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编号:10270666
局部脑缺血、再灌流损伤与氧自由基的关系
http://www.100md.com 《中国康复医学杂志》 1998年第6期
     作者:石正洪1 关永林2

    单位:1 兰州医学院附属二院神经内科 兰州医学院神经病学研究所,730030;2 空军兰州医院外二科

    关键词:缺血;再灌流损伤;氧自由基;自由基清除剂

    中国康复医学杂志980605 摘要 目的:探讨氧自由基在脑缺血、再灌流损伤中的作用, 为临床进行抗氧化治疗提供依据。方法:用Wistar大鼠制成左侧大脑中动脉缺血、再灌流模型,观察生化代谢、自由基代谢、组织和超微结构改变。结果:再灌流组较缺血组血清CPK增高、MDA升高,再灌流组脑组织中MDA升高,血清中SOD活力下降,再灌流组脑组织结构和超微结构破坏更加严重,应用自由基清除剂后血清中CPK降低,MDA含量降低,SOD活性升高,组织中MDA含量亦降低,超微结构较前好转。结论:自由基反应增强是脑组织缺血、再灌流损伤的主要原因之一, 应用自由基清除剂可减轻对脑组织的损害。
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    Relationship between cerebral ischemia/reperfusion injury of local cerebral tissue in rats and oxygen free radical/SHI Zhenghong, GUAN Yonglin//Chinese Journal of Rehabilitation Medicine, 1998,13(6):254~258

    Abstract Objective: To investigate the relationship between cerebral ischemia/reperfusion injury and oxygen free radical.And to provide the role of the free radical scavengation therapy in ischemic cerebrovascular disease.Method:Left middle cerebral artery(MCA) ischemia/reperfusion models of Wistar rats were made. The changes of biochemical metobolism and oxygen free radicals in serum and cerebral tissue in periods of ischemia and reperfusion were observed. At the same time,the protective effect of mannital and VitC were assessed.Result:The serum level of creative phosphokinase(CPK) and malon dialdehyde(MDA) was higher,but superoxide dismutase(SOD) activity was lower during reperfusion than in the ischemic period.The tissue structure and ultrastructure were damaged more seriously in reperfution period. After treated by mannital and VitC, the level of CPK and MDA in serum was lower, but SOD activity rasied, and the ultrastructure was better. Conclusion:Increasing of oxygen free radical reaction is an important reason of ischemia/reperfusion injury. Free radical scavengers could decrease the injury.
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    Author′s address Department of Neurology,Second Affiliated Hospital, Institute of Neurology Lanzhou Medical College,Lanzhou,730030

    Key words Ischemia;Reperfusion injury;Oxygen free radical;Scavengers

    缺血、缺氧组织在再灌流时损伤加重,即缺血、再灌流损伤,目前研究表明,自由基的链锁反应是脑组织缺血、 再灌流损伤的核心病理环节,虽然全脑缺血、再灌流损伤与氧自由基关系已有研究, 但模拟临床常见局部脑组织缺血、再灌流损伤关系的研究国内未见报导。 因此本文采用经颈内动脉插入栓子,栓塞大脑中动脉,造成可复血流的局灶性脑缺血、再灌流损伤模型,观察生物化学、自由基代谢,组织结构改变及应用自由基清除剂的保护作用,为抗自由基治疗提供依据。
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    1 材料和方法

    1.1 主要仪器和试剂

    仪器:KAPS手术显微镜(西德)、Beckman-Du临床生化分析仪(美国)、721-分光光度计(上海)、BH-20ly显微镜(日本)、H-600 电子显微镜(日本)。

    试剂:黄嘌呤氧化酶(Sigma公司)、肌酸磷酸激酶(CPK)测定试剂盒(北京化工厂)、硫代巴比妥酸(上海试剂二厂)。

    1.2 动物模型制作

    Wistar大鼠30只,体重180~250g,1%戊巴比妥钠(40mg/kg)腹腔麻醉,同时腹腔内注射阿托品1ml以减轻呼吸道分泌物。 大鼠仰卧位固定,吸氧,颈部切口暴露左侧颈总动脉(CA)、颈外动脉(ECA), 颈内动脉颅外段(ICA),在ECA近CA分叉处剪一切口,将栓子(尼龙绳线,6~0号,长20mm),向ICA颅内方向插入17.5~18mm遇阻力而停止,栓子头端即达MCA起始部,用Zin氏夹夹闭ECA切口近端,缝合皮肤,栓塞即告完成。再灌流时,在戊巴比妥钠麻醉下,去除Zin氏夹,自ICA取出栓子,使ICA、MCA内血流恢复, 整个手术过程在手术显微镜下操作,术后1小时,大鼠清醒,置单笼饲养,根据Berderson氏检查评级方法观察记录,大鼠清醒后爬行,不能走直线,而呈弯向血管(栓塞侧)对侧的环状爬行为Ⅲ级。
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    1.3 分组

    实验动物随机分为5组,每组6只。第一组为正常组;第二组为假手术对照组;第三组为缺血组,缺血6小时;第四组为再灌流组,缺血5小时,再灌流1小时;第五组为治疗组,缺血5小时,再灌流即刻由尾静脉注入20%甘露醇(2g/kg)和VitC(0.4g/kg)1小时。

    1.4 测定指标及方法

    取材:第一组,自心脏采血2ml作正常对照;第二组,手术操作6小时取血;第三~第五组,6小时后取血。在心脏采血的同时,断头处死,迅速取左侧大脑半球颞叶皮层脑组织作丙二醛(malondialdehyde,MDA)测定(组织中)。

    肌磷酸激酶(CPK)活力测定:心脏采血2ml,离心(2000r/min),取血清50ul,用Beckman-Du型生化分析仪测CPK活性。
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    MDA测定:硫代巴比妥酸分光光度法(TBA)测定〔4〕

    超氧化物歧化酶(SOD)活力测定:Oyangui亚硝酸盐法〔5〕

    大鼠脑组织蛋白测定:Lorry法。

    1.5 组织结构和细胞超微结构观察

    各组另取2只动物,处死后迅速取脑组织标本(左大脑半球缺血区),以中线旁开2mm离嗅球1~1.5cm处取材,分送光、电镜检查。

    1.6 统计学分析

    所有资料均以±s表示,各项数值间采用均数和配对t检验,P<0.05视为差异显著。
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    2 结果

    大鼠术后1小时清醒,神经功能均为Ⅲ级。

    2.1 大鼠血清中CPK活性的变化

    与对照组比较,缺血组、再灌流组与治疗组的CPK活性升高(P<0.01);再灌流组与缺血组比较,CPK活性升高(P<0.01);治疗组与再灌流组比较,活性下降(P<0.01)。见表1。

    2.2 大鼠血清中MDA含量变化

    与对照组相比,再灌流组MDA含量升高(P<0.005);与缺血组比较,再灌流组MDA含量升高(P<0.01);与再灌流组比较,治疗组MDA含量明显下降(P<0.005)。见表2。

    2.3 大鼠脑组织MDA含量变化

, 百拇医药     与对照组比较,再灌流组MDA含量升高,(P<0.01);与缺血组比较,再灌流MDA含量升高,(P<0.05);与再灌流组比较,治疗组MDA含量下降(P<0.05)。见表3。

    2.4 大鼠血清中SOD活力改变与对照组比较,缺血组及再灌流组中SOD活力下降(P<0.01);与缺血组比较,再灌流组SOD活力下降(P<0.01);与再灌流组比较,治疗组SOD活力明显升高(P<0.05)。见表4。

    2.5 光镜及电镜所见

    正常组组织结构完整,细胞排列整齐有序,细胞结构完整;假手术对照组与正常组无明显不同;缺血组组织水肿, 血管周围尤为明显,神经元呈缺血性改变,线粒体结构破坏(图1、2);再灌流组脑组织水肿加剧,细胞周围呈海棉状,血管周围广泛坏死,神经细胞破坏严重(图3);经治疗后组织破坏稍有好转(图4)。

    3 讨论
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    表1 大鼠血清中CPK活性的变化(±s) 组别

    例数

    CPK活性(U/L)

    正常组

    6

    193.64±42.41

    假手术对照组

    6

    219.91±48.91

    缺血组

    6
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    688.25±200.16

    再灌流组

    6

    1641.17±158.38①②

    治疗组

    6

    621.42±156.60①③

    ①与对照组相比P<0.01;②与缺血组相比P<0.01;③与再灌流组相比P<0.01;④与正常组间比P>0.05。表2 大鼠血清中MDA含量的变化(±s) 组别

, 百拇医药     例数

    MDA含量(nmol/mgpro)

    正常组

    6

    12.60±4.19

    假手术对照组

    6

    15.00±6.87

    缺血组

    6

    19.50±5.19

    再灌流血
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    6

    39.62±1.26①②

    治疗组

    6

    16.5±3.02

    ①与对照组相比P<0.005;②与缺血组相比 P<0.01;③与再灌流组相比P<0.005;④与正常组间无差异P>0.05。表3 大鼠脑组织MDA含量的变化(±s) 组别

    例数

    组织MDA(nmol/mgpro)

    正常组
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    6

    1.46±0.42

    假手术对照组

    6

    1.73±0.61

    缺血组

    6

    2.685±1.70

    再灌流血

    6

    3.66±0.98①②

    治疗组
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    6

    2.44±0.71①③

    ①与对照组相比P<0.01;②与缺血组相比P<0.05;③与再灌组相比P<0.005;④与正常组间无差异P>0.05。表4 大鼠血清中SOD活性变化(±s) 组别

    例数

    SOD活性(u/ml)

    正常组

    6

    17.15±4.58

    假手术对照组
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    6

    15.00±6.09

    缺血组

    6

    8.93±3.28

    再灌流血

    6

    5.18±1.58①②

    治疗组

    6

    11.00±6.40

    ①与对照组相比P<0.005;②与缺血组相比P<0.05;③与再灌组相比P<0.01;④与正常组比P>0.05。
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    图1 缺血组缺血6小时后脑组织内超微结构

    线粒体破坏,嵴结构不清、消失,线粒体空化,TEM,33000

    图2 缺血组缺血5小时,再灌流1小时后脑组织超微结构

    神经细胞破坏,核浓缩,胞浆内容物丢失。TEM,8300

    图3 再灌流组缺血5小时,再灌流1时后脑组织

    血管周围广泛坏死呈空泡样。TEM:5000
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    图4 治疗后脑组织

    血管周围仍然水肿、坏死,但部分神经细胞损害较轻。TEM:8300

    脑组织中含有丰富的CPK,主要存在于胶质细胞,神经元胞体、轴突中,是可溶性蛋白,当脑组织缺血时,细胞膜通透性改变,细胞内酶外漏,CPK极易漏入组织间隙和血浆中,因此CPK可作为缺血性损伤的一项指标〔7〕。本实验结果表明缺血期CPK活性升高,再灌流期较缺血期活性更高,说明损伤更为严重。同时光镜和电镜观察也说明组织和细胞结构在再灌流期破坏更加严重。SOD作为体内清除O·2的特异酶,其变化间接反应了体内清除自由基的能力变化。MDA是脂质过氧化反应的代谢产物,间接反应了体内自由基损伤引起的脂质过氧化反应的强弱。本研究结果表明,缺血期体内清除自由基能力下降,再灌流期脂质过氧化反应增强且清除能力进一步下降,对脑组织损害严重。

    目前认为脑缺血、再灌流损伤是由于超过缺血阈的脑细胞、线粒体破坏殆尽,不能利用氧进行有氧氧化产生ATP,血液再灌流突然带入的氧一方面在黄嘌呤氧化酶的作用下产生O·2,另一方面使缺血期因氧耗竭而停滞的烷自由基向脂质过氧化物自由基反应得以延续,进一步攻击不饱和脂肪酸〔8〕;另外再灌流带入的Ca2+可提高黄嘌呤氧化酶活性,高价铁离子可促进O·2,迅速转为OH·,二者都可重新激发自由基链锁反应,使缺血、梗塞范围迅速扩大。Althaus IS〔9〕等采用高压液相色谱技术进行实验,结果发现脑缺血后血流恢复提高了足够的氧,加速和催化了神经细胞膜结构的脂质过氧化物反应,脑损害更加严重。
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    甘露醇、VitC是公认的自由基清除剂,甘露醇可清除体内毒性最强的OH·〔10〕,早期联合应用自由基清除剂对脑组织有重要的保护作用,为缺血性脑血管病的治疗开辟了广阔的应用前景。

    4 参考文献

    1 Mc Cord JM. Oxygen-derived free radical in postischemic tissue injury.N Eng J Med,1985,312:159.

    2 Yamamoto M,Shima T,Uozuml T, et al. A possible role of Lipide Peroxidation in cellular damages caused by cerebral ischemia and the protective effect of α-tocopherol administration.Stroke 1983,14:977.
, 百拇医药
    3 Csiba I.Amodified model of reversible middle cerebral artery emblization in rats without craniectomy. Acta Neurochir,1992,114:51.

    4 向荣,王鼎年.过氧化脂质硫化巴比妥酸分光光度计法的改进.生物化学与生物物理进展,1990,17:241.

    5 Oyanagui Y.Reevalution of assay methods and establishment of kit for superoxide dismutase activity.Ann Biochem, 1984, 142:290.

    6 Bederson JB,Pitt LH,Tsuji M, et al. Rat middle cerebral artery occulusion evalution of the model and development of a neurologic examination.Stroke,1986,17:472.
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    7 Bakay RAE,Pathophysiology of cerebrospinal fluid in head injury.Neurosurg,1986,18:376.

    8 Winkler SR,Manoz-Ruizl.Mechanism of action of mannitol. Surg Neurol,1995,43:59.

    9 Althaus JS,Andrus PK, Williamas CM, et al. The use of salicylate hydroxylation to detect hydroxyl radical generation in ischemic and traumatic brain injury.Mol Chem Nenropathol,1993,20:147.

    10 陈洁丽,江德华,张卫华,等.甘露醇在脑缺血动物实验中的治疗作用.中华神经科杂志,1997,30;161.

    收稿日期:1998-04-03, http://www.100md.com(石正洪1 关永林2)