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编号:10269367
缺氧新生鼠肾组织腺嘌呤核苷酸水平变化及线粒体形态改变
http://www.100md.com 《中华儿科杂志》 1999年第2期
     作者:宫月 刘春峰 魏克伦

    单位:110003 沈阳,中国医科大学附属第二临床学院儿科

    关键词:缺氧;色谱法;高压液相;腺嘌呤核苷酸类;肾

    中华儿科杂志990205 【摘要】 目的 探讨新生鼠缺氧时肾损伤的发病机理。方法 将50只7日龄Wistar大鼠随机分成五组,每组10只。将实验组制成常压缺氧模型。利用高效液相色谱方法(HPLC)测定肾组织腺苷三磷酸(ATP)、腺苷二磷酸(ADP)、腺苷一磷酸(AMP)含量,计算腺嘌呤核苷酸(AXP)总量及能荷(EC),同时观察肾近曲小管线粒体的形态变化。结果 缺氧2小时,ATP、ADP、AXP、EC含量分别降至正常对照组的29%、69%、48%及75%,AMP水平无明显变化;肾近曲小管多数线粒体体积缩小,内腔皱缩,嵴模糊,基质电子密度增高。恢复供氧24小时后,ATP、ADP、AXP、EC含量分别上升至正常对照组的67%、85%、74%及95%,肾近曲小管线粒体肿胀,嵴模糊、断裂,基质出现部分透明区,少数线粒体空泡变性。恢复供氧48小时后,ATP、AXP含量为正常对照组的76%、79%,ADP、EC水平恢复正常。结论 本研究揭示了缺氧及恢复供氧时肾组织能量代谢改变的病理生理机制,对早期诊断和防治新生儿缺氧性肾损伤有重要理论和临床价值。
, 百拇医药
    Measurements of renal adenine nucleotide levels and morphologic alterations of proximal tubular mitochondria in neonatal rats kidney of hypoxia GONG Yue, LIU Chunfeng, WEI Kelun. The Second Clinical College of China Medical University, Shenyang 110003

    【Abstract】 Objective To determine the pathogenesis of renal injury after neonatal hypoxia. Methods Fifty neonatal Wistar rats of 7 days were randomly devided into five groups, 10 rats each group. The experiment group was established by normobaric hypoxia model. High performance liquid chromatography (HPLC) was used to measure adenosine triphosphate (ATP), adenosine diphosphate (ADP), and adenosine monophosphate (AMP) in renal tissues. The total adenine nucleotide (AXP) and energy charge (EC) were calculated. The morphologic alteration of mitochondria in renal proximal tubule was observed by electron microscopy. Results After 2 hours of hypoxia, the levels of ATP, ADP, AXP and EC decreased to 29%, 69%, 48% and 75% of the control′s, respectively. While AMP didn′t change significantly. Some of mitochondria in proximal tubule appeared decreased volume and intercristal space, and increased electron density of matrix. After 24 hours of reoxygenation the levels of ATP, ADP, AXP and EC increased to 67%, 85%, 74% and 95% of control′s, respectively. Most of mitochondria in renal proximal tubule swelled with fragmentized cristae, and some appeared vacuolar degeneration. After 48 hours of reoxygeneration, the levels of ATP and AXP returned to 76% and 79% of control′s, while ADP and EC to normal levels. Conclusion This study discloses the pathogenesis of hypoxia renal injury, which is of great value to prevent and treat hypoxia renal injuries.
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    【Key words】 Anoxia Cnromatography, high pressure liguid Adenine nucleotides Kidney

    新生儿窒息是造成新生儿死亡和伤残的主要原因之一。新儿窒息常引起缺氧性脏器损伤,其中肾损伤发生率最高,约50%~70%[1]。目前对窒息后肾损伤的能量代谢改变尚缺乏深入研究,本研究应用新生鼠常压缺氧模型,观察缺氧及恢复供氧情况下肾组织腺苷三磷酸(ATP)、腺苷二磷酸(ADP)、腺苷一磷酸(AMP)、腺嘌呤核苷酸(AXP)总量、能荷(EC)水平的变化及肾近曲小管线粒体的形态改变,以探讨缺氧及恢复供氧时肾损伤的发病机理,为临床防治提供依据。

    材料及方法

    一、实验对象

    7日龄Wistar大鼠,雌雄不限,体重12~16 g,共50只。每次按同窝随机分成五组:正常对照组10只;缺氧2小时组10只;恢复供氧2小时、24小时及48小时组各10只。
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    二、实验过程

    1.准备实验条件:在有机玻璃小箱内放入适量生石灰,温度调至28~30℃,通入氮气使箱内氧浓度维持在8%左右。

    2.施加处理因素:正常对照组吸入21%浓度氧,麻醉取材;恢复供氧2、24、48小时组分别于吸入8%浓度氧2小时后恢复吸入21%浓度氧2、24、48小时麻醉取材。

    三、肾组织ATP、ADP、AMP含量的测定

    1.色谱条件:预柱为Nova-pak C18;色谱柱为Nova-pak C18,(3.9×150) mm;柱温为室温;流动相为pH值5.8,0.1 mol磷酸二氢铵缓冲液;流速为0.9 ml/min;紫外线检测波长为254 nm;灵敏度为0.01 AUFS;进样量为20 μl。

    2.样品制备:向新生鼠腹腔注射10%水合氯醛,麻醉后剖开腹腔,用液氮保存的铝夹在左侧肾脏原位冰冻,取出肾脏放入液氮保存。取液氮保存的肾组织30~40 mg,按1∶20(mg∶μl)放入0.5 mol高氯酸,在冰浴下间断超声匀浆3分钟,在4℃以8 000r/min离心5分钟,取上清液400 μl,用1 mol碳酸钾调pH值至7.0左右,在4℃以8 000 r/min离心5分钟,取上清液20 μl进样。
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    3.结果计算:(1)将ATP、ADP、AMP标准品配制成0.1 mmol,取20 μl进样,得出标准峰面积。(2)外标定量:将肾组织ATP、ADP、AMP所得峰面积与标准峰面积相比,得出肾组织ATP、ADP、AMP的含量[μmol/(g.wet.wt)]即微摩尔/(克.湿重)。

    4.统计学分析:结果以均数±标准差(±s)表示,按随机单位组作F检验,有显著意义后再作各组与正常组比较的Dunnet t检验。

    四、电镜观察

    取右肾皮质1 mm3放入2.5%戊二醛溶液固定,1%四氧化饿固定2小时,逐级丙酮脱水,618还氧树脂包埋,60℃固化。超薄切片用醋酸铀和枸橼酸铅双重片染,于日立公司H-600透射电镜下观察。
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    结 果

    一、缺氧新生鼠肾组织ATP、ADP、AMP、AXP、EC水平的变化(表1)

    表1 正常对照组与缺氧2小时及恢复供氧各阶段新生鼠

    肾组织ATP、ADP、AMP、AXP和EC水平变化比较 组别

    鼠

    数±s[μmol/(g*wet*wt)

    EC

    (±s)
, 百拇医药
    与正常对照组比值(±s)

    ATP

    ADP

    AMP

    AXP

    ATP

    ADP

    AMP

    AXP

    EC

    正常对

    照组
, 百拇医药
    10

    1.18±

    0.18

    0.54±

    0.070

    0.29±

    0.047

    2.006±

    0.197

    0.72±

    0.037

    1.00

    1.00
, 百拇医药
    1.00

    1.00

    1.00

    缺氧

    2小时组

    10

    0.33±

    0.056*

    0.36±

    0.12*

    0.26±

    0.076
, 百拇医药
    0.853±

    0.307*

    0.54±

    0.031*

    0.29±

    0.08

    0.69±

    0.22

    0.91±0.28

    0.48±0.11

    0.75±0.05

    恢复供氧
, 百拇医药
    2小时组

    10

    0.50±

    0.043*

    0.42±

    0.074*

    0.24±

    0.032

    1.163±

    0.091*

    0.61±

    0.022*
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    0.43±

    0.09

    0.80±

    0.20

    0.84±0.19

    0.63±0.14

    0.85±0.05

    恢复供氧

    24小时组

    10

    0.78±

    0.063*
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    0.44±

    0.090

    0.24±

    0.027

    1.500±

    0.090*

    0.68±

    0.012*

    0.67±

    0.12

    0.85±

    0.23
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    0.86±0.17

    0.74±0.07

    0.95±0.06

    恢复供氧

    48小时组

    10

    0.87±

    0.090*

    0.44±

    0.11

    0.25±

    0.041
, 百拇医药
    1.56±

    0.19*

    0.70±

    0.023

    0.76±

    0.11

    0.83±

    0.25

    0.91±0.25

    0.79±0.13

    0.97±0.06

    F值
, 百拇医药
    121.59

    3.87

    1.86

    59.39

    82.43

    * 与正常对照组相比P<0.05

    缺氧2小时后ATP、ADP、AXP、EC水平分别下降至正常的29%、69%、48%、及75%。恢复供氧2小时后,ATP、ADP、AXP、EC水平分别上升至正常对照组的43%、80%、63%及85%。恢复供氧48小时后,ATP、AXP水平分别上升至正常对照组的76%、79%,ADP、EC水平恢复正常。在实验过程中,AMP水平无明显变化(P>0.05)。

    二、缺氧新生鼠肾近曲小管线粒体形态变化
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    正常对照组肾近曲小管线粒体为正常结构;缺氧2小时组肾近曲小管线粒体体积缩小,内腔皱缩,嵴模糊,基质电子密度增高(图1)。恢复供氧24小时后肾近曲小管多数线粒体肿胀,嵴模糊、断裂,基质出现部分透明区,少数线粒体空泡变性(图2)。

    图1 缺氧2小时组形态变化 肾近曲小管线粒体体积缩小,内腔皱缩,嵴模糊,基质电子密度增高×12 000醋酸铀和枸橼酸铅双重片染色

    图2 恢复供氧24小时组肾近曲小管线粒体肿胀,嵴模糊,断裂,基质出现部分透明区,少数线粒体空泡变性×12 000醋酸铀和枸橼酸铅双重片染色

    讨 论

    一、缺氧新生鼠肾组织腺嘌呤核苷酸水平的改变
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    新生儿窒息时主要的病理生理变化是缺氧,可导致全身组织细胞损伤及多脏器功能改变。窒息时肾组织因全身潜水反射及其本身高代谢率而成为损伤发生率最高的器官[1]。近年研究表明,能量代谢障碍、钙超载、氧自由基毒性作用可能是缺氧与再供氧引起细胞损伤的病理生理环节,其中能量代谢障碍又是其他环节的基础[2,3]。目前普遍认为缺氧时细胞内ATP水平下降是引起细胞损伤的必要条件,而且其下降程度是决定细胞损伤严重程度的重要因素之一[4]

    目前国内外尚缺乏关于缺氧新生鼠肾组织腺嘌呤核苷酸水平改变的报道。本研究结果发现,缺氧2小时后肾组织ATP、ADP、AXP、EC水平明显下降,恢复供氧后则逐渐上升,这一趋势与国外报道类似;缺氧2小时组AMP水平与正常对照组差异无明显意义。但我们认为,这并不表明AMP水平在整个缺氧时间保持不变;有人报道,肾缺血5分钟AMP水平增高,15分钟开始下降,120分钟时AMP水平降至正常对照组水平[5]
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    目前认为,ATP水平下降介导细胞损伤的机制主要有:(1)ATP水平下降使Na+-K+-ATP酶功能障碍,细胞内钠、水增多,细胞水肿[6];(2)细胞膜磷脂含量下降,非酯化脂肪酸增多,细胞膜受损[7];(3)细胞内钙离子增多,介导细胞损伤[8]

    二、缺氧新生鼠肾近曲小管线粒体的形态改变

    线粒体是细胞内呼吸和供应能量的动力站,是细胞缺氧时首先发生变化的细胞器。肾近曲小管主要依赖线粒体氧化磷酸化产生ATP,对缺氧损伤更为敏感[4]。因此,研究缺氧时肾近曲小管线粒体的形态变化更具重要意义。本研究显示,新生鼠不仅于缺氧2小时后肾小管线粒体形态明显改变,而且在恢复供氧24小时后线粒体形态改变加重。我们认为,这可能与恢复供氧后线粒体内钙离子增多、体内氧自由基增加等病理因素加重对线粒体损伤有关[9]
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    三、缺氧新生鼠肾组织腺嘌呤核苷酸水平变化与线粒体形态改变的关系

    本研究还发现,在缺氧及恢复供氧的情况下,线粒体形态改变与ATP含量变化不完全一致。国内有人报道,在缺氧情况下,线粒体形态学改变与ATP水平下降是一致的[10],即随着缺氧的发展,线粒体形态学的改变逐渐加重,ATP水平也随之下降。本研究显示,在缺氧2小时时,ATP水平为正常的29%,线粒体形态出现轻微改变;恢复供氧24小时后,ATP水平上升至正常的67%,而线粒体形态损伤加重。这种现象可解释为再供氧后线粒体呼吸功能存在着再损伤。

    四、缺氧及恢复供氧后肾组织能量代谢障碍的意义

    本研究结果揭示了缺氧与恢复供氧时肾组织腺嘌呤核苷酸水平的变化特点及线粒体的形态改变,证实了能量代谢失衡是缺氧及恢复供氧引起肾组织功能改变和器质损伤的重要环节,对新生儿各种疾病所致缺氧及恢复供氧时早期发现肾功能损伤并及时提供有效防治措施有重要价值。
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    参考文献

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    8 张家骧.缺氧引起细胞损伤的一般机理.小儿急救医学杂志,1995,2:3-5.

    9 Andreoli SP, Reactive oxygen molecules, oxidant injury and renal disease. Pediatr Nephrol, 1991, 5:733-742.

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    (收稿:1997-10-02 修回:1998-10-06), http://www.100md.com