高壓氧和低壓缺氧預(yù)處理對(duì)家兔大腦中動(dòng)脈閉塞后腦梗死的防治作用及其機(jī)制

1、<p>　　高壓氧和低壓缺氧預(yù)處理對(duì)家兔大腦中動(dòng)脈閉塞后腦梗死的防治作用及其機(jī)制</p><p>　　【摘要】 目的：觀察高壓氧預(yù)處理（HBOP）和低壓缺氧預(yù)處理（HHP）對(duì)兔大腦中動(dòng)脈閉塞（MCAO）后局灶性腦梗死程度及周圍腦組織氧分壓(PbtO2)的影響. 方法：雄性家兔72只隨機(jī)分為單純MCAO組，HBOP＋MCAO組(100% O2, 2.5 ATA, 1 h/d, 5 d)和HHP＋MCAO

2、組(4000 m, 61.6 kPa, 3 d)，每組24只, 采用改良Bederson法建立家兔MCAO模型，分別于MCAO前、MCAO后1,3和10 d觀察腦MRI信號(hào)強(qiáng)度、腦梗塞灶體積及梗塞灶邊緣PbtO2. 結(jié)果：MRI結(jié)果顯示MCAO后3,10 d時(shí)HBOP＋MCAO組和HHP＋MCAO組缺血區(qū)異常信號(hào)范圍較單純MCAO組明顯縮小，HBOP＋MCAO組缺血區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)強(qiáng)度（SIR）于3,10 d時(shí)分別為1.62±0.

3、09, 1.17±0.10；HHP＋MCAO組缺血區(qū)SIR于3,10 d時(shí)分別為1.64±0.06, 1.20±0.09；均低于單純MCAO組的1.83±0.07, 1.36±0.06 (P&lt;0.05). TTC染色顯示的梗塞灶體積在3和10 d時(shí)HBOP＋M</p><p>　　【關(guān)鍵詞】 高壓氧 缺氧 局灶性腦缺血 </p>&l

4、t;p><b>　　0引言 </b></p><p>　　Wada等［1］在1996年報(bào)道提示高壓氧預(yù)處理(hyperbaric oxygen preconditioning, HBOP)對(duì)缺血性腦損傷有缺血耐受作用，HBOP的研究目前仍不多，近年缺血耐受現(xiàn)象研究報(bào)道主要集中在低壓缺氧預(yù)處理(hypobaric hypoxia preconditioning, HHP)方面［1-2］，

5、更缺乏HBOP和HHP腦保護(hù)作用比較研究. 本研究利用家兔大腦中動(dòng)脈閉塞（middle cerebral artery occlusion, MCAO）模型，觀察HBOP和HHP對(duì)MCAO家兔腦MRI、腦梗塞灶體積及梗塞灶邊緣腦組織氧分壓(partial pressure of brain tissue oxygen, PbtO2)的影響，探討HBOP和HHP對(duì)缺血性腦損傷的保護(hù)作用及相關(guān)機(jī)制. </p><p>

6、;<b>　　1材料和方法 </b></p><p>　　1.1材料體質(zhì)量2.0~2.5 kg,3～4月齡的雄性家兔72只（第三軍醫(yī)大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供），隨機(jī)分為單純MCAO組，HBOP＋MCAO組和HHP＋MCAO組，每組24只. 于各組中分別隨機(jī)抽取6只動(dòng)物不行MCAO作為對(duì)照組，余下動(dòng)物在MCAO后1,3和10 d各時(shí)相點(diǎn)分別隨機(jī)抽取6只動(dòng)物進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)檢測. 動(dòng)物禁食但不禁水12

7、h后，采用改良Bederson法［3］經(jīng)眶后入顱制作家兔MCAO的模型. </p><p><b>　　1.2方法 </b></p><p>　　1.2.1預(yù)處理動(dòng)物高壓氧和低壓缺氧預(yù)處理參照文獻(xiàn)［4］進(jìn)行. </p><p>　　1.2.2MRI檢查方法及圖像分析使用Simens sonata 1.5T超導(dǎo)MRI機(jī). 家兔MCAO后在規(guī)定時(shí)相

8、點(diǎn)均行MRI檢查, 運(yùn)用圖像分析軟件ANALYZE（Version 7.5, CNSsoftware, Rochester, MN, USA）測定不同時(shí)相點(diǎn)T2WI異常信號(hào)體積(異常信號(hào)區(qū)面積×層厚×層數(shù))，計(jì)算體積比＝異常信號(hào)體積/同側(cè)半球體積×100%表示；在右側(cè)基底節(jié)區(qū)、顳葉部位缺血區(qū)選取固定的感興趣區(qū)（ROI, 0.3 cm）,應(yīng)用MR內(nèi)固定軟件，測量不同層面感興趣區(qū)T2WI的平均信號(hào)強(qiáng)度，同時(shí)測量

9、相應(yīng)層面感興趣區(qū)對(duì)應(yīng)的左側(cè)鏡像區(qū)的平均信號(hào)強(qiáng)度，二者的比值為標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)強(qiáng)度（SIR）［5］. </p><p>　　1.2.3腦組織梗塞體積測定實(shí)驗(yàn)動(dòng)物處死，快速取腦，去掉嗅球、小腦和低位腦干，-20℃下冰凍30 min. 將腦冠狀切成五片，用4 g/L的2, 3, 5氯化三苯四氮唑(TTC)磷酸鹽緩沖液染色，檢測梗死灶體積大小. TTC染色結(jié)果判定：正常腦組織區(qū)域染為紅色，缺血梗塞區(qū)腦組織為灰白色. 梗死灶體

10、積按公式V=SD/2計(jì)算(S為每一腦片梗死灶面積,D為腦片厚度)，所有腦片梗死灶體積之和為梗死灶總體積. </p><p>　　1.2.4PbtO2監(jiān)測在動(dòng)物術(shù)后各預(yù)定時(shí)相點(diǎn), 30 g/L異戊巴比妥鈉（60 mg/kg）麻醉,麻醉成功后將家兔固定,根據(jù)MCAO后首次MRI顯示的梗塞灶邊界鉆孔插入腦組織氧監(jiān)測探頭，插入深度12 mm，連接LICOX CMP組織氧監(jiān)測儀，待各參數(shù)穩(wěn)定后，維持45 min后，記錄結(jié)果

11、. </p><p>　　統(tǒng)計(jì)學(xué)處理: 計(jì)量資料采用x±s表示. 采用SPSS11. 0統(tǒng)計(jì)軟件處理，組間均數(shù)比較采用方差分析及LSOt檢驗(yàn)，組內(nèi)比較采用隨機(jī)區(qū)組方差分析. </p><p><b>　　2結(jié)果 </b></p><p>　　2.1對(duì)MRI信號(hào)范圍和強(qiáng)度的影響家兔腦MRI不同時(shí)相點(diǎn)均表現(xiàn)缺血區(qū)T2WI呈高信號(hào)，其中1

12、 d時(shí)高信號(hào)影顯示較均勻，主要在右基底節(jié)區(qū)和右側(cè)大腦半球顳頂葉，三組的信號(hào)范圍及強(qiáng)度無明顯差別. 3 d時(shí)T2WI高信號(hào)影范圍稍擴(kuò)大且欠均勻，邊界較模糊，平均信號(hào)強(qiáng)度增高，但HBOP和HHP組信號(hào)強(qiáng)度及范圍明顯小于單純MCAO組.10 d時(shí)三組T2WI高信號(hào)范圍縮小，信號(hào)強(qiáng)度降低，多位于頂葉或顳葉,二預(yù)處理組信號(hào)范圍及強(qiáng)度均顯著小于單純MCAO組（P&lt;0.05,表1）. 表1MCAO后T2WI異常信號(hào)范圍及強(qiáng)度 </

13、p><p>　　2.2對(duì)腦梗塞灶體積和腦組織PbtO2的影響MCAO第1日三組家兔大腦基底節(jié)區(qū)及顳葉部位出現(xiàn)明顯梗死灶，且梗死體積三組間無明顯差異. 第3日達(dá)高峰，但HBOP和HHP組腦梗死體積明顯小于單純MCAO組. 第10日三組梗死灶均明顯縮小，二預(yù)處理組顯著優(yōu)于對(duì)照組（P&lt;0.05, 圖1,表2). </p><p><b>　　3討論 </b><

14、;/p><p>　　Astrup等［6］于1977年在狒狒MCAO模型中發(fā)現(xiàn)，缺血壞死區(qū)周圍皮質(zhì)局部腦血流量降至15 mL/(100 g/min)時(shí)，自主細(xì)胞活動(dòng)消失而細(xì)胞間隙K+濃度突然升高，神經(jīng)細(xì)胞死亡，由此提出了壞死核心區(qū)（infarcted core, IC）和缺血半暗帶（ischemia penumbra, IP）的概念，并且認(rèn)為缺血核心區(qū)是不可逆損害，而細(xì)胞功能停止但結(jié)構(gòu)完整的半暗帶區(qū)是可逆損傷區(qū). Ha

15、kim等［7］從臨床干預(yù)治療的角度將半暗帶定義為“潛在的可逆性缺血組織”. PbtO2反映了局部腦組織內(nèi)氧的水平，可反映局部腦組織缺血程度，而PbtO2監(jiān)測儀具有微創(chuàng)、穩(wěn)定、靈敏、客觀、直接的特點(diǎn)，可獨(dú)立提供腦氧的信息［8］. 我們前期研究［4,8］提示PbtO2監(jiān)測能反映顱腦損傷后局部的腦缺氧狀況，及時(shí)準(zhǔn)確反映傷情變化. 本實(shí)驗(yàn)在建立家兔MCAO后1 d將PbtO2探頭置于梗塞灶邊緣MRI所示的異常信號(hào)灶，發(fā)現(xiàn)家兔MCAO后PbtO2

16、明顯下降(P&lt;0.05), 單純MCAO組在MCAO后1 d時(shí)PbtO2僅為MCAO前的24%，但隨著時(shí)間的推移，梗塞灶周圍的PbtO2不斷升高，可能是腦</p><p>　　我們對(duì)高壓氧預(yù)處理后顱腦外傷的觀察發(fā)現(xiàn)，預(yù)處理組MMP9表達(dá)明顯減少，且電鏡見血腦屏障的損傷較對(duì)照組輕，提示高壓氧預(yù)處理對(duì)顱腦損傷的神經(jīng)保護(hù)作用的機(jī)制可能與抑制MMP9的表達(dá)有關(guān)［4］. Kim等［9］發(fā)現(xiàn)高壓氧預(yù)處理組的

17、過氧化氫酶的活性和過氧化氫酶基因的表達(dá)都比對(duì)照組高，而應(yīng)用了過氧化氫酶抑制劑后，高壓氧預(yù)處理的縮小心肌梗死面積作用消失，提示高壓氧作用效應(yīng)的機(jī)制可能與過氧化氫酶的作用有關(guān). Duan等［10］比較自由基清除系統(tǒng)的變化發(fā)現(xiàn)，與未預(yù)處理組相比，僅低氧處理1次組整個(gè)腦區(qū)的超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶的活性明顯降低，而海馬脂質(zhì)過氧化物的濃度明顯升高. 但是經(jīng)低氧處理4次后，它們的水平趨向于恢復(fù)至正常對(duì)照組水平，提示氧自由基和它們

18、的特異清除酶參與了低氧耐受形成. 研究均提示氧自由基及其內(nèi)源性清除酶系統(tǒng)參與了HBOP和HHP致腦缺血耐受的形成和發(fā)展，而且自由基可誘導(dǎo)HIF1α表達(dá)上調(diào)，HIF1α的上調(diào)促進(jìn)其下游基因的轉(zhuǎn)錄可提高低氧的耐受能力［1,11］. 這也是HBOP和HHP的神經(jīng)保護(hù)作用無明顯差異的可能原因之一. HBOP和HHP的對(duì)腦缺血的神經(jīng)保護(hù)機(jī)</p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】 </b><

19、/p><p>　?。?］ Wada K, Ito M, Miyazawa T, et al. Repeated hyperbaric oxygen induces ischemia tolerance in gebil hippocampus［J］. Brain Res,1996,740(12):15-20. </p><p>　?。?］ Liu J, Purnima N, Fengshan

20、 YU, et al. Neuroprotection by hypoxia preconditioning involves oxidative stressmediated expression of hypoxiainducible factor and erythropoietin［J］. Stroke, 2005,36(6):1264-1269. </p><p>　?。?］ Bederson JB

21、, Pitts LH, Tsuji M, et al. Rat middle cerebral artery occlusion: Evlutation of the model and development of neurologic examination ［J］. Stroke, 1986, 17(3): 472-476. </p><p>　　［4］ 胡勝利,馮華,劉智,等. 高壓氧預(yù)適應(yīng)對(duì)大鼠高原顱腦

22、損傷的影響［J］. 軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院院刊, 2006,30(6):541-543. </p><p>　?。?］ Henninger N, KuppersTiedt L, Sicard KM, et al. Neuroprotective effect of hyperbaric oxygen therapy monitored by MRimaging after embolic stroke in rats

23、［J］. Exp Neurol, 2006, 201(2):316-323. </p><p>　?。?］ Astrup J, Symon L, Branston NM, et al. Cortical evoked potential and extracellular K+ and H+ and critical levels of brain ischemia［J］. Stroke, 1977, 8(1):

24、 51-57. </p><p>　?。?］ Hakim AM. Ischemic penumbra: The therapeutic window［J］. Neurology, 1998, 51(3Suppl 3):S44-S46. </p><p>　?。?］ 胥全宏，馮華，王憲榮，等. 高原大鼠顱腦損傷局部腦組織氧分壓變化特點(diǎn)［J］.中華神經(jīng)外科疾病研究雜志，2005, 4(2):1

25、37-140. </p><p>　　［9］ Kim CH, Choi H, Chun YS, et al. Hyperbaric oxygenation pretreatment induces catalase and reduces infarct size in ischemic rat myocardium［J］. Pflugers Arch, 2001,442(1):519-525. </p&g

26、t;<p>　?。?0］ Duan C, Yan F, Song X, et al. Changes of superoxide dismutase, glutathione perioxidase and lipid peroxides in the brain of mice preconditioned by hypoxia［J］. Biol Signals Recept, 1999, 8(45):256-260.