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编号:10268717
聚DL-天冬氨酸对庆大霉素耳毒性拮抗作用的实验研究
http://www.100md.com 《中华耳鼻咽喉头颈外科杂志》 1999年第4期
     作者:郭玉芬 李哲生 胡牧

    单位:100853 北京 解放军总医院耳鼻咽喉科(郭玉芬); 北京医科大学第三临床医院耳鼻咽喉科(李哲生、胡牧)

    关键词:天冬氨酸;;庆大霉素类;;药物拮抗作用;;耳毒性;;聋

    中华耳鼻烟喉科杂志990408 摘要 目的 研究聚DL-天冬氨酸(poly DL-aspartic acid,PAA)对F-344大鼠庆大霉素(gentamicin,GM )耳毒性的拮抗作用。方法 选用健康F-344大鼠50只,随机分4组:Ⅰ为GM、Ⅱ为PAA+GM、Ⅲ为PAA、Ⅳ为生理盐水对照组;通过观测4组大鼠不同时期、不同频率听性脑干反应(auditory brainstem respons,ABR)阈值的改变;计数耳蜗毛细胞死亡率,以观察PAA对F-344大鼠GM耳蜗毒性的拮抗作用;用双向扩散血清培养基检测法观察PAA 对 GM 抗菌活性的影响。 结果 Ⅰ组短纯音10 kHz、8 kHz ABR阈值与其他3组差异有显著性(P<0.01),给药18 d耳蜗毛细胞死亡率与其他3组间差异也有显著性(P<0.01)。结论 PAA对庆大霉素的耳毒性具有拮抗作用,且不减低其抗菌活性。
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    Protective effect of poly DL-aspartic acid on ototoxicity of gentamicin

    GUO Yufen, LI Zhesheng, HU Mu.

    Department of Otolaryngology,PLA General Hospital,Beijing 100853

    Abstract Objective To observe the protective effect of poly DL-aspartic acid (PAA) on ototoxicity of gentamicin (GM). Methods Fifty F-344 rats were divided into four groups, GM only、PAA+GM、PAA only and saline control. ABR thresholds at different frequencies were measured at different times and hair cell losses were numerated. Two-dimensional diffusion assays in the culture medium were performed to evaluate the effect of PAA on the antimicrobial activity. Results Eighteen days after the treatment, ABR thresholds at 10 kHz and 8 kHz as well as hair cell losses in the GM-treated group showed significant differences as compared with other three groups (P<0. 01). Conclusion PAA had the protective effect against the cochlear ototoxicity of GM without decreasing its antimicrobial activity.
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    Key words Aspartic acid Gentamicins Drug antagonism Ototoxicity Deafness

    1985年Williams等[1]首次报道聚L-天冬氨酸(poly L-aspartic acid, PAA)对氨基糖甙类抗生素(aminoglycoside antibiotics,AmAn) 肾毒性具有保护作用,而不减低其抗菌活性,此后国外陆续从生物化学、病理形态、功能改变等方面研究支持并肯定了这一论点。Hulka等[2](1993)在白色豚鼠的研究表明PAA 在用药期间对庆大霉素(gentamycine,GM)的耳蜗毒性有一定的保护作用。本实验记录不同时期、不同频率听性脑干反应( auditory brainstem response,ABR)阈值的改变,计数耳蜗毛细胞死亡率,观察PAA对F-344大鼠GM耳蜗毒性的拮抗作用;此外,用双向扩散血清培养基检测法观察PAA对GM 抗菌活性的影响。
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    材料及方法

    1.实验动物:选用雄性、体重120~320 g(平均220 g)耳廓反射存在的健康F-344大鼠50只(中国医学科学院动物中心提供),随机分为4组:Ⅰ为GM、Ⅱ为PAA+GM、Ⅲ为PAA和Ⅳ为生理盐水对照组,Ⅰ、Ⅱ组各13只,Ⅲ、Ⅳ组各 12只;每组动物放入同一笼内,用L-485饲料喂养,同时给药,同时记录,分批宰杀。

    2.用药剂量和方法:Ⅰ组GM 100 mg/kg体重腹腔注射;Ⅱ组PAA 690 mg/kg体重提前 5min 腹腔注射, 再用GM 100 mg/kg体重;Ⅲ组PAA 690 mg/kg体重腹腔注射;Ⅳ组用与GM同容量的盐水腹腔注射。PAA(Sigma公司,美国)每千克(kg)体重使用药量的容量与GM(40 mg/ml, 批号:930604,大同利群制药厂生产)相同。PAA为消旋和左旋聚天冬氨酸各半的混合体,用蒸馏水配制成276 mg/ml。

    每只大鼠给药前麻醉下记录基础ABR,然后连续给药18 d,记录ABR,每组随机取半数动物宰杀,其他的动物观察到给药停止后21 d 记录ABR,宰杀。所有宰杀的动物快速取出听泡,做组织学处理。
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    3.ABR记录方法:使用Madson ERA-2250记录仪,每次记录前用声级计校准耳机,用3%戊巴比妥1 ml/kg腹腔注射麻醉动物、保温, 动物头部固定在带电极的小夹板上,刺激电极刺入右耳乳突皮下,记录电极刺入头顶正中皮下,地极刺入左耳乳突皮下,短纯音10、8、4 kHz(上下1ms)和短声重复率10 次/s,滤波带宽20~1 500 Hz。阈值的确定以每5 dB SPL降级观察Ⅲ波改变, 每声级刺激2次取其平均值,直到肉眼看不到Ⅲ波为止。

    4.听泡组织处理:断头宰杀动物,快速取出右侧听泡,按号分别放入SuSa 固定液中48 h,然后梯度酒精脱水,不同浓度火棉胶浸胶、包埋, 做连续切片(片厚10 μm)190~210 张(平均200张),随机取尾数为0的切片19~21张(平均20张),HE染色,光镜连续观察,用描摹翻造法计数耳蜗毛细胞死亡率。本实验动物饲养中死亡13只,制做标本中损坏2个,故本实验最终观察标本共35个,其中Ⅰ组10个,Ⅱ组5个,Ⅲ组6个,Ⅳ组4个。
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    5 .双向扩散血清培养基检测法:将培养基分上、中、下3排,第一排将稀释10倍的PAA 2 μL与GM原液5 μL混加2个点,第二排只加GM 原液3个点(5 μL/点),第三排混加PAA原液(276 mg/ml)20 μL与GM原液5 μL 2个点,37℃ 温箱孵育 24 h后,观察每个点周围无菌圈的大小改变。

    6.统计学处理:全部测得的实验证据,实验组与对照组均以均数±标准差(±s)表示,采用方差分析,成组t检验、配对t检验比较差异的显著性。

    结果

    1.ABR阈值改变:给药18 d和给药停止后21 d 4组不同频率ABR阈值改变见图1,2。
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    图1 4组F-344大鼠治疗18 d不同频率ABR平均反应阈值

    图2 4组F-344大鼠停药21 d不同频率ABR平均反应阈值

    Ⅰ组短纯音10、8 kHz与其他3组间差异有显著性(P<0.01),说明PAA对GM耳毒性有拮抗作用。给药停止后21 d的ABR各频率4组间差异无显著性(P>0.05);4组给药不同时期不同频率ABR阈值与给药前进行配对t检验,只有Ⅰ组给药18 d 短纯音10 kHz和给药停止后21d的4 kHz差异有显著性(P<0.05)。

    2.毛细胞计数:给药18 d和给药停止后21 d耳蜗毛细胞死亡率见表1。

    表1 4组F-344大鼠给药18 d与给药停止21 d耳蜗毛细胞死亡率(±s) 组 别
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    给药18 d

    给药停止21 d

    动物数

    毛细胞死亡率(%)

    动物数

    毛细胞死亡率(%)

    Ⅰ

    10

    42.40±15.14

    5

    49.14±11.15

    Ⅱ

    5
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    8.20± 3.28

    5

    10.48± 6.84

    Ⅲ

    6

    13.57± 5.33

    6

    13.57± 5.33

    Ⅳ

    4

    14.10± 5.14

    4

    14.10± 5.14
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    给药18 d 和给药停止后21 d 耳蜗毛细胞死亡率Ⅰ组与其他3组间差异有显著性(P<0.01),说明PAA对GM耳毒性有拮抗作用;Ⅰ、Ⅱ组给药18 d与给药停止后21 d耳蜗毛细胞死亡率经成组t检验差异均无显著性(P>0.05),说明给药停止后21 dⅠ组动物中耳蜗毛细胞没有恢复(图3),Ⅱ组动物中耳蜗毛细胞没有再出现死亡(图4)。

    图3 GM组给药停止后21 d的IHC、OHC1、OHC2、OHC3细胞结构破坏,核大部消失,残存的核位移。HE×40 图4 PAA+GM组给药停止后21 的IHC、OHC1、OHC2、OHC3完好。HE×40

    双向扩散血清培养基检测结果:上、中、下3排7个点周围无菌圈的大小无差异性。
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    讨论

    Sullivan等[3]的研究表明F-344大鼠比其他大鼠对GM的敏感性强,且可清楚的显示肾毒性和耳毒性改变,故该大鼠为敏感而有效的实验动物种选;有关GM 的用量依据对大鼠耳中毒的量时效实验观察结果[4],选用最适剂量100 mg/kg体重,用药时间为18 d;PAA的剂量依据PAA与GM分子量比为1∶2时才有效[5],选用 PAA 为690 mg/kg体重。

    从4组不同时期所观测频率ABR阈值改变可以看出,给药18 d后Ⅰ组与其他3组间短纯音10 kHz、8 kHz差异有显著性(P<0.01);4组给药不同时期不同频率ABR阈值与给药前进行配对t检验,只有Ⅰ组给药18 d 短纯音10 kHz和给药停止后21 d的4 kHz差异有显著性(P<0.05),提示给药18 d后PAA对GM的耳毒性有拮抗作用。给药18 d的Ⅰ组 GM 主要侵犯高频,停药一段时间后低频也开始受影响,这与Lerner等[6]的研究报道相符,他提出氨基糖甙类抗生素首先作用于耳蜗基底部,使高频受影响,然后发展到顶部,相应的中、低频受影响。
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    给药18 d耳蜗毛细胞死亡率Ⅰ组与其他3组间差异有显著性(P<0.01),提示给药18 d的PAA对GM的耳毒性有拮抗作用;给药停止后21 d耳蜗毛细胞死亡率Ⅰ组与其他3组之间差异也有显著性(P<0.01);而Hulka等[2]报道在PAA 用药期间对GM的耳蜗损害有保护作用,由于PAA的半衰期较GM短,停药一段时间,随着PAA的消失,GE 的耳毒性可能又开始出现,与本实验的结果不完全一致;但是Hulka等只观察了停药21 d后的耳蜗组织学改变,对给药18 d的耳蜗组织学改变没有进行观察。Kohlhepp等[7]报道GM与PAA联用后,在细胞内以复合物的形式存在,PAA可直接或间接促进GM的吸收,使细胞内GM的浓度非但未降低,反而比对照组升高,但GM在细胞内成为无毒性,不能到达或聚积在溶酶体内,阻止了中毒过程的发生;本实验Ⅰ组给药18 d耳蜗毛细胞死亡率(42.40±15.14)%与给药停止后21 d耳蜗毛细胞死亡率(49.14±11.15)%间,虽然没有出现统计学上的差异,但从数值上看出,给药停止21 d后耳蜗毛细胞死亡率还是有增加的趋势,提示给药停止后21 dⅠ组动物中GM仍有缓慢的毒性作用。
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    已经证实在机体中内耳和肾组织磷酸肌醇的含量相对高,易于使GM 与磷脂结合而中毒,但在pH值适合的细胞溶酶体内,PAA的浓度足够时可从磷脂中置换GM,阻止或减低了溶酶体磷脂沉积病态的发展,抑制了溶酶体超负荷、破裂致细胞坏死一系列中毒过程的发生,从而起到了一定的拮抗作用[8]

    双向扩散血清培养基检测结果表明,无论将PAA稀释10倍,还是用PAA 原液,均提示PAA对GM的抗菌活性没有影响。

    有关PAA的药代动力学、对GM毒性的保护机制及在内耳与肾组织的作用异同等问题应进一步研究,获取足够的理论依据,进一步证实PAA对GM耳毒性的拮抗作用;使PAA早日用于临床。

    参考文献

    1 Williams PD, Hottendorf GH. Inhibition of renal membrane binding and nephrotoxicity of gentamicin by polyasparagine and polyaspartic acid in the rat.Res Commun Chem Pathol Pharmacol,1985,47:317-320.
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    2 Hulka GF, Prazma J,Brownlee RE,et al.Use of poly-l-aspartic acid to inhibit aminoglycoside cochlea ototoxicity.Am J Otol,1993,14:352-356.

    3 Sullivan MJ,Rarey KE,Conolly RB. Comparative ototoxicity of gentamicin in the guinea pig and two strains of rats. Hear Res, 1987,31:161-167.

    4 郭玉芬,李哲生,胡牧.庆大霉素在Wistar大鼠耳毒性的量时效观察. 临床耳鼻咽喉科杂志,1997,9(增刊):112-114.

    5 Beauchamp D,Laurent G,Maldague P,et al.Protection against gentamicin-induced early renal alterations(phospholipidosis and increased DNA synthesis)by coadministration of poly-L-aspartic acid. J Pharmacol Exp Ther,1990,255:858-866.
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    6 Lerner M,Puel JL. Dose-dependent changes in the rat cochlea following aminoglycoside intoxication. II. Histological study. Hear Res,1987,26:199-209.

    7 Kohlhepp SJ,McGregor DN,Cohen SJ,et al Determinants of the in vitro interaction of polyaspartic acid and aminoglycoside antibiotics .J Pharmacol Exp Ther 1992,263:1464-1470.

    8 Ramsammy S,Josepovitz C,Lane BP,et al.Polyaspartic acid protects against gentamicin nephrotoxicity in the rat.J Pharmacol Exp Ther,1989,250:149-153.

    (收稿:1998-12-07 修回:1999-05-17), http://www.100md.com