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编号:10222179
烧伤后粘附分子介导中性粒细胞粘附对肺血管通透性的影响
http://www.100md.com 《中华外科杂志》 1998年第11期
     作者:方勇 陈玉林 葛绳德 朱世辉 刘世康

    单位:200433 上海,第二军医大学附属长海医院烧伤科

    关键词:烧伤;中性白细胞;胞间粘附分子;灌流

    中华外科杂志981117 【摘要】 目的 观察比较烧伤血清及烧伤后中性白细胞(PMN)对肺血管通透性的影响,分析PMN粘附及粘附分子CD11b/CD18在该影响中的介导作用。 方法 应用离体肺灌流技术,通过肺重量增加(LWG)、液体滤过系数(Kf)和通透性表面积乘积(PS)分别观察肺水肿程度、肺血管对小分子物质和大分子物质的通透性。 结果 烧伤血清能使LWG、Kf和PS明显增加,以Kf增加最为明显;烧伤后PMN也能使Kf和PS增加, 以PS增加为明显;用单抗封闭烧伤后PMN膜上CD11b/CD18后,PMN在肺血管内的滞留减少,Kf和PS值增加被抑制,并以PS改变为显著。 结论 (1)被激活的PMN释放的介质类物质如氧自由基、蛋白酶等物质对肺微血管内皮细胞(PMEC)的损伤作用部分依赖于PMN与内皮细胞的粘附。(2)烧伤后被激活的PMN释放的介质类物质主要介导肺血管对小分子物质通透性的影响。烧伤后PMN与肺微血管内皮细胞(PMEC)的粘附除了使介质类物质的作用放大外,还介导肺血管对大分子物质通透作用。(3)PMN膜上CD11b/CD18分子可能通过与PMEC 细胞间粘附分子的结合,本身具有对内皮细胞的生物学调控作用。
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    Effect of CD11b/CD18 on burn-activated PMN-mediated permeability of pulmonary microvascular in isolated perfused lung Fang Yong, Chen Yulin,Ge Shengde,et al. Burns Center, Changhai Hospital, Second Military Medical University,Shanghai 200433.

    【Abstract】 Objective To determine the effect of intercellar adhesion molecule (ICAM-1) CD11b/CD18 in burn-activated PMN-mediated permeability of microvascular in isolated perfused lung. Method Isolated lungs were distributed into 7 groups according to the different contents of perfused fluid: normal perfused fluid, normal rat serum, burn rat serum, normal rat PMN, burn rat PMN, normal rat PMN blocked by monoclonal antibody to adhesion molecule CD11b/CD18 and burn rat PMN blocked by antibody. The extent of isolated lung edema, vascular permeability to small molecules (fluid) and vascular permeability to large molecules(albumin) were expressed by lung weight gain(LWG), fluid filtration coeffecient(Kf) and pulmonary albumin permeability-surface area product(PS) respectively. Result Burn serum could increase LWG,Kf PS, so did burn-activated PMN. The latter could make PS increase more obviously. Monoclonal antibody to CD11b/CD18 on PMN could obviously decrease PMN sequestration in isolated perfused lung. The protective effect of antibody on increasing LWG and Kf, and particularly PS was demonstrated. Conclusion (1) The effect of mediators from burn-activated PMN to EC was mediated by PMN adhesion to EC. (2) Some mediators from burn-activated PMN increase mainly the pulmonary vascular permeability to small molecules, and PMN adhesion to EC mediated by CD11b/CD18 may increase directly the permeability to large molecules. (3)Adhesion molecule CD11b/CD18 perhaps have an ability to regulate directly EC by combining its receptor ICAM-1 on EC.
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    【Key words】 Burns Neutrophils Intercellular adhesion molecule-1 Perfusion

    严重烧伤后早期,大量的中性白细胞(PMN)粘附滞留于各脏器组织尤其是肺组织的微血管内。烧伤后PMN粘附滞留的这种现象依赖于PMN膜上粘附分子CD11b/CD18的表达[1]。有研究报道,激活的PMN可释放氧自由基、细胞因子和蛋白酶等物

    质,这些物质对血管内皮细胞均有直接的损伤作用[2,3]。但尚无直接证据表明该损伤作用是否依赖于PMN对血管内皮细胞的粘附过程。我们应用离体肺灌流的技术,观察比较了烧伤血清及烧伤后PMN对肺血管通透性的影响,并就PMN粘附及其粘附分子CD11b/CD18在该影响中的介导作用作一分析。

    材料与方法
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    一、实验动物

    Wistar大鼠,雄性,体重220~250 g,纯种, 由中科院上海分院动物所提供。

    二、烧伤模型

    大鼠用戊巴比妥钠(30 mg/kg体重)腹腔麻醉后,背部去毛,用恒温水烫仪(第二军医大学长海医院烧伤中心研制)100℃水烫12秒,制成30%TBSAⅢ度烧伤模型。收集正常大鼠及烧伤后6小时大鼠的血清和PMN,烧伤血清在56℃ 30分钟水浴中灭活补体。

    三、实验方法

    1.大鼠PMN的分离:参照文献[4]。

    2.离体肺灌注:参照文献[5,6],测定以下指标:(1)肺重量增加(LWG)和肺动脉压;(2)液体滤过系数(Kf)[7];(3)白蛋白通透性与表面积乘积(PS)[8]
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    四、实验分组与设计

    根据灌流液成份的不同,将实验分为7组(每组6只大鼠)。A组:正常对照组,用正常灌流液灌流。B组:灌流液内含有20%正常大鼠血清。C组:灌流液内含有20%烧伤大鼠血清。D组:灌流液内含正常大鼠的PMN(从大鼠外周血分离得到PMN,纯度>96%。用灌流液悬浮PMN,使50 ml灌流液内含PMN数为2×107)。E组:灌流液内的PMN用单抗封闭粘附分子CD11b/CD18。[从正常大鼠外周血分离的PMN,加小鼠抗大鼠CD11b/CD18单抗OX42(1:100稀释,20 μl/107 PMN)再孵育30分钟,余同D组]。F组:灌流液内含烧伤后的PMN(PMN从烧伤大鼠外周血中分离,具体同D组)。G组:灌流液内的PMN用单抗封闭粘附分子CD11b/CD18(PMN从烧伤大鼠外周血中分离,具体同E组)。每组流注时间为35分钟,灌注结束时,D、E、F和G组测定灌流液内PMN浓度,并根据以下公式计算肺组织内PMN粘附率。
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    肺组织内PMN粘附率(%)=[(灌流前PMN浓度-灌流后PMN浓度)÷灌流前PMN浓度]×100%

    结果

    1.肺重量增加的变化:A组肺组织经35分钟灌流后,肺重量逐渐增加。灌流后5分钟和35分钟,肺重量增加分别为0.03±0.03 g和0.26±0.08 g。B组灌流后5分钟、35分钟LWG分别为0.04±0.03 g和0.28±0.07 g,结果与A组无明显差异。C组灌流后5分钟和35分钟, LWG分别为0.08±0.04 g和0.56±0.12 g(P<0.01),较A,B组明显增加(P<0.05和P<0.01)。

    D组在灌流后5分钟和35分钟肺重量略有下降,分别为0.01±0.01 g和0.05±0.03 g。E组中正常大鼠的PMN用单抗封闭CD11b/CD18后,肺组织重量无下降,反而略有增加。F组中PMN源于烧伤大鼠外周血,灌流后肺组织重量增加最为显著,灌流后5分钟和35分钟, LWG分别为0.24±0.07 g和1.18±0.23 g,两时相点均较其余各组明显增加(P<0.01)。G组中烧伤后PMN被单抗封闭了CD11b/CD18,灌流后5分钟和35分钟 LWG值分别为0.05±0.03 g和0.35±0.10 g(P>0.05)。
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    2.液体滤过分数(Kf)的变化:A组的Kf值为0.319±0.09,B组与A组差异无显著意义(P>0.05);C组较A组显著增加(P<0.01);F组增加最为明显,而且显著高于C组水平;D组较A组略有下降,但无统计学意义。E组较D组更接近正常对照组(A组)水平,G组较F组明显下降,但仍高于A组(附表)。

    3.白蛋白通透性与表面积乘积(PS)的变化:A组的PS值为(4.19±1.27)×10-2,B、E组与A组相比无明显差异;D组较A组略有下降(P>0.05);F组较A组增加最为明显,达(20.17±4.23)×10-2,G组较F组明显降低,与C组水平相近,高于A组水平(P<0.01)(附表)。

    附表 各组液体滤过分数(Kf)和白蛋白通透性

    表面积乘积(PS)的变化 组 别

, 百拇医药     Kf

    PS(×10-2)

    A

    0.319±0.091

    4.19±1.12

    B

    0.278±0.101

    3.87±0.87

    C

    1.054±0.203**

    7.56±1.32**

, http://www.100md.com     D

    0.289±0.092

    3.68±0.95

    E

    0.393±0.097

    4.76±1.33

    F

    1.456±0.209**

    18.77±3.83

    G

    1.024±0.189**
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    6.25±1.26*

    注:每组6只大鼠;与A组相比,* P<0.05, ** P<0.01 4.肺组织内PMN粘附率的变化:D、E、F和G的粘附率分别为(12.4±6.5)%、(8.61±3.6)%、(76.5±18.6)%和(32.1±8.7)%,F组较其它组明显增高(P<0.01);G组较F组显著下降,但仍高于D、E组。

    讨论

    严重烧伤后早期因肺血管通透性的增加可发生明显的肺水肿,这也是烧伤后早期肺功能损伤最主要的病理基础。既往研究认为烧伤后体液因子的变化如组胺、缓激肽等的增加是肺血管通透性增加的主要因素。近年来越来越多的研究表明,烧伤后激活的中性粒细胞参与了血管内皮细胞的损伤过程。

    肺组织重量增加是判断肺水肿程度可靠的指标。研究发现,正常大鼠肺脏经35分钟的灌流液灌流后,肺重量略有增加;含正常大鼠血清的灌流液灌流肺脏后,LWG与前者相比无明显差异,而用含烧伤血清的灌流液灌流后,肺重量则明显增加, 提示烧伤血清能诱发或加重肺水肿的发生。液体滤过系数(Kf)是指单位压力梯度下,跨血管的液体净滤率,所以Kf主要反映的是血管壁对小分子物质的通透性。目前认为,离体肺灌流测定的Kf值最为可靠[9]。本研究在测定Kf时将胸膜渗出量考虑在内。陈思峰等[6]认为这使Kf值更准确地反映血管壁对小分子物质的通透性。而在毛细血管压升高后2~5分钟时,肺增重与时间呈直线相关,故选用这段时间内增重来计算净滤过率,更附合毛细血管通透性的实际情况。通透性表面积乘积反映血管壁对大分子物质的通透性,用1%伊文氏蓝标记的白蛋白灌流3分钟,取肺组织测定血管外标记的白蛋白浓度,按公式计算PS,是较为灵敏、简便、可靠的方法。
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    本实验显示,正常大鼠肺组织经正常灌流液灌流后,Kf值和PS与陈思峰等[6]报道的结果相近。提示该研究模型较为稳定可靠。含20%正常大鼠血清灌流液不能使Kf明显增高,含20%烧伤大鼠血清灌流液却能使Kf值和PS值增高,而以Kf值增加为显著(Kf值增高至正常值即A组的3.3倍)。由此提示,烧伤血清灌流后引起的肺水肿主要是由于肺血管对小分子物质通透性的增加。

    用含有正常大鼠外周血PMN灌流液并不能使肺组织重量增加,Kf值和PS值也略有下降。如用单抗封闭PMN膜上CD11b/CD18分子后,上述指标则接近正常水平。这种现象发生的机理尚不清楚。分析原因可能为正常PMN与肺微血管内皮细胞(PMEC)粘附后,使肺血管对大小分子物质的有效通道面积减少。

    用烧伤后PMN灌流液可使肺组织重量显著增加,Kf值和PS值也明显增加。尤其是PS值的这种变化较C组(即烧伤血清灌流组)更为显著。当使用单抗封闭激活的PMN CD11b/CD18后,PMN在肺组织内的粘附扣留明显减少,肺水肿程度得到明显的控制。Kf和PS值均有显著的降低,而以反映大分子物质通透性的PS值下降最为明显,Kf值虽然有降低,但仍明显高于正常水平。我们认为,烧伤后PMN有可能通过与PMEC粘附能使肺血管对大分子和小分子物质的通透性均明显增加,而这种影响大部分依赖于PMN膜上粘附分子CD11b/CD18的存在。
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    CD11b/CD18是存在于PMN膜上主要的粘附分子,介导PMN与内皮细胞的粘附,该分子在表达增加的同时还参与PMN激活后介质类物质如氧自由基和蛋白酶等的释放[10,11]。烧伤后PMN膜上CD11b/CD18表达明显增加,用单抗封闭CD11b/CD18并不能阻断这些物质的释放,却能明显阻断PMN与内皮细胞的粘附。本实验显示用单抗封闭烧伤后PMN CD11b/CD18后,能明显降低PMN对肺血管大分子物质通透性的影响;虽然这也能使反映小分子物质通透性的Kf值下降,但并不明显。这说明PMN与内皮细胞的粘附主要介导着肺血管对大分子物质通透性的影响,而由激活的PMN释放的介质类物质则介导着肺血管对小分子物质通透性的影响。

    据报道,PMN膜上CD11b/CD18与内皮细胞(EC)膜上的细胞间粘附分子(ICAM-1)互为配体或受体[12]。CD11b/CD18与ICAM-1结合后,形成新的通道,使氧自由基中蛋白酶等物质直接由该通道进入内皮细胞(EC),使EC受到损伤,从而引起血管通透性的增加[13];另有研究认为,CD11b/CD18与ICAM-1结合后,ICAM-1可作为信号蛋白激活内皮细胞,导致EC收缩,细胞间隙增大[14]
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    结合本实验结果, 我们认为:(1)烧伤后PMN释放的介质类物质如氧自由基、蛋白酶等物质对PMEC的损伤作用部分依赖于PMN与PMEC的粘附。(2)烧伤后激活的PMN释放的介质类物质主要介导肺血管对小分子物质通透性的影响。(3)烧伤后PMN与PMEC的粘附除了使介质类物质的作用放大外,还介导肺血管对大分子物质通透性的影响。(4)PMN膜上CD11b/CD18分子可能通过与PMEC ICAM-1的结合,本身具有对PMEC的生物学调控作用,这尚需作进一步研究。

    参考文献

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    14 Vogetseder W, Dierich MP. Intercellular adhesion molecule-1(ICAM-1) is associated with actin filaments . Immunobiology, 1991,182:143-151.

    (收稿:1997-09-17 修回:1998-03-11), http://www.100md.com