脑损伤后谷氨酸含量变化与脑水肿的关系
作者：罗成义 徐如祥
单位：第一军医大学珠江医院神经外科(510282)
关键词：脑损伤；谷氨酸；脑水肿
广东医学990204 【摘要】 目的 了解脑损伤后早期神经细胞外液谷氨酸含量的变化规律以及与脑水肿的关系。方法 按谷氨酸含量测定试剂盒说明书进行测量伤侧皮质谷氨酸含量，用干湿法测量脑损伤后伤侧皮质水含量。结果 创伤性脑损伤后15 min神经细胞外液谷氨酸含量明显升高，伤后30 min达高峰，伤后6 h已开始降低，伤后24 h降至最低值；脑损伤后伤侧皮质水含量于伤后30 min开始出现，6～24 h最明显。结论 脑损伤后谷氨酸迅速释放是引起和加重继发性脑水肿的重要原因之一。
The relationship of changes of glutamate contents and brain edema after brain injury Luo Chengyi, Xu Ruxiang.Neurosurgery Department, Zhujiang Hospital, The First Military Medical University, Guangzhou 510282
, http://www.100md.com
【Abstract】 Objective To understand the changes of glutamate contents and the relationship of its change patterns and brain edema. Methods Glutamate contents were detected by the the manual in L-Glutamic acid detection kit and the water contents of injured brain cortex were measured with a drying-wet method after brain injury.Results Glutamate contents increased significantly at 15 minutes and reached a peak at 30 minutes, then decreased gradually at 6 hours and were inferior to normal level at 24 hours after brain injury; the water contents began to increase at 30 minutes and were significant between 6～24 hours after brain injury.Conclusion Glutamate are rapidly released which might be one of important factors that induce and aggravate secondary brain edema after brain injury.
, 百拇医药
【Key words】 Brain injury Glutamate Brain edema
谷氨酸是中枢神经系统内含量最高的一种兴奋性氨基酸，既是中间代谢产物又是神经递质，生理情况下对中枢神经系统的发育生长至关重要。缺血性脑损伤后谷氨酸大量释放，产生兴奋性神经毒作用，加重原发性脑损伤，但对创伤性脑损伤后谷氨酸含量的变化研究不多。本实验对创伤性脑损伤后伤侧大脑皮质谷氨酸含量及水含量进行测定，旨在明确脑损伤后谷氨酸含量变化与继发性脑水肿的关系。
1 材料与方法
1.1 材料选择 雄性Sprague-Dawley大鼠36只，体重(250±30) g，第一军医大学实验动物中心提供。随机分成正常组、假手术组、损伤组，其中损伤组又分伤后0.25 h、0.5 h、6 h、24 h 4个小组，每组6只。采用改良的Feeneyle[1]自由落体撞击方法致左顶叶局限性脑挫裂伤，分别于伤后规定时点处死动物采集标本；假手术组只作颅骨开窗不致死，术后24 h处死取材；正常组不作任何处理。
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1.2 方法 于损伤点后取皮质约100 mg，用电子分析天平称湿重，然后于110℃恒温烘烤24 h至恒重、取出置干燥缸冷却10 min后称干重，按Flliott′s公式计算脑组织水含量。
脑组织水含量(%)=(脑组织湿重-脑组织干重)
/脑组织湿重×100%
余下同侧皮质放于玻璃匀浆器内，加入20倍体积的冰冷离心缓冲液，冰浴下手动匀浆20次，4℃600 g离心5 min，取上清液在冰浴中电动匀浆10 min，4℃ 1 500 g离心10 min，取上清于37℃水浴中孵化30 min，4℃ 4 800 g离心15 min。取上清按Boehringer-Mannheim公司L-Glutamic acid detection kit说明书检测谷氨酸含量，用考马斯亮蓝法[2]检测沉淀膜蛋白含量。
, 百拇医药 2 结果
2.1 伤侧皮质水含量变化 脑损伤后大鼠伤侧大脑皮质水含量于伤后30 min开始上升，6～24 h最明显，见表1。
表1 伤侧皮质水含量的变化(
±s，%) 组别
n
脑组织水含量
正常组
6
79.46±0.53
假手术组
6
, http://www.100md.com
79.67±0.82
损伤组
0.25 h
6
79.66±0.82
0.5 h
6
80.06±0.63*
6 h
6
81.49±0.78*
24 h
, http://www.100md.com
6
81.47±0.82*
*P<0.01(与正常组比较)
2.2 伤侧皮质谷氨酸含量 创伤性脑损伤后15 min，神经细胞外液谷氨酸含量明显升高，伤后30 min达高峰，伤后6 h开始降低，伤后24 h谷氨酸含量达最低值。见表2。表2 伤侧皮质谷氨酸含量变化(±s) 组别
n
谷氨酸含量(μmol/mg)
正常组
6
, http://www.100md.com 24.68±1.05
假手术组
6
24.93±1.13
损伤组
0.25 h
6
110.48±1.54
0.5 h
6
132.92±1.71
6 h
, 百拇医药
6
29.83±1.39
24 h
6
16.06±0.51
*P<0.05(与正常组比较)3 讨论
谷氨酸在脑内一方面作为中间产物参与物质能量代谢，另一方面作为神经递质对维持神经系统中的突触传递、调节神经功能具有十分重要的作用，神经细胞终未释放的谷氨酸不仅通过其许多受体通道及相关第二信使影响神经元的发育和生长，而且还具有营养作用，影响神经元分化，参与神经元环路和突触可塑性。
谷氨酸通常以囊泡形式贮存于突触末端，依赖于Ca2+调节而释放入突触间隙，作用于相应受体而发挥其功能，但受病理刺激后谷氨酸大量释放会启动一系列神经细胞内生化反应引起兴奋性神经毒作用。在缺血性脑损伤模型中发现缺血后5～10 min谷氨酸即大量释放，引起和加重继发性脑损害，使用谷氨酸受体拮抗剂可以减轻缺血性脑损害。
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本实验发现创伤性脑损伤后15 min谷氨酸含量显著增加，为正常的5.4倍，其机制可能是：损伤后受创伤刺激脑内谷氨酸囊泡大量释放，进入突触间隙作用于其受体，如NMDA受体激活后与其相偶联的Ca2+内流增加，引起Ca2+调节性谷氨酸释放增多，甚至还动员谷氨酸池中的一部分使伤后30 min谷氨酸含量迅速上升达高峰。伤后24 h谷氨酸含量下降低于正常，其原因可能是脑组织由于受到外伤的刺激，递质不断释放而耗竭，也可能是脑的自身保护机制使谷氨酸合成释放减少，转化破坏增多以及重摄入增加所致。
本实验表明，谷氨酸含量于伤后15 min迅速上升，脑水肿于伤后30 min已很明显，推测脑水肿与谷氨酸释放产生的兴奋性神经毒作用有关：一方面大量释放的谷氨酸释放入突触间隙作用突触后膜，使膜去极化、Na+内流增加并伴随Cl、水波动内流增加，使神经细胞肿胀产生细胞中毒性脑水肿，因此脑损伤后不久即可出现脑水肿；另一方面谷氨酸过度激活其受体如NMDA受体，促进钙内流，引起钙超载导致细胞死亡，同时还可启动一系列细胞内生化反应放大其兴奋性神经毒性作用，使脑水肿于伤后6～24 h最为明显。
, 百拇医药
实验结果提示，脑损伤后早期谷氨酸短期内迅速释放，是产生和加重继发性脑水肿的重要启动因素之一。由于谷氨酸是通过其受体发挥作用，受体是谷氨酸兴奋毒作用的介导因子，对脑损伤后谷氨酸受体活性变化的研究，可进一步揭示其兴奋性神经毒作用的发生机理。
4 参考文献
1 Feeneyle DM, Boyeson MG, Linn RT, et al. Responses to cortical injury: I. Methodology and local effects of contusion in the rat. Brain Res, 1981, 211:67
2 孙志贤，主编.现代生物化学理论与研究技术.北京：军事医学科学出版社，1995.392～394
3 Graham, SH, Shiraishi K, Panter, et al. Changes in extracellular amino acid neurotransmitters produced by focal cerebral ischemia. Neurosci Lett, 1990, 110:124, 百拇医药
单位：第一军医大学珠江医院神经外科(510282)
关键词：脑损伤；谷氨酸；脑水肿
广东医学990204 【摘要】 目的 了解脑损伤后早期神经细胞外液谷氨酸含量的变化规律以及与脑水肿的关系。方法 按谷氨酸含量测定试剂盒说明书进行测量伤侧皮质谷氨酸含量，用干湿法测量脑损伤后伤侧皮质水含量。结果 创伤性脑损伤后15 min神经细胞外液谷氨酸含量明显升高，伤后30 min达高峰，伤后6 h已开始降低，伤后24 h降至最低值；脑损伤后伤侧皮质水含量于伤后30 min开始出现，6～24 h最明显。结论 脑损伤后谷氨酸迅速释放是引起和加重继发性脑水肿的重要原因之一。
The relationship of changes of glutamate contents and brain edema after brain injury Luo Chengyi, Xu Ruxiang.Neurosurgery Department, Zhujiang Hospital, The First Military Medical University, Guangzhou 510282
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【Abstract】 Objective To understand the changes of glutamate contents and the relationship of its change patterns and brain edema. Methods Glutamate contents were detected by the the manual in L-Glutamic acid detection kit and the water contents of injured brain cortex were measured with a drying-wet method after brain injury.Results Glutamate contents increased significantly at 15 minutes and reached a peak at 30 minutes, then decreased gradually at 6 hours and were inferior to normal level at 24 hours after brain injury; the water contents began to increase at 30 minutes and were significant between 6～24 hours after brain injury.Conclusion Glutamate are rapidly released which might be one of important factors that induce and aggravate secondary brain edema after brain injury.
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【Key words】 Brain injury Glutamate Brain edema
谷氨酸是中枢神经系统内含量最高的一种兴奋性氨基酸，既是中间代谢产物又是神经递质，生理情况下对中枢神经系统的发育生长至关重要。缺血性脑损伤后谷氨酸大量释放，产生兴奋性神经毒作用，加重原发性脑损伤，但对创伤性脑损伤后谷氨酸含量的变化研究不多。本实验对创伤性脑损伤后伤侧大脑皮质谷氨酸含量及水含量进行测定，旨在明确脑损伤后谷氨酸含量变化与继发性脑水肿的关系。
1 材料与方法
1.1 材料选择 雄性Sprague-Dawley大鼠36只，体重(250±30) g，第一军医大学实验动物中心提供。随机分成正常组、假手术组、损伤组，其中损伤组又分伤后0.25 h、0.5 h、6 h、24 h 4个小组，每组6只。采用改良的Feeneyle[1]自由落体撞击方法致左顶叶局限性脑挫裂伤，分别于伤后规定时点处死动物采集标本；假手术组只作颅骨开窗不致死，术后24 h处死取材；正常组不作任何处理。
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1.2 方法 于损伤点后取皮质约100 mg，用电子分析天平称湿重，然后于110℃恒温烘烤24 h至恒重、取出置干燥缸冷却10 min后称干重，按Flliott′s公式计算脑组织水含量。
脑组织水含量(%)=(脑组织湿重-脑组织干重)
/脑组织湿重×100%
余下同侧皮质放于玻璃匀浆器内，加入20倍体积的冰冷离心缓冲液，冰浴下手动匀浆20次，4℃600 g离心5 min，取上清液在冰浴中电动匀浆10 min，4℃ 1 500 g离心10 min，取上清于37℃水浴中孵化30 min，4℃ 4 800 g离心15 min。取上清按Boehringer-Mannheim公司L-Glutamic acid detection kit说明书检测谷氨酸含量，用考马斯亮蓝法[2]检测沉淀膜蛋白含量。
, 百拇医药 2 结果
2.1 伤侧皮质水含量变化 脑损伤后大鼠伤侧大脑皮质水含量于伤后30 min开始上升，6～24 h最明显，见表1。
表1 伤侧皮质水含量的变化(
±s，%) 组别n
脑组织水含量
正常组
6
79.46±0.53
假手术组
6
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79.67±0.82
损伤组
0.25 h
6
79.66±0.82
0.5 h
6
80.06±0.63*
6 h
6
81.49±0.78*
24 h
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6
81.47±0.82*
*P<0.01(与正常组比较)
2.2 伤侧皮质谷氨酸含量 创伤性脑损伤后15 min，神经细胞外液谷氨酸含量明显升高，伤后30 min达高峰，伤后6 h开始降低，伤后24 h谷氨酸含量达最低值。见表2。表2 伤侧皮质谷氨酸含量变化(
±s) 组别n
谷氨酸含量(μmol/mg)
正常组
6
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假手术组
6
24.93±1.13
损伤组
0.25 h
6
110.48±1.54
0.5 h
6
132.92±1.71
6 h
, 百拇医药
6
29.83±1.39
24 h
6
16.06±0.51
*P<0.05(与正常组比较)3 讨论
谷氨酸在脑内一方面作为中间产物参与物质能量代谢，另一方面作为神经递质对维持神经系统中的突触传递、调节神经功能具有十分重要的作用，神经细胞终未释放的谷氨酸不仅通过其许多受体通道及相关第二信使影响神经元的发育和生长，而且还具有营养作用，影响神经元分化，参与神经元环路和突触可塑性。
谷氨酸通常以囊泡形式贮存于突触末端，依赖于Ca2+调节而释放入突触间隙，作用于相应受体而发挥其功能，但受病理刺激后谷氨酸大量释放会启动一系列神经细胞内生化反应引起兴奋性神经毒作用。在缺血性脑损伤模型中发现缺血后5～10 min谷氨酸即大量释放，引起和加重继发性脑损害，使用谷氨酸受体拮抗剂可以减轻缺血性脑损害。
, http://www.100md.com
本实验发现创伤性脑损伤后15 min谷氨酸含量显著增加，为正常的5.4倍，其机制可能是：损伤后受创伤刺激脑内谷氨酸囊泡大量释放，进入突触间隙作用于其受体，如NMDA受体激活后与其相偶联的Ca2+内流增加，引起Ca2+调节性谷氨酸释放增多，甚至还动员谷氨酸池中的一部分使伤后30 min谷氨酸含量迅速上升达高峰。伤后24 h谷氨酸含量下降低于正常，其原因可能是脑组织由于受到外伤的刺激，递质不断释放而耗竭，也可能是脑的自身保护机制使谷氨酸合成释放减少，转化破坏增多以及重摄入增加所致。
本实验表明，谷氨酸含量于伤后15 min迅速上升，脑水肿于伤后30 min已很明显，推测脑水肿与谷氨酸释放产生的兴奋性神经毒作用有关：一方面大量释放的谷氨酸释放入突触间隙作用突触后膜，使膜去极化、Na+内流增加并伴随Cl、水波动内流增加，使神经细胞肿胀产生细胞中毒性脑水肿，因此脑损伤后不久即可出现脑水肿；另一方面谷氨酸过度激活其受体如NMDA受体，促进钙内流，引起钙超载导致细胞死亡，同时还可启动一系列细胞内生化反应放大其兴奋性神经毒性作用，使脑水肿于伤后6～24 h最为明显。
, 百拇医药
实验结果提示，脑损伤后早期谷氨酸短期内迅速释放，是产生和加重继发性脑水肿的重要启动因素之一。由于谷氨酸是通过其受体发挥作用，受体是谷氨酸兴奋毒作用的介导因子，对脑损伤后谷氨酸受体活性变化的研究，可进一步揭示其兴奋性神经毒作用的发生机理。
4 参考文献
1 Feeneyle DM, Boyeson MG, Linn RT, et al. Responses to cortical injury: I. Methodology and local effects of contusion in the rat. Brain Res, 1981, 211:67
2 孙志贤，主编.现代生物化学理论与研究技术.北京：军事医学科学出版社，1995.392～394
3 Graham, SH, Shiraishi K, Panter, et al. Changes in extracellular amino acid neurotransmitters produced by focal cerebral ischemia. Neurosci Lett, 1990, 110:124, 百拇医药