氯胺酮治疗颌面部撞击致颅脑损伤的动物实验研究
作者：张从纪 李慧增 廖维宏 杨 军 史文进
单位：(张从纪,李慧增,杨 军,史文进)400038 第三军医大学西南医院口腔科,(廖维宏) 第三军医大学大坪医院野战外科研究所三室
关键词：氯胺酮；颌面外伤；创伤性脑损伤
华西口腔医学杂志990110 摘要 目的:探索临床应用氯胺酮对颌面部撞击致颅脑损伤早期治疗的可能性。方法:采用落体撞击大鼠颌面部发生中等程度的创伤性脑损伤动物模型,给予氯胺酮进行早期药物治疗,观察大鼠神经功能的恢复时间。结果:氯胺酮治疗组大鼠在木条平衡和木条行走实验中与对照组相比差别明显,并提前1～2天恢复至伤前水平。结论:氯胺酮对颌面部撞击致颅脑损伤有一定的早期治疗作用。
Animal Experiment of the Ketamine Effects on Traumatic Brain Injury
, http://www.100md.com
Resulting from Impact Maxillofacial Injury
Zhang Congji, Li Huizeng, Yang Jun, et al
Department of Stomatology, Southwest Hospital, the Third Military Medical University
Liao Weihong
Research Institute of Field Surgery, Daping Hospital, the Third Military Medical University
Abstract Objective:To test the effects of ketamine (KET) on traumatic brain injury resulting from impact maxillofacial injury. Methods: The rat models with middle serious traumatic brain injury were obtained by falling impaction at maxillofacial region of the rats, then the animals were treated with KET in the early stage, and the alteration of the neural function in those rats was observed at the same time. Results: There was obvious difference between the rats in the KET-treating groups and the control group. It took about 2 days fewer than that of the control group for rats in the KET-treating group to recover. Conclusion: KET can shorten the recovery time of rats with brain injury resulting from impact maxillofacial injury.
, 百拇医药
Key words: maxillofacial injury traumatic brain injury ketamine
颌面部撞击伤是意外事故的常见伤类。据统计[1],交通事故中,头面部损伤的发生率达到82%,其中面部损伤合并颅脑损伤的发生率达46.4%,且多为重伤员,这也是伤员致死的主要原因之一。本文采用落体撞击致大鼠颌面部损伤并发颅脑损伤的动物模型,观察及探讨了氯胺酮(ketamine,KET)对损伤的治疗作用,为临床对该类创伤进行早期药物治疗提供依据。
1 材料和方法
1.1 致伤方式
大鼠以2%戊巴比妥钠(40 mg/kg.IP)麻醉,面部剪毛备皮,行气管插管术,固定于致伤架上,以改进的落体撞击致伤装置致伤[2],重锤为100 g,高度分别为100、75和60 cm,冲击头直径2 mm,撞击部位为上颌骨中部。
, 百拇医药
1.2 伤情评估
参照David等[3]大鼠神经损伤伤情记分标准(neurological severity score,NSS)制定简易评估准则(表1)。大鼠伤后次日进行评估,以排除麻醉剂的影响,得分越高,脑损伤越重。
表1 神经损伤伤情评分表 神经损伤伤情
分数
提尾时后腿屈曲
1
不能在地上直线行走
1
翻正反射(righting reflex)消失
, 百拇医药
1
肢体位置反射(placing reflex)消失
1
惊吓反射消失
1
无寻觅行为
1
俯卧
1
30分钟内不能逃出直径为50 cm的圆圈
1
木条平衡作业少于60秒(1 cm宽)
, 百拇医药
1
不能在4 cm宽木条上行走
1
合 计
10
当大鼠受到100 g×100 cm能量撞击时,可造成上颌骨粉碎性骨折,有骨质缺损,硬膜外及蛛网膜下腔广泛出血,大鼠伤后24小时内死亡率达42%,NSS值为8～10,属重度损伤;大鼠受到100 g×75 cm能量撞击时,上颌骨呈粉碎性骨折,但无骨质缺损,NSS值为5～7,属中度损伤;当大鼠受到100 g×60 cm能量撞击时,撞击区皮下组织血肿,上颌骨呈青枝骨折,NSS值为0～3,属轻度损伤。因此,本实验选用100 g×75 cm的撞击能量进行以下实验。
1.3 动物分组
, 百拇医药
Wistar大鼠72只,雌雄不拘,体重200～220 g。其中24只作为对照组,随机分为伤前组和伤后1小时、4小时、8小时组,每小组6只。其余48只随机分为KET治疗组和治疗对照组,每组24只,分别于伤前、伤后1～10天每日观测。KET治疗组大鼠在致伤后1小时内给予5%KET治疗(120 mg/kg.IP);治疗对照组大鼠于相同时间给予同体积生理盐水治疗。
1.4 观测指标
1.4.1 病理学观察 对照组大鼠于各时相点断头处死,每组取1只大鼠,切取前脑组织各两块,分别行光镜和电镜观察。
1.4.2 脑组织百分水含量和血脑屏障改变的测定 上述每组大鼠取3只,处死后,各取0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm大小的组织1块,采用干湿法[4]行脑组织水含量测定。其余大鼠采用脑组织伊文氏蓝含量测定法进行血脑屏障改变的测定[4]。
, http://www.100md.com
1.4.3 木条平衡作业[5]实验装置为一悬空木条,长100 cm,宽1.5 cm。观测大鼠在木条上保持平衡的时间,最长时间为60秒,若无异常,则终止计时。治疗组及治疗对照组大鼠,在创伤前1天观测3次,作为伤前对照;伤后每日测量3次,共10天。当大鼠在木条上出现翻滚,旋转,悬吊或掉下,记录时间即刻终止。
1.4.4 木条行走作业[5]实验装置为一长100 cm,宽2.5 cm木条,沿木条等距离钉上4枚铁钉(直径3 mm,高4 cm),以增加完成作业的难度;木条一端为起始平台。上有光源,并采用铁杆敲击制造噪音,木条另一端为目的地暗箱。通过光源和噪音刺激,观察大鼠进入目的地暗箱时间。当大鼠进入暗箱后,即刻关掉光源,停止噪音刺激。每两次实验之间的间隔时间为5分钟。大鼠创伤前2天,每日训练3次,最后1天作为伤前对照。
1.5 统计学处理
数据以
表示。各组均数间的比较采用方差分析。2 结 果
, http://www.100md.com
2.1 病理改变
大鼠受100 g×75 cm大小能量致伤后,出现鼻腔出血,面部软组织挫伤,上颌骨粉碎性骨折,但无明显骨质缺损,硬膜外有大面积出血,多集中于前脑前1/2区域。光镜下见脑组织间质水肿,小血管充血,血管周围水肿。电镜下见神经元细胞核肿胀,染色质溶解,胞浆有空泡样变,线粒体肿胀。上述变化以伤后4小时和8小时组最为明显。
2.2 致伤后脑组织含水量及伊文氏蓝含量变化
大鼠致伤后4小时组和8小时组的脑组织水含量和伊文氏蓝含量与伤前组相比,差别非常显著(P<0.01),说明脑水肿明显,并且血脑屏障也受到严重破坏(表2)。
表2 对照组大鼠脑组织含水量及伊文氏蓝含量变化 项目
致伤前
, 百拇医药
致伤后
1小时
4小时
8小时
含水量(%)
78.09±
0.84
79.03±
0.98*
80.56±
1.03**
80.94±
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1.20**
伊文氏蓝
含量(μg/g)
1.89±
0.52
2.87±
0.61*
4.57±
1.13**
6.01±
1.63**
与致伤前比较:* P<0.05, * * P<0.01
, 百拇医药
2.3 治疗组神经功能的改变
在大鼠木条平衡作业实验中,KET治疗组在用药后第1天即表现出明显的治疗作用,与对照组相比差异明显(P<0.05)(表3)。在大鼠木条行走作业实验中,治疗组大鼠在伤后1～3天与对照组相比,木条行走时间明显缩短,且提前2天恢复到伤前水平(表4)。上述二实验说明KET对大鼠面部撞击致颅脑损伤的治疗有明显疗效。
表3 大鼠木条平衡作业时间(s) 组别
致伤前
致伤后
1d
2d
3d
4d
, 百拇医药
5d…10d
治疗
对照组
60
29.3±
5.9**
40.7±
6.2**
54.3±
6.9*
59.4±
0.8
, 百拇医药
60…60
治疗组
60
35.5±
9.8**△
43.6±
5.7**
52.9±
7.8*
60
60…60
与致伤前比较:* P<0.05, * * P<0.01;
, 百拇医药
与治疗对照组比较△ P<0.05
表4 大鼠木条行走作业时间(s) 组别
致伤前
致伤后
1d
3d
5d
7d
9d
治疗
对照组
5.1±
0.6
, 百拇医药
16.5±
3.1**
9.5±
3.5**
7.3±
1.4*
6.5±
0.8
5.3±
0.9
治疗组
5.2±
, 百拇医药
0.4
13.9±
2.1**△△
8.4±
2.7**△
7.0±
0.9
6.4±
1.2
5.5±
1.1
与致伤前比较:* P<0.05, **P<0.01
, 百拇医药
与治疗对照组比较△P<0.05, △△P<0.01
3 讨 论
本实验采用100 g×75 cm的致伤能量撞击大鼠上颌骨中部,造成中等程度的颌面部撞击伤并发颅脑损伤的伤势。脑组织损伤机理可能是撞击力通过上颌骨直接传递给前脑组织,使脑组织变形和移位,形成创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI),为脑震荡伤。从实验结果看,脑水肿的程度和血脑屏障破坏的改变以伤后4～8小时为最明显,病理观察也支持上述变化,这与人体该类损伤的病理过程相一致[5]。
颌面部撞击致颅脑损伤,可造成原发性脑损伤和继发性脑损伤。继发性脑损伤可以加重原发性脑损伤,导致神经功能障碍,甚至发展成不可逆性损伤。当前多认为,脑损伤后脑组织兴奋性氨基酸的含量明显增加,过度刺激其NMDA受体,引起离子通道的开放,Na+,Cl-和水内流,细胞内Ca2+超载,引发一系列病理反应[6]。
, 百拇医药
兴奋性氨基酸的神经毒性作用主要是经过NMDA受体介导的,因此,选择NMDA受体阻断剂,可以抵抗其神经毒性作用。KET是NMDA受体非竞争性拮抗剂,作用于NMDA受体的离子通道内苯环利定(PCP)位点,对谷氨酸(Glu)有较好的拮抗作用。KET为脂溶性,易通过血脑屏障,有利于脑损伤的治疗。
本实验选用KET作为早期治疗药物,对大鼠颌面部撞击致脑损伤的治疗进行观察,通过木条平衡作业和行走作业分别了解大鼠的平衡能力以及逃避反应和精细运动技巧能力。结果发现,KET治疗组在用药后第1天即表现出明显的治疗作用,大鼠在木条行走和木条平衡实验中与对照组相比差异明显(P<0.05和P<0.01)。其中在木条行走作业实验中,大鼠提前2天达到伤前水平,这说明KET对大鼠面部撞击致颅脑损伤的治疗有明显疗效,同时也为临床上进行该类损伤的早期救治提供了依据。
参考文献
1 Mackay M. Engineering in accidents: vehicle design and injuries. Injury, 1994, 25(9):615～621
, 百拇医药
2 张从纪,李慧增,廖维宏,等.颌面部撞击伤并发颅脑损伤的动物模型的建立.第三军医大学学报,1997,19(2):161～162
3 David SB, Marsha AW, Jeffrey LB, et al. Evaluation of delayed treatment of focal cerebral ischemia with three selective k-opioid agonists in rats. Stroke, 1994, 25(10):2047～2053
4 Euccarello M, Anderson DK. Interaction between free radicals and EAA in the blood-brain barrier disruption after iron injury in the rats. J Neurotrauma, 1993,10(4):397～402
, http://www.100md.com
5 Yoram S, Arthur ML, Calvin CE, et al. Therapeutic time window and dose response of the beneficial effects of ketamine in experimental head injury. Stroke, 1994,25(8):1637～1643
6 Haug RH, Adams JM, Conforti PJ, et al. Cranial fractures associated with facial fractures. J Oral Maxillofac Surg, 1994, 52:729～733
7 Wrathall JR, Teng YD, Choinere D, et al. Ameliortion of functional deficits from spinal cord trauma with systemically administered NBQX and antagonist of NMDA receptors. Exp Neurol, 1996, 137(1):119～126
(1997-10-23收稿,1998-07-07修回), 百拇医药
单位：(张从纪,李慧增,杨 军,史文进)400038 第三军医大学西南医院口腔科,(廖维宏) 第三军医大学大坪医院野战外科研究所三室
关键词：氯胺酮；颌面外伤；创伤性脑损伤
华西口腔医学杂志990110 摘要 目的:探索临床应用氯胺酮对颌面部撞击致颅脑损伤早期治疗的可能性。方法:采用落体撞击大鼠颌面部发生中等程度的创伤性脑损伤动物模型,给予氯胺酮进行早期药物治疗,观察大鼠神经功能的恢复时间。结果:氯胺酮治疗组大鼠在木条平衡和木条行走实验中与对照组相比差别明显,并提前1～2天恢复至伤前水平。结论:氯胺酮对颌面部撞击致颅脑损伤有一定的早期治疗作用。
Animal Experiment of the Ketamine Effects on Traumatic Brain Injury
, http://www.100md.com
Resulting from Impact Maxillofacial Injury
Zhang Congji, Li Huizeng, Yang Jun, et al
Department of Stomatology, Southwest Hospital, the Third Military Medical University
Liao Weihong
Research Institute of Field Surgery, Daping Hospital, the Third Military Medical University
Abstract Objective:To test the effects of ketamine (KET) on traumatic brain injury resulting from impact maxillofacial injury. Methods: The rat models with middle serious traumatic brain injury were obtained by falling impaction at maxillofacial region of the rats, then the animals were treated with KET in the early stage, and the alteration of the neural function in those rats was observed at the same time. Results: There was obvious difference between the rats in the KET-treating groups and the control group. It took about 2 days fewer than that of the control group for rats in the KET-treating group to recover. Conclusion: KET can shorten the recovery time of rats with brain injury resulting from impact maxillofacial injury.
, 百拇医药
Key words: maxillofacial injury traumatic brain injury ketamine
颌面部撞击伤是意外事故的常见伤类。据统计[1],交通事故中,头面部损伤的发生率达到82%,其中面部损伤合并颅脑损伤的发生率达46.4%,且多为重伤员,这也是伤员致死的主要原因之一。本文采用落体撞击致大鼠颌面部损伤并发颅脑损伤的动物模型,观察及探讨了氯胺酮(ketamine,KET)对损伤的治疗作用,为临床对该类创伤进行早期药物治疗提供依据。
1 材料和方法
1.1 致伤方式
大鼠以2%戊巴比妥钠(40 mg/kg.IP)麻醉,面部剪毛备皮,行气管插管术,固定于致伤架上,以改进的落体撞击致伤装置致伤[2],重锤为100 g,高度分别为100、75和60 cm,冲击头直径2 mm,撞击部位为上颌骨中部。
, 百拇医药
1.2 伤情评估
参照David等[3]大鼠神经损伤伤情记分标准(neurological severity score,NSS)制定简易评估准则(表1)。大鼠伤后次日进行评估,以排除麻醉剂的影响,得分越高,脑损伤越重。
表1 神经损伤伤情评分表 神经损伤伤情
分数
提尾时后腿屈曲
1
不能在地上直线行走
1
翻正反射(righting reflex)消失
, 百拇医药
1
肢体位置反射(placing reflex)消失
1
惊吓反射消失
1
无寻觅行为
1
俯卧
1
30分钟内不能逃出直径为50 cm的圆圈
1
木条平衡作业少于60秒(1 cm宽)
, 百拇医药
1
不能在4 cm宽木条上行走
1
合 计
10
当大鼠受到100 g×100 cm能量撞击时,可造成上颌骨粉碎性骨折,有骨质缺损,硬膜外及蛛网膜下腔广泛出血,大鼠伤后24小时内死亡率达42%,NSS值为8～10,属重度损伤;大鼠受到100 g×75 cm能量撞击时,上颌骨呈粉碎性骨折,但无骨质缺损,NSS值为5～7,属中度损伤;当大鼠受到100 g×60 cm能量撞击时,撞击区皮下组织血肿,上颌骨呈青枝骨折,NSS值为0～3,属轻度损伤。因此,本实验选用100 g×75 cm的撞击能量进行以下实验。
1.3 动物分组
, 百拇医药
Wistar大鼠72只,雌雄不拘,体重200～220 g。其中24只作为对照组,随机分为伤前组和伤后1小时、4小时、8小时组,每小组6只。其余48只随机分为KET治疗组和治疗对照组,每组24只,分别于伤前、伤后1～10天每日观测。KET治疗组大鼠在致伤后1小时内给予5%KET治疗(120 mg/kg.IP);治疗对照组大鼠于相同时间给予同体积生理盐水治疗。
1.4 观测指标
1.4.1 病理学观察 对照组大鼠于各时相点断头处死,每组取1只大鼠,切取前脑组织各两块,分别行光镜和电镜观察。
1.4.2 脑组织百分水含量和血脑屏障改变的测定 上述每组大鼠取3只,处死后,各取0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm大小的组织1块,采用干湿法[4]行脑组织水含量测定。其余大鼠采用脑组织伊文氏蓝含量测定法进行血脑屏障改变的测定[4]。
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1.4.3 木条平衡作业[5]实验装置为一悬空木条,长100 cm,宽1.5 cm。观测大鼠在木条上保持平衡的时间,最长时间为60秒,若无异常,则终止计时。治疗组及治疗对照组大鼠,在创伤前1天观测3次,作为伤前对照;伤后每日测量3次,共10天。当大鼠在木条上出现翻滚,旋转,悬吊或掉下,记录时间即刻终止。
1.4.4 木条行走作业[5]实验装置为一长100 cm,宽2.5 cm木条,沿木条等距离钉上4枚铁钉(直径3 mm,高4 cm),以增加完成作业的难度;木条一端为起始平台。上有光源,并采用铁杆敲击制造噪音,木条另一端为目的地暗箱。通过光源和噪音刺激,观察大鼠进入目的地暗箱时间。当大鼠进入暗箱后,即刻关掉光源,停止噪音刺激。每两次实验之间的间隔时间为5分钟。大鼠创伤前2天,每日训练3次,最后1天作为伤前对照。
1.5 统计学处理
数据以
表示。各组均数间的比较采用方差分析。2 结 果, http://www.100md.com
2.1 病理改变
大鼠受100 g×75 cm大小能量致伤后,出现鼻腔出血,面部软组织挫伤,上颌骨粉碎性骨折,但无明显骨质缺损,硬膜外有大面积出血,多集中于前脑前1/2区域。光镜下见脑组织间质水肿,小血管充血,血管周围水肿。电镜下见神经元细胞核肿胀,染色质溶解,胞浆有空泡样变,线粒体肿胀。上述变化以伤后4小时和8小时组最为明显。
2.2 致伤后脑组织含水量及伊文氏蓝含量变化
大鼠致伤后4小时组和8小时组的脑组织水含量和伊文氏蓝含量与伤前组相比,差别非常显著(P<0.01),说明脑水肿明显,并且血脑屏障也受到严重破坏(表2)。
表2 对照组大鼠脑组织含水量及伊文氏蓝含量变化 项目
致伤前
, 百拇医药
致伤后
1小时
4小时
8小时
含水量(%)
78.09±
0.84
79.03±
0.98*
80.56±
1.03**
80.94±
, http://www.100md.com
1.20**
伊文氏蓝
含量(μg/g)
1.89±
0.52
2.87±
0.61*
4.57±
1.13**
6.01±
1.63**
与致伤前比较:* P<0.05, * * P<0.01
, 百拇医药
2.3 治疗组神经功能的改变
在大鼠木条平衡作业实验中,KET治疗组在用药后第1天即表现出明显的治疗作用,与对照组相比差异明显(P<0.05)(表3)。在大鼠木条行走作业实验中,治疗组大鼠在伤后1～3天与对照组相比,木条行走时间明显缩短,且提前2天恢复到伤前水平(表4)。上述二实验说明KET对大鼠面部撞击致颅脑损伤的治疗有明显疗效。
表3 大鼠木条平衡作业时间(s) 组别
致伤前
致伤后
1d
2d
3d
4d
, 百拇医药
5d…10d
治疗
对照组
60
29.3±
5.9**
40.7±
6.2**
54.3±
6.9*
59.4±
0.8
, 百拇医药
60…60
治疗组
60
35.5±
9.8**△
43.6±
5.7**
52.9±
7.8*
60
60…60
与致伤前比较:* P<0.05, * * P<0.01;
, 百拇医药
与治疗对照组比较△ P<0.05
表4 大鼠木条行走作业时间(s) 组别
致伤前
致伤后
1d
3d
5d
7d
9d
治疗
对照组
5.1±
0.6
, 百拇医药
16.5±
3.1**
9.5±
3.5**
7.3±
1.4*
6.5±
0.8
5.3±
0.9
治疗组
5.2±
, 百拇医药
0.4
13.9±
2.1**△△
8.4±
2.7**△
7.0±
0.9
6.4±
1.2
5.5±
1.1
与致伤前比较:* P<0.05, **P<0.01
, 百拇医药
与治疗对照组比较△P<0.05, △△P<0.01
3 讨 论
本实验采用100 g×75 cm的致伤能量撞击大鼠上颌骨中部,造成中等程度的颌面部撞击伤并发颅脑损伤的伤势。脑组织损伤机理可能是撞击力通过上颌骨直接传递给前脑组织,使脑组织变形和移位,形成创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI),为脑震荡伤。从实验结果看,脑水肿的程度和血脑屏障破坏的改变以伤后4～8小时为最明显,病理观察也支持上述变化,这与人体该类损伤的病理过程相一致[5]。
颌面部撞击致颅脑损伤,可造成原发性脑损伤和继发性脑损伤。继发性脑损伤可以加重原发性脑损伤,导致神经功能障碍,甚至发展成不可逆性损伤。当前多认为,脑损伤后脑组织兴奋性氨基酸的含量明显增加,过度刺激其NMDA受体,引起离子通道的开放,Na+,Cl-和水内流,细胞内Ca2+超载,引发一系列病理反应[6]。
, 百拇医药
兴奋性氨基酸的神经毒性作用主要是经过NMDA受体介导的,因此,选择NMDA受体阻断剂,可以抵抗其神经毒性作用。KET是NMDA受体非竞争性拮抗剂,作用于NMDA受体的离子通道内苯环利定(PCP)位点,对谷氨酸(Glu)有较好的拮抗作用。KET为脂溶性,易通过血脑屏障,有利于脑损伤的治疗。
本实验选用KET作为早期治疗药物,对大鼠颌面部撞击致脑损伤的治疗进行观察,通过木条平衡作业和行走作业分别了解大鼠的平衡能力以及逃避反应和精细运动技巧能力。结果发现,KET治疗组在用药后第1天即表现出明显的治疗作用,大鼠在木条行走和木条平衡实验中与对照组相比差异明显(P<0.05和P<0.01)。其中在木条行走作业实验中,大鼠提前2天达到伤前水平,这说明KET对大鼠面部撞击致颅脑损伤的治疗有明显疗效,同时也为临床上进行该类损伤的早期救治提供了依据。
参考文献
1 Mackay M. Engineering in accidents: vehicle design and injuries. Injury, 1994, 25(9):615～621
, 百拇医药
2 张从纪,李慧增,廖维宏,等.颌面部撞击伤并发颅脑损伤的动物模型的建立.第三军医大学学报,1997,19(2):161～162
3 David SB, Marsha AW, Jeffrey LB, et al. Evaluation of delayed treatment of focal cerebral ischemia with three selective k-opioid agonists in rats. Stroke, 1994, 25(10):2047～2053
4 Euccarello M, Anderson DK. Interaction between free radicals and EAA in the blood-brain barrier disruption after iron injury in the rats. J Neurotrauma, 1993,10(4):397～402
, http://www.100md.com
5 Yoram S, Arthur ML, Calvin CE, et al. Therapeutic time window and dose response of the beneficial effects of ketamine in experimental head injury. Stroke, 1994,25(8):1637～1643
6 Haug RH, Adams JM, Conforti PJ, et al. Cranial fractures associated with facial fractures. J Oral Maxillofac Surg, 1994, 52:729～733
7 Wrathall JR, Teng YD, Choinere D, et al. Ameliortion of functional deficits from spinal cord trauma with systemically administered NBQX and antagonist of NMDA receptors. Exp Neurol, 1996, 137(1):119～126
(1997-10-23收稿,1998-07-07修回), 百拇医药