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编号:10265191
中药814对肺炎克雷伯杆菌诱发大鼠慢性阻塞性肺疾病的影响*
http://www.100md.com 《同济大学学报(医学版)》 1999年第5期
     作者:许浒 熊密 车东媛 黄庆华 赵时宇 袁永辉 余尚斌

    单位:许浒、熊密、车东媛、赵时宇、袁永辉:同济医科大学基础医学院病理学教研室, 武汉430030;黄庆华:同济医科大学基础医学院微生物学教研室, 武汉430030;余沿斌:同济医科大学基础医学院病理生理学教研室, 武汉430030

    关键词:肺疾病,阻塞性;大鼠模型;克雷伯杆菌属;中药814

    同济医科大学学报990503 摘要 为观察中药814对肺炎克雷伯杆菌诱发大鼠慢性阻塞性肺疾病(COPD) 是否有影响,用经鼻腔注入,反复感染法建立大鼠COPD模型。大鼠分为正常对照、感染、 预防治疗、一般治疗和假治疗组。预防治疗组和一般治疗组大鼠分别于细菌感染前3 d和细菌感染后第4周开始用中药814灌胃治疗。结果表明,两治疗组尤其是前者大鼠气管、细支气管和肺泡上皮细胞损伤轻微, 细支气管壁和肺间质炎症亦较感染组为轻。与感染组相比较,预防治疗组第8周起和一般治疗组第16周大鼠单位面积内平均肺泡数增加(P<0.05),第16周,预防治疗组大鼠血氧分压比感染组增高(P<0.05),血CO2分压降低(P<0.05),两指标均接近正常水平。结果提示,中药814对诱发大鼠COPD有较明显干预作用。
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    中图法分类号 R378.996, R563.9

    Treatment Effects of Chinese Herb 814 on Rat Chronic Obstructive Pulmonary

    Disease Induced by Klebsiella Pneumoniae


    Xu Hu, Xiong Mi, Che Dongyuan et al

    Department of Pathology, School of Basic Medical Sciences,Tongji Medical University, Wuhan 430030

    Abstract In order to observe the effect of Chinese herb 814 on chronic obstructive pulmonary disease (COPD) induced by klebsiella pneumoniae, a rat COPD model was established by repeatedly intranasal infecting. Wistar rats were randomly divided into 5 groups: Normal control group (C), Infection group(K), preventive treatment group (KP), general treatment group (KG) and pseudotreatment group (P). The herb was given to the animals of KP group through stomachal injection 3 days prior to infection and to the animals of KG group 4 weeks after infection. The results were as follows: The rat trache, bronchiole and alveoli epithelium in the two treatment groups, especially KP group only demonstrated slight injury; The chronic inflammation in bronchiole wall and alveoli septa was milder than in K group. The mean alveolus number per unit area in KP group (from 8th week ) and KG group (at 16th week) was significantly increased as compared with that in the infection group. Both PaCO2 values and PaO2 values in KP group were returned to normal levels (P>0.05) at 16th week. It suggests that Chinese herb 814 has better interfering effects on development of the rat COPD.
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    Key words pulmonary disease, obstructive; rat model; Klebsiella; Chinese herb 814

    近年研究认为, 细菌感染在慢性阻塞性肺疾病 (Chronic obstructive pulmonary disease,COPD)发生中起重要作用[1],COPD病人的上呼吸道及痰液中常可检出多种细菌(包括肺炎克雷伯杆菌(Klebsiella pneumonia)[2]。因此, 寻找适当的药物、探讨预防和减轻细菌感染的途径在COPD治疗上十分重要。为此, 本文拟通过较为系统的动物实验以观察中药814对肺炎克雷伯杆菌引起的大鼠COPD是否有防治作用。

    1 材料和方法

    1.1 细菌

    肺炎克雷伯杆菌自COPD患者痰液中分离、鉴定,经常规方法培养、保存。用前将细菌浓度调整为6×108 CFU/ml(经预实验确定)。
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    1.2 药物

    中药814口服片(中国医学科学院血液病研究所研制),每片1.6g。

    1.3 动物分组和实验方法

    清洁级Wistar大鼠75只,体重185~220 g,雌雄不拘, 由同济医科大学实验动物学部提供。将动物随机分为5组。正常对照组(C组): 大鼠经鼻腔注入常规培养液0.1 ml(不含菌),每周2次,持续8周。肺炎克雷伯杆菌感染组 (K组):经鼻腔注入该菌菌液0.1 ml,每周2次,持续8周。药物预防治疗组(KP组):在经鼻腔注入该菌的前3 d,给大鼠灌胃治疗(剂量每鼠3片/d,溶于1 ml生理盐水中), 经鼻腔染菌的条件和持续时间同K组,药物治疗持续至动物处死。一般治疗组(KG组): 灌胃治疗在大鼠经鼻染菌满4周时进行,其他与KP组同。假治疗组(P组):在经鼻染菌前 3 d,各鼠每d以1 ml生理盐水灌胃,其他同KP组。
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    1.4 形态观察

    1.4.1电镜观察:①取气管和右支气管组织,经25 ml/L戊二醛固定 ,逐级乙醇脱水 ,CO2临界点干燥。离子镀膜仪镀金膜,JSM-T300型扫描电镜观察;②取右肺下叶组织 3小块,25 ml/L戊二醛前固定,10 g/L锇酸后固定,脱水 , Epon812包埋, 超薄切片用 ZeissEM10C型透射电镜观察。

    1.4.2 光镜检查:肺脏在1.96 kPa压力下以100 ml/L中性福尔马林灌注固定72 h, 按规定部位各取组织7块,常规制片,HE染色。

    1.5 形态计量指标1.5.1细支气管壁厚度检测和等级计数:在400倍下用显微测微器在细支气管横切面经中心点的纵轴和横轴上测量4个管壁厚度,取其平均值。以正常对照组细支气管管壁平均厚度上限14.35 μm为基准,分6个等级对细支气管进行计数。 0级<14.35 μm ;1级:14.36~25 μm;2级:25.01~50 μm;3级:50.01~75 μm;4级:75.01~100 μm;5级:>100.01 μm。
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    1.5.2 平均肺泡数:按王柏苓等[3]方法,用格式测微尺,测得格的面积后, 数格内肺泡数。每张片随机数10个视野,每只大鼠肺数4张切片,计算单位面积内平均肺泡数。

    1.6 血气分析

    用注射器(肝素化)于左颈动脉采血1 ml,应用Stat Profile 5型血气分析仪检测。

    1.7 统计分析

    计量资料用t检验,等级分组资料用Ridit分析。

    2 结果

    2.1 形态观察

    气管、支气管:C组表面纤毛排列整齐、无脱落(图1)。K组和P组第4周~第16周,气管、支气管纤毛粘连、倒伏和脱落现象较明显(图2),第4周气管上皮细胞脱落明显。与K组和P组相比,KP组第8周和KG组第16周,纤毛脱落现象明显减少(图3)。细支气管和肺泡:C组,细支气管上皮细胞无变性,肺泡Ⅰ型和Ⅱ型上皮细胞无变性、增生,上皮细胞呈紧密连接(图4);管壁和肺泡隔无炎性细胞浸润。K组和P组,细支气管上皮、肺泡Ⅱ型上皮细胞内线粒体明显肿胀甚至呈空泡状, 肺泡上皮细胞间隙明显增宽,细支气管管壁及周围肺泡隔明显增厚,其中有淋巴细胞、巨噬细胞和少量中性粒细胞浸润(图5)。第16周时,炎症区内胶原纤维增多明显。第4~16周,细支气管管腔内常见粘液栓形成。与K组及P组相比,KP及KG组上述变化均明显减轻(图6)。
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    图1 C组,气管表面纤毛排列整齐,无脱落。SEM ×5000

    图2 K组第4周,气管表面纤毛排列紊乱,可见脱落。SEM ×2000

    图3 KG组第16周,气管表面纤毛排列稍紊乱。SEM ×4000

    图4 C组,肺泡Ⅰ型、Ⅱ型上皮细胞无变性,细胞间呈紧密连接。TEM ×6300

    图5 K组第4周,肺泡间隔增宽,其中有淋巴细胞、中性粒细胞浸润。TEM ×3150

    图6 KG组第8周,肺泡隔少量炎性细胞浸润,肺泡上皮细胞变性不明显,细胞间连接紧密。TEM ×3150

    2.2 形态计量指标

    2.2.1各组细支气管管壁厚度检测和等级计数:结果见表1。经Ridit分析显示,KP组第4周起和KG组第8周起细支气管管壁比同时间K组明显变薄。Ridit值:K组各时间点依次为0.80、0.69、0.75;KP组为0.59、0.5、0.29;KG组为0.80、0.63、0.06。
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    表1 各组大鼠肺细支气管管壁增厚情况(支数)

    组别

    等级

    实验时间

    第4周

    第8周

    第16周

    K

    0

    17

    8

    45

    1
, 百拇医药
    6

    4

    6

    2

    54

    25

    41

    3

    41

    21

    13

    4

    24

    16
, 百拇医药
    30

    5

    88

    57

    123

    小计

    230

    131

    258

    KP

    0

    11

    31

    51
, 百拇医药
    1

    32

    64

    67

    2

    44*

    36*

    4*

    3

    12

    12

    0

    4
, 百拇医药
    8

    8

    4

    5

    15

    9

    2

    小计

    122

    160

    128

    KG

    0

    12
, 百拇医药
    11

    32

    1

    8

    31

    8

    2

    20

    40*

    57*

    3

    7

    12
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    28

    4

    16

    15

    16

    5

    67

    16

    1

    小计

    130

    125

    142

    与K组同时间点比较 *P<0.01
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    2.2.2 各组肺单位面积内平均肺泡数:结果见表2。经t检验表明,K组各时间点大鼠平均肺泡数均明显低于C组,KP组第8周起和KG组第16周平均肺泡数比K组明显增高。

    表2 各组大鼠平均肺泡数

    (个/4.33×10-2mm2 , ±s)

    组别

    实验时间

    第4周

    第8周

    第16周

    C
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    .

    32.93±5.90

    .

    K

    13.34±5.26

    12.44±5.54

    9.22±2.42

    KP

    13.45±3.34

    19.95±5.53*△

    21.17±3.92*

    KG
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    13.10±3.62

    14.06±3.39

    16.00±3.47

    与K组同时间点比较 *P<0.01;与前一时间点比较△P<0.01

    2.3 血气分析

    结果见表3。经t检验表明,K组第16周时血氧分压明显下降,CO2分压明显升高, 而 KP组血氧分压明显上升,CO2分压明显下降,二指标均接近C组水平。

    表3 各组大鼠血气分析结果(kPa, ±s)

, 百拇医药     组别

    检测项目

    实验时间

    第4周

    第8周

    第16周

    C

    PO2

    .

    12.30±2.98

    .

    PCO2

    .
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    4.35±0.82

    .

    .

    .

    (n=4)

    .

    K

    PO2

    11.30±1.93

    9.87±2.29

    9.15±0.87

    PCO2
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    5.93±1.60

    4.90±0.33

    8.55±0.33

    .

    (n=3)

    (n=3)

    (n=4)

    KP

    PO2

    11.33±1.38

    11.87±1.46

    12.48±2.76*
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    PCO2

    4.83±0.32

    5.33±0.64

    3.50±0.89*

    .

    (n=3)

    (n=3)

    (n=5)

    KG

    PO2

    11.53±4.30

    11.73±3.26
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    11.44±2.19

    PCO2

    5.10±0.75

    5.67±0.23

    5.10±0.70

    .

    (n=3)

    (n=3)

    (n=3)

    与K组同时间点比较 *P<0.01;与前一时间点比较 △P<0.01

    3 讨论
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    迄今为止,COPD的实验动物模型多以吸烟、SO2刺激动物呼吸道而建立, 尚未见以细菌感染单一因素复制大鼠COPD模型的报道。本实验形态学观察和血气分析结果证实,我们以肺炎克雷伯杆菌感染复制的动物模型特点与人体COPD主要病理特征[4]基本相符,因此该模型具有一定的应用研究价值。

    细菌感染在COPD发展中作用重要,因此,中药814对单一细菌因素所诱发COPD是否具有干预作用就成为评价该药治疗COPD实用价值的一个重要方面。本实验显示, 在提前给药和持续较长时间给药的条件下,814对肺炎克雷伯杆菌诱发的大鼠COPD有较强的干预作用。

    本实验观察到,两治疗组细支气管和肺泡上皮细胞变性不明显,上皮细胞间的连接受损较少,这与K组相应病变表现明显不同。气管上皮细胞损伤在COPD发生发展中具有重要意义[5],同时,细菌感染和上皮细胞损伤可以相互促进,促使后继病变发生[6]。因此可以推测,中药814之所以对COPD有干预作用, 可能是该药能保护上皮细胞所致。
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    Cosio等早就指出COPD的基础病变是进展性炎症反应,Gross等确定气道炎症确实存在于COPD中[7]。实验结果显示,两治疗组气道和肺泡炎症明显轻,并且第16周时肺气肿相对少见,小气道壁和肺泡隔胶原纤维增多不明显。因此认为,814能较有效地减轻炎症可能是该药能干预COPD的另一重要机制。

    *国家“九五”科技攻关项目(No.96-906-02-16)

    作者简介:许浒,男,1962年生,博士研究生。

    参考文献

    1 Muphy T F, Sethi S. Bacterial infection in chronic obstructive pulmonary disease. Am Rev Respir Dis, 1992,16:1067
, 百拇医药
    2 韩守信,孙世芳,陈景伟等.慢性阻塞性肺病感染的病原菌测定和抗生素合理应用. 哈尔滨医科大学学报,1993,27(6):503

    3 王伯苓,刘晓谦,陆莹莹等.小气道炎症在肺气肿、 肺心病发病中作用的实验病理学研究.中华病理学杂志,1991,20(1):72

    4 中华医学会呼吸分会.慢性阻塞性肺疾病(COPD)诊治规范(草案).中华结核和呼吸病杂志,1997,20(4):199

    5 Khair O A, Devalia J L, Abdelaziz M M et al. Effect of Haemophilus influenzae endotoxin on the synthesis of IL-6, IL-8, TNF α and expression of ICAM-1 in cultured human bronchial epithelial cells. Eur Respir J, 1994,7:2109
, http://www.100md.com
    6 Koyama S, Rennard S I, Leikanf G D et al. Endotoxin stimulates bronchial epithelial cells to release chemotactic factors for neutrophil: a potential mechanism for neutrophil recruitment, cytotoxicity, and inhibition of proliferation in bronchial inflammation.J Immunol, 1991,147:4293

    7 Gross N J. Airway inflammation in COPD: Reality or Myth?. Chest, 1995 ,107:210S

    收稿日期:1999-02-01, 百拇医药