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编号:10246845
高能震波对家兔肝组织影响的超微细胞化学研究
http://www.100md.com 《中华物理医学与康复杂志》 1998年第2期
     作者:张东生 金立强 洪大蓉

    单位:210009 南京铁道医学院电子显微镜室

    关键词:振动/副作用;肝/病理学;兔

    中华物理医学杂志980202 摘 要 目的 为深入探讨高能震波对肝组织结构和功能的早期影响,给临床预防损伤提供依据。方法 震波对肝脏定位作用后,取肝组织切超薄片,制备硝酸镧示踪和电镜酶细胞化学标本在透射电镜下观察。结果 镧示踪标记法显示镧颗粒进入了细胞及线粒体内; 毛细胆管紧密连接区也出现了致密的镧沉积, 并与肝细胞间隙的镧沉积物相连, 表明毛细胆管紧密连接已开放。 酶细胞化学技术显示肝细胞线粒体琥珀酸脱氢酶(SDH)和毛细胆管壁上的碱性磷酸酶(ALP)活性明显减弱或消失, 焦磷酸硫胺素酶(TPPase)的活性及定位也发生了改变, TPPase从损伤的高尔基复合体及溶酶体样小泡漏出进入胞浆, 部分毛细胆管壁上的TPPase反应物减少。肝细胞间隙和毛细胆管紧密连接区可见TPPase反应物。 超微结构观察显示线粒体肿胀破裂,粗面内质网扩张囊泡化和脱颗粒。结论 高能震波可以损伤肝细胞的超微结构与功能。
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    中图号 R13

    Effect of High Energy Shock Wave on Liver Ultracytochemistry of Rabbit Zhang Dongsheng,Jin Liqiang,Hong Darong.Laboratory of Electron Microscopy,Nanjing Railway Medical College, Nanjing 210009

    Abstract Objective To investigate the effect of high energy shock wave(HESW) on the liver of rabbit, providing basis for clinical prevention of injury.Methods With lanthanum as a tracer, enzymatic localization was used for ultrastructural study. Results The electron microscopical observation demonstrated that intracellular lanthanum could be found,most of which entered the hepatocytes and its mitochondria. The lanthanum granules were also found to deposite in the zone of tight junctions of bile canaliculi, indicating that the tight junctions had been damaged. The activities of succinate dehydrogenase(SDH) in hepatocytes, alkaline phosphatase( ALP ) and thiamine pyrophosphatase(TPPase ) on the wall of bile canaliculi became obviously less.Both the activities and localizations of TPPase had changed. Some TPPase from the damaged lysosome-like vesicles and Golgi saccules of hepatocytes discharged into the cytoplasm. TPPase reaction product in some bile canaliculi decreased. In the intercellular space of the hepatocytes and tight junctions of bile canaliculi, TPPase reaction could be seen. Ultrastructurally, the changes commonly seen were hydropic mitochondria and dilatation of rough endoplasmic reticulum.Conclusion HESW can damage the ultrastructure and function of liver.
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    Key words vibration/adv eff;liver/pathol;rabbits

    高能震波(high energy shock wave, HESW)是一种高速高压波, 由于该震波被聚焦后能产生极高的压强, 故现已开发为体外震波碎石术(ESWL)用于治疗肾和肝胆等体内结石。不过国外报告和作者的研究均先后发现高能震波有损伤组织的作用〔1,2〕。为进一步探讨高能震波对组织早期损伤的作用机理, 以及对组织和功能的影响, 作者采用电镜酶细胞化学和硝酸镧示踪技术进行了如下研究。

    材料和方法

    一、实验动物

    正常成年新西兰兔30只, 雌雄不拘,随机分为两组,震波冲击实验组20只及对照组10只。

    二、实验方法
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    用NE-3型震波碎石机对实验组兔胆囊部肝区B超定位后实施冲击,采用临床治疗剂量(能级50 J,电压14 kV,冲击1500次,持续30 min);实验后2 h活杀,取胆囊旁1 cm处肝组织。

    三、电镜样品制备

    1.镧示踪剂电镜标本制备:采用Hoffestein方法〔3,4〕在窄口瓶内配制4%LaNO3(硝酸镧)水溶液。为防止沉淀,以微量滴管缓慢加入100 mmol/L NaOH液调节pH到7.8。预固定液构成为:一份新配制的4%LaNO3水溶液加两份6%新配制的戊二醛的0.1 mol/L二甲砷酸钠缓冲液(pH7.4)。新鲜标本立即置于该固定液中,室温下固定染色2 h,然后水洗三次, 每次20 min。水洗液的构成为:一倍体积1%蔗糖的0.1 mol/L二甲砷酸钠液加两倍体积4%LaNO3水溶液(pH7.4)。水洗后用1%锇酸后固定1 h,然后按常规电镜制样,修去标本周边组织,超薄切片后不染色(镧示踪)及双重染色(超微结构)后用H-600型透射电镜观察。
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    2.酶细胞化学电镜标本制备:新鲜标本切成小片后放入2%戊二醛二甲砷酸钠缓冲液(pH7.2)固定45 min, 同时将标本切成1 mm厚1 cm长的小条。 固定后用二甲砷酸纳缓冲液浸洗2 h。然后标本包入琼脂(7.5%),用XY-86震动切片机切成40 μm薄片入孵育液(反应均在37℃下进行1 h)。ALP反应的孵育液构成:0.1 mol/L Tris-maleate缓冲液(pH8.0),2 mmol/L氯化铈和1 mmol/L β-甘油磷酸钠;TPPase孵育液构成:0.1 mol/L Tris-maleate缓冲液(pH7.2),2 mmol/L氯化铈,2 mmol/L氯化锰和1 mmol/L焦磷酸硫胺素。SDH孵育液构成:0.2 mmol/L琥珀酸钠,0.1mmol/L磷酸缓冲液(pH7.0),0.1 mmol/L硝酸钠,0.3 mmol/L硫酸铜,5 mmol/L亚铁氢化钾。各酶均设去底物对照〔5,6〕。酶细胞化学反应后,切片用上述缓冲液洗三次,0.1 mmol/L二甲砷酸钠缓冲液洗二次。标本重固定于2%戊二醛二甲砷酸钠缓冲液(pH7.2),1 h之后在相同缓冲液4℃下浸洗过夜。 其后在室温下用2%锇酸-0.1 mmol/L二甲砷酸钠(pH7.2)将标本后固定1 h, 常规漂洗、脱水、包埋和超薄切片,不染色(酶细胞化学)和双重染色(超微结构)后用电镜观察。
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    结 果

    一、镧示踪标记法肝细胞膜性结构变化

    在实验组肝,可见镧颗粒进入肝细胞内,有些已进入线粒体,呈细粒状沉积于线粒体外室, 甚至呈致密的粗颗粒分布于肿胀的线粒体基质之中,但部分无肿胀的线粒体内也有镧颗粒沉积(图1)。 细胞间隙及毛细胆管紧密连接区均有电子致密的镧颗粒,形成一条相连的镧沉积线(图2)。有时在毛细胆管腔内也见有镧颗粒。对照组镧仅沉积于肝细胞外间隙(图3),线粒体内无镧颗粒(图4)。

    二、酶超微组织化学反应

    对照组肝SDH阳性反应定位于线粒体内外膜和外室, 表现为电子密度高的酶反应产物(图5)。 ALP反应定位于毛细胆管微绒毛,呈中度反应活性的磷酸铈沉淀,肝细胞间隙无ALP反应物(图6)。TPPase反应定位于肝细胞高尔基复合体和溶酶体样小泡,毛细胆管的微绒毛及管腔内也存在很强的酶反应活性,显示为高电子密度的磷酸铈沉积,肝细胞膜上无酶反应产物(图7)。 实验组肝SDH和ALP活性明显降低以至消失,反应产物显著低于对照组(图8,9)。 实验组肝TPPase的定位和活性变化更明显,不仅高尔基复合体扁囊和溶酶体样小泡在数量上多于对照组,而且酶反应活性也增强,但部分毛细胆管的酶反应活性则减弱;另外还可见一些溶酶体膜破裂,TPPase溢出到肝细胞胞浆(图10)。
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    三、超薄切片观察

    与对照组比较可见实验组肝窦内皮肿胀, 窗孔增大伴有缺损;血小板聚集脱颗粒并附着于内皮缺损处,肝窦扩张,中性白细胞附壁。肝细胞线粒体肿胀, 基质空化, 基质颗粒减少, 肿胀严重者双层膜断裂及板层小体形成。粗面内质网扩张、 囊泡化及脱颗粒。毛细胆管扩张,肝窦面和毛细胆管面微绒毛肿胀,数量减少。

    讨 论

    一、HESW对肝细胞膜性结构损伤的早期效应

    镧是电子密度高的重金属, 原子序数57,原子量138.90,直径2 nm。由于细胞膜分子间隙很小,故通常情况下镧颗粒不能穿越质膜进入细胞,仅沉积于细胞膜外侧或细胞间隙。当膜分子间隙增大,导致膜通透性增高时,镧颗粒则可进入胞质及细胞器, 或进入并穿越被破坏的细胞连接, 因此既往把这种高电子密度颗粒作为标记膜性结构正常与否的“探针”。 本实验结果证实, 受震波作用后的肝细胞及其线粒体,不论其形态正常与否,其通透性均发生改变。而且也表明肝细胞膜的特化区毛细胆管紧密连接区的间隙也增大和开放, 硝酸镧沉积表明毛细胆管腔与肝细胞间隙已有沟通。
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    二、HESW对肝细胞酶活性和定位的影响

    SDH是位于线粒体内膜上的琥珀酸-Q还原酶系统的成分之一,参于三羧酸循环,因此该酶反应的强弱也反应了三羧酸循环的状态〔7〕。毛细胆管微绒毛上的ALP可分解ATP,为肝细胞合成和分泌胆汁提供一定能量。超薄切片观察及镧示踪技术显示肝细胞线粒体和毛细胆管均有损伤,酶细胞化学定位则显示上述区域的SDH和ALP活性降低,表明HESW对肝细胞能量代谢可造成一定影响,并有可能导致胆汁分泌障碍。TPPase可通过分解焦磷酸硫胺素(TPP,脱羧辅酶)对糖代谢进行调节,因此从受损的高尔基复合体和溶酶体进入肝细胞胞浆的TPPase可能导致糖酵解和三羧酸循环障碍,使能量代谢受阻,进而导致肝细胞结构和功能上更严重的损伤。毛细胆管紧密连接区和肝细胞间隙出现的TPPase反应物则是因TPPase通过细胞超微结构受损后紧密连接开放所致, 其分布和强度也反映了肝细胞的损伤程度。

    综上所述可见, HESW不仅可损伤肝细胞和线粒体的膜性结构, 以及毛细胆管的紧密连接,同时也影响了肝细胞一些酶的活性及定位。所以应引起临床的足够重视。虽然曾有报道HESW造成的损伤可在几周后恢复〔8〕,但作者仍认为在临床应用HESW治疗胆结石等病人时,必须慎重地选择合适的震波剂量、注意震波的聚焦和B超对结石的准确定位,并密切观察肝功能的变化,以期在提高碎石率的同时,将对器官组织的损伤降低到最低限度。
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    图1 震波实验组:线粒体(M)内有电子致密的镧颗粒沉积 ×24000

    图2 对照组:线粒体(M)内无镧颗粒沉积 ×24000

    图3 震波实验组:镧颗粒沉积于毛细胆管(BC)紧密连接区(箭头) ×24000

    图4 对照组:除肝细胞间隙有镧颗粒沉积外,毛细胆管(BC)紧密连接区(箭头)无镧沉积 24000

    图5 SDH对照组:肝细胞线粒体(M)可见电子致密的SDH反应物 ×16000

    图6 SDH震波实验组:组粒体(M)内SDH反应减弱和消失 ×20000

    图7 ALP对照组:毛细胆管(BC)微绒毛质膜上有电子致密的的ALP反应物 ×10400
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    图8 ALP震波实验组:毛细胆管(BC)微绒毛ALP反应消失 ×14400

    图9 TPPase对照组:电子致密的TPPase反应物见于毛细胆管(BC)微绒毛上和溶酶体(L)内,肝细胞膜(CM)及间隙无酶反应物 ×20400

    图10 TPPase对照组:肝细胞溶酶体样小泡(L)和高尔基复合体(G)内TPPase反应增强,一些TPPase从损伤的溶酶体样小泡和高尔基复合体溢出至胞浆(箭头)。肝细胞膜(CM)及间隙也有TPPase反应物 ×20400

    参考文献

    1 张东生,洪大蓉,金立强,等.体外冲击波碎石术治疗实验性家兔胆结石后组织损伤的电镜观察.中华实验外科杂志,1993,10(2):70-71.

    2 Chaussy CH, Schmiedt E, Jocham D, et al. First clinical experience with extracorporeally induced destruction of kidney stones by shock waves. J Urol,1982,1277(3):417-420.
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    3 Hoffestein S, Gennaro DE. Colloidal lanthanum as a marker for impaired plasmamembrane permeability in ischemic dog myocardium. Am J Pathol, 1975,79(2):207-218.

    4 Lecson TS, Higgs GW.Lanthanum as an intercellar stain for electron microscopy. Histochemical J , 1982,14(4):553-555.

    5 Robinson JM, Kanovsky MJ. Ultrastructural localization of several phosphatases with cerium. J Histochem Cytochem, 1983,31(10):1197-1208.
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    6 Ogawa K, Saito T, Mayahara H, et al. The site of ferricyanide reduction by reductases within mitochondria as studied by electron microscopy. J Histchem Cytochem, 1968,16(1):49-57.

    7 Lojda Z, Gossrau R. Enzyme hitochemistry.New York: Spinger-Verlag Berlin Heidelberg, 1979.256-260

    8 Deaconson TF, Condon RE, Weitekamp LA, et al. Biliary lithotripsy, determination of stone fragmentation success and potential tissue injury in swine. Arch Surg, 1989,124(8):916-920.

    (收稿 1997-01-24 修回 1998-03-30), 百拇医药