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编号:10232174
一氧化氮对股骨头微循环的作用
http://www.100md.com 《中华骨科杂志》 2000年第4期
     作者:李玉军 卢世璧 刘尚礼

    单位:李玉军 卢世璧(100853北京,解放军总医院骨科研究所);刘尚礼(广州,中山医科大学孙逸仙纪念医院骨科)

    关键词:一氧化氮;精氨酸;氢;股骨头;血量

    中华骨科杂志000414

    【摘要】目的研究一氧化氮对股骨头微循环的作用及与股骨头血流量的量效关系,证实一氧化氮的前体—左旋精氨酸能否成为改善股骨头微循环的有效药物。方法随机采用新西兰兔21只,分为三组。右股动脉插管,分别将左旋精氨酸(0、30、40、60、80、100mg/kg)、NG-硝基-左旋精氨酸甲酯(0、5、10、15、20、25mg/kg)、NG-硝基-左旋精氨酸甲酯(10mg/kg)+左旋精氨酸(0、30、60、80、100mg/kg)注入腹主动脉分叉处,然后应用氢廓清技术检测每次用药后的股骨头血流量。结果左旋精氨酸剂量与股骨头血流量存在线性回归关系(F=45.28,P<0.01),回归方程为YF=11.43+0.07XF,相关系数r=0.74。NG-硝基-左旋精氨酸甲酯剂量与股骨头血流量有线性回归关系(F=30.40,P<0.01),回归方程为YF=12.64-0.30XF,相关系数r=-0.67。应用NG-硝基-左旋精氨酸甲酯10mg/kg后,左旋精氨酸的剂量与股骨头血流量无线性回归关系(F=0.13,P=0.72)。结论一氧化氮与股骨头血流量存在剂量依赖关系。一氧化氮的前体—左旋精氨酸能明显增加股骨头微循环的血流量,NG-硝基-左旋精氨酸甲酯可阻断左旋精氨酸的作用。
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    Effect of nitric oxide on the femoral head microcirculation

    LI Yujun,LIU Shangli, LU Shibi.

    Institute of Orthopaedics, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China

    【 Abstract】 Objective To study the effect of nitric oxide on the femoral head microcirculation, a dose correlation effect, and confirmation of L- arginine being an effective drug in improving the microcirculation of the femoral head. Methods Twenty one New Zealand rabbits, weighted 2- 2.6 kg, were randomly selected and divided into three groups. Injections of the following agents were given through catheter in the right femoral artery to the bifurcation of the abdominal aorta: 1) L- arginine of 0,30,40,60,80,100 mg/kg, 2)NG- nitro- L- arginine methyl ester (L- NAME) of 0, 5, 10, 15, 20, 25 mg/kg, 3) L- NAME of 10 mg/kg, then L- arginine of 0, 30, 60, 80, 100 mg/kg. The blood flow of the femoral head was measured using the hydrogen washout technique. Results There was a linear regression relationship between the blood flow of the femoral head and dose of L- arginine(F=45.28, P< 0.01). The regression equation was YF=11.43+ 0.07XF, correlated coefficient r=0.74. So were the blood flow of the femoral head and dose of L- NAME(F=30.40, P< 0.01). The regression equation was YF=12.64- 0.30XF, correlated coefficient r=- 0.67. After adopting L- NAME of 10 mg/kg, there was no linear regression relationship between the blood flow and dose of L- arginine(F=0.13,P=0.72). Conclusion There is a dose dependent relationship between the blood flow of the femoral head and L- arginine, L- arginine applied locally can increase the bone blood flow significantly, L- NAME can block the effect of L- arginine.
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    【 Key words】 Nitric oxide; Arginine; Hydrogen; Femur head; Blood volume

    一氧化氮(nitricoxide,NO)作为内皮细胞衍生松弛因子(endothelium-derivedrelaxingfactor,EDRF)[1]或内皮细胞衍生松弛因子系统(EDRFsystem,EDRFs)[2]的重要组成部分,对调控血管的舒缩功能起了重要作用。研究NO对骨微循环的作用,对骨微循环障碍引起疾病的预防与治疗具有重要意义。我们旨在前人研究的基础上,研究NO对股骨头微循环的作用及其与股骨头血流量的量效关系,验证NO的前体—左旋精氨酸(L-arginine,L-Arg)能否成为改善股骨头微循环的有效药物。

    材料与方法

    一、动物准备
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    随机采用2~2.6kg的新西兰兔21只,雌雄不限,分为三组。戊巴比妥钠静脉麻醉(30mg/kg)。动物肝素化(1.5mg/kg),右侧卧位。左颈总动脉插管,经生理记录仪监测血压、心率和呼吸。左颈外静脉插管输入生理盐水(6滴/min),并准备追加静脉麻醉。右股动脉插管至腹主动脉分叉处以备用药。由左侧大转子沿左股骨头颈方向显露股骨头,于视野下在股骨头中央垂直钻孔,直径0.8mm,深5mm,插入铂黑电极,使之嵌牢。甘汞电极置于颈部皮下。

    二、股骨头血流检测方法

    采用氢廓清技术[3]

    三、药物种类与来源

    1.L-Arg:上海康达氨基酸厂,工作浓度为质量浓度0.06kg/L的生理盐水溶液。

    2.NG-硝基-左旋精氨酸甲酯(NG-nitro-L-argininemethylester,L-NAME):Sigma公司,工作浓度为质量浓度0.03kg/L的生理盐水溶液。
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    四、用药方法

    A组(n=7):采用0、30、40、60、80、100mg/kg剂量的L-Arg;B组(n=7):采用0、5、10、15、20、25mg/kg剂量的L-NAME;C组(n=7):先采用L-NAME10mg/kg,再分别采用0、30、60、80、100mg/kg剂量的L-Arg。上述不同剂量的不同药物由股动脉依次注入,每注入一次后立即开始测定股骨头血流量,测定完毕且血压、心率恢复正常后再注入另一种,每次用药间隔时间约30~40min。

    结果

    实验中,追加麻醉时动物死亡2只,颈动脉插管脱落引起出血性休克1只,铂电极过松1只,仪器故障中断实验1只,这些均废弃不用,另随机加入动物补做。实际用动物26只,有效者21只。

    A组的股骨头血流量虽在注入30mg/kgL-Arg时稍有下降,但总体趋势仍为逐渐增高,由最初时的(12.15±2.05)ml.min-1.100g-1升高至(18.25±1.42)ml.min-1.100g-1,升高幅度为33.4%(图1)。经线性回归分析,股骨头血流量与L-Arg剂量存在线性回归关系(方差分析:F=45.28,P<0.01);回归方程为:YF=11.43+0.07XF,相关系数rF=0.74。血压随着药物剂量的增加由最初时的(13.4±1.3)kPa降至(11.0±1.4)kPa,下降幅度为17.9%。经线性回归分析,血压也与L-Arg剂量存在线性回归关系(方差分析:F=14.21,P=0.001);回归方程为:YBp=13.84-0.02XBp,相关系数rBp=-0.53。心率也有下降趋势,由最初时的(265±32)次/min降到(230±30)次/min,下降幅度为13.2%。但经线性回归分析,心率与L-Arg剂量无线性回归关系(方差分析:F=3.44,P=0.07)。
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    图1应用不同剂量L-Arg与L-NAME(10mg/kg)+

    L-Arg时股骨头血流量的变化

    B组的股骨头血流量在注入不同剂量的L-NAME后,逐渐由(13.18±3.83)ml.min-1.100g-1下降至(5.02±1.33)ml.min-1.100g-1,下降幅度达61.9%。经线性回归分析,股骨头血流量与L-NAME剂量有线性回归关系(方差分析:F=30.40,P<0.01);回归方程为:YF=12.64-0.30XF,相关系数rF=-0.67。血压与L-NAME剂量亦有线性回归关系(方差分析:F=6.54,P=0.02);回归方程为:YBp=12.77+0.04XBp,相关系数rBp=0.39。心率与L-NAME剂量无线性回归关系(方差分析:F=0.002,P=0.97)。
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    C组的股骨头血流量基本无变化(图1)。经线性回归分析,股骨头血流量、血压及心率与药物剂量均无线性回归关系。方差分析的F值分别为0.13、2.98及0.78,P值分别为0.72、0.10及0.38。

    讨论

    一、NO对股骨头微循环的作用

    Palmer等[1]证明NO可持续不断地在内皮细胞中合成,其前体是体内半必需氨基酸之一—左旋精氨酸;证据是精氨酸缺失的细胞,NO的释放减少。家兔主动脉内皮依赖性舒张可被一氧化氮合成酶(NOsynthase,NOS)抑制剂—左旋单甲基精氨酸所抑制。L-Arg末端胍基上两个等同的氨原子之一在NOS作用下生成NO与胍氨酸,亦即血管内存在L-Arg-NO通道。

    众多文献表明L-Arg能舒张心、脑、肺、肾、胃肠道等器官的血管,增加局部血流量;而NOS的抑制剂L-NAME、NG-甲基-左旋精氨酸(L-NMMA)、NG-硝基-左旋精氨酸(L-NNA)等的作用恰恰相反,甚至可逆转L-Arg的作用。NOS在不同组织部位作用的受体有所不同,对骨循环的作用是否与上述组织器官有相似之处尚缺乏研究报告。Iversen等[4]报告NOS抑制剂能提高骨血管阻力,由于血压按比例升高,骨血流量并无变化。
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    氢廓清技术的主要优点是可长时间反复测定不同组织与部位的局部血流量,而且吸氢时间的长短及次数并不影响测试的结果及机体的生理状态[3,5]。为减少系统用药引起全身反应,造成血流再分布,我们通过股动脉插管至腹主动脉分叉处给药,以保证药物经有关营养动脉最大限度地分布于股骨头[6],从而提高了测定结果的准确性。我们应用L-Arg后,产生了药物剂量依赖性股骨头血流量增加,而单纯使用L-NAME可产生药物剂量依赖性股骨头血流量下降。说明骨血管中亦存在L-Arg-NO通道,外源性L-Arg通过NOS生成NO,激活可溶性鸟苷酸环化酶,产生环磷酸鸟苷而舒张骨血管,增加骨血流量;L-NAME阻断了NO的生成,减少股骨头营养动脉壁中环磷酸鸟苷的量,从而使血管收缩,血流量下降。NO对股骨头微循环的调节起到了第二信使的作用。我们使用NOS的抑制剂L-NAME后,再应用不同剂量的L-Arg,药物剂量与血流量之间无线性回归关系,即并未引起骨血流量的增加或改变(图1)。表明L-NAME完全逆转了L-Arg的作用,阻断了L-Arg-NO通道。
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    二、NO对体循环血压与心率的影响

    在正常生理条件下,内皮细胞不断合成、释放NO使血管处于持续的舒张状态;而NOS的抑制剂则能引起内皮细胞依赖性血管收缩,使动脉直径变小[6]。许多学者认为外源性NOS抑制剂可升高血压,降低心率[7,8]。Iversen等[4]也报告NOS抑制剂能提高骨血管阻力,使体循环血压按比例升高。

    我们应用L-Arg后,动物血压呈剂量依赖性降低,心率呈剂量依赖性降低。应用L-NAME后,血压呈剂量依赖性升高,心率无变化。这表明局部应用外源性NO前体药物或NOS抑制剂可舒张或收缩外周血管,降低或增加外周血管阻力,引起血压的下降或升高;另一方面,一部分药物随血液循环回流心脏并分布于全身,兴奋交感神经中枢而引起心血管活动减弱或增强,从而引起血压的下降或升高。使用L-NAME10mg/kg后再使用L-Arg0~100mg/kg,血压及心率并无变化。表明L-NAME完全逆转了L-Arg的作用,阻断了L-Arg-NO通道。
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    三、小结

    通过不同剂量L-Arg和L-NAME在动物体内的应用,我们发现在生理条件下,NO的前体—L-Arg与股骨头微循环血流量间存在剂量依赖关系且呈正相关。这表明L-Arg能明显改善股骨头微循环,但能否将其应用于股骨头缺血性疾病的临床治疗尚有待进一步研究。

    参考文献

    1,Palmer RM, Ferrige AG, Moncada S. Nitric oxide release accounts for the biological activity of endothelium- derived relaxing factor. Nature, 1987, 327:524- 526.

    2,Jackson WF. The endothelium- derived relaxing factor. J Reconstr Microsurg, 1989, 5:263- 271.
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    3,李玉军,周雪明,刘德育,等.氢廓清技术定量测定股骨头血流量.中山医科大学学报,1997,18(增刊):51-53.

    4,Iversen PO, Nicolaysen G, Benestad HB. Endogenous nitric oxide causes vasodilation in rat bone marrow, bone, and spleen during accelerated hematopoiesis. Exp Hematol, 1994,22:1297- 1302.

    5,Indresano AT, Lundell MI. Measurement of regional bone blood flow in the rabbit mandible using the hydrogen washout technique. J Dent Res, 1981, 60:1365- 1370.
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    6,李玉军,刘尚礼.股骨近端的血管构筑及其临床意义.广东解剖学通报,1997,19:40-44.

    7,潘家祜,伍嘉宁.NO:中枢神经系统中一个新的重要信使物质.生理学报,1993,24:293-297.

    8,Aisaka K, Gross SS, Griffith OW,et al. NG- methylarginine,an inhibitor of endothelium- derived nitric oxide synthesis,is a potent pressor agent in the guineaplg:does nitric oxide regulate blood pressure in vivo? Biochem Biophys Res Commun, 1989, 160:881- 886.

    (收稿日期:1999-01-25), 百拇医药