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编号:10269361
内源性一氧化氮调节大鼠低氧性肺血管结构的重建
http://www.100md.com 《中华儿科杂志》 1999年第2期
     作者:齐建光 杜军保 贾建锋

    单位:100034 北京,北京医科大学第一医院儿科

    关键词:一氧化氮;低氧;肺动脉;大鼠

    中华儿科杂志990212 【摘要】 目的 研究内源性一氧化氮对低氧性肺血管结构重建形成的调节作用。方法 大鼠随机分为4组:常氧组(n=8)、低氧组(n=8)、低氧+L-精氨酸(L-Arg)组(n=8)、低氧+Nω-硝基-L-精氨酸甲酯(L-NAME)组(n=6)。以光镜观测各组大鼠肺中、小肌型动脉的相对中膜厚度(RMT)及相对中膜面积(RMA)和三型肺小血管百分比。结果 低氧组大鼠肺中、小肌型动脉RMT及RMA和肺小血管肌型动脉百分比,较常氧组升高(P均<0.01)。低氧+L-Arg组大鼠肺中、小肌型动脉RMT及RMA和肺小血管肌型动脉百分比,较低氧组降低(P均<0.01)。低氧+L-NAME组大鼠肺中、小肌型动脉RMT及RMA和肺小血管肌型动脉百分比,较低氧组升高(P均<0.01)。结论 内源性一氧化氮对低氧性肺血管结构重建的形成有重要的调节作用。
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    Endogenous nitric oxide regulates hypoxic pulmonary vascular remodeling in rats QI Jianguang, DU Junbao,JIA Jianfeng. Department of Pediatrics, First Hospital, Beijing Medical University, Beijing 100034

    【Abstract】 Objective The study aimed to investigate the role of endogenous nitric oxide in the regulation of hypoxic pulmonary vascular remodeling in rats. Methods Thirty rats were randomly divided into four groups: normoxic group (n=8), hypoxic group (n=8), hypoxic+L-arginine group (n=8) and hypoxic+Nω-L-nitro-arginine methyl ester (L-NAME) group (n=6). Relative medial thickness (RMT) and relative medial area (RMA) of pulmonary arteries and the percentage of muscularized arteries were observed in the rats of each groups by using a light microscope. Results RMT and RMA of pulmonary arteries and the percentage of muscularized arteries were obviously increased in hypoxic rats as compared with normal controls, respectively (P<0.01). L-arginine significantly reduced RMT and RMA of pulmonary arteries and the percentage of muscularized arteries of chronically hypoxic rats (P<0.01). L-NAME, however, markedly increased RMT and RMA of pulmonary arteries and the percentage of muscularized arteries of chronically hypoxic rats (P<0.01). Conclusion Endogenous nitric oxide played an important part in the regulation of the development of hypoxic pulmonary vascular remodeling.
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    【Key words】 Nitric oxide Anoxia Pulmonary artery Rats

    低氧性肺动脉高压是临床众多心肺疾病发生、发展过程中重要的病理生理环节[1]。低氧性肺血管结构重建是慢性低氧性肺动脉高压的重要病理基础。然而,迄今为止其形成机制尚未完全清楚。一氧化氮(nitric oxide, NO)是近年来发现的一种新型细胞信使分子,由L-精氨酸(L-arginine, L-Arg)在一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)及其辅助因子的作用下产生,它在许多心肺血管疾病的发生发展中起着重要的调节作用[2]。我们通过研究NO前体L-Arg和NOS抑制剂Nω-硝基-L-精氨酸甲酯(Nω-nitro-L-arginine methyl ester, L-NAME)对低氧大鼠肺动脉相对中膜厚度和面积以及肺血管肌化程度的影响,探讨内源性NO对低氧性肺血管结构重建的调节作用。
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    材料及方法

    一、实验对象

    雄性Wistar大鼠30只,体重200~300 g,随机分为4组,即:常氧组(n=8)、低氧组(n=8)、低氧+L-Arg组(n=8)及低氧+L-NAME组(n=6),分别置于四个笼内。

    二、实验方法

    低氧大鼠置于CG1型常压低氧舱内(中国医学科学院基础医学研究所病理生理研究室),控制舱内氧浓度在(10.0±0.5)%(由氧气分析仪连续监测舱内氧浓度),舱内放置钠石灰吸收二氧化碳,无水氯化钙吸收水蒸气。每天连续低氧6小时,共低氧2周。低氧+L-Arg组大鼠每天低氧前即刻腹腔注射L-Arg 500 mg/kg,低氧+L-NAME组大鼠每天低氧前即刻腹腔注射L-NAME 5 mg/kg,常氧组和低氧组大鼠每天腹腔注射相同体积的生理盐水,4组大鼠的常规饲养及饮食条件相同。
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    各组大鼠饲养两周后,于腹腔内注射10%乌拉坦(1 ml/100 g)进行麻醉,固定于手术台上,打开胸腔,取一侧肺叶,以10%甲醛缓冲液固定,梯度酒精顺序脱水,二甲苯透明后石蜡包埋,切片(厚5 μm),Weight弹力纤维染色,Van Gieson复染。

    三、观测指标

    1.三型肺小血管百分比的测定:在40倍光镜下,观察并计数整个切片内的肺小血管(15 μm<外径50 μm)中肌型动脉、部分肌型动脉及非肌型血管的数目,分别计算它们各占肺小血管总数的百分比。肌型动脉在光镜下具有完整的内外两层弹力层;部分肌型动脉在光镜下具有完整的外弹力层,但内弹力层不完整;非肌型血管在光镜下仅有一层弹力层。

    2.肺中、小肌型动脉的相对中膜厚度及面积的测定:应用Q550 LW图像处理与分析系统对整个切片中的内弹力层清晰、形状较规则的肺中、小肌型动脉进行分析。运用Leica Qwin软件测量每个血管的如下指标:过血管轴心的外弹力层之间的最长外径和最短外径;内弹力层长度;内弹力层包围的面积;外弹力层包围的面积。根据Barth等[3]的方法计算不同切面角度及处于不同舒缩状态的血管之相对中膜厚度( relative medial thickness, RMT)及相对中膜面积(relative medial area, RMA)。
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    每只大鼠测量5~10个肺中、小肌型动脉,分别测算肺中等肌型动脉(50μm<外径150μm)和肺小肌型动脉(15μm<外径 50μm)的RMT及RMA,并求其均值。

    四、统计学处理

    实验数据以均数±标准差表示。采用单因素方差分析对三型肺小血管百分比,肺中、小肌型动脉RMT和RMA在各组之间的差异进行比较。

    结 果

    一、4组大鼠三型肺小血管百分比的变化(表1)

    表1 四组大鼠三型肺小血管的百分比(±s,%) 组别

    大鼠数
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    肌型动脉

    部分肌型动脉

    非肌型血管

    常氧组

    8

    9.3±1.9*

    7.3±0.7*

    83.3±2.2*

    低氧组

    8

    15.9±1.6

    10.3±0.7
, 百拇医药
    73.8±1.6

    低氧+L-Arg组

    8

    11.9±0.6*

    9.5±0.5

    78.6±0.6*

    低氧+L-NAME组

    6

    20.2±1.24

    11.9±1.4*

    67.8±2.4*
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    组间比较

    F值

    75.17

    34.75

    96.12

    P值

    <0.001

    <0.001

    <0.001

    注:表中各组与低氧组比较(q检验),* P<0.01

    4组大鼠三型肺小血管百分比间经方差分析,差异均有非常显著意义(均为P<0.001)。低氧组大鼠肌型动脉百分比高于常氧组和低氧+L-Arg组,但低于低氧+L-NAME组;部分肌型动脉百分比高于常氧组,但低于低氧+L-NAME组;而非肌型血管百分比则低于常氧组和低氧+L-Arg组,高于低氧+L-NAME组。以上经q检验,P均<0.01。
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    二、4组大鼠肺中、小肌型动脉相对中膜厚度及面积(表2)

    表2 四组大鼠肺中、小肌型动脉相对中膜厚度及面积(±s,%) 组别

    大鼠

    数

    相对中膜厚度

    相对中膜面积

    肺中等肌型动脉

    肺小肌型动脉

    肺中等肌型动脉

    肺小肌型动脉
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    常氧组

    8

    7.5±1.0*

    10.0±1.3*

    14.4±1.8*

    19.1±2.3*

    低氧组

    8

    10.0±0.7

    15.2±0.6

    18.9±1.2
, 百拇医药
    28.0±1.0

    低氧+L-Arg组

    8

    8.2±0.3*

    11.4±1.4*

    15.7±0.5*

    21.4±2.5*

    低氧+L-NAME组

    6

    12.3±1.3*

    21.0±4.4*
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    23.0±2.2*

    37.3±6.8*

    组间比较

    F值

    42.85

    33.67

    43.59

    36.94

    P值

    <0.001

    <0.001

    <0.001
, 百拇医药
    <0.001

    注:表中各组与低氧组比较(q检验),* P<0.01

    4组大鼠肺中、小肌型动脉RMT及RMA间经方差分析,差异均有非常显著意义(均为P<0.001)。相互比较q检验结果表明,低氧组大鼠肺中、小肌型动脉RMT及RMA均高于常氧组和低氧+L-Arg组,但低于低氧+L-NAME组,P均<0.01。

    讨 论

    低氧性肺血管结构重建的主要特征为肺动脉中膜平滑肌细胞增生、肥厚,中膜增厚,肺小血管肌化程度增加和细胞外基质增多。我们的实验表明,低氧两周后大鼠肺小血管中肌型动脉百分比升高,肺中、小肌型动脉RMT及RMA增加。提示慢性常压低氧两周可导致低氧性肺血管结构重建,此结果与以往的研究结论一致[4]。由于肺动脉中膜增厚和肺小血管的肌化程度增加,可使血管内腔变窄,血流阻力增加,减少了肺血管对血容量改变的缓冲作用,促进肺动脉高压的形成[5]
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    以往在对大鼠慢性低氧性肺动脉高压的研究中发现,对低氧大鼠每天予以L-NAME腹腔注射二周后, 其血浆 NO 水平较单纯低氧大鼠明显下降,同时其肺动脉压力显著升高,提示内源性NO对慢性低氧性肺动脉高压起着重要的调节作用[6]。由于低氧性肺血管结构重建是慢性低氧性肺动脉高压的重要病理基础,因此我们通过腹腔注射NOS抑制剂L-NAME,探讨了内源性NO对慢性低氧性肺血管结构重建的可能调节作用。本研究结果表明,对慢性低氧大鼠腹腔注射L-NAME二周后,其肺小血管肌化程度较单纯低氧大鼠明显增强,肺中、小肌型动脉RMT和RMA显著增加。此外,本实验也证实,给予慢性低氧大鼠腹腔注射NO前体L-Arg可减轻肺小血管肌化程度,降低肺动脉中膜厚度。因而,是在以往的实验研究基础上[7,8],证明了内源性NO体系对慢性常压低氧性肺血管结构的重建起重要的调节作用。

    NO调节低氧性肺血管结构的重建,可能存在如下机制:(1)体外实验证实NO对血管平滑肌细胞增殖有直接抑制作用[9];(2)NO通过对促进血管平滑肌细胞增殖因子的抑制作用,抑制平滑肌细胞增殖[10,11];(3)慢性低氧时肺血管收缩反应加强,血管张力增加,对肺血管结构重建有直接作用。而NO可通过舒张肺血管,降低肺血管张力,缓解肺血管结构的重建。
, 百拇医药
    我科以往的实验结果及国内外大多数的研究均表明,低氧性肺动脉高压时, 大鼠肺动脉内皮细胞内NOS mRNA及蛋白产物表达明显降低,NO合成释放减少,活性丧失[12]。又结合本实验所证明的内源性NO体系对慢性低氧性肺血管结构重建的调节作用,我们可以推测低氧所致的内源性NO体系下调可能参与了低氧性肺血管结构的重建。

    然而,Hample等[13]也曾在慢性低氧大鼠的饮用水中添加L-NAME(1.85 mmol),但未发现对肺血管结构的影响。这可能与大鼠低氧后饮水规律紊乱及饮水量减小,不能保证大鼠L-NAME的准确摄入剂量有关。

    既往肺动脉相对中膜厚度的测定方法主要有两种,即管壁厚度法和平面几何法[14,15]。我们采用的方法综合了上述两种方法的优点,不仅可测定斜切的血管,而且可测定各种舒缩状态的血管,不需灌注,操作简便。

, 百拇医药     本课题由国家自然科学基金资助(基金项目编号:39470735)

    参考文献

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, 百拇医药
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, 百拇医药
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    10 杜军保, 李万镇, 赵斌, 等. 一氧化氮对慢性缺氧大鼠肺动脉内皮素基因表达的影响. 中华医学杂志, 1997, 77 : 263-265.

    11 Kourembanas S, Mcquillan LP, Leung GK. et al. Nitric oxide regulates the expression of vasoconstrictors and growth factors by vascular endothelium under both normoxia and hypoxia. J Clin Invest, 1993, 92: 99-104.
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    12 杜军保, 赵斌, 黎文, 等. 一氧化氮合成酶mRNA在缺氧性肺动脉高压大鼠肺动脉的表达和分布. 中华儿科杂志,1998,36:19-21.

    13 Hample V, Archer SL, Nelson DP, et al. Chronic EDRF inhibition and hypoxia:effects on pulmonary circulation and systemic blood pressure. J Appl Physiol, 1993, 75: 1748-1757.

    14 Fernie JM, Lamb D. Method for maximising measurments of muscular pulmonary arteries. J Clin Pathol, 1985, 38: 1380-1387.

    15 Cook TA, Yates PO. A critical survey of techniques for arterial mensurarion. J Path, 1972, 108: 119-127.

    (收稿:1998-02-26 修回:1998-08-01), 百拇医药