组差异无意义;但再灌注6h后由6.39±2.6下降至5.38±2.8(P<0.05)。提示轻度的IR损伤能使应激后代偿加强,比较严重的IR损伤(C组)对肺泡的Na + -K + ATPase已经出现抑制性影响(见表2)。(4)肺细胞膜Ca 2+ -Mg 2+ ATPase,B、C组再灌注1h后均比A组明显升高(P<0.01),但C组再灌注6h后的6.29±1.8明显低于B组的7.44±1.9(μmolPi/mgprot/hour)(P<0.05),但与A组再灌注6h比较未见差异。数据未见明显的趋势性(见表2)。
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    表2 各组泡肺细胞膜ATPase的指标 (X±s)

    注:与本组再灌注1h比较, ▲ P<0.05;与B组再灌注6h比较, ○ P<0.01;与A组再灌注6h比较, ◆ P<0.05;与A组相应时间比较, ★ P<0.01(5)光镜下A组无特殊,B组肺泡壁毛细血管轻度扩张,肺泡间隙未见PMN浸润,C组的部分标本还出现充血现象。

    3 讨论

    临床中内脏I/R损伤是常见的一种病理生理表现,在失血性、中毒性休克等循环低灌注时肠道系统极易受损,肠血流减少50%以上即可以出现组织损害 [3] 。肠I/R损伤机制的基本框架是I/R引起氧自由基自重增加,吸引PMN和内皮细胞粘附,PMN提高微循环的通透性,破坏组织细胞的功能,严重的肠I/R损伤累及其他器官 [4] 。Lexin [5] 发现在肝门阻断120min后,80%的大鼠死于肝外多脏器损伤,死亡原因占首位的是呼衰(30%)。因此肠道系统的再灌注损伤被认为是MOSF的发动引擎。肺是首要的受攻击脏器,因低灌注和微血管特殊结构,肺被活化的白细胞浸润,白细胞通过毛细血管的力学及粘附机制而聚集,导致急性肺损伤(ALI)甚至ARDS的发生。ALI是一个急性炎症反应的综合表现,由表达于局部或全身的炎症介质所介导,整个过程相当复杂,其机制有内皮细胞激活以及白细胞与内皮细胞的相互作用 [6,7] ,相关的介质包括炎性因子、氧自由基以及内毒素等。 I/R损伤中氧源性细胞毒是主要因素之一,其中羟自由基(·OH)是目前已知的最强的氧化剂,损害膜脂质、核酸、酶和受体。近年来应用单克隆抗体技术已证实PMN在肺IR损伤中的重要性。机体内PMN是氧自由基的重要来源,肠粘膜富含大量PMN,是I/R损伤后微循环障碍的主要原因,在再灌注的后期对组织损伤有着明显的放大作用 [8] 。本研究中三组动物均未见明显的肺PMN浸润,可能与再灌注时间短有关,文献中肺PMN浸润多在48~72h以后出现,是ALI的一个标志 [4] 。肺血管内皮细胞是肺部氧自由基的主要来源,并且也是氧自由基作用的主要目标。动物实验发现,受损后肺间质毛细血管内皮细胞有间断囊泡和空泡形成。内皮细胞形变的同时伴随细胞内ATP、Ca 2+ 的变化呈量效关系。肺泡上皮细胞的损害出现Ⅰ型细胞内有不连续的空泡形成,Ⅱ型细胞和成纤维细胞增生,间质纤维化,肺内氧交换率及肺顺应性降低,表面活性物质减少,肺功能进一步降低。在肺泡液体主动转运机制中占主导地位的是肺泡上皮中Ⅱ型细胞的Na + -K + ATPase,在本实验结果中,肺细胞膜Ca 2+ -Mg 2+ ATPase活力变化趋势性并不显著,IR损伤后主要是Na + -K + ATPase发生改变,轻度的IR损伤能使应激后代偿加强,Na + -K + ATPase活性增强,肺泡细胞水分转运能力提高,但其程度小于胞内水钠增加幅度,肺含水率上升。而比较严重的IR损伤(C组)对肺泡的Na + -K + ATPase已经出现抑制性影响,随着缺血时间和再灌注时间的延长,ATPase活力达峰后开始下降,抑制性影响逐渐加大,肺泡细胞膜去极化后Na + -K + 交换减弱,细胞内的Na + 浓度不断升高,水钠潴留使含水量增加,直到失代偿后出现呼衰。氧自由基对间质的损害是通过氧化透明质酸、胶原,改变间质的稳定性及流动性,提高蛋白质对蛋白水解酶的敏感性,增大间质的通透性,加重肺损伤。内脏IR损伤后,肠源性的氧自由基、内毒素等介质直接作用于肺细胞膜,因而细胞膜Na + -K + ATPase活力的改变出现在IR损伤后早期(6h以内),肺PMN浸润则是在后期(>48h)血管内皮继发出现,自身继续释放炎性因子和氧自由基,放大了IR损伤,继而产生ALI甚至ARDS。
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    内脏IR损伤常在失血性休克后发生,血浆内毒素水平与休克预后相关 [9] 。内毒素刺激机体的单核-巨噬细胞合成、释放大量TNF-α等炎性因子。这些炎性因子参与了对机体的病理损害。有报道 [10] 应用TNF-α单抗可以降低TNF-αmRNA的表达,能有效地防止多器官功能衰竭,降低动物死亡率。

    我们认为,内脏IR损伤后在多因素作用下,肺泡细胞膜Na + -K + ATPase是早期主要的受攻击靶目标,继而肺含水率增加,氧合功能下降。肺PMN浸润则是在48h以后序贯出现,自身释放炎性因子和氧自由基,成为内脏IR损伤 后期伤害性介质的生成源,放大了IR损伤,继发的ALI。由于Na + -K + ATPase代偿能力的封顶效应,预防ALI应以抗氧化、抗内毒素及抗炎治疗等为重点。

    参考文献
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    4 俞卫峰.麻醉与复苏新论,上海:第二军医大学出版社,2001,06.

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    8 陈海龙,吴成中,裴德凯,等.肠道屏障在多器官功能不全综合征中的发病学意义探讨.中华普通外科杂志,1998,13:50-53.

    9 Jiang JX,Bahrami S,Leichtfried G,et al.Kinetics of endotoxin and tumor necrosis factor appearance in portal and system circulation after hemorrhagic shock in rats.Ann Surg,1995,221:100-106.

    10 姚咏明,陈劲松,于燕,等.延迟应用TNF-α单抗治疗重度失血性休克的实验研究.中华麻醉学杂志,1998,18:486-489.

    作者单位:350001福建省立医院麻醉科

    350001福建省心血管病研究所免疫实验室福建省重点实验室

    (编辑使 臻), http://www.100md.com(郑晓春 陈彦青 黄风怡 林丽珊 彭)