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编号:10250667
急性肺损伤肺组织和血浆NO、ET-1变化的研究
http://www.100md.com 《中国急救医学》 2000年第10期
     作者:薛玉凤 赵聚宾 张杰 夏欣 孙爱励

    单位:河北省医学科学院,石家庄 050021

    关键词:一氧化氮;内皮素-1;白细胞介素8;急性肺损伤

    中国急救医学001005 [摘 要] 目的 探讨急性肺损伤(ALI)时肺组织和血浆一氧化氮(NO)、 内皮素-1(ET-1)和白细胞介素8(IL-8)水平的变化和作用。方法 采用间隔24 h两次注射大肠杆菌内毒素(LPS)的方法,复制家兔内毒素性急性肺损伤模型。结果 ALI组血浆、肺组织匀浆及支气管肺泡灌洗液(BALF)中NO、ET-1和IL-8水平显著升高(P<0.01),BALF内中性粒细胞(PMN)明显增多,肺系数(LPL)、肺水含量及通透指数均升高。血浆NO和IL-8浓度于静脉注射LPS后120 min达峰值,ET-1升高较早,60 min达峰值,随后衰减,致伤6 h,基本恢复接近正常水平。结论 NO、ET-1和IL-8是参与急性肺损伤不同时相的体液因子,三者共同参与ALI的发病。探讨急性肺损伤(ALI)时肺组织和血浆一氧化氮(NO)、 内皮素-1(ET-1)和白细胞介素8(IL-8)水平的变化和作用。方法 采用间隔24 h两次注射大肠杆菌内毒素(LPS)的方法,复制家兔内毒素性急性肺损伤模型。结果 ALI组血浆、肺组织匀浆及支气管肺泡灌洗液(BALF)中NO、ET-1和IL-8水平显著升高(P<0.01),BALF内中性粒细胞(PMN)明显增多,肺系数(LPL)、肺水含量及通透指数均升高。血浆NO和IL-8浓度于静脉注射LPS后120 min达峰值,ET-1升高较早,60 min达峰值,随后衰减,致伤6 h,基本恢复接近正常水平。结论 NO、ET-1和IL-8是参与急性肺损伤不同时相的体液因子,三者共同参与ALI的发病。
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    [中图分类号] R 563 [文献标识码] A [文章编号] 1002-1949(2000)10-0579-03

    Research of changes of nitric oxide and endothelin-1 levels in lung and plasma with acute lung injury

    XUE Yu-feng

    (Hebei Academy of Medical Sciences,Shijiazhuang 050021,China)

    ZHAO Ju-bin

    (Hebei Academy of Medical Sciences,Shijiazhuang 050021,China)
, 百拇医药
    ZHANG-Jie,et al

    (Hebei Academy of Medical Sciences,Shijiazhuang 050021,China)

    [Abstract] Objective To explore the changes of nitric oxide(NO) and endothelin-1(ET-1) levels and its potential functions in acute lung injury(ALI).Methods The rabbits model was induced by injecting E.Coli endotoxin twice at 24 hours interval.Results NO,ET-1 and interleukin-8(IL-8) levels in plasma,lung tissue and bronchoalveolar lavage fluid(BALF)increased markedly (P<0.01)in ALI group.WBC in BALF,lung index,and lung permeability index(LPI) also increased significantly (P<0.01).In ALI group,the plasma concentrations of all NO,ET-1 and IL-8,but their temporal dynamics were different.The increase of plasma NO and IL-8 concentration reach its peak at 120 min after endotoxin injection.While plasma ET-1 concentration increased much earlier,at 60 min post-endotoxin and its plasma concentration had reached its peak level,then waned,but restored that level approach to normal rabbit at 6 hours post-injury in lung.Conclusion NO,ET-1 and IL-8 might be an important liquit factor in different phases of ALI.All NO,ET-1 and IL-8 maybe involve in pathogenesis of ALI.
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    [Key words] Nitric oxide; Endothelin-1; Interleukin-8; Acute lung injury

    一氧化氮(nitric oxide,NO)、内皮素(endothelin,ET)为作用相反的血管活性因子,分别舒、缩血管及抑制、增强心肌收缩力[1~3]。NO和ET与肺损伤的关系近年越来越引起人们的关注。革兰氏阴性菌感染是急性肺损伤(acute lung injury,ALI)的最常见病因。我们用内毒素(LPS)复制了家兔急性肺损伤模型,观察NO、ET-1和IL-8(interleukin-8)水平的动态变化规律,初步探讨NO、ET-1和IL-8在家兔内毒素性急性肺损伤中的作用及其机理。

    1 材料与方法

    1.1 材料 冻干精制E.Coli O111B4,LPS(1 mg/支,上海生物制品研究所生产),ET-1由北京东亚免疫技术研究所提供,NO试剂盒由南京建成生物研究所提供,IL-8检测盒为荷兰Amsterdam红十字输血机构产品,地塞米松(Dex)为湖北天门制药厂产品,DG-3022酶联检测仪、721单光束分光光度计均为国产。
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    1.2 方法

    1.2.1 ALI动物模型复制 选用健康新西兰家兔24只,雌雄兼用,体重2.0~2.6 kg,随机分为3组,每组8只。NS组:经兔耳静脉0、12、24 h分别注射生理盐水(normal saline,NS) 5 ml/kg体重。LPS组:0、12、24 h分别静脉注射LPS 15 μg/kg,NS 5ml/kg,LPS 35 μg/kg。LPS+Dex组:LPS和NS给药方法和用药同LPS组,在注射NS同时,经静脉给予Dex 1 mg/kg体重。各组分别于注射LPS或NS前24 h及注射后不同时点(0、1、2、3、6 h)取血,作WBC计数,检测NO、ET-1和IL-8含量,最后一次采血完毕后放血活杀,行支气管肺泡灌洗,并检查WBC和PMN数目。取肺组织做光镜病理检查。

    1.2.2 血WBC计数及分类 常规方法。

    1.2.3 肺系数和肺水含量测定 动物处死后立即开胸取肺,称重,测左肺湿重/干重(W/D)比值。取右肺中叶1 g称湿重,置烤箱中干燥24 h(90℃)至干重恒定,测定肺水含量,肺系数(LPI)=肺重(g)/体重(kg)×100,肺水含量=(肺湿重-肺干重)×100/肺湿重。
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    1.2.4 支气管肺泡灌洗 以2 ml/g NS(4℃)灌洗左肺叶支气管肺泡,反复抽注5次,回收灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF),3 000 r/min离心30 min,取上清液冻存备用。用甲紫染色计数吞噬细胞总数,瑞氏染色作细胞分类计数。肺通透指数(lung index,LI)=血浆蛋白含量/BALF蛋白含量。

    1.2.5 测定方法 ET-1测定:采用放射免疫法,取1 ml全血,加抑肽酶400 IU,10% EDTA二钠30 μl,抗凝,3 000 r/min(4℃)离心10 min,取血浆,-20℃保存,测定前室温复融,3 000 r/min离心5 min,取上清液,按ET-1放射免疫测定盒说明书操作。NO测定:硝酸还原酶显色法,因NO化学性质活泼,体内代谢转化为硝酸盐(NO-3)和亚硝酸盐(NO-2),血清NO-3、NO-2浓度之和才能准确代表体内NO水平。采用硝酸还原酶特异性将NO-3还原为NO-2,通过显色深浅测定其浓度高低。IL-8采用双抗体夹心ELISA法,具体操作按说明书。Lowry法测定BALF和血浆蛋白含量。
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    1.2.6 统计处理 实验数据以±s表示,用t检验和方差分析测试均数差异显著性,并进行分析。

    2 结果

    2.1 外周血及BALF中WBC和PMN数目变化 两次注射LPS后2 h,血WBC总数和PMN数目均有所下降,此后持续回升。BALF中WBC、PMN和肺泡巨噬细胞(PAM)数目,在注射LPS后均比注射前增加(P<0.01)。LPS+Dex组WBC、PMN和PAM分别比LPS组下降,但高于NS组(P<0.05)。见表1。

    表1 BALF中WBC、PMN和PAM的变化(±s,n=8) 分 组

    WBC(×108/L)
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    PMN(×108/L)

    PAM(×108/L)

    蛋白含量(mg/L)

    NS组

    2.08±0.36

    0.07±0.01

    1.74±0.28

    3.79±0.57

    LPS组

    4.82±0.51#

    1.83±0.41#
, 百拇医药
    2.73±0.69#

    8.25±1.03#

    LPS+Dex组

    3.21±0.38#

    0.86±0.64#

    2.08±0.26#

    6.08±0.89#

    与NS组相比P<0.05;P<0.01;与LPS组相比#P<0.05

    2.2 家兔肺水肿参数变化 LPS组肺系数、肺水含量、肺通透指数和W/D比值均明显高于正常对照组(P<0.01),而LPS+Dex组则低于LPS组,高于NS组(P<0.05)。见表2。表2 家兔肺水肿参数变化(±s,n=8) 分 组
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    lung index

    lung water(%)

    LPI(×10-3)

    W/D

    NS组

    0.46±0.04

    74.29±0.61

    4.08±0.22

    4.89±0.26

    LPS组

    0.81±0.07#
, 百拇医药
    87.02±1.31#

    9.13±0.53#

    5.92±0.31#

    LPS+Dex组

    0.68±0.05#

    79.36±0.45#

    6.81±0.37#

    5.37±0.43#

    与NS组相比P<0.05;P<0.01;与LPS组相比#P<0.05
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    2.3 肺组织及BALF中NO、ET-1和IL-8水平变化(见表3、4) 肺组织和BALF中NO、ET-1及IL-8含量LPS组均明显高于NS组(P<0.01),也显著高于LPS+Dex组(P<0.05)。表3 各组BALF中NO、ET-1和

    IL-8水平的变化(±s,n=8) 分 组

    NO(μmol/L)

    ET-1(ng/L)

    IL-8(ng/L)

    NS组

    6.38±0.61

    274.29±79.71
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    31.82±11.02

    LPS组

    14.01±1.89#

    580.02±91.38#

    1094.67±83.69#

    LPS+Dex组

    9.21±0.91#

    420.19±65.36#

    358.32±49.61#

    与NS组相比P<0.05;P<0.01;与LPS组相比#P<0.05表4 各组肺组织NO、ET-1和
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    IL-8水平的变化(±s,n=8)

    分 组

    NO(μmol/L)

    ET-1(ng/L)

    IL-8(ng/L)

    NS组

    17.69±3.27

    512.86±83.26

    52.86±13.31

    LPS组

    74.81±12.49#
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    1169.31±115.07#

    1218.25±129.24#

    LPS+Dex组

    29.69±7.36#

    861.26±113.17#

    437.81±116.39#

    与NS组相比P<0.05;P<0.01;与LPS组相比#P<0.05

    2.4 不同时点血浆NO、ET-1和IL-8水平变化 见图1、2、3。
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    图1 血浆NO水平变化

    图2 血浆ET-1水平变化

    图3 血浆IL-8水平变化

    2.5 肺形态学改变 LPS致伤后肺组织肿胀,体积膨大,表面有散在点状血灶,切面有较多淡红色泡沫液体溢出。光镜下可见肺泡壁增厚,隔增宽,肺间质和肺泡水肿,PAM浸润,内皮细胞肿胀脱落,PMN扣押,肺泡完整性破坏,肺泡腔出血。LPS+Dex组上述变化较轻,微小血栓形成及灶性出血少见。

    3 讨论

    本实验采用间隔24 h静脉注射LPS诱导全身性Shwartzman反应,成功复制了家兔内毒素肺损伤模型。ALI主要表现为呼吸窘迫综合征(repiratory distress syndrome,RDS)[4]的发病机理,至今尚未完全阐明。IL-8是近年发现的一种强有力的PMN趋化和激活因子,该因子能在下呼吸道募集PMN,起着启动和加重炎症反应的作用[5],并与RDS密切相关。实验发现,两次注射LPS后,外周血WBC和PMN增多,肺内大量PMN聚集、浸润,蛋白含量增加。正常BALF中细胞以PAM为主,PMN非常少,蛋白含量较低,当注射LPS后,导致微循环内白细胞贴壁、粘着,由于细胞活化释放大量活性氧、细胞因子等,造成血管内皮损伤,微血管病,PMN进入肺泡,蛋白含量增加。本实验LPS组中WBC、PMN、蛋白和IL-8含量均显著高于NS组,证明IL-8是参与急性肺损伤的主要趋化和激活因子。
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    NO和ET-1是内皮细胞分泌的两种重要血管活性物质。ET-1为内源性强烈缩血管物质,参与脓毒血症、休克及肺损伤等发病过程[6] 。NO主要由NO合成酶(NOS)催化L-精氨酸产生,是内皮细胞衍生的重要舒血管物质。NO一方面通过舒张血管平滑肌,降低外周血管阻力,维持正常血压,减少血小板聚集,从而改善微循环;另一方面,NO合成释放过多,除引起血管过度扩张、血压下降、血流淤滞、组织利用氧减少、促发组织缺氧、休克、发生DIC[2]器官衰竭外,还引起过氧硝酸盐离子(ONOO-)和氢氧离子(OH-)的产生,后者对细胞有直接毒害作用。本研究显示,ALI时,肺组织、BALF和血浆ET-1及NO大量产生,加重了肺组织水肿、出血,肺组织结构受损,大量炎性细胞浸润,肺W/D比值增加,当给予Dex时,能抑制血浆和肺内NO和ET-1的产生,同时减轻肺组织水肿、出血等病理改变,表明肺内ET-1和NO含量改变可能是造成内毒素性肺损伤的因素之一。

    本实验LPS组血浆、肺组织及BALF中IL-8和NO水平显著高于正常对照组,与肺组织损害程度一致,呈显著正相关,但血浆和肺组织ET-1浓度对ALI的影响尚未见文献报道。本研究结果显示,ALI时,血浆NO、ET-1和IL-8浓度均明显升高,但动态变化规律不同。当家兔体内二次注入LPS后,血浆ET-1浓度迅速升高,60 min达基础值两倍以上,而后回落,但高于基础水平。血浆NO和IL-8浓度于二次注入LPS后120 min升高最明显,此结果与Stuchr报道一致[7]。说明三者协同参与了内毒素性急性肺损伤。从实验结果反映肺损伤的各项指标都与NO、ET-1和IL-8含量密切相关,表明NO、ET-1和IL-8参与介导内毒素性急性肺损伤。
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    [参考文献]

    [1]Palmer RMJ.The discovery of nitric oxide in vessel wall:a unifying concept in the pathogensis of sepsis[J].Arch Surg,1993,128:396-401.

    [2]Moncads S,Palmer RMJ,Higgs EA.Nitric oxide:physiology pathophysiology and pharmacology[J].Pharmacol Rev,1991,43:109-113.

    [3]Yanagisawa M,Kurihara H,Kimura S,et al.A novel potent vasoconstrictor peptide produce by vascular endothelial cells[J].Nature,1988,332:411-416.
, 百拇医药
    [4]任世光,马兰,陈忻,等.内毒素促成呼吸窘迫综合征主要途径的实验研究[J].中国急救医学,1984,4(2):5-7.

    [5]Goodman RB,Forstrom JY,Osborn SG,et al.Identification of two neutropil chemotactic peptides produced by porcine alveolar macrophages[J].J Biol Chem,1991,266:8455-8460.

    [6]于严,董林旺,汤健,等.内皮素和循环休克[M].见:汤健,唐朝枢.心肺内分泌学.北京:北京科学技术出版社,1991.178-180.

    [7]Stuchr D,Mauletta MA.Mammalion nitrate biosynthesis:mouse macrophages produce nitrite and nitrate in response to Escherichia coli lipopolysacharide[J].Pro Natl Acad Sci USA,1985,82:7738-7742.

    [收稿:1999-10-08], 百拇医药