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编号:10214273
术中肠系膜上动脉灌注谷氨酰胺预防小肠缺血再灌注损伤的实验研究
http://www.100md.com 《第二军医大学学报》 1999年第11期
     作者:周颖奇 曹贵松 叶必远

    单位:第二军医大学长海医院血管外科,上海,200433

    关键词:肠系膜上动脉;再灌注损伤;谷氨酰胺

    第二军医大学学报991127 摘要 目的:探讨术中肠系膜上动脉(SMA)灌注谷氨酰胺(Gln)对小肠缺血再灌注损伤的保护作用。方法:雄性SD大鼠,剖腹解剖SMA,分别灌注肝素生理盐水(H组)、4℃乳酸林格液(R组)、Gln液(G组),于阻断后即刻(H0、R0、G0组)及阻断40 min血流再灌注1 h后(H40、R40、G40组)取空肠作肠粘膜细胞内谷胱甘肽浓度测定,光镜、电镜观察小肠的粘膜变化。结果:H40组、R40组小肠粘膜绒毛、微绒毛明显变短、断裂,肠粘膜充血、出血,线粒体嵴部分消失。G40组小肠粘膜充血,绒毛、微绒毛保护良好,线粒体嵴仅表现为边界欠清晰。G40组的谷胱甘肽浓度较G0组、R40组有显著升高。结论:术中SMA内灌注Gln是一种简单、有效、安全的小肠保护方法,不但能减轻小肠缺血再灌注损伤,而且对缺血-再灌注损伤的能量代谢也有帮助。
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    中图分类号 R 654.4 文献标识码:A

    Intraoperative infusion of glutamine via superior mesenteric artery preventing intestinal ischemia-reperfusion injury: an experimental study

    Zhou Yingqi, Cao Guisong, Ye Biyuan

    (Department of Vascular Surgery, Changhai Hospital, Second Military Medical University, Shanghai, 200433)

    ABSTRACT Objective: To study the effects of intraoperative infusion of Glu via superior mesenteric on intestinal ischemia-reperfusion injury. Methods: Male adult SD rats were laparotomized and both SMA and SMV were dissected. Heparin-saline(group H), 4℃ Ringer′s solution (group R) and 3% Glu solution (group G) were infused in the corresponding groups respectively. The mucosal tissue GSH contents in group R and Group G were measured immediately after the ischemic status was induced (group R0, Group G0) and after 40 min of ischemia and 60 min of reperfusion (group R40, group G40). Light microscopic and electron microscopic examination of the intestinal mucosa were done in groups H40, R40 and G40. Results: There were significant differences of GSH content between groups G0 and G40; the same was true for groups G40 and R40. In groups H40 and R40, the intestinal mucosa was markedly congested and hemorrhagic. In group G40, the intestinal mucosa was also congested, but the villi and microvilli were approximately normal and the mitochondriae ridges only demonstrated blurring edges. Conclusion: Intraoperative infusion of glutamine via SMA is a simple,effective and safe method to prevent small intestine from ischemia-reperfusion injury, and may also be beneficial to the energy metabolism.
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    KEY WORDS superior mesenteric artery; reperfusion injury; glutamine

    [Acad J Sec Mil Med Univ, 1999, 20(11): 904~907]

    随着血管及胰腺外科的发展,术中阻断及重建肠系膜上动脉(SMA)技术应用日益广泛,然而阻断SMA后必将引起小肠缺血再灌注损伤,如何预防小肠缺血-再灌注损伤已成为外科基础研究的一个重要课题。氧反应中间产物是导致小肠缺血-再灌注损伤的主要因素,谷胱甘肽(GSH)是细胞内抗氧化体系的重要组成部分,文献报道静脉应用谷氨酰胺(Gln)可以提高肠粘膜细胞内GSH浓度。本研究应用3% Gln溶液,行缺血小肠的SMA内灌注,通过测定肠粘膜细胞内GSH浓度及对小肠粘膜形态进行观察,了解Gln对小肠缺血-再灌注损伤的保护作用。

    1 材料和方法
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    1.1 动物模型制作 雄性SD成年大鼠48只,体质量200~250 g(第二军医大学实验动物中心提供),随机分为H组(常温肝素生理盐水组)、R组(4℃乳酸林格液组)、G组(常温3% Gln组,Glu为日本味之素株式会社产品,长海医院药学部分装)。动物以1%戊巴比妥钠腹腔内注射(20 mg/kg)麻醉,开腹后,分离SMA、肠系膜上静脉(SMV)。微动脉夹阻断SMA,4号针穿刺远心端SMA,分别灌注实验溶液约15 ml。待小肠色泽完全苍白后,阻断SMV,即刻取屈氏韧带5 cm以远之空肠粘膜(H0,R0,G0组),SMV阻断40 min后,取出动、静脉夹,血流再灌注1 h,取屈氏韧带以远8 cm处之空肠粘膜(H40,R40,G40组),每份标本均作肠粘膜细胞GSH浓度测定及光镜和电镜检查。

    1.2 小肠粘膜细胞内GSH浓度测定 取小肠粘膜组织0.5 g,加入0.5%*****0.2 ml和1 mmol/L EDTA,匀浆后在低温离心机离心10 min,转速为10 000 r/min。取0.4 ml样本,加入磷酸钠缓冲液0.5 ml (pH 7.5),再加入NADPH 2.5 mg和GSH还原酶10 U(Sigma公司产品)。加入2%硝基苯甲酸0.1 ml。分光光度计在412 nm处测定5-硫-2-硝基苯甲酸。每个样本测定浓度与GSH标准曲线进行比较。
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    1.3 光镜检查 标本甲醛固定,石蜡包埋,苏木精-伊红(HE)染色,光镜下观察小肠粘膜变化。

    1.4 电镜检查 标本在日立-7000型电镜下观察。标本切成1 mm×3 mm,戊二醛固定后,再用1%锇酸后固定(温度为4℃),丙酮脱水,618包埋液进行浸透、包埋、切片, 醋酸钠和枸橼酸钠染色。

    1.5 统计学处理 所有资料用第四军医大学SPLM2.3软件进行方差分析,P<0.05为相差显著。

    2 结 果

    2.1 小肠粘膜细胞GSH浓度测定 R0组(n=8)与G0组(n=8)粘膜细胞内GSH浓度(μmol/g)分别为2.43±0.24和2.62±0.36,无显著差异(P>0.05)。R40组(n=8)与G40组(n=8)肠粘膜细胞内GSH浓度(μmol/g)有显著差异[(1.89±0.18) vs (1.43±0.14), P<0.05]。R0与R40,G0与G40细胞内GSH浓度差异非常显著(P<0.01)。
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    2.2 小肠粘膜光镜下改变 H40,R40组小肠粘膜变化明显(图1A,B),可以观察到小肠粘膜充血,间质出血,部分肠粘膜缺损,小肠绒毛有断裂现象,有些腺体结构不清。G40组小肠粘膜保护较好(图1C),小肠绒毛无明显断裂,腺体结构清晰,粘膜有少许充血,间质也可见出血。

    图1 小肠粘膜光镜下改变

    Fig 1 Light microscopic examination of intestinal mucosa

    A: Heparin-saline group; B: 4℃ Ringer′s solution group; C: 3% Gln solution group
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    2.3 小肠粘膜电镜下改变 H40、R40组小肠粘膜绒毛顶端的微绒毛结构不清,消失,粘膜绒毛根部可观察到微绒毛断裂、排列稀疏,紊乱。线粒体嵴部分消失,甚至有些呈空泡样改变,粗面内质网有脱颗粒现象,部分细胞核膜有溶解(图2A)。G40组小肠细胞膜上的微绒毛在电镜下极易寻找,发现微绒毛较长,排列紧密,绒毛之间的微绒毛有轻度断裂,线粒体嵴部分消失,无空泡样改变,细胞核及内质网保护良好(图2B)。

    图2 小肠粘膜电镜下改变

    Fig 1 Electron microscopic examination of intestinal mucosa

    A:4℃ Ringer′s solution group; B: 3% Gln solution group
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    3 讨 论

    近年来对小肠缺血-再灌注损伤机制研究颇多,发现缺血-再灌注损伤的主要原因是缺血组织的再氧化。氧代谢中间产物(ROI)在缺血-再灌注损伤中起着极为重要的作用[1]。氧代谢中间产物(如O2-、OH-等)作用于细胞膜上不饱和脂肪酸、蛋白质、酶及受体,产生氧化反应,使细胞膜流动性改变、细胞膜通透性增加,蛋白质变性,酶及受体失活,导致细胞功能低下或细胞死亡;临床上则可观察到消化道出血、小肠吸收功能下降、小肠粘膜屏障功能下降导致细菌移位、肠源性感染以及多器官功能衰竭[1]。缺血-再灌注小肠粘膜细胞对氧代谢中间产物的损伤有多种保护机制,其中GSH起着极为重要的作用[2,3]。GSH是三肽复合物,由半胱氨酸、甘氨酸和谷氨酸组成,广泛存在于小肠粘膜细胞内,是细胞抗氧化体系的重要组成部分,其合成过程受到谷氨酸和半胱氨酸结合速度的控制。Gln是细胞内合成GSH所需要的谷氨酸的主要来源,因为Gln较谷氨酸盐更容易进入细胞内。Gln是肠粘膜细胞的主要能源供体,也是小肠粘膜细胞核酸合成的前体,具有维持和保护小肠粘膜结构、保护小肠的粘膜屏障、改善肠粘膜通透性,减少肠道细菌移位的作用[4]。其代谢受到糖皮质激素和胰高糖素的调节[5]。有研究表明,提高血浆中Gln浓度,能直接提高细胞内GSH浓度,血浆中Gln浓度降低时,细胞内GSH浓度也下降。小肠缺血-再灌注后,小肠粘膜细胞利用GSH明显增加,血液及组织中GSH浓度急剧下降。而一些过氧化物的检测指标如Conjugated Diene (CD)明显升高[6]
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    本实验选用Gln作为缺血-再灌注小肠的保护液,旨在观察术中经动脉灌注Gln能否提高小肠粘膜细胞内GSH浓度,了解其对小肠的保护作用。实验发现R0组与R40组,G0与G40组之间肠粘膜内GSH浓度有显著差异,表明缺血-再灌注小肠粘膜细胞内GSH利用率增加,组织内GSH浓度明显下降。同时比较了G组与R组对缺血-再灌注损伤小肠的保护作用,发现G40组粘膜保护良好, R40组的小肠粘膜则有明显破坏,表明术中肠系膜上动脉内灌注Gln不但能够保护小肠粘膜绒毛、微绒毛,而且对改善小肠粘膜细胞的能量代谢也有帮助。4℃乳酸林格液对缺血-再灌注小肠粘膜无明显保护作用。ItoA等[7]对供体小肠的肠系膜上动脉内及肠腔内持续灌注Gln或单纯动脉内灌注Gln,与单纯动脉内灌注4℃乳酸林格液作比较,观察供体小肠粘膜的变化,发现动脉内直接灌注Gln或同时肠腔内灌注Gln具有保护供体小肠粘膜结构的作用、单纯灌注乳酸林格氏液并无保护供体小肠粘膜的作用。本实验对G40与R40组肠粘膜组织内GSH的浓度进行比较,发现二者肠粘膜组织中GSH浓度有明显差异(P<0.05),表明术中灌注Gln能够较快地进入肠粘膜细胞内,合成GSH,提高细胞内GSH的浓度。从Gln转化的GSH,能够防止或减轻小肠缺血-再灌注损伤。
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    本研究同样也表明尽管提供了肠粘膜细胞代谢的基质Gln,肠粘膜细胞仍然发生能量代谢的严重消耗,如何降低细胞内能量代谢或增加细胞的ATP合成,有待进一步研究。

    作者简介:周颖奇,男,1961年11月生,硕士,主治医师,讲师

    参考文献

    1 Harward TR, Brooks DL, Flynn TC, et al. Multiple organ dysfunction following mesenteric revascularization[J]. J Vasc Surg, 1993, 18(1):45

    2 Rene RWJ , Von Der Hulst, Maarten F, et al. The effect of glutamine administration on intestinal glutamine content[J]. J Surg Res, 1996, 61(1): 30
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    3 Moskovitz B, Katz Y, Singer P, et al. Glutamine metabolism and ultilization: relevance to major problems in health care[J]. Pharmacol Res, 1994, 30(1): 61

    4 白满喜,蒋朱明,刘跃武. 谷氨酰胺双肽保护肠粘膜屏障[J]. 中华外科杂志, 1996, 34(6): 370

    5 Sarantos P, Abouhamze Z, Copeland EM, et al. Glucocorticoids regulate glutaminase gene expression in human intestinal epithelial cells[J]. J Surg Res, 1994, 57(1): 227

    6 Harward TR, Coc D, Souba WW, et al. Glutamine preserves gut glulathione levels during intestinal ischemia/reperfusion[J]. J Surg Res, 1994, 56(4): 351

    7 Ito A, Higashiguchi T, Kitagawa M, et al. Effect of luminal administration of glutamine to suppress preservation graft injury in small intestinal transplants[J]. Transplant Proc, 1995, 27(1): 780

    (1999-09-10收稿,1999-10-20修回), 百拇医药