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编号:10250519
山莨菪碱对家兔急性完全性脑缺血及再灌流后脑组织[Ca2+]I和超微结构影响
http://www.100md.com 《中国急救医学》 2000年第7期
     作者:周代星 邓普珍 占成业

    单位:同济医科大学附属同济医院急诊科,湖北 武汉 430030

    关键词:山莨菪碱;完全性脑缺血再灌流;[Ca2+]I;超微结构

    中国急救医学000702 [摘 要] 目的 研究山莨菪碱对急性完全性脑缺血及再灌注后脑组织游离Ca2+([Ca2+]i)及超微结构的影响。方法 采用闭塞双侧颈总动脉和椎动脉及体循环低血压法建立家兔急性完全性脑缺血及再灌流损伤模型,缺血20 min,再灌流2 h。40只家兔随机分为假手术组、缺血组、缺血再灌流组、治疗组,观察了脑组织[Ca2+]i和超微结构及山莨菪碱对其变化的影响。结果 缺血组及缺血再灌流组脑组织[Ca2+]i浓度明显高于假手术组(P<0.01),而且缺血再灌流组[Ca2+]i明显高于缺血组(P<0.01),随着[Ca2+]i增加,脑组织超微结构损伤明显加重。治疗组[Ca2+]i浓度较缺血组及缺血再灌流组明显降低(P<0.01),同时脑组织超微结构损伤明显减轻。结论 山莨菪碱通过阻断Ca2+内流对完全性脑缺血及再灌损伤具有保护作用。
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    [中图分类号]R 282.71;R 361.3 [文献标识码]A

    [文章编号]1002-1949(2000)07-0384-03

    Effects of Anisodamine on the level of [Ca2+]i and the ultrastructure of cortex after acute complete cerebral ischemia and reperfusion in rabbits

    ZHOU Dai-xing,DENG Pu-zhen,ZHAN Cheng-ye

    (Emergency Department of Tongji Hospital,Tongji Medical University,Wuhan 430030,China)
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    [Abstract]Objective To study effects of anisodamine on the level of cytosolic free Ca2+([Ca2+]i) and the ultrastructure of cortex after acute complete cerebral ischemia and reperfusion.Methods The model of acute complete cerebral ischemia and reperfusion in rabbits was induced by ligation of bilateral common carotids and vertebral arteries with systemic hypotension,ischemia for twenty minutes and reperfusion for two hours.Forty rabbits were randomly divided into four groups:sham group;ischemia group;ischemia-reperfusion group; treated group.The changes of the level of [Ca2+]i and the ultrastructure of cortex and effects of anisodamine were observed.Results The levels of [Ca2+]i in ischemia group and ischemia-reperfusion group were increased significantly compared with that in sham group (P<0.01),and [Ca2+]i in ischemia-reperfusion group was higher than that in ischemia group (P<0.01).The ultrastructural damages of cortex were aggravated significantly with increase of [Ca2+]i. The level of [Ca2+]i in treated group was reduced markedly in comprison with that in ischemia group and ischemia-reperfusion group (P<0.01),and the above damages were ameliorated markedly.Conclusion Anisodamine might have protective effects on acute complete cerebral ischemia and reperfusion injury by blockade of influx of Ca2+.
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    [Key words]Anisodamine; Complete cerebral ischemia and reperfusion; [Ca2+]i; Ultrastructure

    Ca2+超载在脑缺血及再灌流损伤中起重要作用。近年来研究证实,山莨菪碱是一种良好的细胞保护剂,通过抑制心肌细胞内Ca2+超载,对心肌缺血再灌流损伤具有保护作用[1]。据此,本研究采用家兔急性完全性缺血及再灌流损伤模型,通过观察全脑缺血及再灌流后脑组织[Ca2+]i和超微结构变化及山莨菪碱的影响,探讨山莨菪碱对全脑缺血和再灌流损伤的保护作用及其机制。

    1 材料与方法

    1.1 实验动物分组

, 百拇医药     健康家兔40只(由同济医院动物房提供),体重2.0~2.3 kg,雌雄兼用,随机分为假手术组、缺血组、缺血再灌流组、治疗组,每组10只。

    1.2 模型制作

    采用结扎双侧椎动脉和钳夹双侧颈总动脉,同时从股动脉抽血造成体循环低血压(平均动脉压40 mmHg左右),建立家兔急性完全性脑缺血及再灌流损伤模型,缺血20 min,再灌流2 h。再灌流开始时,松开动脉夹,并从股静脉回输自体血液,再灌流期间,以多巴胺维持平均动脉压≥90 mmHg。治疗组于再灌流前1 min由股静脉给予山莨菪碱(江苏连云港东风制药厂生产,批号9404012),剂量为10 mg/kg体重,继以5 mg/h维持2 h。

    1.3 神经细胞悬液的制备及神经细胞[Ca2+]i测定

    取大脑皮层约100 mg,剪碎后用2.5 g/L胰蛋白酶在37℃恒温下消化20 min,加入5%牛血清蛋白,终止酶解反应,然后用200目筛网过滤,滤液以500 r/min离心5 min,去除上清,即为神经细胞悬液。
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    将细胞悬液于37℃恒温预热5 min后,加载终浓度为5 μmol/L的Fura-2/AM,37℃恒温震荡45 min。为排除细胞外Fura-2的干扰,将加载Fura-2/AM后的细胞用含0.2%牛血清蛋白的Hanks溶液冲洗2次,转移至测量器中,采用双波长显微荧光分光测量系统,测定神经细胞内[Ca2+]i。Fura-2与Ca2+螯合后的激发波长为340 nm,Fura-2游离状态时的激发波长为380 nm,发射光波为505 nm,分别测定这两个波长的荧光强度F,根据荧光比值R(R=F340/F380),采用DM—300软件系统计算[Ca2+]i,[Ca2+]i=KD.(R-Rmin)/(Rmax-R).FD/FS。KD为Fura-2与Ca2+的解离常数,为224 nmol/L,Rmin为Fura-2游离时的最小荧光比值(由加入高于Ca2+浓度2~3倍的EDTA测得);Rmax为Fura-2饱和时产生的最大荧光比值(由加入浓度为10 μmol/L Ionomycin测得);FD、FS分别为无Ca2+和Ca2+饱和时,380 nm激发光产生的荧光强度。在计算R之前要减去神经细胞自身的荧光比值,即式中的R、Rmax、Rmin均要减去未加载Fura-2神经细胞所测得的R、Rmax、Rmin后,再按公式计算。
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    1.4 形态学观察

    取1 mm3脑皮层,即刻浸泡于4℃ 3%戊二醛溶液中,固定10 h,pH 7.4磷酸缓冲液冲洗,1%锇酸固定2 h,环氧树脂包埋,超薄切片,醋酸铀-柠檬酸铅染色后,OPTON—EM 10C透射电镜观察脑组织超微结构。

    1.5 统计学处理 各组计量资料,以±s表示,采用SAS软件进行配对t检验。

    2 结果

    2.1 脑组织[Ca2+]i浓度变化

    缺血组及缺血再灌流组,[Ca2+]i浓度明显高于假手术组(P<0.01),而且缺血再灌流组[Ca2+]i浓度明显高于缺血组(P<0.01);治疗组,[Ca2+]i浓度较缺血组及缺血再灌流组明显降低(P<0.01)(附表)。
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    附表 四组动物脑组织[Ca2+]i浓度变化 组别

    [Ca2+]i(nmol/L)

    假手术组

    106.31±20.25

    缺血组

    262.74±38.19*

    缺血再灌流组

    385.89±65.47*△

    治疗组

    140.47±34.16*#
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    *P<0.01,与假手术组比较;△P<0.01,与缺血组比较;#P<0.01,与缺血再灌流组比较

    2.2 脑组织超微结构改变

    假手术组:神经细胞胞膜、核膜完整,染色质分布均匀,线粒体、内质网形态、结构及周围突起正常(图1)。

    图1 假手术组

    神经细胞膜完整,核膜清楚,染色质分布均匀,线粒体、内质网形态、结构清楚。×6300

    缺血组:神经细胞胞膜呈节段性破坏,线粒体、内质网肿胀,染色质明显边聚,周围突起水肿(图2)。
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    图2 缺血组

    神经细胞膜呈节段性破坏,线粒体肿胀,染色质明显边聚,周围突起水肿。×5000

    缺血再灌流组:胞膜、线粒体膜崩解,内质网结构消失,神经细胞坏死,周围突起结构不清(图3)。

    图3 缺血再灌流组

    神经细胞膜、线粒体膜崩解,周围突起结构不清。×4000

    治疗组:除少部分线粒体、内质网轻度肿胀、染色质轻度聚集外,胞膜相对完整,核膜清楚,神经细胞结构大致正常(图4)。

    图4 治疗组
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    除少部分线粒体轻度肿胀,染色质轻度聚集外,神经细胞结构大致正常。×6300

    3 讨论

    众所周知,神经细胞内游离Ca2+稳态平衡对维持神经细胞的功能极为重要。正常情况下,Ca2+作为第二信使参与神经递质的释放、神经细胞间兴奋传导、膜通透性调节及酶促反应的激活等一系列生理反应。但脑缺血后,Ca2+经多种途径尤其是N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)受体操纵的Ca2+通道大量内流,使神经细胞内游离Ca2+([Ca2+]i)浓度升高,从而作为一种非生理性刺激触发一系列不适当反应,破坏神经元的功能和结构,最终导致神经细胞损伤。①激活磷酯酶A2介导膜磷脂分解,使膜的完整性遭受破坏[2];②激活蛋白酶,破坏细胞的骨架结构,并切断细胞骨架与质膜相连接的部分,导致细胞崩解[3];③激活一氧化氮合成酶[4]和催化黄嘌呤脱氢酶向黄嘌呤氧化酶的转化[5],促进再灌流期间氧自由基的生成。氧自由基可导致膜脂质过氧化,进一步加重膜损伤[6]。本研究发现,全脑缺血20分钟,神经细胞内[Ca2+]i即明显增加,再灌流期间,[Ca2+]i进一步增加,而且随着[Ca2+]i增加,脑组织超微结构损伤明显加重,主要表现为膜损伤程度加重,出现胞膜、线粒体膜崩解,内质网结构消失,导致神经细胞坏死。表明脑缺血及再灌流后脑组织损伤发生、发展与神经细胞内[Ca2+]i增加程度密切相关。膜损伤可引起膜通透性和流动性发生变化,可能更为重要的是膜受体、离子通道因膜成分的变化而受到影响,使得Ca2+大量内流,加重Ca2+超载。本实验观察到的再灌流期间[Ca2+]i浓度的进一步增加可能与此有关。山莨菪碱是一种生物碱,具有良好的细胞保护作用。在培养的心肌缺氧一复氧模型上的研究证实,山莨菪碱具有抑制心肌细胞内[Ca2+]i浓度升高, 改善心肌细胞膜通透性增加和膜缺损,保护心肌缺血再灌流损伤的作用[1]。有研究发现,山莨菪碱具有与Nimodipine相似的作用,可阻断大鼠脑外伤后Ca2+通道的开放[7]。据此,我们将它应用于全脑缺血及再灌流损伤的实验研究。本研究为了更能模拟临床情况,选择了在脑缺血后再灌流早期应用山莨菪碱的治疗方案,而且研究发现这种给药方案可明显降低脑缺血及再灌流期间脑组织[Ca2+]i浓度,并保护细胞膜、线粒体膜、核膜、内质网等超微结构,表明山莨菪碱对全脑缺血及再灌流损伤具有保护作用。本研究还发现,山莨菪碱可抑制脑缺血再灌流期间兴奋性氨基酸的释放,改善动物的生存状况,提高生存率[8]。因此,山莨菪碱可望成为临床脑复苏的重要措施之一。至于在临床上宜采用多大剂量有待探讨。
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    [参考文献]

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    [8]占成业,邓普珍.山莨菪碱对急性全脑缺血再灌注期间兴奋性氨基酸释放及生存状况的影响[J].中国急救医学,1999,19(3):133-135.

    收稿:1999-04-26,修回:1999-10-30, 百拇医药