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编号:10261224
一氧化氮合酶抑制剂对大鼠局灶性脑缺血的保护作用
http://www.100md.com 《中华航空航天医学杂志》 2000年第4期
     作者:曹非 孙圣刚 童萼塘 骆芳 李红莲 汪薇曦

    单位:曹非(430022 武汉,同济医科大学附属协和医院神经内科);孙圣刚(430022 武汉,同济医科大学附属协和医院神经内科);童萼塘(430022 武汉,同济医科大学附属协和医院神经内科);骆芳(湖北省财贸医院内科);李红莲(同济医科大学组织胚胎教研室);汪薇曦(同济医科大学组织胚胎教研室)

    关键词:脑缺血;一氧化氮合酶;酶抑制剂

    中华航空航天医学杂志000411 【摘要】 目的 观察选择性和非选择性一氧化氮合酶抑制剂在大鼠局灶性脑缺血时的作用,为临床应用提供实验依据。 方法 直接电凝大鼠大脑中动脉制成脑缺血模型,观察脑缺血后30、60、120、180 min各时点及使用两种一氧化氮合酶抑制剂(AG、L-NAME)后亚硝酸盐含量、测定缺血脑组织坏死体积并用电镜观察损伤海马CA1区。 结果 脑梗塞体积测定及电镜显示,30 min时AG、L-NAME治疗组脑损伤程度重于缺血组,而60~180 min正相反。 结论 一氧化氮合酶抑制剂在大鼠局灶缺血性脑损伤后期呈现脑保护作用,选择性一氧化氮合酶抑制剂优于非选择性一氧化氮合酶抑制剂, 脑缺血早期可考虑使用一氧化氮供体剂。
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    【中国图书资料分类法分类号】 R852.11

    Protective effect of nitric-oxide synthase inhibitors on local cerebral ischemia

    CAO Fei, SUN Shenggang, TONG Etang

    (Department of Neurology, Affiliated Union Hospital of Tongji Medical University, Wuhan 430022, China)

    【Abstract】 Objective To observe the effect of selective nitric oxide synthase inhibitor (AG) and non selective nitric oxide synthase inhibitor(L-NAME) on infarct volume and ultrastructural changes of rat brain after focal cerebral ischemia for different time periods. Methods One hundred and sixty Wistar rats served as subjects. In ischemia groups the middle cerebral arteries (MCA) were blocked, and in control group pseudo operation was made. In AG group and L-NAME group, AG or L-NAME was given iv 15 min before blockage of MCA. The nitrites contents, infarct volume and ultrastructure of hippocampus CA1 region were examined 30, 60, 120 and 180 min after blockage of MCA. Results In ischemia group as well as AG and L-NAME groups the nitrites contents showed tendency of lowering 30 min after blockage, and showed tendency of increasing from 60 min to 180 min after blockage. The pothological and ultrastructural changes 30 min after blockage of MCA in ischemia group were less serious than those in AG and L-NAME groups, while these changes in ischemia group 60~ 180 min after blockage of MCA were more serious than those in AG and L-NAME groups. Conc1usions It is suggested that nitric oxide synthase inhibitor is harmful in early stage of cerebral ischemia, but it has protective effect in the later stage. The selective nitric oxide synthase inhibitor is more effective than the non-selective one.
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    【Key words】 Cerebral ischemia; Nitric oxide synthase; Enzyme inhibitors

    一氧化氮(nitric oxide, NO)是一种重要的神经递质,且参与了缺血性神经元损害。由于一氧化氮合酶抑制剂用于脑缺血治疗的文章尚不多见,本研究在大鼠大脑中动脉阻断所造成的局灶性脑缺血模型中,运用非选择性一氧化氮合酶抑制剂(non-selective nitric oxide synthase inhibitor,nNOSI)——亚硝基左旋精氨酸(L-NAME)和选择性一氧化氮合酶抑制剂(selective nitric oxide synthase in-hibitor,sNOSI)——氨基胍(aminoguanidine, AG),通过对缺血性脑组织体积、亚硝酸盐测定及超微结构的观察,探讨一氧化氮合酶抑制剂在局灶性大鼠脑缺血不同时间的作用及作用机制,为临床脑缺血治疗提供新的思路。

    材料和方法
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    一、动物选择与分组

    选择250~300 g健康雄性Wistar大鼠160只(本校实验动物中心提供),随机分为假手术组、缺血组、AG组和L-NAME组,行缺血脑组织亚硝酸盐测定、体积测定及电镜观察,研究时点为脑缺血后30,60,120和180 min,每组各时点大鼠均为5只。

    二、模型制备

    采用改良的Oawner法[1],大鼠麻醉后固定于VDT-1型脑立体定位仪上,开骨窗,凝闭大脑中动脉,确认阻断后逐层缝合。假手术组不电凝;AG组在电凝前15 min经股静脉注入AG 150 mg/kg(Sigma公司产品);L-NAME组电凝前15 min经股静脉注射L-NAME 15 mg/kg(Sigma公司产品);缺血组在电凝前15 min注入等量生理盐水。

    三、亚硝酸盐测定
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    模型制备后按预定时间断头取脑置于冰盘中,按Kader法[2] 行缺血脑组织亚硝酸盐测定。亚硝酸盐和硝酸盐是NO终末代谢产物,硝酸盐在实验中被还原为亚硝酸盐,故亚硝酸盐可以反映NO产量。

    四、电镜观察

    模型制备后按预定时间断头取脑,按王宇平等著《大白鼠中枢神经系统解剖学基础》中的方法取海马CA1区组织约1.0 mm3固定、脱水、包埋、染色,JEM-1200 EX透射电镜观察。

    五、病理检查

    按预定时点将大鼠麻醉后10%福尔马林灌注固定, 断头取脑,石蜡包埋切片(厚度4 μm,间隔100 μm),HE染色,光镜单盲病理形态观察,采用IA-I型图像分析仪测量前脑各层面面积、梗死面积,结合切片间距计算体积(mm3)。
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    六、数据处理

    运用Oxstat数理统计程序完成组间、组内配对资料的显著性检验(配对t检验)。所有数据均用±s表示。

    结果

    一、NO代谢产物测定

    从表1中可以看出,缺血组亚硝酸盐含量30到60 min呈下降趋势;而从60到180 min呈上升趋势;用药组亦然。

    二、电镜观察结果

    1.缺血30 min:缺血组示部分细胞退行性变,大部正常;AG组正常神经细胞减少,核极不规则,呈退行性变;L-NAME组示正常神经细胞明显减少,核极不规则, 胞体缩小,线粒体肿胀。
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    2.缺血60 min:缺血组示部分神经细胞溶解性坏死, 染色质边集, 核团缩,部分神经细胞变性;AG及L-NAME组则以变性为主,溶酶体增多,核不规则,个别细胞坏死。

    3.缺血120 min:缺血组示核膜凹陷,染色质凝集成块,分布于核膜周围,较多神经细胞溶解坏死;AG组以变性为主,部分细胞正常,溶酶体轻度增加,核不规则;L-NAME组亦以变性为主,核轻度不规则,溶酶体明显增多。

    4.缺血180 min:缺血组大部分神经细胞溶解坏死,近于完全崩解,细胞质中广泛出现块状或泥沙样致密物,无结构;AG组少部分细胞坏死,仍以变性为主,核膜凹陷,染色质开始凝集成块;L-NAME组见核膜凹陷,染色质凝集,分布于核周围,部分细胞坏死。

    三、缺血区脑组织体积测定

    从表2中可以看出,缺血组缺血脑组织体积30到60 min呈下降趋势,60到l80 min呈上升趋势;AG组和L-NAME组亦然。
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    表1 缺血脑组织亚硝酸盐含量变化(±s,μmol/L)

    Tab 1 The nitrites contents of brain tissue after ischemia(±s,μmol/L) 组别

    Group

    例数

    No.

    缺血时间(min)

    Time after blockage of MCA(min)

    30
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    60

    120

    180

    假手术组

    Pseudo operation control group

    20

    2.83±0.53

    3.36±0.70

    4.38±0.62

    6.22±0.41

    缺血组

    Ischemia group
, 百拇医药
    20

    4.66±0.77

    2.68±0.49

    6.92±0.79

    10.12±0.33

    AG组

    AG+ ischemia group

    20

    4.37±0.38

    2.42±0.45
, 百拇医药
    3.91±0.41☆△

    6.00±0.27

    L-NAME组

    L-NAME+ischemia group

    20

    2.53±0.38△☆

    2.44±0.55

    4.33±0.13△*

    8.32±0.55☆△*

    与假手术组比较, ☆P<0.05;与缺血组比较, △P<0.05; 与AG组比较, *P<0.05
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    ☆P<0.05 vs. pseudo operation group; △P<0.05 vs ischemia group; *P<0.05 vs. AG group

    表2 缺血区脑组织体积(mm3)

    Tab 2 The brain infarction volume of rats after focal cerebral ischemia(mm3)

    组别

    Group

    例数

    No.

    缺血时间(min)
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    Time after blockage of MCA(min)

    30

    60

    120

    180

    假手术组

    Pseudo operation control group

    20

    0

    0

    0

    0
, 百拇医药
    缺血组

    Ischemia group

    20

    3.9±1.5

    8.7±3.5

    16.5±2.1

    24.3±6.5

    AG组

    AG+ischemia group

    20

    3.7±1.8

    7.9±2.9
, 百拇医药
    10.4±3.7

    14.8±4.7

    L-NAME组

    L-NAME+ischemia group

    20

    5.0±2.1

    7.9±3.2

    14.3±3.6△*

    20.2±3.3△*

    与缺血组比较, △P<0.05;与AG组比较,*P<0.05
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    △P<0.05 vs. ischemia group; *P<0.05 vs. AG group讨论

    一、NO和NOS在大鼠局灶性脑缺血时的作用特点

    NOS有两种形式:结构型NOS(constructive NOS,cNOS)和诱导型NOS(inducible NOS,iNOS)。cNOS是NOS的生理存在形式,合成NO时间短、量少;iNOS在生理条件下水平很低,脑缺血状态下局部炎症细胞受各种因素刺激,iNOS大量表达、激活,可长时间大量释放NO,故成为脑缺血后神经细胞迟发性损伤的重要原因。NOS属高度可调节酶,其底物左旋精氨酸衍生物可用于酶的竞争性抑制,本实验所用AG主要抑制iNOS,对cNOS作用很弱,属选择性NOSI,而L-NAME 对cNOS、iNOS均有作用,为非选择性NOSI。本实验发现大鼠局灶性脑缺血30至60 min时,缺血脑组织NO呈下降趋势, 60 min最低; 而从60到180 min,NO浓度呈上升趋势。Kader等[2]发现大鼠局灶性脑缺血皮层、海马组织亚硝酸盐含量、NOS活性在脑缺血后数分钟明显下降,60 min回到基本水平。本实验结果与Kader等研究结果相近,并有新的发现,30 min AG组NO浓度高于L-NAME组,推测NO主要来源于cNOS,表现脑保护作用;60 min AG组、L-NAME组NO浓度差别不大,并低于缺血组,说明此时cNOS合成NO能力近结束,与血管内皮细胞损伤及左旋精氨酸匮乏有关,而iNOS已开始激活并产生NO;120、180 min时,NO浓度AG组, 百拇医药
    二、NOSI对大鼠局灶性脑缺血结构的影响、作用机理及展望

    本实验电镜及脑梗死体积测定结果显示,30 min 时脑损伤程度L-NAME组>AG组>缺血组,说明此时段NO呈现脑保护作用,机理为NO调节血流量、降低白细胞粘附和迁移[3]、清除自由基、维持血管通透性等,此时NOSI加重脑损害,据此在脑缺血早期可以使用NO气体吸入、NO供体剂[4]或NO生成激动剂,巩固NO的脑保护作用; 60、120和180 min时AG组脑梗死体积与缺血组比较分别减少了9%、36%和40%,而L-NAME组则分别减少了9%、13%和17%, 此时段NO表现脑损伤作用,且AG的脑保护作用明显优于L-NAME,机制为iNOS大量表达激活导致损伤局部神经细胞能量代谢障碍[5]以及NO长时间过量释放所致细胞毒性作用,为脑缺血迟发性神经细胞损伤的重要原因。 故本实验证明在脑缺血后期NOSI的使用是有益的,而选择性NOSI优于非选择性NOSI ,这与Parmentier等[6]和Sorrenti等[7]的观点是一致的。
, 百拇医药
    参考文献

    1,Kuluz JW, Prado RJ, Dietrich WD, et al. The effect of nitric oxide synthase inhibition on infarct volume after reversible focal cerebral ischemia in conscious rats. Stroke,1993,24(12):2023-2029.

    2,Kader A, Frazzini VI, Soloman RA, et al. Nitric oxide production during focal cerebral ischemia in rats. Stroke,1993,24(11):1709-1716.

    3,Hudetz AG,Wood JD, Kampine JP. Nitric oxide synthase inhibitor augments post-ischemic 1eukocyte adhesion in the cerebral microcirculation in vivo. Neurol Res, 1999,21(4):378-384.
, 百拇医药
    4,Zhang F, Ladecola C. Nitropuasside improves blood flow and reduces brain damage after focal ischemia. Neuroreport,1993,4(5):559-563.

    5,Blumberg RM, TaylOr DL, Yue X, et al. Increased nitric oxide synthasis is involved in de1ayed cerebral energy failure following focal hypoxic ischemic injury to the developing brain. Pediatr Res, 1999,46(2):224-251.

    6,Parmentier S, Bohme GA, Lerouet D, et al. Selective inhibition of inducible nitric oxide synthase prevents ischaemic brain injury. Br J Pharmacol,1999,127(2):546-552.

    7,Sorrenti V, Di Giacomo C, Campisi A, et a1. Nitric oxide synthetase activity in cerebra1 post-ischemic reperfusion and effects of NA and 7-Nl on the survival. Neurochem Res,1999,24(7):861-867.

    [收稿日期:1999-04-29], http://www.100md.com