MK-801治疗大鼠脑损伤后脑水肿的实验研究
作者：艾文兵 胡传义 陈玉宏 鲍文公 杨启建
单位：鲍文公(同济医科大学附属同济医院神经外科)；艾文兵 胡传义 陈玉宏 杨启建(湖北三峡学院医学院附属医院神经外科 宜昌 443001)
关键词：MK-801；脑损伤；脑水肿；NMDA受体拮抗剂；大鼠
实用医学进修杂志000209
摘 要 目的：观察N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)受体拮抗剂MK-801对脑损伤后脑水肿的影响，并探讨其作用机理。方法：45只SD大鼠，随机分为对照组、损伤组和治疗组，每组15只。根据Marmarou's法，将大鼠制成加速性弥漫性脑损伤模型。采用干湿重法、Ito's法分别检测脑组织含水量和脑组织Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量。结果：①损伤组脑组织含水量、Na+、Ca2+含量显著高于对照组，而K+、Mg2+含量明显低于对照组；②治疗组脑组织含水量、Na+、Ca2+含量明显低于损伤组，K+、Mg2+含量却较损伤组为高，接近于对照组。结论：MK-801可以减轻脑损伤后脑水肿，NMDA受体拮抗剂可能有治疗脑损伤的临床价值。
, 百拇医药
Effect of MK-801 on Brain Edema Following
Traumatic Brain Injury in Rats
Ai Wenbin Hu Chuanyi Chen Yuhong,et al
(Affiliated Hospital of Hubei Three Gorges
University Medical College,Yichang 443001)
Abstract Objective:To investigate the effect of MK-801 on brain edema following traumatic brain injury,and to discuss the mechanism.Methods:45 male SD rats were randomized into control group,injured group and treated group.The model of impact acceleration diffuse brain injury was produced in rats according to Marmarou's method.The water content in brain was measured with “dry-wet” method,and the Na+、K+、Ca2+、Mg2+contents in brain were determined with Ito's method.Results:①The contents of water,Na+ and Ca2+ in brain in the injured group were obviously higher than those in the control group,but the contents of K+、Mg2+ in brain markedly lower than those in the control group.②Compared with the injured group,in the treated group the contents of water,Na+ and Ca2+ in brain were decreased significantly and the contents of K+、Mg2+ in brain were increased greatly.Conclusion:MK-801 can reduce brain edema following traumatic brain injury,therefore,NMDA receptor antagonist may have potential clinical value in treating human brain injury.
, 百拇医药
Key Words MK-801;brain injury;brain edema;NMDA receptor antagonist;rat▲
兴奋性氨基酸(EAA)是中枢神经系统主要的兴奋性神经递质，具有兴奋性神经毒性[1]。EAA参与脑损伤后继发性病理生理过程。NMDA受体是脑损伤中介导EAA兴奋毒性作用的主要EAA受体亚型[2，3]。NMDA受体拮抗剂有改善脑损伤后神经功能的作用[9，5]，但其对创伤性脑水肿影响的研究，国内报道尚不多见。本实验观察NMDA受体拮抗剂MK-801对大鼠脑损伤后脑水肿的影响，进一步探讨其对脑损伤后脑组织保护作用的机理，为NMDA受体拮抗剂治疗颅脑损伤提供充分的实验依据。
1 材料与方法
1.1 实验动物及分组
, http://www.100md.com 健康、雄性SD大鼠45只，由同济医科大学实验动物中心提供，体重320～350g，随机分为对照组、损伤组和治疗组，每组15只。
1.2 药物
MK-801由美国Sigma公司提供，使用时用生理盐水配制成0.1%MK-801注射液。
1.3 动物模型的建立
参照Marmarou's法[6]造成大鼠加速性弥漫性脑损伤，致伤高度为1米，致伤重量为350g。
1.4 实验过程
10%水合氯醛按2ml/kg的剂量给损伤组和治疗组大鼠行腹腔内注射麻醉，固定大鼠头部，严格按照Marmarou's法致脑损伤。治疗组于伤后20分钟立即以1mg/kg的剂量腹腔内注射0.1%MK-801。损伤组腹腔注射等量生理盐水。上述两组动物均于伤后观察12小时处死。对照组不作任何处理，观察2小时处死。各组动物处死后立即断头取脑，自中脑水平，离断保留双侧大脑半球。
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1.5 鼠脑的检测
①脑组织含水量的测定 干湿重法，脑组织含水量=湿重-干重/湿重×100%。
②脑组织Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量测定 根据Ito's等[7]的方法测定。
1.6 统计学处理
各组数据均以(
±s)表示，采用SAS软件包进行方差分析和q检验。
2 结果
2.1 脑组织含水量
损伤组和对照组脑组织含水量分别为80.59±0.348和78.31±0.276，两者之间比较有显著差异(P<0.001)；治疗组脑组织含水量为79.42±0.327，高于对照组(P<0.05)，但显著低于损伤组(P<0.01)。
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2.2 脑组织Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量
脑损伤后脑组织Na+、Ca2+含量显著升高，而K+、Mg2+含量降低；MK-801治疗可以降低脑损伤后脑组织Na+、Ca2+含量，却使K+、Mg2+含量升高，接近正常水平(见附表)。
附表 各组动物脑组织Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量((μmol/g，±s)) 组 别
Na+
, http://www.100md.com
K+
Ca2+
Mg2+
对照组
损伤组
治疗组
165.29±15.32
248.71±24.11**
201.23±18.72**△△
425.76±20.38
350.45±31.29**
, 百拇医药
398.52±41.27△
4.41±0.29
5.44±0.23**
5.02±0.34**△△
31.25±2.62
27.38±2.16*
31.18±329△
*P<0.05，**P<0.01，与对照组比较；△P<0.05，△△P<0.01，与对照组比较
3 讨论
脑损伤后EAA特别是谷氨酸(GLU)在脑组织细胞外液中含量常显著上升，且与脑组织损害的严重程度密切相关。Fdden等[3]通过液压致脑损伤模型，观察到脑损伤后细胞外液中EAA明显升高，且随着损伤程度的加重，GLU浓度的升高尤为显著，可高于正常时约18.49倍。Panter等[8]采用微透析技术观察到大鼠脑损伤后脑组织中GLU显著升高，伴随有神经细胞损害和脑水肿加剧。程远等[9]在鼠脑损伤模型中发现，脑挫伤中心区脑组织损害最严重，GLU浓度最高，水肿亦最显著。Baker等[6]检测了颅脑损伤病人脑脊液中EAA-GLU水平的变化，对照组病人GLU含量仅为49～17.0mmol/L，而颅脑损伤病人上升至474.0mmol/L。EAA具有兴奋性神经毒性作用，上述研究提示EAA可能参与脑损伤后继发性脑损害的病理过程。
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在脑损伤中，EAA的兴奋性神经毒性作用主要由NMDA受体介导。近年的研究发现[11]，NMDA受体是直接与阳离子通道相偶联的一种受体-离子通道复合物，EAA作用于NMDA受体可分别使细胞膜上Na+、Ca2+内流，K+、Mg2+外流，造成细胞内Na+、Ca2+浓度升高，K+、Mg2+浓度降低。脑损伤后短期内EAA大量释放，脑组织细胞外液中EAA异常增加，过度激活NMDA受体，引起细胞内Na+、Ca2+蓄积，H2O和Cl-被动进入细胞内，从而导致细胞毒性脑水肿。本实验发现脑损伤后大鼠脑组织Na+、Ca2+含量显著升高，而K+、Mg2+含量下降，伴随脑组织含水量增加。这一结果进一步证实了EAA通过激活NMDA受体参与了脑损伤后脑水肿的发生，同时也表明NMDA介导的主要是细胞毒性脑水肿。
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本实验还发现，大鼠脑损伤后20分钟行腹腔注入NMDA受体拮抗剂MK-801，随着脑组织Na+、Ca2+含量的降低，脑水肿亦明显减轻。其机理是：MK-801是一种非竞争性NMDA受体拮抗剂，它可以作用于NMDA受体复合物的离子通道，降低其通透性，阻止了EAA所引起的Na+、K+、Ca2+、Mg2+等离子在细胞内外的异常分布，起到减轻细胞毒性脑水肿的作用。
本实验表明NMDA受体拮抗剂MK-801可以减轻脑损伤后继发性脑水肿，进一步证实了NMDA受体拮抗剂对脑损伤后脑组织的保护作用，为NMDA受体拮抗剂启用于临床颅脑损伤的治疗了更充分的实验依据。目前常用于实验的NMDA受体拮抗剂由于副作用太大或其它方面的缺点，尚未能用于临床颅脑损伤的治疗。如何选择到合适的NMDA受体拮抗剂用于临床颅脑损伤的治疗尚待临床和实验的进一步研究和探索。
, 百拇医药 参考文献
1，Choi DW.Glutamate neurotoxicity and diseases of the nervous system[J].Neuron,1988;(1):623
2，Miller LP,Lyeth BG,Jenkins LW,et al.Excitatory amino acid receptor subtype binding following traumatic brain injury[J].Brain Res,1990;526:103
3，Faden AL,Demediuk P,Pantor SS,et al.The role of excitatory amino acids and NMDA receptors in traumatic brain injury[J].Science,1989;244:789
, http://www.100md.com
4，Mclntosh TK,Vink RI,Nobel L,et al.Effects of the NMDAreceptor blocker MK-801 on neurologic function after experimental brain injury[J].J Neurotrauma,1989;6:247
5，Hayes RL,Jenkins LW,Lyeth BG,et al.Pretreatment with phencyclidine,an N-Methyl-D-Asparatate antagonist,attenuates long-term behavioral deficits in the rat produced by traumatic brain injury[J].J Neurotrauma,1989;5:259
6，Foda MAA,Marmarou A.A new model of diffuse brain injury in rats.Part Ⅱ:morphological characterization[J].J Neurosurg,1994;80:301
, 百拇医药
7，Ito U,Ohno K,Nakamura R,et al.Brain edema during ischemia and after restoration of blood flow:measurement of water,sodium,potassium content and plasma protein permeability[J].Stroke,1979;10:353
8，Pantor SS.Faden AL.Pretreatment with NMDA antagonist limits reliase of excitatory amino acid folliwing traumatic brain injury[J].Neurosci Lett,1992;136(2):165
9，程远，陈复仁，吴泳，等.拉莫三嗪治疗脑损伤后脑水肿的实验研究[J].中华创伤杂志.1998；14(4)：209
, http://www.100md.com
10，Baker AJ,Moulton RJ,Macmillan VH,et al.Excitatory amino acids in cerebrospinal fluid following traumatic brain injury in humans[J].J Neurosurg,1993;79:369
11，Watkins JC.The NMDA raceptor concept:origin and development[A].In:Watkins JC and Collinggrisge GL.eds.The NMDA receptor[M].OXford:Oxford University Press,1989：1
收稿1999-12-02, 百拇医药
单位：鲍文公(同济医科大学附属同济医院神经外科)；艾文兵 胡传义 陈玉宏 杨启建(湖北三峡学院医学院附属医院神经外科 宜昌 443001)
关键词：MK-801；脑损伤；脑水肿；NMDA受体拮抗剂；大鼠
实用医学进修杂志000209
摘 要 目的：观察N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)受体拮抗剂MK-801对脑损伤后脑水肿的影响，并探讨其作用机理。方法：45只SD大鼠，随机分为对照组、损伤组和治疗组，每组15只。根据Marmarou's法，将大鼠制成加速性弥漫性脑损伤模型。采用干湿重法、Ito's法分别检测脑组织含水量和脑组织Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量。结果：①损伤组脑组织含水量、Na+、Ca2+含量显著高于对照组，而K+、Mg2+含量明显低于对照组；②治疗组脑组织含水量、Na+、Ca2+含量明显低于损伤组，K+、Mg2+含量却较损伤组为高，接近于对照组。结论：MK-801可以减轻脑损伤后脑水肿，NMDA受体拮抗剂可能有治疗脑损伤的临床价值。
, 百拇医药
Effect of MK-801 on Brain Edema Following
Traumatic Brain Injury in Rats
Ai Wenbin Hu Chuanyi Chen Yuhong,et al
(Affiliated Hospital of Hubei Three Gorges
University Medical College,Yichang 443001)
Abstract Objective:To investigate the effect of MK-801 on brain edema following traumatic brain injury,and to discuss the mechanism.Methods:45 male SD rats were randomized into control group,injured group and treated group.The model of impact acceleration diffuse brain injury was produced in rats according to Marmarou's method.The water content in brain was measured with “dry-wet” method,and the Na+、K+、Ca2+、Mg2+contents in brain were determined with Ito's method.Results:①The contents of water,Na+ and Ca2+ in brain in the injured group were obviously higher than those in the control group,but the contents of K+、Mg2+ in brain markedly lower than those in the control group.②Compared with the injured group,in the treated group the contents of water,Na+ and Ca2+ in brain were decreased significantly and the contents of K+、Mg2+ in brain were increased greatly.Conclusion:MK-801 can reduce brain edema following traumatic brain injury,therefore,NMDA receptor antagonist may have potential clinical value in treating human brain injury.
, 百拇医药
Key Words MK-801;brain injury;brain edema;NMDA receptor antagonist;rat▲
兴奋性氨基酸(EAA)是中枢神经系统主要的兴奋性神经递质，具有兴奋性神经毒性[1]。EAA参与脑损伤后继发性病理生理过程。NMDA受体是脑损伤中介导EAA兴奋毒性作用的主要EAA受体亚型[2，3]。NMDA受体拮抗剂有改善脑损伤后神经功能的作用[9，5]，但其对创伤性脑水肿影响的研究，国内报道尚不多见。本实验观察NMDA受体拮抗剂MK-801对大鼠脑损伤后脑水肿的影响，进一步探讨其对脑损伤后脑组织保护作用的机理，为NMDA受体拮抗剂治疗颅脑损伤提供充分的实验依据。
1 材料与方法
1.1 实验动物及分组
, http://www.100md.com 健康、雄性SD大鼠45只，由同济医科大学实验动物中心提供，体重320～350g，随机分为对照组、损伤组和治疗组，每组15只。
1.2 药物
MK-801由美国Sigma公司提供，使用时用生理盐水配制成0.1%MK-801注射液。
1.3 动物模型的建立
参照Marmarou's法[6]造成大鼠加速性弥漫性脑损伤，致伤高度为1米，致伤重量为350g。
1.4 实验过程
10%水合氯醛按2ml/kg的剂量给损伤组和治疗组大鼠行腹腔内注射麻醉，固定大鼠头部，严格按照Marmarou's法致脑损伤。治疗组于伤后20分钟立即以1mg/kg的剂量腹腔内注射0.1%MK-801。损伤组腹腔注射等量生理盐水。上述两组动物均于伤后观察12小时处死。对照组不作任何处理，观察2小时处死。各组动物处死后立即断头取脑，自中脑水平，离断保留双侧大脑半球。
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1.5 鼠脑的检测
①脑组织含水量的测定 干湿重法，脑组织含水量=湿重-干重/湿重×100%。
②脑组织Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量测定 根据Ito's等[7]的方法测定。
1.6 统计学处理
各组数据均以(
±s)表示，采用SAS软件包进行方差分析和q检验。2 结果
2.1 脑组织含水量
损伤组和对照组脑组织含水量分别为80.59±0.348和78.31±0.276，两者之间比较有显著差异(P<0.001)；治疗组脑组织含水量为79.42±0.327，高于对照组(P<0.05)，但显著低于损伤组(P<0.01)。
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2.2 脑组织Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量
脑损伤后脑组织Na+、Ca2+含量显著升高，而K+、Mg2+含量降低；MK-801治疗可以降低脑损伤后脑组织Na+、Ca2+含量，却使K+、Mg2+含量升高，接近正常水平(见附表)。
附表 各组动物脑组织Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量((μmol/g，
±s)) 组 别Na+
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K+
Ca2+
Mg2+
对照组
损伤组
治疗组
165.29±15.32
248.71±24.11**
201.23±18.72**△△
425.76±20.38
350.45±31.29**
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398.52±41.27△
4.41±0.29
5.44±0.23**
5.02±0.34**△△
31.25±2.62
27.38±2.16*
31.18±329△
*P<0.05，**P<0.01，与对照组比较；△P<0.05，△△P<0.01，与对照组比较
3 讨论
脑损伤后EAA特别是谷氨酸(GLU)在脑组织细胞外液中含量常显著上升，且与脑组织损害的严重程度密切相关。Fdden等[3]通过液压致脑损伤模型，观察到脑损伤后细胞外液中EAA明显升高，且随着损伤程度的加重，GLU浓度的升高尤为显著，可高于正常时约18.49倍。Panter等[8]采用微透析技术观察到大鼠脑损伤后脑组织中GLU显著升高，伴随有神经细胞损害和脑水肿加剧。程远等[9]在鼠脑损伤模型中发现，脑挫伤中心区脑组织损害最严重，GLU浓度最高，水肿亦最显著。Baker等[6]检测了颅脑损伤病人脑脊液中EAA-GLU水平的变化，对照组病人GLU含量仅为49～17.0mmol/L，而颅脑损伤病人上升至474.0mmol/L。EAA具有兴奋性神经毒性作用，上述研究提示EAA可能参与脑损伤后继发性脑损害的病理过程。
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在脑损伤中，EAA的兴奋性神经毒性作用主要由NMDA受体介导。近年的研究发现[11]，NMDA受体是直接与阳离子通道相偶联的一种受体-离子通道复合物，EAA作用于NMDA受体可分别使细胞膜上Na+、Ca2+内流，K+、Mg2+外流，造成细胞内Na+、Ca2+浓度升高，K+、Mg2+浓度降低。脑损伤后短期内EAA大量释放，脑组织细胞外液中EAA异常增加，过度激活NMDA受体，引起细胞内Na+、Ca2+蓄积，H2O和Cl-被动进入细胞内，从而导致细胞毒性脑水肿。本实验发现脑损伤后大鼠脑组织Na+、Ca2+含量显著升高，而K+、Mg2+含量下降，伴随脑组织含水量增加。这一结果进一步证实了EAA通过激活NMDA受体参与了脑损伤后脑水肿的发生，同时也表明NMDA介导的主要是细胞毒性脑水肿。
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本实验还发现，大鼠脑损伤后20分钟行腹腔注入NMDA受体拮抗剂MK-801，随着脑组织Na+、Ca2+含量的降低，脑水肿亦明显减轻。其机理是：MK-801是一种非竞争性NMDA受体拮抗剂，它可以作用于NMDA受体复合物的离子通道，降低其通透性，阻止了EAA所引起的Na+、K+、Ca2+、Mg2+等离子在细胞内外的异常分布，起到减轻细胞毒性脑水肿的作用。
本实验表明NMDA受体拮抗剂MK-801可以减轻脑损伤后继发性脑水肿，进一步证实了NMDA受体拮抗剂对脑损伤后脑组织的保护作用，为NMDA受体拮抗剂启用于临床颅脑损伤的治疗了更充分的实验依据。目前常用于实验的NMDA受体拮抗剂由于副作用太大或其它方面的缺点，尚未能用于临床颅脑损伤的治疗。如何选择到合适的NMDA受体拮抗剂用于临床颅脑损伤的治疗尚待临床和实验的进一步研究和探索。
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1，Choi DW.Glutamate neurotoxicity and diseases of the nervous system[J].Neuron,1988;(1):623
2，Miller LP,Lyeth BG,Jenkins LW,et al.Excitatory amino acid receptor subtype binding following traumatic brain injury[J].Brain Res,1990;526:103
3，Faden AL,Demediuk P,Pantor SS,et al.The role of excitatory amino acids and NMDA receptors in traumatic brain injury[J].Science,1989;244:789
, http://www.100md.com
4，Mclntosh TK,Vink RI,Nobel L,et al.Effects of the NMDAreceptor blocker MK-801 on neurologic function after experimental brain injury[J].J Neurotrauma,1989;6:247
5，Hayes RL,Jenkins LW,Lyeth BG,et al.Pretreatment with phencyclidine,an N-Methyl-D-Asparatate antagonist,attenuates long-term behavioral deficits in the rat produced by traumatic brain injury[J].J Neurotrauma,1989;5:259
6，Foda MAA,Marmarou A.A new model of diffuse brain injury in rats.Part Ⅱ:morphological characterization[J].J Neurosurg,1994;80:301
, 百拇医药
7，Ito U,Ohno K,Nakamura R,et al.Brain edema during ischemia and after restoration of blood flow:measurement of water,sodium,potassium content and plasma protein permeability[J].Stroke,1979;10:353
8，Pantor SS.Faden AL.Pretreatment with NMDA antagonist limits reliase of excitatory amino acid folliwing traumatic brain injury[J].Neurosci Lett,1992;136(2):165
9，程远，陈复仁，吴泳，等.拉莫三嗪治疗脑损伤后脑水肿的实验研究[J].中华创伤杂志.1998；14(4)：209
, http://www.100md.com
10，Baker AJ,Moulton RJ,Macmillan VH,et al.Excitatory amino acids in cerebrospinal fluid following traumatic brain injury in humans[J].J Neurosurg,1993;79:369
11，Watkins JC.The NMDA raceptor concept:origin and development[A].In:Watkins JC and Collinggrisge GL.eds.The NMDA receptor[M].OXford:Oxford University Press,1989：1
收稿1999-12-02, 百拇医药