轻度低温对大鼠脑缺血损伤的保护作用

轻度低温对大鼠脑缺血损伤的保护作用 赵玉武　郭述苏　刘思当　曹丙振　曹　霞 　　摘要　本文观察了轻度低温对大鼠脑缺血的保护作用。W istar 大鼠在36. 8℃下将四血管阻断10分 钟, 低温组33℃低温再灌流3小时, 正常体温组保持在36. 8℃, 缺血后第2～ 6天观察动物行为, 第7天处死 大鼠进行脑组织病理。结果发现, 正常体温组神经系统损害积分明显高于低温组, 学习记忆能力也 明显减退; 正常体温组海马 CA 1段神经细胞损害率 (91. 7% ) 明显高于低温组 (38. 9% )。提示轻度低温对 短暂脑缺血后再灌流期脑组织有明显保护作用。 关键词　轻度低温　脑缺血　再灌流 The protective effects of m ild hypotherm ia in cerebra l ischem ia in jury of ra ts　 Z hao Y uw u , Guo S husu ,L iu S id ang , et a l. D ep a rtm en t of N eu rology , J inan Genera l H os2 p ita l of PL A , J inan 250031 Abstract　W e invest iga ted the p ro tect ive effects of m ild hypo therm ia in cereb ra l is2 chem ia in ju ry of ra ts. T h ree group s of an im als w ere invest iga ted: (1) ra ts sub jected to 10 m in of fou r vessel occlu sion (4VO ) under no rmo therm ia, (2) ra ts sub jected to 10 m in of 4VO fo llow ed by 330C hypo therm ic reperfu sion fo r 3h, (3) con tro l ra ts no t sub jected to ischem ia. T he sco ring scale of b ra in in ju ry and w ater m aze test show ed that there w ere mo re severe behavio ra l deficits in no rmo therm ic ra ts. T he percen tage of necro t ic neu ron s in CA 1 w as analysed 7 days after ischem ia. H ypo therm ic ra ts exh ib ited sign if ican t ly low 2 er neu rt ic neu ron s (38. 9% ) in CA 1 compared to the no rmo thm ic ra ts (91. 7% , P < 0. 01). O u r data indica ted that the m ild hypo therm ia p rovides p ro tect ion on behavio ra l deficits and neu ronal in ju ry fo llow ing tran sien t cereb ra l ischem ia. Key words　M ild hypo therm ia　Cereb ra l ischem ia　R eperfu sion 　　深低温对脑缺血的保护作用很早已被认 识。但由于有严重并发症及实施的困难使其临 床应用受到限制。近年来人们注意到, 仅轻度体 温下降对脑缺血也有明显的保护作用, 在脑卒 中及急救医学中显示出乐观的应用前景, 但尚 有争议[1 ]。另外, 临床及动物实验均提示, 脑缺 血早期可出现与病理损害不相称的神经功能状 态紊乱[2 ] , 关于低温在这方面的作用尚缺乏研 究。为此, 我们观察了33℃低温对缺血后大鼠脑 组织的保护作用。α 材料与方法 一、脑缺血模型及低温方法 雄性W istar 大鼠34只, 体重200g 左右, 随机分为 三组: A 组, 10只, 为对照组; B 组, 12只, 脑缺血后低温 组; C 组, 12只, 正常体温脑缺血组。采用四血管阻断脑 缺血模型。实验前1天, 乙醚麻醉下电凝双侧椎动脉, 禁 食1夜。第2天, 动物经戊巴比妥钠麻醉, 仰卧固定于可 调温手术台上 (上海第二军医大学生产) , 半导体温度 电极 (上海医用仪厂生产) 置入颞肌[3 ], 分离双侧颈 总动脉, 调控手术台温度使颞肌温度保持在36. 8±0. 2℃, 稳定10分钟后, 微动脉夹夹闭双颈总动脉 (脑电波 呈等电位线示模型成功) , 10分钟后移去动脉夹建立再 灌流。低温组动物迅速置于用器械盘盛水制成的冰板 ·102·临床神经病学杂志1997年第10卷第4期 α 作者单位: 250031济南军区总医院神经内科 (赵玉武 　郭述苏　曹丙振　曹　霞) ; 山东农业大学动物病理室 (刘 思当) 上, 动物体周附以冰块, 15分钟左右体温降至33±0. 2℃并维持3小时; 正常体温组保持在36. 8±0. 2℃, 3小 时后放回笼中; 对照组除不电凝椎动脉及不阻断颈总 动脉外其余操作同正常体温组。 二、行为学观察 1、水迷宫试验: 水迷宫由中国医学科学院提供图 纸自制, 有4个盲端和1个安全岛。动物于实验前训练3 天, 脑缺血后第2天始每天定时观察3分钟内游完全程 的平均时间及进入盲端的错误总次数。观察至第6天, 第7天时断头。 2、神经损害积分: 采用L em ay 的评分方法[4 ]。于缺 血后第2天始, 每天于水迷宫试验前各观察1次。 三、病理分析 脑缺血后第7天, 动物断头, 将大脑置于10% 福尔 马林固定1周, 分别于乳头体及视交叉平面冠状切开, 常规病理制片, 切片厚6～ 8 Λm , H E 染色, 由未参加实 验的病理人员采用方网格测试系统计数海马 CA 1段缺 血性神经元百分率; 其它脑区进行分度估计, 0度: 正 常; É 度: 少量神经元受损; Ê 度: 许多神经元受损; Ë 度: 大多数神经元受损。 结　果 一、行为学观察结果 见附表。表中显示, C 组神经损害积分明显 高于A、B 两组, A、B 两组间无差异。水迷宫试 验发现, C 组游完全程的时间及错误次数均较 A、B 两组显著增加; A、B 两组比较, 除第3天的 错误次数无差异外, B 组其余测试结果均明显 高于A 组。 二、脑组织病理结果 三组大鼠海马CA 1段缺血性损害神经元百 分率分别为: A 组3. 0±0. 2% , B 组38. 9±14. 8% , C 组91. 7±4. 8%。C 组明显高于A、B 两 组 (P < 0. 01) ; A、B 两组比较也有显著性差异 (P < 0. 01)。在 C 组, CA 4段损害也较明显, 8只 为Ê 度, 4只Ë 度, CA 3段、纹状体及皮层均可见É～ Ê 度损害, 其中尾状核较为明显。B 组CA 4 损害较轻, 多为É 度, 仅2只Ê 度, 并有7只动物 纹状体及皮层完全正常, 其余5只为É 度损害。 附表　各组大鼠血管闭塞后神经损害积分及水迷宫试验结果比较 (xθ±s) 　 第2天 第3天 第4天 第5天 第6天 对照组 　 　 　 　 　 　神经损害积分 9. 2±0. 7 9. 3±0. 4 9. 1±0. 9 9. 2±0. 7 9. 2±0. 7 　游全程时间 (秒) 44. 6±8. 3 33. 5±6. 1 30. 1±4. 5 21. 4±5. 1 16. 3±3. 8 　错误次数 (次) 6. 4±1. 2 5. 4±1. 4 5. 0±1. 1 3. 8±1. 1 2. 2±1. 3 轻度低温组 　 　 　 　 　 　神经损害积分 11. 1±1. 9 10. 2±1. 4 9. 4±1. 1 9. 8±1. 3 9. 6±0. 9 　游全程时间 (秒) 66. 8±12. 53 3 46. 1±8. 73 39. 1±6. 73 34. 6±7. 53 3 23. 8±4. 23 3 　错误次数 (次) 8. 1±2. 13 6. 7±2. 1 5. 8±1. 83 3 5. 1±1. 83 3 3. 9±1. 2 正常体温组 　 　 　 　 　 　神经损害积分 16. 8±2. 33 3 △△ 15. 5±2. 13 3 △△ 13. 1±2. 73 3 △△ 12. 9±1. 93 △ 12. 1±1. 73 △ 　游全程时间 (秒) 116. 8±16. 03 3 △△ 99. 5±12. 33 3 △△ 84. 0±8. 23 3 △△ 68. 3±8. 83 3 △△ 56. 9±5. 43 3 △△ 　错误次数 (次) 12. 0±1. 93 3 △△ 8. 7±1. 73 3 △ 7. 8±1. 63 3 △ 6. 8±1. 93 3 △ 6. 3±1. 63 3 △△ 　　注: 与对照组比较3 P < 0. 05, 3 3 P < 0. 01; 与轻度低温组比较△P < 0. 05, △△P < 0. 01 讨　论 Bu sto (1987) 首先报道, 缺血期体温降至36 ～ 34℃对大鼠脑组织就有明显保护作用[5 ]。近 年来发现缺血后轻度低温也能明显减轻脑损 害, 但结果不尽一致[1 ]。本实验观察了大鼠脑缺 血再灌流后, 33℃低温对脑组织的影响, 7天后 ·202· 临床神经病学杂志1997年第10卷第4期 病理结果发现, 尽管低温组海马CA 1段神经细 胞损害较对照组为高, 但仅38. 9% , 而正常体温 组则高达91. 7% , 低温组其它脑区的神经损害 程度也明显减轻; 这一结果提示, 短暂半球缺血 后, 轻度低温再灌流对脑缺血有明显的保护作 用, 能够预防迟发性神经元损害。在以往的研究 中有作者报道, 对于半球缺血10分钟大鼠, 若缺 血5分钟时开始低温, 可完全抑制海马CA 1的神 经损害[1 ]; 也有人提出, 若于再灌流时低温, 仅 对半球缺血8分钟内有效果[6 ] , 但所采用的温度 为34℃持续2小时, 而本实验为33℃持续3小时。 由于低温的效果除与缺血时间有关外, 还与低 温深度及持续时间有关[7 ]。因此, 关于低温的 “治疗窗”与上述因素的关系尚需进一步研究。 传统认为, 低温的作用机制在于降低代谢 率, 但体温在下降10℃以内时, 能量代谢的改变 并不明显[8 ]; 因此, 降低能量代谢可能仅仅是轻 度低温一并非重要的方面。近年来的研究表明, 轻度低温对缺血后脑组织的保护作用可能是综 合因素的结果, 包括降低兴奋性介质的释放、抑 制不正常离子流、保护血脑屏障、降低血液凝固 性等[1 ]。在本研究中, 我们实施低温的时间为再 灌流早期, 这提示低温的保护作用可能不仅限 于缺血所致的原发性损害, 对减轻再灌流损伤 可能也有重要作用。正常状态下, 缺血区就有轻 度温度下降, 当再灌流时温度突然升高, 这种温 度变化有可能是再灌流损伤的原因之一, 正如 轻度体温升高就能明显加重脑缺血性损害一 样。 在各种原因所致的脑缺血, 神经细胞的死 亡一般需数小时至数天, 但其功能的丧失或紊 乱在缺血即刻就可发生。有研究发现, 在半球缺 血后感觉环路的代谢反应即刻便受到抑制[9 ]。 在大鼠不完全性脑缺血, 尽管没有海马神经细 胞的病理损害, 但缺血后6～ 9天内却有明显的 学习记忆障碍[2 ]。因此, 组织病理学观察并不能 完全反映缺血早期神经功能状态的精细变化。 本文观察了缺血后2～ 6天内大鼠的行为改变, 发现在低温组, 神经系统损害积分与对照组无 差异, 水迷宫试验显示, 其学习记忆能力虽较对 照组差, 但却明显好于正常体温组。这一结果提 示, 轻度低温对于缺血后神经功能的保护及神 经功能的及时恢复可能有一定作用。有学者在 研究中度低温时证实, 低温能预防缺血所致的 代谢抑制, 促进缺血后神经细胞代谢及功能的 恢复[10 ]。 参 考 文 献 1 M aher J , H ach insk i V. H ypo therm ia as a po ten tial treatm en t fo r cereb ral ischem ia. Cerebrovascu lar and B rain M etabo lism Review s 1993; 5: 277. 2 Jaspers RM A , B lock F, H eim C, et al. Spatial learn ing is af2 fected by transien t occlusion of common arteries ( 2VO ) : comparison of behavio ral and h istopatho logical changes after 2VO and four vessel occlusion in rats. N euro sci L ett 1990; 117: 149. 3 Kader A , B rism an M H , M araire N , et al. T he effect of m ild hypo therm ia on perm anen t focal ischem ia in rats. N euro2 su rgery 1992; 31: 1056. 4 L em ay DR. Insu lin adm in istration p ro tects neuro logic func2 t ion in cerebral ischem ia in rats. Stroke 1988; 19: 1411. 5 Busto R , D ictrich WD , Globus M YT , et al. Sm all d ifferences in in traischem ic brain temperatu re crit ically determ ine the ex ten t of ischem ic neuronal in ju ry. J Cereb B lood F low M etab 1987; 7: 729. 6 Chopp M , Chen H , D eresk iM D , et al. M ild hyo therm ic in ter2 ven tion after graded ischem ic stress in rats. Stroke 1991; 22: 37. 7 Carro ll M , Beek O. P ro tection against h ippocampal CA 1 cell lo ss by po stischem ic hypo therm ia is dependen t on delay of in iation and duration. M etab B rain D is 1992; 7: 45. 8 Chopp M , Knigh t R , T idw ell CD , et al. T he m etabo lic effects of m ild hypo therm ia on global cereb ral ischem ia and recircu2 lat ion in the cat. J Cereb B lood F low M etab 1989; 9: 141. 9 Ho ssm ann KA , Schm idt KR , Gro sse OB. Recovery of in te2 grative cen tral nervous function after one hour global cereb ro - circu lato ry arrest in no rmo therm ic cat. J N euro l Sci 1987; 77: 305. 10 D ietrich WD , Busto R , A lonso O , et al. In traischem ic brain hypo therm ia p romo tes po stichem ic m etabo lic recoverey and som ato senso ry circu it activaton. J Cereb B lood F low M etab 1991; 11 (supp l 2) : S846. (收稿1996- 03- 16)　　 ·302·临床神经病学杂志1997年第10卷第4期