一氧化氮合成酶抑制剂对大鼠液压脑创伤皮质血流的影响
作者：钱洪松 张光霁 卢亦成 朱诚
单位：200003 上海,第二军医大学附属长征医院神经外科
关键词：一氧化氮；一氧化氮合酶；脑血流
中华创伤杂志/980209.htm 【摘要】 目的 探明一氧化氮(NO)在液压脑创伤后脑皮质血流改变中的作用。方法 通过抑制一氧化氮合成酶(NOS)活性以及给予NOS底物使脑组织中产生NO的量增加或减少,来观察脑皮质血流对NO的反应。结果 (1)NOS抑制剂L-NAME可致全身血压升高,并在一定剂量范围内呈剂量依赖性。(2)L-NAME可使脑创伤皮质内的血流进一步下降。(3)L-NAME可改变创伤后脑皮质血管的阻力反应性。结论 NO在液压脑创伤后皮质血流调节中有重要作用,伤后早期即过度抑制NOS活性,可致皮层血流进一步下降,加重神经损害。
Effects of L-NAME on Cortical Regional Cerebral Blood Flow after Fluid Percussion Brain Injury in Rats QIAN Hong-song, ZHANG Guang-ji, LU Yi-cheng, et al. Dept. of Neurosurgery, changzheng Hospital, Second Military Medical University, Shanghai 200003
, 百拇医药
【Abstract】 Aim To identify the role of nitric oxide in the changes of cortical regional cerebral blood flow (rCBF) after fluid percussion brain injury. Methods The action of nitric oxide products on rCBF was observed through inhibiting the nitric oxide synthase activity or increasing the substrate of nitric oxide synthase. Results (1) Inhibiting the nitric oxide synthase activity increased the whole blood pressure of the rats after fluid percussion brain injury and this action depended on the L-NAME doses. (2)L-NAME reduced the rCBF even more than that in the control group after fluid percussion brain injury. (3)The reactivity of small cortical vessels may be changed by L-NAME. Conclusion Nitric oxide plays an important role in the regulation of rCBF. Inhibiting the activity of nitric oxide synthase can reduce the rCBF and deteriorate the nerve injury.
, 百拇医药
【Key words】 Nitric oxide Nitric oxide synthase Cerebral blood flow
一氧化氮(NO)是体内一种重要的小分子介质,参与多种病理生理过程,在生理状态下,NO具有维持血液循环、作为神经递质等作用;经诱导产生的过量NO则具有细胞毒性作用,如通过介导NMDA受体激活,或通过超氧硝基阴离子可介导细胞死亡。由于NO具备两种相反的作用,所以在不同状态下的作用也不一样;而目前NO在颅脑创伤中的作用尚不清楚。故笔者利用大鼠液压损伤模型,通过给予一氧化氮合成酶(Nitric oxide synthase, NOS)抑制剂L-NAME(一种非特异性的L-Arg类似物),探讨其对脑皮质血微循环的作用。
材料与方法
32只雄性SD大鼠,体重250～320g,随机分为4组:(1)等渗盐水组;(2)精氨酸组;(3)8mg/kg L-NAME组;(4)40mg/kg L-NAME组。(L-NAME、L-Arginine购自Sigma公司)。致伤前1天,参照以前报道的方法[1],在大鼠的头顶部左右各钻一孔,其中左顶颅孔不完全钻透,留一层约纸厚的颅骨内板(以便在打击时造成大鼠闭合性脑创伤),在侧颅孔固定一液压打击接管,部分缝合头皮后送回鼠笼。各组大鼠行腹腔麻醉,右侧股动脉插管(PE50 ),行血压监测,以1.4～1.6大气压的液压打击造成中型颅脑伤,伤后把大鼠迅速固定于立体定向仪上,去除打击管及左侧颅骨内板,备测。用激光多普勒血流仪检测脑皮层血流。统计分析:各组数据采用t检验,皮层血流以局部未损伤时的测量值为100%,其后数值与之相比求出。
, 百拇医药
结 果
各组大鼠于液压脑创伤后数秒,其动脉血压迅速升高(约1.33～2.67kPa),不久下降到伤前水平,而后在各实验组的血压变化见图1。采用LDF检测伤前10分钟及伤后不同时相大鼠打击灶及其对侧相应的脑皮层血流,结果表明,大鼠于液压脑损伤后,脑皮层的血流均呈明显的下降趋势,持续整个观察期。各组血流变化值见附表。在血流监测时的血气分析无统计学意义。脑皮层微循环阻力反应性以平均动脉压除以皮层循环量的值作为间接参考指标,结果见图2。从图中可以看出,给予L-NAME后的90分钟内有明显的作用,以后则消失。
讨 论
NO是一强有力的血管舒缓因子,参与各器官的血流调节,对血管张力及其反应性作用明显。本实验结果表明,在大鼠液压脑损伤后10～20分钟予以8mg/kg或40mg/kg L-NAME可致全身动脉血压升高(P<0.01),给药后20分钟即出现,并持续血流监测的全过程(150分钟),随着L-NAME剂量的增大,其动脉血压进一步升高(P<0.01),但有报道,给予3mg/kg的L-NAME大鼠的动脉血压在短暂的时间内呈轻度升高,甚至不升高[2]。这些结果提示,大鼠血压对L-NAME的反应与剂量有密切的关系,它可缓冲一定剂量的L-NAME产生的血压升高作用。LDF是目前被认为能较好地动态观察脑皮质血流的一种简便易行而准确性高的方法,该方法也被用于检测皮质下各组织结构的血流,其结果与用放射性微球法检测的结果基本吻合[3],本实验采用大鼠脑双侧开窗作比较检测脑皮质血流,观测150分钟。在检测脑血流时不打开硬脑膜而直接把LDF探头置于颅窗中心硬脑膜上,这样检
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附表 各组大鼠液压脑创伤后不同时间皮质血流值(
±s) 组别
伤前10
分钟
伤后不同时间的血流值(min)
150
10
20
40
6
90
120
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0.9%NaCl
1.00
0.60±0.07
0.59±0.06
0.67±0.05
0.72±0.10
0.69±0.09
0.67±0.08
0.62±0.06
L-Arg(300mg/kg)
1.00
0.63±0.06
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0.51±0.04**
0.46±0.04**
0.64±0.07
0.68±0.08
0.62±0.04
0.60±0.05
L-Arg(8mg/kg)
1.00
0.67±0.07
0.60±0.07
0.42±0.05**
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0.40±0.06**
0.35±0.04**
0.36±0.04**
0.59±0.06
L-Arg(400mg/kg)
1.00
0.61±0.07
0.62±0.06
0.40±0.05**
0.37±0.04**
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0.30±0.05**
0.32±0.04**
0.63±0.06
注:伤后脑皮质血流值以伤前的值的百分数表示,与伤前比较, ** P<0.01
图1 L-NAME对大鼠平均动脉的影响
图2 L-NAME对大鼠循环阻力反应性的影响
测到的血流值尚包括一层极薄的硬脑膜内的血流,但因为LDF检测的血流值为探头下半球形组织内的血流量,因此包括在内的硬脑膜血流对整体影响不大,而未打开硬脑膜也就避免了因脑组织局部突出受压而影响结果。各实验组在伤前及伤后血气分析,经统计学处理无显著性差异,这样可以排除氧分压、二氧化碳分压及pH值的差异对检测大鼠脑皮质血流的影响。检测的血流结果显示,液压脑创伤后脑皮质血流在伤后5分钟内已发生明显改变,并持续本实验整个观察期,而单纯液压损伤因素所致的血流减少可达47%,与既往的报道相仿[4]。应用L-NAME之后,其血流值与对照组相比较呈进一步下降(P<0.01),但给药后90分钟左右血流值可恢复至与对照组同期相当的水平;应用L-NAME剂量大者血流下降则更为明显(P<0.01),这说明L-NAME可呈剂量依赖性地抑制NOS活性而产生的血管收缩效应。从L-NAME对液压损伤大鼠的全身动脉压及脑皮层血流有影响上综合分析,可以得出L-NAME产生的血压升高作用比对脑皮质微循环影响更为持久,一次剂量的L-NAME对脑皮质微循环的影响仅持续给药后90分钟左右。这提示局部脑皮质血流的调节可能在L-NAME影响下,激发自身其他的调节机制,如由于局部血流速度减慢、血流量减少而产生的组织代谢产物积累、氢离子增多、氧分压下降而产生L-NAME的对抗作用,使之局部血流从L-NAME的影响中恢复。同时该结果也提示L-NAME对大血管及阻力血管的血流影响大于微循环网。在大鼠液压脑创伤后给予NOS的底物L-Arg(30mg/kg),尾静脉给药后10分钟脑皮质血流呈轻度下降,但约持续20～30分钟即恢复至与对照组同期相当的水平,这种情况可能与应用L-Arg后组织内pH值改变或激发业已存在的NO发挥作用有关,而可能与NOS酶促反应产生NO起作用的关系不大。另外从全部检测到的各组损伤对侧局部皮层血流值可以看出伤前伤后各组血流变化不大,而给予L-NAME和L-Arg后,各种指标虽有变化,但无统计学意义。说明NO对损伤灶的血流影响较为明显。以大鼠平均动脉压除以同步脑皮质血流相对值作为间接判断L-NAME对皮层微循环网阻力反应性的影响[5],结果显示,液压脑损伤大鼠在伤后10～20分钟内给予L-NAME其微循环阻力血管在给药后90分钟内受到明显的影响,之后该作用则消失。这种现象可能与脑微循环自身调节的复杂机制有关,而NO仅是其中一种重要的调节因素。L-NAME影响全身动脉血压、改变损伤大脑皮层血流和微小血管阻力及其反应性均与NOS活性受到L-NAME抑制有关,但由于本实验是在脑创伤早期进行的,所以这种作用可能与抑制状态下的NOS活性,以及NOS早期应激作用而起作用的,而与诱导型的NOS关系不大,过度抑制NOS的活性使维持正常血管张力的那部分NO产生减少而致局部血流减少,进而影响到液压损伤大鼠的各种生理功能及神经行为的恢复,但在颅脑创伤后适当时机,给予适量的L-NAME则可以促进大鼠脑创伤后神经功能的保存和恢复。
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参 考 文 献
1 刘信龙,江基尧,杨中坚,等.大鼠脑创伤后神经行为和记忆障碍的实验研究.中华神经外科杂志, 1994, 10∶307-309.
2 Ewa Kozniewska, Roberts TPL, Mitsuharu Tsuura, et al. NG-nitro-L-Arginine delays the development of brain injury during focal ischemia in rats. Stroke, 1995, 26∶282-288.
3 Long JB, Gordon J, Bettencourt JA, et al. Laser-Doppler flowmetry measurements of subcortical blood flow changes after fluid per-cussion brain injury in rats. J Neurotrauma, 1996, 13∶149-162.
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4 Muir JK, Boerschel M, Ellis EF. Continuous monitoring of posttraumatic cerebral blood flow using Laser-Doppler flowmetry. J Neurotrauma, 1992, 9∶355-362.
5 Kader A, Frazzini VI, Solmon RA. Nitric oxide production during focal cerebral ischemia in rats. Stroke, 1993, 24崐∶1709-1716.
(收稿:1997-01-09 修回:1997-11-20)
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单位：200003 上海,第二军医大学附属长征医院神经外科
关键词：一氧化氮；一氧化氮合酶；脑血流
中华创伤杂志/980209.htm 【摘要】 目的 探明一氧化氮(NO)在液压脑创伤后脑皮质血流改变中的作用。方法 通过抑制一氧化氮合成酶(NOS)活性以及给予NOS底物使脑组织中产生NO的量增加或减少,来观察脑皮质血流对NO的反应。结果 (1)NOS抑制剂L-NAME可致全身血压升高,并在一定剂量范围内呈剂量依赖性。(2)L-NAME可使脑创伤皮质内的血流进一步下降。(3)L-NAME可改变创伤后脑皮质血管的阻力反应性。结论 NO在液压脑创伤后皮质血流调节中有重要作用,伤后早期即过度抑制NOS活性,可致皮层血流进一步下降,加重神经损害。
Effects of L-NAME on Cortical Regional Cerebral Blood Flow after Fluid Percussion Brain Injury in Rats QIAN Hong-song, ZHANG Guang-ji, LU Yi-cheng, et al. Dept. of Neurosurgery, changzheng Hospital, Second Military Medical University, Shanghai 200003
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【Abstract】 Aim To identify the role of nitric oxide in the changes of cortical regional cerebral blood flow (rCBF) after fluid percussion brain injury. Methods The action of nitric oxide products on rCBF was observed through inhibiting the nitric oxide synthase activity or increasing the substrate of nitric oxide synthase. Results (1) Inhibiting the nitric oxide synthase activity increased the whole blood pressure of the rats after fluid percussion brain injury and this action depended on the L-NAME doses. (2)L-NAME reduced the rCBF even more than that in the control group after fluid percussion brain injury. (3)The reactivity of small cortical vessels may be changed by L-NAME. Conclusion Nitric oxide plays an important role in the regulation of rCBF. Inhibiting the activity of nitric oxide synthase can reduce the rCBF and deteriorate the nerve injury.
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【Key words】 Nitric oxide Nitric oxide synthase Cerebral blood flow
一氧化氮(NO)是体内一种重要的小分子介质,参与多种病理生理过程,在生理状态下,NO具有维持血液循环、作为神经递质等作用;经诱导产生的过量NO则具有细胞毒性作用,如通过介导NMDA受体激活,或通过超氧硝基阴离子可介导细胞死亡。由于NO具备两种相反的作用,所以在不同状态下的作用也不一样;而目前NO在颅脑创伤中的作用尚不清楚。故笔者利用大鼠液压损伤模型,通过给予一氧化氮合成酶(Nitric oxide synthase, NOS)抑制剂L-NAME(一种非特异性的L-Arg类似物),探讨其对脑皮质血微循环的作用。
材料与方法
32只雄性SD大鼠,体重250～320g,随机分为4组:(1)等渗盐水组;(2)精氨酸组;(3)8mg/kg L-NAME组;(4)40mg/kg L-NAME组。(L-NAME、L-Arginine购自Sigma公司)。致伤前1天,参照以前报道的方法[1],在大鼠的头顶部左右各钻一孔,其中左顶颅孔不完全钻透,留一层约纸厚的颅骨内板(以便在打击时造成大鼠闭合性脑创伤),在侧颅孔固定一液压打击接管,部分缝合头皮后送回鼠笼。各组大鼠行腹腔麻醉,右侧股动脉插管(PE50 ),行血压监测,以1.4～1.6大气压的液压打击造成中型颅脑伤,伤后把大鼠迅速固定于立体定向仪上,去除打击管及左侧颅骨内板,备测。用激光多普勒血流仪检测脑皮层血流。统计分析:各组数据采用t检验,皮层血流以局部未损伤时的测量值为100%,其后数值与之相比求出。
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结 果
各组大鼠于液压脑创伤后数秒,其动脉血压迅速升高(约1.33～2.67kPa),不久下降到伤前水平,而后在各实验组的血压变化见图1。采用LDF检测伤前10分钟及伤后不同时相大鼠打击灶及其对侧相应的脑皮层血流,结果表明,大鼠于液压脑损伤后,脑皮层的血流均呈明显的下降趋势,持续整个观察期。各组血流变化值见附表。在血流监测时的血气分析无统计学意义。脑皮层微循环阻力反应性以平均动脉压除以皮层循环量的值作为间接参考指标,结果见图2。从图中可以看出,给予L-NAME后的90分钟内有明显的作用,以后则消失。
讨 论
NO是一强有力的血管舒缓因子,参与各器官的血流调节,对血管张力及其反应性作用明显。本实验结果表明,在大鼠液压脑损伤后10～20分钟予以8mg/kg或40mg/kg L-NAME可致全身动脉血压升高(P<0.01),给药后20分钟即出现,并持续血流监测的全过程(150分钟),随着L-NAME剂量的增大,其动脉血压进一步升高(P<0.01),但有报道,给予3mg/kg的L-NAME大鼠的动脉血压在短暂的时间内呈轻度升高,甚至不升高[2]。这些结果提示,大鼠血压对L-NAME的反应与剂量有密切的关系,它可缓冲一定剂量的L-NAME产生的血压升高作用。LDF是目前被认为能较好地动态观察脑皮质血流的一种简便易行而准确性高的方法,该方法也被用于检测皮质下各组织结构的血流,其结果与用放射性微球法检测的结果基本吻合[3],本实验采用大鼠脑双侧开窗作比较检测脑皮质血流,观测150分钟。在检测脑血流时不打开硬脑膜而直接把LDF探头置于颅窗中心硬脑膜上,这样检
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附表 各组大鼠液压脑创伤后不同时间皮质血流值(
±s) 组别伤前10
分钟
伤后不同时间的血流值(min)
150
10
20
40
6
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0.9%NaCl
1.00
0.60±0.07
0.59±0.06
0.67±0.05
0.72±0.10
0.69±0.09
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L-Arg(300mg/kg)
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0.51±0.04**
0.46±0.04**
0.64±0.07
0.68±0.08
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0.60±0.05
L-Arg(8mg/kg)
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0.67±0.07
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0.35±0.04**
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0.59±0.06
L-Arg(400mg/kg)
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0.61±0.07
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0.40±0.05**
0.37±0.04**
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0.32±0.04**
0.63±0.06
注:伤后脑皮质血流值以伤前的值的百分数表示,与伤前比较, ** P<0.01
图1 L-NAME对大鼠平均动脉的影响
图2 L-NAME对大鼠循环阻力反应性的影响
测到的血流值尚包括一层极薄的硬脑膜内的血流,但因为LDF检测的血流值为探头下半球形组织内的血流量,因此包括在内的硬脑膜血流对整体影响不大,而未打开硬脑膜也就避免了因脑组织局部突出受压而影响结果。各实验组在伤前及伤后血气分析,经统计学处理无显著性差异,这样可以排除氧分压、二氧化碳分压及pH值的差异对检测大鼠脑皮质血流的影响。检测的血流结果显示,液压脑创伤后脑皮质血流在伤后5分钟内已发生明显改变,并持续本实验整个观察期,而单纯液压损伤因素所致的血流减少可达47%,与既往的报道相仿[4]。应用L-NAME之后,其血流值与对照组相比较呈进一步下降(P<0.01),但给药后90分钟左右血流值可恢复至与对照组同期相当的水平;应用L-NAME剂量大者血流下降则更为明显(P<0.01),这说明L-NAME可呈剂量依赖性地抑制NOS活性而产生的血管收缩效应。从L-NAME对液压损伤大鼠的全身动脉压及脑皮层血流有影响上综合分析,可以得出L-NAME产生的血压升高作用比对脑皮质微循环影响更为持久,一次剂量的L-NAME对脑皮质微循环的影响仅持续给药后90分钟左右。这提示局部脑皮质血流的调节可能在L-NAME影响下,激发自身其他的调节机制,如由于局部血流速度减慢、血流量减少而产生的组织代谢产物积累、氢离子增多、氧分压下降而产生L-NAME的对抗作用,使之局部血流从L-NAME的影响中恢复。同时该结果也提示L-NAME对大血管及阻力血管的血流影响大于微循环网。在大鼠液压脑创伤后给予NOS的底物L-Arg(30mg/kg),尾静脉给药后10分钟脑皮质血流呈轻度下降,但约持续20～30分钟即恢复至与对照组同期相当的水平,这种情况可能与应用L-Arg后组织内pH值改变或激发业已存在的NO发挥作用有关,而可能与NOS酶促反应产生NO起作用的关系不大。另外从全部检测到的各组损伤对侧局部皮层血流值可以看出伤前伤后各组血流变化不大,而给予L-NAME和L-Arg后,各种指标虽有变化,但无统计学意义。说明NO对损伤灶的血流影响较为明显。以大鼠平均动脉压除以同步脑皮质血流相对值作为间接判断L-NAME对皮层微循环网阻力反应性的影响[5],结果显示,液压脑损伤大鼠在伤后10～20分钟内给予L-NAME其微循环阻力血管在给药后90分钟内受到明显的影响,之后该作用则消失。这种现象可能与脑微循环自身调节的复杂机制有关,而NO仅是其中一种重要的调节因素。L-NAME影响全身动脉血压、改变损伤大脑皮层血流和微小血管阻力及其反应性均与NOS活性受到L-NAME抑制有关,但由于本实验是在脑创伤早期进行的,所以这种作用可能与抑制状态下的NOS活性,以及NOS早期应激作用而起作用的,而与诱导型的NOS关系不大,过度抑制NOS的活性使维持正常血管张力的那部分NO产生减少而致局部血流减少,进而影响到液压损伤大鼠的各种生理功能及神经行为的恢复,但在颅脑创伤后适当时机,给予适量的L-NAME则可以促进大鼠脑创伤后神经功能的保存和恢复。
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参 考 文 献
1 刘信龙,江基尧,杨中坚,等.大鼠脑创伤后神经行为和记忆障碍的实验研究.中华神经外科杂志, 1994, 10∶307-309.
2 Ewa Kozniewska, Roberts TPL, Mitsuharu Tsuura, et al. NG-nitro-L-Arginine delays the development of brain injury during focal ischemia in rats. Stroke, 1995, 26∶282-288.
3 Long JB, Gordon J, Bettencourt JA, et al. Laser-Doppler flowmetry measurements of subcortical blood flow changes after fluid per-cussion brain injury in rats. J Neurotrauma, 1996, 13∶149-162.
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4 Muir JK, Boerschel M, Ellis EF. Continuous monitoring of posttraumatic cerebral blood flow using Laser-Doppler flowmetry. J Neurotrauma, 1992, 9∶355-362.
5 Kader A, Frazzini VI, Solmon RA. Nitric oxide production during focal cerebral ischemia in rats. Stroke, 1993, 24崐∶1709-1716.
(收稿:1997-01-09 修回:1997-11-20)
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