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编号:10504571
神经节苷脂对老龄大鼠急性低压缺氧脑损害的防治作用
http://www.100md.com 《中华航空航天医学杂志》 2000年第1期
     神经节苷脂对老龄大鼠急性低压缺氧脑损害的防治作用

    世敏 俞启福 郝唯蔚 李鸣皋 马贵喜

     摘要 目的:观察急性低压缺氧对老龄大鼠脑组织中内皮素(ET)、一氧化氮(NO)含量和大脑皮质光、电镜形态学的影响以及神经节苷脂的防治作用。方法:40只22月龄Wistar大鼠随机分成生理盐水对照组、生理盐水缺氧组和神经节苷脂缺氧组。急性低压缺氧(8 000 m,30 min)前4 h各组均腹腔注射相同体积的生理盐水或神经节苷脂(GM1),测定各组大脑皮质和丘脑匀浆中ET、NO的含量,观察大脑皮质光、电镜形态学的改变。结果:急性低压缺氧后大鼠大脑皮质和丘脑中ET、NO含量明显升高(P<0.01或P<0.05),大脑皮质发生水肿、变性等损害。GM1缺氧组ET、NO含量较生理盐水缺氧组明显下降(P<0.05),大脑皮质缺氧性损害明显减轻。结论:急性低压缺氧可引起老龄大鼠大脑皮质和丘脑中ET、NO含量明显升高以及大脑皮质血管内皮细胞和神经细胞明显损伤,ET、NO可能参与了缺氧性脑损害的病理过程。GM1对老龄大鼠缺氧性脑损害有一定的早期防治作用。
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     关键词:缺氧症 神经节苷脂 脑 内皮素 一氧化氮

    神经节苷脂是一种位于大多数哺乳动物细胞膜结构中的含唾液酸的糖鞘脂,在中枢神经系统中含量特别丰富。有作者发现,脑缺氧[1]和脑创伤[2]后脑组织中的神经节苷脂含量明显下降;用神经节苷脂治疗脑缺血[3]和脑创伤[4],取得了许多积极的成果。缺血、缺氧性脑损害常见于老年人,因此,我们选用40只老龄大鼠建立8 000 m高空急性低压缺氧模型,观察大鼠脑组织中内皮素(endothelin, ET)和一氧化氮(nitric oxide, NO)含量以及大脑皮质光、电镜形态学的改变,以探讨神经节苷脂对老龄大鼠急性低压缺氧性脑损害是否具有防治作用。

    材料和方法

    一、材料
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    1.实验动物和分组:40只22月龄雄性Wistar大鼠(军事医学科学院动物中心提供),体重(455±30)g,随机分成3组:生理盐水对照组12只、生理盐水缺氧组14只和单唾液酸四己糖神经节苷脂(monosialoganglioside, GM1)缺氧组14只。实验前4 h各组大鼠均腹腔注射相同体积的GM1或生理盐水,GM1用量为35 mg/kg体重。实验前禁食12 h,自由饮水。

    2.药品和试剂:GM1由香港精优企业有限公司提供。ET放射免疫试剂盒和NO亚硝酸盐试剂盒购自解放军总医院东亚免疫技术研究所。

    二、方法

    1.缺氧模型的建立:将缺氧组大鼠放入低压舱内,以30 m/s速度上升至8 000 m高度,停留30 min,造成大鼠体内重度缺氧,然后以30 m/s速度下降至地面。对照组同时放入另一实验条件完全相同的低压舱内,停留在地面而不上升。
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    2.标本处理:①各组大鼠均在出舱后立即开颅,1 min内取出适量的大脑皮质和丘脑组织。按试剂盒说明书处理标本并测定ET、NO含量。ET含量用放射免疫法直接测定,结果以pg/100 mg组织湿重表示;NO含量用亚硝酸盐比色法间接测定,结果以nmol/100 mg组织湿重表示。②开颅后1 min内切取小于1 mm×1 mm×1 mm的顶叶皮质数块,同时切取3 mm×3 mm×3 mm大小的顶叶皮质数块。按光、电镜标本制作常规处理并观片拍照。电镜为Philips CM-100型,光镜为Olympus BH-2型。

    3.统计学处理:ET、NO实验数据用x±s表示,用t检验进行数据处理。

    结果

    一、急性缺氧对大鼠大脑皮质和丘脑中ET含量的影响及GM1的作用

    急性低压缺氧30 min后,大鼠大脑皮质和丘脑中ET含量较生理盐水对照组明显升高(t丘脑=2.879,P<0.01;t大脑=2.410,P<0.05);GM1缺氧组大脑皮质和丘脑ET含量较生理盐水缺氧组明显下降(t大脑=2.262,P<0.05;t丘脑=2.509,P<0.05),与生理盐水对照组相比无明显差异(t大脑=1.142,P>0.05;t丘脑=1.256,P>0.05),见表1。
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    二、急性缺氧对大鼠大脑皮质和丘脑中NO含量的影响及GM1的作用

    急性低压缺氧30 min后,大鼠大脑皮质和丘脑中NO含量较生理盐水对照组也明显升高(t大脑=5.405,P<0.01;t丘脑=5.404,P<0.01);GM1缺氧组大脑皮质和丘脑NO含量较生理盐水缺氧组明显下降(t大脑=2.139,P<0.05;t丘脑=2.109,P<0.05),但仍高于生理盐水对照组(t大脑=6.795,P<0.01;t丘脑=3.324,P<0.01),见表2。

    表1 大鼠大脑皮质和丘脑中ET含量(x±s,pg/100 mg)

    组 别

    Group
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    n

    大脑皮质

    Cerebral cortex

    丘脑

    Thalamus

    生理盐水对照组

    NS control group

    12

    33.03±15.24

    61.44±21.94

    生理盐水缺氧组

    NS hypoxia group
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    14

    44.94±9.74*

    104.59±47.65**

    GM1缺氧组

    GM1 hypoxia group

    14

    37.71±6.94

    70.85±16.19

    与生理盐水对照组相比较,*大脑t=2.410,P<0.05;**丘脑t=2.879,P<0.01
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    As compared with NS control group,*cerebral t=2.410,P<0.05;**thalamus t=2.879,P<0.01

    与生理盐水缺氧组相比较,△大脑t=2.262,P<0.05;丘脑t=2.509,P<0.05

    As compared with NS hypoxia group,△cerebral t=2.262,P<0.05;thalamus t=2.509,P<0.05表2 GM1对缺氧大鼠大脑皮质和丘脑中NO含量的影响(x±s, nmol/100 mg)

    组 别

    Group

    n

    大脑皮质
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    Cerebral cortex

    丘脑

    Thalamus

    生理盐水对照组

    NS control group

    12

    1.30±0.17

    1.83±0.60

    生理盐水缺氧组

    NS hypoxia group

    14

    1.96±0.39*
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    2.92±0.42*

    GM1缺氧组

    GM1 hypoxia group

    14

    1.72±0.15

    2.59±0.40

    与生理盐水对照组相比较,*大脑 t=5.405,P<0.01;丘脑t=5.404,P<0.01

    As compared with NS control group,*cerebral t=5.405,P<0.01;thalamus t=5.404,P<0.01
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    与生理盐水缺氧组相比较,△cereral t=2.139,P<0.05;丘脑

    t=2.109,P<0.05

    As compared with NS hypoxia group,△cerebral t=2.139,P<0.05;thalamus t=2.109,P<0.05

    三、光、电镜形态学观察

    1.光镜检查:生理盐水缺氧组大脑皮层微血管充血扩大,周围高度水肿,偶可见少量红细胞外渗出血管腔,神经元及胶质细胞形态尚正常。GM1缺氧组大脑皮层微血管管腔周围无明显水肿,未见红细胞渗出血管腔,神经元及胶质细胞形态基本正常。

    2.透射电镜检查:生理盐水缺氧组大脑皮层血管内皮细胞增生形成指状突起,毛细血管周围足突扩张,基底膜外疏松增宽,水肿带明显(见封3图1);可见核固缩的退变细胞以及细胞器退变后产生的髓样小体;神经元内线粒体、内质网扩张水肿,大部分线粒体嵴结构模糊,核内染色质分布不均,出现边集现象;神经毡树突、轴突明显水肿扩张,微管、微丝间距加大(见封3图2);髓鞘板层结构模糊不清。GM1缺氧组血管内皮细胞无明显增生肿胀,管周结构较致密,无明显水肿带(见封3图3);神经元内线粒体、内质网无明显水肿扩张,线粒体内可见正常的嵴结构;神经毡水肿明显减轻(见封3图4);可见正常髓鞘板层结构。
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    讨论

    一、GM1对缺氧性脑损害有一定的早期防治作用

    ET、NO最早都是从血管内皮细胞中发现的血管活性物质,后来发现它们也可由神经细胞、平滑肌细胞等合成和释放。它们不仅在调节血管张力及器官血流量的过程中发挥重要作用,在中枢神经系统中也有重要的生理、病理意义。本实验发现,急性低压缺氧30 min后老龄大鼠大脑皮质和丘脑中ET、NO含量较对照组明显升高,大脑皮质血管内皮细胞和神经细胞明显损伤,提示ET、NO可能参与了缺氧性脑损害的病理过程,与既往的文献报道结果相吻合[5,6]

    GM1在神经细胞的生长发育、分化、再生和细胞内外信息的传递[7]等多种生理过程中发挥重要作用。外源性GM1具有脂溶性的特点,因而可透过血脑屏障并嵌入神经细胞膜中。Lenzi等[3]用GM1治疗急性脑梗死病人,发现治疗组神经功能的改善明显优于对照组。陈嘉峰[8]、胡小吾[4]等也发现GM1对脑缺血、脑创伤具有一定的保护作用。以上研究表明,GM1具有抗神经细胞损伤和促进神经功能恢复的作用。
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    本研究发现,大鼠急性低压缺氧前腹腔注射GM1(35 mg/kg体重),能明显降低缺氧所致的大脑皮质和丘脑中ET、NO的病理性升高,有效地减轻大脑皮质缺氧后的病理形态损害,提示GM1对缺氧性脑损害有一定的早期防治效应。

    二、GM1对缺氧性脑损害防治作用的可能机制

    GM1是一种细胞膜保护剂,对去垢剂Friton-X-100引起的红细胞膜化学损伤有良好的保护作用[9]。GM1对缺氧、缺血性脑损害发挥膜保护作用的机制可能与拮抗兴奋性氨基酸毒性作用、防止细胞内钙离子平衡紊乱、减轻自由基损伤、保护膜酶活性等环节密切相关。Avrova等[10]发现GM1能拮抗培养的小脑颗粒细胞中兴奋性氨基酸谷氨酸的神经毒性作用。Mawlik等[11]则发现GM1抑制细胞内钙离子聚集,清除缺血-再灌注心肌产生的自由基,从而减轻缺血性心肌损害。陈嘉峰[8]、Avrova[10]等证实GM1能明显保护脑缺血组织或突触体的Na+、K+-ATP酶活性。此外,GM1还具有改善线粒体呼吸功能[4]、减轻脑水肿[11]、对膜的通透性具有保护作用[12]等多种效应。本实验表明,ET、NO可能参与了缺氧性脑损害的病理过程,GM1也可能通过抑制NO、ET的病理性升高而对缺氧性脑组织损害产生一定的保护作用。tb101.gif (9458 bytes)
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    图1 生理盐水缺氧组大鼠大脑皮质毛细血管超微结构×11500内皮细胞肿胀,血管周围高度水肿tb102.gif (7950 bytes)

    图2 GM1治疗组大鼠大脑皮质毛细血管超微结构 ×11500内皮细胞无明显肿胀,管周结构致密,无明显水肿带tb103.gif (10211 bytes)

    图3 生理水缺组大鼠大脑皮质神经毡超微结构×11500神经毡树突,轴突明显水肿扩张,微管,微丝间距加大×11500tb104.gif (9712 bytes)
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    图4 GM1治疗组大鼠大脑皮质神经毡超微结构×11500神经毡树突,轴突水肿明显减轻

    作者单位:尹世敏(100088 北京,第二炮兵总医院神经科)

    俞启福(100037 北京,海军总医院海军航空潜水医学中心)

    郝唯蔚(100037 北京,海军总医院海军航空潜水医学中心)

    李鸣皋(100037 北京,海军总医院海军航空潜水医学中心)

    马贵喜(100037 北京,海军总医院海军航空潜水医学中心)

    参考文献

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