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编号:10215228
一氧化氮在全脑缺血再灌注大鼠脑损害中的作用
http://www.100md.com 《第三军医大学学报》 2000年第7期
     作者:尹昌林 熊健琼 张远军 文亮

    单位:尹昌林(第三军医大学附属西南医院急救部ICU,重庆 400038);熊健琼(第三军医大学附属西南医院急救部ICU,重庆 400038);张远军(第一军医大学附属南方医院麻醉科,广州 510516);文亮(第三军医大学附属西南医院急救部ICU,重庆 400038)

    关键词:一氧化氮;缺血再灌注;脑损害

    第三军医大学学报000717 提 要: 目的 探讨一氧化氮在全脑缺血20 min后再灌注大鼠脑损害中的作用。方法 雄性Wistar大鼠84只,体重(220±20)g,随机分为对照组(12只)和缺血组(72只),后者设8、24、48、72、96、168 h 6个时相点。参照Pulsinelli等的方法制作大鼠全脑缺血20 min再灌注模型,于再灌注后8、24、48、72、96、168 h活杀取血及海马组织,对照组施行麻醉及手术,但不缺血,观察72 h后取血及海马组织,测定血清NSE、海马NO含量及海马CA1区锥体神经元(Pyramidal neuron,PN)密度。结果 ①海马NO含量于缺血再灌注后48 h明显升高,72 h达峰值(与对照组比较P均<0.01),以后逐渐下降(96 h仍明显高于对照组水平,P<0.05),168 h降至接近对照组;②缺血组各时相点血清NSE含量均显著高于对照组(P均<0.01);③缺血组海马CA1区PN密度呈明显的逐渐减少趋势,自48 h后均明显低于对照组(P均<0.01),再灌注后168 h仅为对照组水平的22.8%;④缺血再灌注后海马NO含量与血清NSE水平的变化呈显著的线性正相关(r=0.9022,P<0.01)。结论 NO在全脑缺血再灌注损伤中起着重要作用,是引起海马CA1区锥体神经元DND发生的主要因素之一。
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    中图法分类号: R743.31;R619.9 文献标识码: A

    文章编号:1000-5404(2000)07-0670-03

    Role of nitric oxide in cerebral ischemia reperfusion injury in rats

    YIN Chang-lin, XIONG Jian-qong, ZHANG Yuan-jun, WEN Liang

    (Department of Emergency Service, Southwest Hospital, Third Military Medical University, Chongqing 400038, China)

    Abstract: Objective To explore the role of nitric oxide (NO) in the brain injury in the rat model of reperfusion 20 min after cerebral ischemia. Methods Eighty-four male Wistar rats (weight 220±20 g) were randomized into control group (n=12) and ischemia group (n=72). The rats of ischemia group were established with Pulsinelli's method and killed at the time points of 8, 24, 48, 72, 96, 168 h after reperfusion. The neuron specific enolase (NSE) level in serum, the NO content and the pyramidal neuron (PN) density of CA1 area in the hippocampus were determined respectively. Results ①The NO content in the hippocampus increased significantly at the 48th h (P<0.01), reached a peak at the 72nd h (P<0.01), decreased gradually from the 96th h (P<0.05) and fell to the level of control group at the 168th h after reperfusion. ②The NSE level in serum was significantly higher in ischemia group at every time points than in control group (P<0.01). ③The PN density in CA1 area of the hippocampus decreased in ischemia group and was significantly lower in this group than in the control (P<0.01). It was only 22.8% of that of the control at the 168th h after reperfusion. ④In ischemia group, the NO content in the hippocampus had linear correlation with the change of the serum NSE level (r=0.9022, P<0.01). Conclusion NO plays an important role in cerebral ischemia reperfusion and is an important factor which contributing to delayed neuronal death in CA1 area of the hippocampus.
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    Key words: nitric oxide; cerebral ischemia reperfusion; brain injury

    全脑缺血再灌注损伤可能与多方面的原因有关[2]。近来研究表明,短暂性脑缺血等打击后多将发生迟发性神经元坏死(Delayed neuronal death,DND)[1],而一氧化氮(Nitric oxide,NO)在脑长时间大量产生与DND的发生密切相关[3],但具体机制尚未阐明。本实验采用Pulsinelli全脑缺血大鼠模型[4],通过检测脑海马中NO含量、海马CA1区PN密度及血清中神经元特异性烯醇化酶(Neuron specific enolase,NSE)含量,探讨全脑缺血再灌注后脑损害的发生与NO的关系。

    1 材料与方法

    1.1 动物模型的复制 雄性Wistar大鼠84只(第三军医大学动物所提供),体重(220±20)g,随机分为对照组(12只)和缺血组(72只),后者设立缺血后8、24、48、72、96、168 h 6个时相点,每点动物12只。按Pulsinelli等[1]的方法复制大鼠全脑缺血模型。缺血组于各时相点活杀取血及海马组织;对照组除不缺血外,其它处理同缺血组,观察72 h后活杀取血及海马组织。
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    1.2 指标测定

    NSE的测定:所获血标本置干燥管中,2000×g离心10 min,取血清于干净的Eppendof管中,-40°C保存。NSE的测定按NSE试剂盒(北京邦定公司提供)标准操作,以ELISA法测定。NO的测定:随机抽取各时相点达成功标准的动物6只,活杀取脑,冰浴分离海马,称重,按1∶5加入0.1mol/L冰磷酸钾缓冲液(含1mmol/LEDTA),冰浴匀浆,超声细胞破碎仪破碎细胞(100W,15s),4°C14 000r/min离心10min,取上清液检测NO含量。NO测定按NO试剂盒(北京邦定公司提供)标准操作。

    1.3 光镜观察 达成功标准的各时相点动物(3~6只)固定,4%多聚甲醛-磷酸盐缓冲液(pH7.3)经心灌注固定,取出脑组织置同固定液中24h,石蜡包埋,于视交叉后1mm冠状切片,尼氏染色,光镜下观察海马组织病理变化,按Kirino等[5]的方法确定海马CA1区PN密度。
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    1.4 统计学处理 所有结果以±s表示,用MicrosoftExcel进行方差分析。40°C保存。NSE的测定按NSE试剂盒(北京邦定公司提供)标准操作,以ELISA法测定。NO的测定:随机抽取各时相点达成功标准的动物6只,活杀取脑,冰浴分离海马,称重,按1∶5加入0.1mol/L冰磷酸钾缓冲液(含1mmol/LEDTA),冰浴匀浆,超声细胞破碎仪破碎细胞(100W,15s),4°C14 000r/min离心10min,取上清液检测NO含量。NO测定按NO试剂盒(北京邦定公司提供)标准操作。

    1.3 光镜观察 达成功标准的各时相点动物(3~6只)固定,4%多聚甲醛-磷酸盐缓冲液(pH7.3)经心灌注固定,取出脑组织置同固定液中24h,石蜡包埋,于视交叉后1mm冠状切片,尼氏染色,光镜下观察海马组织病理变化,按Kirino等[5]的方法确定海马CA1区PN密度。
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    1.4 统计学处理 所有结果以±s表示,用MicrosoftExcel进行方差分析。

    2 结果

    2.1 海马NO含量的变化 缺血组8、24h海马NO含量无明显升高,48~96h显著升高,以72h最明显,与对照组比较差别显著(48h和72hP<0.01,96hP<0.05),之后逐渐降至对照组水平。

    2.2 血清NSE的变化 缺血组8h后血清NSE水平即明显上升,72h达到峰值,之后逐渐下降,直到168h仍明显高于对照组水平(P<0.01)。

    2.3 光镜观察结果 对照组海马CA1区PN排列有序,密度正常,无异常的形态学变化;缺血组8、24h海马CA1区PN出现轻度细胞肿胀,其密度与对照组无显著差别(P>0.05);48h海马CA1区PN出现明显细胞肿胀和核偏移,其密度明显下降(2.1 海马NO含量的变化 缺血组8、24h海马NO含量无明显升高,48~96h显著升高,以72h最明显,与对照组比较差别显著(48h和72hP<0.01,96hP<0.05),之后逐渐降至对照组水平。
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    2.2 血清NSE的变化 缺血组8h后血清NSE水平即明显上升,72h达到峰值,之后逐渐下降,直到168h仍明显高于对照组水平(P<0.01)。

    2.3 光镜观察结果 对照组海马CA1区PN排列有序,密度正常,无异常的形态学变化;缺血组8、24h海马CA1区PN出现轻度细胞肿胀,其密度与对照组无显著差别(P>0.05);48h海马CA1区PN出现明显细胞肿胀和核偏移,其密度明显下降(P<0.01),之后各时相点仍呈继续下降,到96 h后仅残留少数散在的正常PN并伴有反应性的胶质细胞出现,至168 h CA1区正常PN进一步减少,仅为对照组水平的22.8%,结果见表1。

    表1 缺血后脑海马NO含量、血清NSE含量和海马CA1区PN密度的变化

    Tab 1 Changes of the content of NO in hippocampus, plasma NSE level and hippocampal PN
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    density of CA1 subfield in brain after cerebral ischemia-reperfusion Group

    Control

    Time after 20 min cerebral ischemia-reperfusion(h)

    8

    24

    48

    72

    96

    168

    Content of NO(pmol/mg)
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    19.5±3.7

    21.2±2.5

    22.5±5.4

    52.2±8.1* *

    54.5±5.9* *

    32.3±6.9*

    19.4±3.7

    Plasma NSE level(ng/ml)

    6.87±1.8

    42.3±11.5* *
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    69.3±19.7* *

    138.3±32.4* *

    144.1±32.2* *

    87.5±15.2* *

    37.8±15.2* *

    PN desity of CA1 subfield(mm-1)

    212±10.5

    204.2±7.1

    194.3±14.1
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    140.3±12.5* *

    125±15.3* *

    62.2±12.3* *

    46.5±14.1* *

    *:P<0.05,* *:P<0.01 vs control

    3 讨论

    NSE特异定位于神经元和神经内分泌细胞胞浆内的可溶性蛋白,分子量约78 000,其功能与糖代谢有关。脑缺血后 ,缺血区神经元胞膜通透性增加及血脑屏障破坏使血清NSE增高,其增高的程度与脑损害程度呈正相关。

    全脑缺血再灌注损伤后DND的发生是脑复苏难以成功的主要原因之一。近来有报道大量NO的产生与释放所引起的神经毒性是导致DND的关键[4]。本实验采用大鼠全脑缺血再灌注模型进行的研究表明:全脑缺血20 min-再灌注后8 h,反映脑损害发生的NSE明显升高,但到再灌注后48 h才出现海马NO含量的明显升高及海马CA1区PN密度显著降低,说明NO并不参与全脑缺血后的早期脑损伤;但随着再灌注后48 h海马NO含量明显升高,海马CA1区PN密度显著降低,而血清NSE水平也显著升高并达到峰值,表明NO大量而长时间产生引起的神经毒性可能在缺血再灌注损伤后海马CA1区锥体神经元DND的发生中起重要作用。本实验中全脑缺血后海马CA1区锥体细胞的典型DNA出现于再灌注后48~96 h,与以往的报道一致[2],而海马NO含量升高也出现于48~96 h,二者发生的时相同步,说明NO的产生及释放的确与缺血后海马CA1区锥体神经元DND的发生密切相关。
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    关于NO引起神经元损伤的具体机制目前尚未完全阐明。已有的研究提示NO可能从下述几个方面引起神经元损伤:①抑制线粒体呼吸链导致细胞氧化磷酸化障碍,影响ATP的合成[6];同时过度激活多二磷酸腺苷核糖合成酶,耗竭细胞能量,最终导致细胞死亡;②扩大NMDA受体介导的神经毒性[7],同时介导非MDA受体的神经毒性[8];③作用于转铁核糖核酸还原酶,使ADP核糖化,抑制DNA合成,引起基因毒性[4];④通过自由基链式反应导致巯基蛋白和脂质过氧化,影响细胞内多种酶和生物膜的功能,使细胞最终死亡。

    作者简介:尹昌林(1970-),男,四川省彭州市人,硕士,医师,助教,主要从事心肺脑复苏方面的研究。电话:(023)65318301-73042

    参考文献:

    [1] Pulsinelli W A, Brierley J B, Plum F. Temporal profile of neuronal damage in a model of trasient forebrain ischemia[J]. Ann Neurol,1982,11(4):491-493.
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    [2] Ernster L. Biochemistry of reoxygenation injury[J]. Crit Care Med,1988,16(9):947-948.

    [3] Dawson V L, Brahmbhatt H P, Mong J A. Expression of indu-cible nitric oxide synthase causes delayed neurotoxicity in primary mixed neuronal-glial cortical cultures[J]. Neuropharmacology,1994,33(11):1 425-1 426.

    [4] Pulsinelli W, Brierley J. A new model of bilateral hemispheric ischemia in the unanesthetized rat[J]. Stroke,1979,10(3):267-269.
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    [5] Kirino T, Tamura A, Sano K. A reversible type of neuronal injury following ischemia in the gerbil hippocampus[J]. Stroke,1986,17(5):455-457.

    [6] Bolanos P, Simon J R, John M, et al. Effect of peroxynitrite on the mitochondrial respiratory chain,differential susceptibility of neurons and astrocytes in primary culture[J]. J Neurochem,1995,64(5):1 965-1 966.

    [7] Sandra J, Judith K, Doug L, et al. Potentiation of oxygen-glucose deprivation induced neuronal death after induction of iNOS[J]. Stroke,1996,27(9):1 586-1 588.

    [8] Schmidt W, Wolf G, Calka J, et al. Evidence for bidirectional changes in nitric oxide synthase activity in the rat striatum after excitotoxically(quinolinic acid) induced degeneration[J]. Neurosci,1995,6 712(7):345-346.

    收稿日期:1999-03-28;修回日期:1999-10-15, http://www.100md.com