关于高压氧和低压缺氧预处理对家兔大脑中动脉闭塞后脑梗死的防治作用及其机制

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【摘要】 目的：观察高压氧预处理（HBOP）和低压缺氧预处理（HHP）对兔大脑中动脉闭塞（MCAO）后局灶性脑梗死程度及周围脑组织氧分压(PbtO2)的影响. 方法：雄性家兔72只随机分为单纯MCAO组，HBOP＋MCAO组(100% O2， 2.5 ATA， 1 h/d， 5 d)和HHP＋MCAO组(4000 m， 61.6 kPa， 3 d)，每组24只， 采用改良Bederson法建立家兔MCAO模型，分别于MCAO前、MCAO后1，3和10 d观察脑MRI信号强度、脑梗塞灶体积及梗塞灶边缘PbtO2. 结果：MRI结果显示MCAO后3，10 d时HBOP＋MCAO组和HHP＋MCAO组缺血区异常信号范围较单纯MCAO组明显缩小，HBOP＋MCAO组缺血区标准化信号强度（SIR）于3，10 d时分别为1.62±0.09， 1.17±0.10；HHP＋MCAO组缺血区SIR于3，10 d时分别为1.64±0.06， 1.20±0.09；均低于单纯MCAO组的1.83±0.07， 1.36±0.06 (P&<0.05). TTC染色显示的梗塞灶体积在3和10 d时HBOP＋MCAO组和HHP＋MCAO组小于单纯MCAO组；HBOP＋MCAO组家兔梗塞灶边缘PbtO2于1，3和10 d时分别为（8.27±0.58）， （11.92±1.27）和（16.12±1.42） mmHg；HHP＋MCAO组家兔梗塞灶边缘PbtO2分别为（8.46±0.90）， （10.77±1.19）和(15.33±1.29) mmHg，均高于单纯MCAO组的(7.03±1.06)，(8.43±0.86)和(11.83±1.28) mmHg (P&<0.05). 结论: HBOP及HHP对家兔MCAO后局灶性脑缺血具有一定的防治作用.
【关键词】 高压氧 缺氧 局灶性脑缺血
　　 0引言
　　Wada等［1］在1996年报道提示高压氧预处理(hyperbaric oxygen preconditioning， HBOP)对缺血性脑损伤有缺血耐受作用，HBOP的研究目前仍不多，近年缺血耐受现象研究报道主要集中在低压缺氧预处理(hypobaric hypoxia preconditioning， HHP)方面［1-2］，更缺乏HBOP和HHP脑保护作用比较研究. 本研究利用家兔大脑中动脉闭塞（middle cerebral artery occlusion， MCAO）模型，观察HBOP和HHP对MCAO家兔脑MRI、脑梗塞灶体积及梗塞灶边缘脑组织氧分压(partial pressure of brain tissue oxygen， PbtO2)的影响，探讨HBOP和HHP对缺血性脑损伤的保护作用及相关机制.
　　1材料和方法
　　1.1材料体质量2.0~2.5 kg，3～4月龄的雄性家兔72只（第三军医大学实验动物中心提供），随机分为单纯MCAO组，HBOP＋MCAO组和HHP＋MCAO组，每组24只. 于各组中分别随机抽取6只动物不行MCAO作为对照组，余下动物在MCAO后1，3和10 d各时相点分别随机抽取6只动物进行相关指标检测. 动物禁食但不禁水12 h后，采用改良Bederson法［3］经眶后入颅制作家兔MCAO的模型.
　　1.2方法
　　1.2.1预处理动物高压氧和低压缺氧预处理参照文献［4］进行.
　　1.2.2MRI检查方法及图像分析使用Simens sonata 1.5T超导MRI机. 家兔MCAO后在规定时相点均行MRI检查， 运用图像分析软件ANALYZE（Version 7.5， CNSsoftware， Rochester， MN， USA）测定不同时相点T2WI异常信号体积(异常信号区面积×层厚×层数)，计算体积比＝异常信号体积/同侧半球体积×100%表示；在右侧基底节区、颞叶部位缺血区选取固定的感兴趣区（ROI， 0.3 cm），应用MR内固定软件，测量不同层面感兴趣区T2WI的平均信号强度，同时测量相应层面感兴趣区对应的左侧镜像区的平均信号强度，二者的比值为标准化信号强度（SIR）［5］.
　　1.2.3脑组织梗塞体积测定实验动物处死，快速取脑，去掉嗅球、小脑和低位脑干，-20℃下冰冻30 min. 将脑冠状切成五片，用4 g/L的2， 3， 5氯化三苯四氮唑(TTC)磷酸盐缓冲液染色，检测梗死灶体积大小. TTC染色结果判定：正常脑组织区域染为红色，缺血梗塞区脑组织为灰白色. 梗死灶体积按公式V=SD/2计算(S为每一脑片梗死灶面积，D为脑片厚度)，所有脑片梗死灶体积之和为梗死灶总体积.
　　1.2.4PbtO2监测在动物术后各预定时相点， 30 g/L异戊巴比妥钠（60 mg/kg）麻醉，麻醉成功后将家兔固定，根据MCAO后首次MRI显示的梗塞灶边界钻孔插入脑组织氧监测探头，插入深度12 mm，连接LICOX CMP组织氧监测仪，待各参数稳定后，维持45 min后，记录结果.
　　统计学处理: 计量资料采用x±s表示. 采用SPSS11. 0统计软件处理，组间均数比较采用方差分析及LSOt检验，组内比较采用随机区组方差分析.
　　2结果
　　2.1对MRI信号范围和强度的影响家兔脑MRI不同时相点均表现缺血区T2WI呈高信号，其中1 d时高信号影显示较均匀，主要在右基底节区和右侧大脑半球颞顶叶，三组的信号范围及强度无明显差别. 3 d时T2WI高信号影范围稍扩大且欠均匀，边界较模糊，平均信号强度增高，但HBOP和HHP组信号强度及范围明显小于单纯MCAO组.10 d时三组T2WI高信号范围缩小，信号强度降低，多位于顶叶或颞叶，二预处理组信号范围及强度均显著小于单纯MCAO组（P&<0.05，表1）. 表1MCAO后T2WI异常信号范围及强度
　　2.2对脑梗塞灶体积和脑组织PbtO2的影响MCAO第1日三组家兔大脑基底节区及颞叶部位出现明显梗死灶，且梗死体积三组间无明显差异. 第3日达高峰，但HBOP和HHP组脑梗死体积明显小于单纯MCAO组. 第10日三组梗死灶均明显缩小，二预处理组显著优于对照组（P&<0.05， 图1，表2).
　　3讨论
　　Astrup等［6］于1977年在狒狒MCAO模型中发现，缺血坏死区周围皮质局部脑血流量降至15 mL/(100 g/min)时，自主细胞活动消失而细胞间隙K+浓度突然升高，神经细胞死亡，由此提出了坏死核心区（infarcted core， IC）和缺血半暗带（ischemia penumbra， IP）的概念，并且认为缺血核心区是不可逆损害，而细胞功能停止但结构完整的半暗带区是可逆损伤区. Hakim等［7］从临床干预治疗的角度将半暗带定义为“潜在的可逆性缺血组织”. PbtO2反映了局部脑组织内氧的水平，可反映局部脑组织缺血程度，而PbtO2监测仪具有微创、稳定、灵敏、客观、直接的特点，可独立提供脑氧的信息［8］. 我们前期研究［4，8］提示PbtO2监测能反映颅脑损伤后局部的脑缺氧状况，及时准确反映伤情变化. 本实验在建立家兔MCAO后1 d将PbtO2探头置于梗塞灶边缘MRI所示的异常信号灶，发现家兔MCAO后PbtO2明显下降(P&<0.05)， 单纯MCAO组在MCAO后1 d时PbtO2仅为MCAO前的24%，但随着时间的推移，梗塞灶周围的PbtO2不断升高，可能是脑水肿等消退后颅内压下降，从而改善脑的血供，而这种PbtO2水平的升高，则可能是“缺血半暗带”细胞功能恢复的前提条件.

我们对高压氧预处理后颅脑外伤的观察发现，预处理组MMP9表达明显减少，且电镜见血脑屏障的损伤较对照组轻，提示高压氧预处理对颅脑损伤的神经保护作用的机制可能与抑制MMP9的表达有关［4］. Kim等［9］发现高压氧预处理组的过氧化氢酶的活性和过氧化氢酶基因的表达都比对照组高，而应用了过氧化氢酶抑制剂后，高压氧预处理的缩小心肌梗死面积作用消失，提示高压氧作用效应的机制可能与过氧化氢酶的作用有关. Duan等［10］比较自由基清除系统的变化发现，与未预处理组相比，仅低氧处理1次组整个脑区的超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶的活性明显降低，而海马脂质过氧化物的浓度明显升高. 但是经低氧处理4次后，它们的水平趋向于恢复至正常对照组水平，提示氧自由基和它们的特异清除酶参与了低氧耐受形成. 研究均提示氧自由基及其内源性清除酶系统参与了HBOP和HHP致脑缺血耐受的形成和发展，而且自由基可诱导HIF1α表达上调，HIF1α的上调促进其下游基因的转录可提高低氧的耐受能力［1，11］. 这也是HBOP和HHP的神经保护作用无明显差异的可能原因之一. HBOP和HHP的对脑缺血的神经保护机制不完全一致，有待进一步研究.

参考文献

［1］ Wada K， Ito M， Miyazawa T， et al. Repeated hyperbaric oxygen induces ischemia tolerance in gebil hippocampus［J］. Brain Res，1996，740(12):15-20.

［2］ Liu J， Purnima N， Fengshan YU， et al. Neuroprotection by hypoxia preconditioning involves oxidative stressmediated expression of hypoxiainducible factor and erythropoietin［J］. Stroke， 2005，36(6):1264-1269.

［3］ Bederson JB， Pitts LH， Tsuji M， et al. Rat middle cerebral artery occlusion: Evlutation of the model and development of neurologic examination ［J］. Stroke， 1986， 17(3): 472-476.

［4］ 胡胜利，冯华，刘智，等. 高压氧预适应对大鼠高原颅脑损伤的影响［J］. 军事医学科学院院刊， 2006，30(6):541-543.

［5］ Henninger N， KuppersTiedt L， Sicard KM， et al. Neuroprotective effect of hyperbaric oxygen therapy monitored by MRimaging after embolic stroke in rats［J］. Exp Neurol， 2006， 201(2):316-323.

［6］ Astrup J， Symon L， Branston NM， et al. Cortical evoked potential and extracellular K+ and H+ and critical levels of brain ischemia［J］. Stroke， 1977， 8(1): 51-57.

［7］ Hakim AM. Ischemic penumbra: The therapeutic window［J］. Neurology， 1998， 51(3Suppl 3):S44-S46.

［8］ 胥全宏，冯华，王宪荣，等. 高原大鼠颅脑损伤局部脑组织氧分压变化特点［J］.中华神经外科疾病研究杂志，2005， 4(2):137-140.

［9］ Kim CH， Choi H， Chun YS， et al. Hyperbaric oxygenation pretreatment induces catalase and reduces infarct size in ischemic rat myocardium［J］. Pflugers Arch， 2001，442(1):519-525.

［10］ Duan C， Yan F， Song X， et al. Changes of superoxide dismutase， glutathione perioxidase and lipid peroxides in the brain of mice preconditioned by hypoxia［J］. Biol Signals Recept， 1999， 8(45):256-260.

［11］ Rauca C， Zerbe R， Jantze H， et al. The importance of free hydroxyl radicals to hypoxia preconditioning［J］. Brain Res， 2000， 868(1): 147-149.