832000 新疆生产建设兵团石河子市,石河子大学医学院第一附属医院急诊外科(郭友祥、张磊、欧阳军)
Department of Emergency Surgery,First Affiliated Hospital of Medical College,Shihezi University, Shihezi 832000, China(Guo YX,Zhang L,OuYang J)
肝脏缺血-再灌注损伤(hepatic ischemia re-perfusion injury,HIRI)是肝胆外科中一个常见的且不容忽视的病理生理现象,它是失血性休克、复杂的肝叶切除及严重的肝创伤等术后肝功能异常,原发性肝移植无功能、肝功能衰竭的重要原因。故如何预防和减少HIRI是目前面临的一个重大问题。近年,大量研究表明有多种方法可以用于减轻HIRI。本研究旨在探讨右美托咪定及缺血预处理(ischemic preconditioning,IPC)对大鼠HIRI的作用,从而为减轻HIRI提供一定的临床参考。
1 材料与方法 1.1 实验材料 1.1.1 实验动物雄性SD大鼠60只,体质量(251±18) g(许可证号:SCXK 新2011-0001),由新疆疾病预防控制中心实验动物饲养科提供。
1.1.2 实验试剂及材料盐酸右美托咪定注射液(江苏恒瑞医药股份有限公司);TUNEL凋亡试剂盒(瑞士Roche公司);血红素氧合酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)免疫组化一抗兔抗鼠多克隆抗体(英国Abcam 公司),二抗山羊抗小鼠抗体(北京中杉金桥公司);H2O2及GSH试剂盒(南京建成生物工程研究所);兔抗HO-1抗体(美国Santa Cruz 公司);鼠抗人β-actin单克隆抗体及山羊抗鼠IgG二抗(北京中衫金桥公司)。高速低温台式离心机(Thermo Fisher Scientific,美国);OLYMPUS BX40 图像采集系统(Olympus optical 公司,日本);倒置相差显微镜(Olympus公司IX71,日本)。
1.2 方法 1.2.1 动物分组及模型制备空调室内饲养,室温(20±2) ℃,相对湿度保持在(55±10)%,自由进食水,术前12 h禁食,但不禁水。大鼠随机(随机数字法)分为5组,每组12只:假手术组(S组):术前30 min腹腔注射与Dex组中右美托咪定容量相当的生理盐水,以10%水合氯醛溶液30 mL/kg腹腔注射,麻醉后正中切口入腹,分离、显露但不夹闭肝门,30 min后关腹,再灌注6 h;缺血-再灌注组(IR组):术前30 min腹腔注射与Dex组中右美托咪定容量相当的生理盐水,以10%水合氯醛溶液30 mL/kg腹腔注射,麻醉后开腹采用Pringle法阻断入肝血流30 min后恢复灌注,关腹,再灌注6 h;右美托咪定预处理组(Dex组):右美托咪啶按照25 μg/kg于手术30 min前腹腔注射给药,其余同IR组;IPC组(IP组):于术前30 min腹腔注射与Dex组中右美托咪定容量相当的生理盐水,且持续缺血前给予10 min缺血和10 min再灌注的预处理,其余同IR组;右美托咪定联合缺血预处理组(Dex+IP组):右美托咪啶按照25 μg/kg于手术30 min前腹腔注射给药,且持续缺血前给予10 min缺血和10 min再灌注的预处理,其余同IR组。
1.2.2 标本收集再灌注6 h后腹腔注射10%水合氯醛溶液30 mL/kg,麻醉后开腹,自下腔静脉取血约4 mL备用;切取1 cm×1 cm×0.5 cm大小的左侧肝叶组织放于10%的甲醛溶液中固定24 h,另取一叶新鲜左肝组织备用。
1.2.3 实验动物处理实验动物处死后立即放入冷冻柜的集装袋中,由实验室专人统一处理。
1.2.4 血清ALT、AST及LDH浓度取上述血液标本,利用石河子大学医学院第一附属医院检验科全自动生化分析仪检测血清中ALT、AST及LDH浓度。
1.2.5 肝脏组织病理学观察取上述经甲醛固定的肝脏组织,常规石蜡包埋,切片,经HE染色,光镜下观察各组肝脏组织病理学变化。
1.2.6 细胞凋亡检测利用TUNEL法检测肝脏组织中细胞凋亡的数量,胞核被染成棕黄色者为阳性,每张切片在400倍高倍视野下随机取5个视野,计数每个视野阳性肝细胞数及肝细胞总数,计算出凋亡指数(阳性细胞数/细胞总数×100%),并得出平均数。
1.2.7 血红素氧合酶-1的检测(1) 免疫组化检测:利用免疫组化技术测定肝脏组织中血红素氧合酶-1(HO-1)的表达。HO-1的表达定位于细胞质,以呈现棕褐色颗粒为阳性细胞。在200倍光镜下随机读取五个无重叠视野,各个视野综合染色强度和阳性细胞所占百分比作为评价标准: 根据细胞染色强度将结果分为:无着色为0分,浅棕色为1 分,棕色为2 分,深棕色为3 分; 根据阳性细胞所占百分比,将结果分为: 无着色为0分,阳性表达细胞数< 10%为1 分,10% ~ 50%为2分,> 50% 为3 分。将两者得分相乘,然后求出平均数作为该标本最终得分。
(2) Western blot检测:各标本取肝组织100 mg用蛋白裂解液裂解,电泳,转膜,封闭。然后依次加一抗、二抗,显色后曝光于X线胶片。采用UVIDoe分析软件对条带灰度进行分析,计算灰度比。
1.2.8 肝脏组织H2O2及GSH检测取肝脏左叶组织约0.5 g,生理盐水漂洗,吸净表面水分,在冰浴条件下,按肝脏、生理盐水体积比1∶ 4制成匀浆,离心取得肝匀浆液,严格按照试剂盒说明检测肝组织H2O2及GSH含量。
1.3 统计学方法采用SPSS 17.0统计软件,计量资料均以(x ±s)表示,两组间比较采用q检验,多组间比较采用方差分析,以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果 2.1 血清ALT、AST和LDH水平与S组相比,其余各组血清中ALT、AST、LDH含量明显增高(P=0.000);与IR组相比,Dex、IP及Dex+IP组血清中ALT、AST、LDH含量明显降低(P=0.000);与Dex组及IP组相比,Dex+IP组血清中ALT、AST、LDH含量明显降低(P=0.000);ALT及AST含量在Dex组与IP组之间差异无统计学意义(P=0.550,0.771),LDH含量Dex组明显低于IP组(P=0.000),见表 1。
组别 | ALT(U/L) | AST (U/L) | LDH (U/L) |
S组 | 60.08±5.93 | 150.33±8.24 | 799.25±14.56 |
IR组 | 533.25±23.34a | 1 269.41±36.43a | 3 500.83±50.22a |
Dex组 | 396.41±14.84ab | 800.00±14.93ab | 1 220.75±31.56ab |
IP组 | 400.25±15.31ab | 799.83±16.27ab | 1 571.41±32.71abc |
Dex+IP组 | 250.08±10.18abcd | 446.58±9.30abcd | 898.91±19.37abcd |
F值 | 1 592.68 | 7 550.14 | 14 151.11 |
P值 | 0.000 | 0.000 | 0.000 |
注:与S组比较,aP<0.01;与IR组比较,bP<0.01;与Dex组比较,cP<0.01;与IP组比较,dP<0.01 |
光镜下观察,S组肝小叶结构及肝窦内皮细胞均正常,肝窦畅通,肝细胞无明显水肿及变性坏死,肝细胞间质未见炎性细胞浸润;IR组肝小叶结构紊乱,肝细胞明显水肿及空泡样变性,可见部分肝细胞坏死,细胞质降解明显,核仁缩小凝集,大量炎性细胞浸润,肝窦严重淤血、狭窄;Dex组及IP组肝小叶结构尚可,可见轻度肝细胞变性,肝血窦内轻度瘀血,肝窦仍然保持畅通,个别细胞坏死; Dex+IP组肝细胞轻微水肿,肝小叶结构基本正常,肝窦畅通,无明显的肝细胞坏死,仅有少量炎性细胞浸润。根据Suzuki病理学评分标准[1],光镜下每个标本随机取5个视野取平均数作为其评分值。与S组相比,其余各组评分明显增高(P=0.000);与IR组相比,Dex组、IP组及Dex+IP评分明显降低(P=0.000);Dex+IP组明显低于Dex组及IP组(P=0.000),而Dex组与IP组之间差异无统计学意义(P=0.704)。见表 2,图 1。
组别 | 病理评分(分) | 细胞凋亡指数(%) | HO-1评分(分) |
S组 | 0.27±0.21 | 6.30 ±0.59 | 1.08±0.90 |
IR组 | 2.90±0.25a | 38.01±1.29a | 2.92±1.44a |
Dex组 | 1.63±0.21ab | 14.46 ±0.83ab | 4.58±1.88ab |
IP组 | 1.67±0.18ab | 15.79±0.54ab | 4.50±2.02ab |
Dex+IP组 | 0.68±0.22abcd | 9.06±0.74abcd | 6.33±2.31abcd |
F值 | 273.34 | 2 696.18 | 80.91 |
P值 | 0.000 | 0.000 | 0.000 |
注:与S组比较,aP<0.01或aP<0.05;与IR组比较,bP<0.01或bP<0.05;与Dex组比较,cP<0.01;与IP组比较,dP<0.01 |
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图 1 各组肝脏组织病理学改变 (HE×200) Figure 1 Liver histological changes of each group(HE×200) |
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与S组相比,其余各组凋亡指数均明显增高(P=0.000);与IR组相比,Dex组、IP组及Dex+IP组凋亡指数均明显降低(P=0.000);Dex+IP组明显低于Dex组及IP组(P=0.000),而Dex组与IP组之间差异无统计学意义(P=0.661)。见表 2,图 2。
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图 2 各组肝细胞凋亡 (TUNEL×400) Figure 2 Liver cell apoptosis of each group(TUNEL×400) |
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(1)免疫组化检测:与S组相比,其余各组明显增高(P=0.000);与IR组相比,Dex组、IP组及Dex+IP组明显增高(P=0.000);Dex+IP组明显高于Dex组及IP组(P=0.000);Dex组与IP组之间差异无统计学意义(P=0.635)。见表 2,图 3。
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图 3 各组肝脏组织HO-1的表达(免疫组化×200) Figure 3 Expression of HO-1 in liver of each group(Immuno histochemistry×200) |
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(2)Western blot检测:与S组相比,其余各组明显增高(P=0.000);与IR组相比,Dex组、IP组及Dex+IP组明显增高(P=0.000);Dex+IP组明显高于Dex组及IP组 (P=0.000);Dex组与IP组之间差异无统计学意义(P=0.099)。见图 4。
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图 4 各组肝脏组织HO-1的表达(Western blot) Figure 4 Expression of HO-1 in liver of each group(Western blot) |
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与S组相比,IR组、Dex组、IP组及Dex+IP组肝脏组织H2O2活性明显增高(P=0.000,0.000,0.000,0.001),GSH活性明显降低(P=0.000);与IR组相比,Dex组及IP组H2O2活性明显降低,GSH活性明显增高(P=0.000);与Dex组及IP组相比,Dex+IP组H2O2活性明显降低,GSH活性明显增高(P=0.000);Dex组与IP组之间差异无统计学意义(P=0.480,0.667),见表 3。
组别 | H2O2(mmol/g prot) | GSH(μg/g prot) | |||
S组 | 7.09±0.46 | 699.67±16.84 | |||
IR组 | 30.08±1.41a | 199.50±13.07a | |||
Dex组 | 18.18±1.03ab | 450.58±16.62ab | |||
IP组 | 19.20±1.11ab | 440.92±16.39ab | |||
Dex+IP组 | 12.05±0.77abcd | 598.25±16.03abcd | |||
F值 | 73.28 | 142.48 | |||
P值 | 0.000 | 0.000 | |||
注:与S组比较,aP<0.01;与IR组比较,bP<0.01;与Dex组比较,cP<0.01;与IP组比较,dP<0.01 |
HIRI是导致复杂的肝脏外科手术、肝脏移植后肝功能衰竭的重要原因[2],严重限制了很多肝脏疾病的手术治疗或产生严重的手术并发症。目前,用于减轻HIRI的方法主要有缺血预处理和后处理、药物预处理和后处理、缺氧预处理、热休克预处理以及联合处理等,其中以药物预处理最为重要。
右美托咪定是一种新型的高选择性α2肾上腺素能受体(α2AR)激动剂,具有镇静、催眠、抗焦虑、抑制交感神经以及稳定血流动力学等功能[3],且无呼吸抑制的不良反应。临床上主要用于阵痛、辅助麻醉以及重症监护病房的镇静作用。然而,研究表明右美托咪定还具有脏器保护作用[4-7],可能与其降低氧化应激、减轻炎症反应等作用有关。研究表明右美托咪定可以降低肝缺血-再灌注后组织丙二醛含量,提高超氧化物歧化酶、过氧化氢酶及谷胱甘肽的水平,降低总氧化活性(TOA)和氧化应激指数(OSI),提高抗氧化能力,降低氧化应激,降低病理学损伤[8-9];还能通过增加组织Bcl-2蛋白表达,减少Bax蛋白表达,减轻肝脏缺血-再灌注后组织细胞凋亡,降低血清ALT及AST活性[10]。本研究也表明右美托咪定能明显降低肝脏缺血-再灌注后血清AST、SLT及LDH浓度,减轻肝脏组织的病理学改变,减少肝组织细胞凋亡。目前用于预防和减轻HIRI的药物种类繁多,但往往不能用于术中或者术中用药受到严格限制。而右美托咪定本身就是一种辅助麻醉用药,既可提高麻醉效果又可起到脏器保护作用,一举两得,是肝脏手术中的理想用药。
IPC对脏器缺血-再灌注损伤的保护作用是在1986年由Murry等在心肌缺注过程中发现的,是指在长时间缺血-再灌注之前,通过一次或几次短暂且重复的缺血-再灌注,可以增加缺血器官对长时间缺血-再灌注的耐受力。其后陆续发现IPC对肝、脑、肾等其他脏器的缺血-再灌注损伤也有明显的保护作用。研究表明IPC不但可以改善肝微循环功能,增加肝缺血-再灌注后肝脏的微血管血流,还能提高门静脉的血流量,且具有抗氧化及炎症抑制的作用,能明显改善肝脏缺血-再灌注后的肝脏功能[11]。本研究也证实IPC能有效改善肝脏缺血-再灌注所导致的肝功损害,减轻肝脏组织病理学损伤,减少肝组织细胞凋亡。另外,临床研究发现,在肝脏移植术前若供体经历过成功的心肺复苏,其受体血清中ALT及AST浓度明显低于未经历心肺复苏者,这表明心搏呼吸停止后复苏成功对供肝有保护作用[12],因为供体心搏呼吸停止后的复苏使肝脏经历了一个类似于IPC的缺血-再灌注过程。
HO-1是一种催化血红素分解代谢的限速酶,也是血红素氧合酶(HO)中唯一可以被诱导的同工酶,它可以将血红素氧化降解为自由铁、胆绿素和一氧化碳,胆绿素又进一步被转化为胆红素。研究发现HO-1可通过抗组织细胞凋亡、抗氧化及炎症抑制等机制起到脏器作用[13-14],可明显抑制枯否细胞的激活,从而减少TNF-α和IL-6等促炎症细胞因子的产生[15]。而且 HO-1催化降解的产物胆红素和胆绿素在抗氧化过程中也发挥着重要作用,CO有重要的抑制促炎症反应作用。HO-1不仅可以在机体生理状态下发挥作用,更为重要的是他可以在机体非正常状态包括应激状态下被诱导,被认为是在细胞受损时维持其氧化和抗氧化动态平衡的关键因素。Kim等[16]研究表明通过诱导HO-1的表达可以明显改善酒精脂肪肝在缺血-再灌注中的损伤。这一成果表明,既往认为不适合作为供体的酒精脂肪肝在通过一定的干预之后也可作为供体,增加边缘性肝移植,这可以使我国脏器移植中供源短缺的现状得到一定改善。通过诱导HO-1的表达来降低脏器的缺血-再灌注损伤已成为目前的一大切入点。目前已有缺血预处理、缺血后处理[17]及药物干预等多种方式用于诱导组织HO-1的表达。本研究表明右美托咪定预处理及缺血预处理均能明显提高肝脏组织中HO-1的表达,说明两者对HIRI的作用可能均与诱导HO-1的表达有关。
本研究还观察了右美托咪定预处理及IPC联合作用的效果,发现两者对于降低HIRI模型中血清ALT、AST及LDH的浓度,减轻肝脏组织病理学改变,减少肝脏组织细胞的凋亡,以及诱导肝脏组织中HO-1的表达均有协同作用。
本实验不足之处在于只研究了右美托咪定在单一计量(25 μg)、单一时间(术前30 min)及单一途径(腹腔注射)给药时对大鼠HIRI的作用,对不同计量、不同时间及不同给药途径的作用强度尚不明确,需进一步研究,以获得右美托咪定对HIRI最佳效果。
综上所述,右美托咪定预处理及IPC对大鼠HIRI均有保护作用,两者联合应用效果更佳,其作用均与诱导HO-1的表达有一定关系。
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