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编号:10499998
小鼠高原低氧环境暴露下脑内脂质过氧化损伤与高原脑水肿的关系
http://www.100md.com 《西北国防医学杂志》 2000年第2期
     作者:周其全 支东学 高丽菊 李宜成 骆礼奎 周军 康步仁 孙利明

    单位:周其全(解放军兰州医学高等专科学校,甘肃 兰州,730000);支东学(解放军兰州医学高等专科学校,甘肃 兰州,730000);高丽菊(解放军兰州医学高等专科学校,甘肃 兰州,730000);李宜成(解放军兰州医学高等专科学校,甘肃 兰州,730000)

    关键词:高原;脑水肿;动物实验

    西北国防医学杂志000204 摘要:目的:观察不同海拔梯度下脑内脂质过氧化物的变化,探讨高原脑水肿的发生机理。方法:取三个不同海拔梯度下小鼠脑组织匀浆化学法测定脑内SOD、MDA、GSH-PX和GSH的含量。结果:小鼠急进高海拔区后,随着海拔升高,脑内SOD和GSH含量逐渐升高,MDA始终不变,但GSH-PX进入中海拔区后增高,进入高海拔区后明显降低,差异均非常显著。在高海拔区随着时间延长SOD和GSH呈增高趋势,GXH-PX呈下降趋势。高海拔区不同时间暴露下脑组织含水量与脑内SOD、GSH和MDA呈正相关关系,与脑内GSH-PX呈负相关关系。结论:高原环境下脑内过高的脂质过氧化反应与高原脑水肿发病有一定关系。
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    中图分类号:R 339.5+4 文献标识码:A 文章编号:1007-8622(2000)02-0092-03

    Relationship between intracerebral lipid peroxidative injury of mice exposed under hypoxia environment at high altitude and high altitude brain edema

    ZHOU Qi-quan,ZHI Dong-xue,GAO Li-ju,et al.(Lanzhou Medical College,PLA,730020)

    Abstract:Objective:To observe the metabolic changes of intracerebral lipid peroxidative response and further to study the pathogenesis of high altitude brain edema.Methods:Using of chemiluminescence method to measure the contents of SOD,MDA,GSH-PX and GSH in brain tissue homogenated at three different altitude gradients.Results:SOD and GSH contents raised with altitude rising,MDA content kept unchanged,but GSH-PX content raised after entered into moderate altitude regions and reduced obviously after entered into high altitude regions.All parameters had significant statistical differences.With time prolongation after entry into high altitude,the intracerebal SOD and GSH levels raised and GSH-PX level reduced.Positive correlation was showed between brain water content and intracerebral SOD,GSH and MDA contents,but negative correlation with intracerebral GSH-PX content.Conclusion:Intracerebral lipid peroxidative supereaction may leading to the onset of high altitude brain edema.
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    Key words:Plateau; Brain edema; Animal test

    脂质过氧化反应主要是指在氧自由基诱发下发生在生物膜不饱和脂肪酸中的一系列自由基反应,是氧自由基诱导的主要有害变化之一。由于脑组织中富含胆固醇和多价不饱和脂肪酸,同时脑组织中还富有催化自由基生成的铁离子,所以脑组织更易受到氧自由基的损伤。最近的一些研究表明,随着海拔升高和大气氧分压降低,人体内氧自由基含量增加而清除超氧阴离子的能力降低。那么对缺氧最敏感的脑组织内脂质过氧化反应如何,与高原脑水肿的发生存在什么有机联系都是值得深入探讨之处,为此我们观察了不同海拔梯度下小鼠脑内脂质过氧化物的代谢变化,以期从分子水平进一步探讨高原脑水肿的发生机理。

    1 材料和方法

    1.1 材料:昆明种成年小白鼠240只,体重18~26 g,均购自卫生部兰州生物制品研究所实验动物中心。
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    1.2 方法:取健康小白鼠200只,随机分为10组,每组20只,分别在兰州(1 517 m)、格尔木(2 807 m)和昆仑山口(4 767 m)的1、3、5、7、9、11、13、15 d脱颈椎处死,解剖取脑称湿重后放入105℃烤箱中烘烤至衡重,计标湿干比值和脑含水量。同时取脑组织匀浆后分别用化学发光法测定超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)和谷胱甘肽(GSH)。药盒购自南京建成生物工程研究所。

    格尔木和昆仑山口动物,由兰州乘车2 d内运抵格尔木,在格尔木停留2 d,处死部分动物取脑组织测定上述指标外,其余动物全部由格尔木1 d内运抵昆仑山口驻地,分别于上山后1、3、5、7、9、11、13、15 d处死相应组动物,取脑观察上述各项指标。

    所有数据以均数±标准差(±s)表示,组间比较采用方差分析、配对资料t检验和非参数相关分析进行处理。
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    2 结果

    2.1 不同海拔高度暴露下小鼠脑组织内脂质过氧化物变化:见表1。

    表1 不同海拔高度暴露下小鼠脑组织脂质过氧化变化 地区

    海拔

    (m)

    n

    SOD

    (nμ/mg蛋白)

    MDA

    (nmol/mg蛋白)

    GSH-PX

    (U/mg蛋白)
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    GSH

    (mg/mg蛋白)

    兰州

    1 517

    20

    373.78±13.29

    137.06±25.14

    373.29±18.99

    232.41±51.11

    格尔木

    2 800

    20
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    286.24±12.99

    120.63±25.66

    385.16±13.24

    237.11±23.32

    昆仑山口

    4 767

    20

    317.64※※±14.24△△

    109.73※※±11.99

    105.50※※±10.30△△
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    388.88※※±12.73△△

    与兰州组比较:※P<0.05,※※P<0.01 与格尔木比较:△P<0.05,△△P<0.01

    由表1可见,小鼠急进高海拔区后,随着海拔升高,脑内抗氧化能力加强,SOD逐渐升高,MDA逐渐降低,但GSH-PX和GSH在进入中海拔区后增高,进入高海拔区后GSH-PX明显降低,而GSH明显增高,差异均非常显著(P<0.01)。

    2.2 高海拔区不同时间暴露下小鼠脑内脂质过氧化物的动态变化:见图1。

    图1 高海拔区不同时间暴露下小鼠脑

    内脂质过氧化物的动态变化
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    小鼠由低海拔区进入高海拔区后脑内SOD水平随着时间延长呈增高趋势,与兰州地区水平比较

    有显著性差异(P<0.01)。MDA水平始终持平,没有显著性变化。但GXH-PX水平在进入高原的第1天明显降低,随后又升高到接近于基础水平,至进入高原第5天开始呈持续下降趋势,直到第15天始终低于第5天水平,与第3天比较均有显著差异(P<0.01),与第1天比较也有显著差异(P<0.05)。GSH水平从进入高原的第7天开始上升,直到第11天达到高峰,而后略有下降,但仍高于第7天的水平,与前5天比较均有显著差异(P<0.01)。

    2.3 高海拔区不同时间暴露下脑内脂质过氧化反应与脑水肿的关系:相关分析,高海拔区不同时间暴露下脑组织含水量与脑内SOD、MDA和GSH呈正相关关系,r值依次为0.770,0.801,0.828,相关均显著(P<0.05);与脑内GSH-PX呈负相关关系,r=0.867,相关非常显著(P<0.01),见图2~图5。
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    图2 SOD(μn/mg蛋白)脑含水量(%)

    图3 GSH(mg/mg蛋白)脑含水量(%)

    图4 MDA(nmol/mg蛋白)脑含水量(%)

    图5 GSH-PX(U/mg蛋白)脑含水量(%)

    3 讨论

    3.1 高原环境下脑内脂质过氧化反应:有关此方面的实验研究很少报道,本结果表明小鼠急进海拔区后脑内抗氧化酶-SOD是增高的,而GSH-PX先是一过性增高,而后持续降低,巯基化合物-BSH从进入高原第5天开始呈明显上升趋势,MDA水平进入高原初期稍有降低,从进入高原第3天开始维持在较稳定水平,并有逐渐增高趋势。这一结果与段春礼等[1]在缺氧实验中所得结果近似。小鼠急进高海拔区后脑组织的抗氧化能力加强。正常情况下,体内自由基的产生与清除,是处于动态平衡状态,脑组织的抗氧化酶和巯基化合物产生增多同时也说明脑组织内的氧自由基生成增多。本实验观察到反映脑内脂质过氧化物MDA是处于一种稳定状态,说明MDA的生成量是增多的,提示脑内的氧自由基产生增多。
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    高原环境下脑内SOD水平与脑水肿的关系值得进一步探讨,一般认为,高原缺氧环境下SOD活力降低。刘丽萍等[2]观察了4 080 m的肝炎和肺心病患者血中SOD和MDA水平,发现治疗前SOD水平降低,而MDA水平增高。张西洲等[3]观察到3 700 m的高原肺水肿患者治疗前血中SOD活力降低。张氏[4]同时观察了5 000 m剧烈运动前后SOD活力变化,发现静息状态下SOD活力是降低的。而高原环境下脑内SOD活力增高作何解释,郭进文等[5]证实脑损伤患者伤后血浆SOD水平升高,并随脑损伤程度、昏迷时间和颅内血肿量的增加而升高。鞠砚等[6]认为脑损伤后SOD活力升高可能是机体进行代偿调节的结果,也可能是自由基刺激机体产生代谢方面的代偿的作用。此外,脑组织中含有一定量的SOD,当脑损伤后脑组织内由于自由基的产生增加而发生继发性脑损害时,脑细胞内大量的SOD释放入细胞外液使其SOD活力水平升高,因此有学者提出,检测血浆SOD活力水平可以间接反映脑组织损害程度。从本实验中脑内SOD活力水平随着在高海拔区暴露时间的延长而增高,且与脑水肿形成时间密切相关,从而说明脑内SOD活力水平增高是脑组织内氧自由基产生增多所致的高原脑水肿的直接后果。
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    3.2 高原环境下氧自由基生成与急性高原脑水肿:人体急进高海拔区后,由于高原缺氧使氧自由基的产生和清除平衡受到破坏,超氧阴离子(O2)岐化产生H2O2,O2与H2O2在铁参与下生成OH+,OH+损害磷脂膜不饱和酸(RH),使之脱氢转化为有机自由基(R.),R与O2作用产生有机氧自由基(ROO),ROO与PH脱失的H+生成脂质过氧化物(ROO),这一过程又生成一个新的自由基(R),如此进行下去呈恶性循环。一方面生成大量自由基(R),另一方面破坏了磷脂膜不饱和酸的正常结构,导致细胞溶解。由于脑组织本身的生物学特性所决定使脑组织更容易受到氧自由基的损伤[7],加之脑组织中高浓度的抗坏血酸本身就是一种氧化剂。当脑细胞缺氧时,血管通透性增高,血细胞渗出增多,可释放出Ca2+、Fe2+和抗坏血酸便可产生大量的氧自由基,自由基可以激活磷脂酶A2,从而使膜磷脂降解,产生花生四烯酸(AA),再经级联反应最终生成PGI2、TXA2和白三烯,同时产生更多的自由基。这些物质作用于神经细胞和脑胶质细胞,使其NO-K-ATP酶受到抑制,细胞内Na+转运失调造成细胞毒性脑水肿。同时上述物质作用于脑毛细血管内皮细胞,脑屏障开放数量增加,通透性增加,造成血管源性脑水肿。本结果表明,小鼠急进高海拔区后脑内MDA和NO的生成增多,而抗氧化酶谷胱甘肽过氧化物酶生成减少,这样势必导致自由基的产生与清除的平衡受到破坏,最终导致脑水肿。作者已经证实小鼠急进高海拔区后,脑含水量增加。并且这种脑含水量增高的时相与GSH-PX降低和NO增高的时相相吻合,这都说明高原缺氧时自由基的产生与清除平衡失调与高原脑水肿有直接关系。同时说明,急进高原初期仅脑内SOD活性增高,并不能减轻或阻止氧自由基对机体的损伤,只有在相关酶(过氧化物酶)增高的协同作用下,才能最终起到清除氧自由基的作用。由此提示我们高原脑水肿的防治,必须从加强清除自由基和提高机体抗氧化能力两方面进行,以寻找有效地自由基清除剂和抗氧化剂,抑制自由基的生成和清除脑内过多的自由基,从而减轻脑水肿。
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    作者简介:周其全(1951—),男,教授

    骆礼奎(解放军第59243部队卫生队)

    周军(解放军第59243部队卫生队)

    康步仁(解放军第59243部队卫生队)

    孙利明(青海省格尔木市人民医院)

    参考文献:

    [1]段春礼,燕福生,宋学英,等.小鼠在急性缺氧过程中脑内SOD、GSH-PX及LPO含量变化[J].中国病理生理杂志,1998,14(6):677-680.

    [2]刘丽萍,阿祥仁,付秀兰.海拔4 080 m地区病毒性肝炎患者血中SOD和MDA的初步观察[J].高原医学杂志,1995,5(1):42-43.
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    [3]张西洲,何富文,陈占诗,等.高原肺水肿与自由基损伤[J].西北国防医学杂志,1997,18(3):181-182.

    [4]张西洲,何富文,张素萍.部队在高原越野前后RBC-SOD和血液流变学的变化[J].西北国防医学杂志,1996,17(1):29-30.

    [5]郭世文,刘宋勋,谢昌厚,等.血浆SOD活力与颅脑损伤的关系[J].中华创伤杂志,1994,10(1):5-8.

    [6]鞠 砚,王长砷,刘风春,等.细胞SOD活力在颅脑损伤病程中的反应[J].中风与神经疾病杂志,1990,7(3):148-151.

    [7]汤德柱.氧自由基在急性高原脑水肿中的作用[J].高原医学杂志,1998,8(2):63-65.

    收稿日期:1999-09-01, 百拇医药