重度脑损伤误吸大鼠继发肺损伤的实验研究

重度脑损伤误吸大鼠继发肺损伤的实验研究 重度脑损伤误吸大鼠继发肺损伤的实验研 究 重庆医科大学2011年第36卷第8期(JournalofChongqingMedicalUniversity2011.Vo1.36No.8) 文章编号:0253—3626(2011)08—0921—03 重度脑损伤误吸大鼠继发肺损伤的实验研究 权明桃,江智霞,任光阳,施久军,罗讳,程华刚 (1.遵义医学院附属医院ICU,遵义563003;2.遵义医学院附属医院神经科,遵义563003) 【摘要】目的:探讨重度脑损伤误吸胃液致肺损伤的机制.方法:sD雄性大鼠50只,随机分为对照组(10只)和实验组(40 只).实验组采用改进型Marmarou模型方法致大鼠重度脑损伤,再经气管内滴人胃液,制作重度脑损伤误吸模型.分别在造模 后2,6,24和48h各处死10只大鼠收集标本,采用酶联免疫吸附试验(Enzymelinkedimmunosorbentassay,ELISA)法检测大鼠 血浆中性粒细胞弹性蛋白酶(Neutrophilelastase,NE)含量,支气管肺泡灌洗液(Bronchoalveolarlavagefluid,BALF)中NE和白介 素一8(Interleukin一8,IL一8)含量;免疫透射比浊法测定BALF中白蛋白浓度;光学显微镜观察肺组织病理改变情况.结果:实验组 BALF和血浆中NE含量2h开始升高,与对照组比较差异有统计学意义(P<0.05).BALF中NE升高幅度较血浆明显;BALF中 IL_8含量在2h开始升高,同时BALF中白蛋白浓度也明显升高(P<0.05);BALF 中NE,IL一8与白蛋白浓度呈正相关(P<0.01). 结论:重度脑损伤误吸可造成肺组织的炎症反应,NE,IL一8参与肺内炎性反应,造成肺组织损伤. 【关键词】重度脑损伤;急性肺损伤;中性粒细胞弹性蛋白酶 【中国图分类法分类号】R651.1【文献标志码】A【收稿日期】2011-01—05 Theexperimentalstudyonsecondarylunginjurybyaspiration lnSeVerebraInInIUn,ratS QUANMing-tao1,JIANGZhi-xia1,RENGuang-yanf,SHIJiu-j,LUOYi,CHENGHua-ganf (.DepartmentofICU,theAffliatedHospital,ZunyiMedicalCollege;2.DepartmentofNeurology, theAffliatedHospital,ZunyiMedicalCollege) 【Abstract]Objective:Toinvestigategastricaspirationinducedlunginjuryinseverebraininjury.Methods:50maleSDratswere randomlydividedintocontrolgroup(n=lO)andexperimentalgroup(n=40).Theseverebraininjuryinexperimentalgroupwasmade byanimprovedmethodofMarmaroumodel,andthentheaspirationmodelsweremadebyintratrachealinstillationofgastricjuice. Eachtenratswerekilledtocollectsamplesat2h,6h,24hand48hseparatelyafterthemodelsweremade.Plasmaneutrophil elastase(NeutrophilElastase,NE)content,theNEcontentandinterleukin-8(IL-8)contentinbronchoalveolarlavagefluid(BALF) weredetectedbyusingenzyme-linkedimmunosorbentassay(ELISA);immuneturbidimetricdeterminationwasusedforthealbumin concentrationinBALF;andopticalmicroscopeforpathologicalchangesinlungtissue.Results:BALFandplasmaNElevelsbeganto increaseat2h,whichwassignificantcomparedwiththecontrolgroup(P<0.05).NEinBALFincreasedatasignificantlyhigherrate thaninplasma;IL一 8levelinBALFbegantoincreaseat2h,andmeanwhile,BALFalbuminconcentrationwassignificantlyincreased (P<0.05);NE,IL-8inBALFandalbuminconcentrationhadpositivecorrelation(P<O.O1).Conclusion:Aspirationafterseverebrain injurycancauseinflammationinlungtissue,andNEandIL-8takepartinpulmonaryinflammatoryresponse,resultinginlunginjury. 【Keywordslseverebraininjury;acutelunginjury;neutrophilelastase 急性肺损伤(Acutelunginjury,ALI)是颅脑损伤的一种 严重肺部并发症.可进展为急性呼吸窘迫综合征(Acuteres— piratorydistresssyndrome.ARDS)或急性呼吸衰竭(Acuteres一 作者介绍:权明桃(1973一),女,主管护师,硕士, 研究方向:急危重症. 通信作者:程华刚,男,教授,Emaih1415454489@qq.tom. 基金项目:贵州省教育厅自然科学研究项目(编号:黔教科2008035); 贵州省国际科技合作项目【编号:黔科合外G字(2009) 700117号】. piratoryfailure,ARF),影响患者病情的转归和预后.特别是 重度脑损伤Severebraininjury.SBI)误吸所致的ALI是患者 伤后病死率居高不下的主要原因之一.以往有关脑损伤误吸 盐酸的研究认为,误吸所致的肺损伤主要由早期盐酸直接烧 伤和后期中性粒细胞介导的炎性反应所造成.然而,临床误 吸物并不仅是盐酸,而是包含食物残渣,胃蛋白酶,细菌等成 分的胃内容物【1].吸入不同胃内容物成分可引起不同程度的 肺损伤,其发病机制也有所不同『ll.SBI后误吸胃内容物所致 的肺损伤及其炎症反应如何并不清楚.因此,本研究采用改 一 922一重庆医科大学2011年第36卷第8期(JournalofChongqingMedicalUniversity2011.Vo1.36No.8) 进型Marmarou法致大鼠SBI,再误吸胃液,观察其对肺组织 的影响,并探讨其发生机制. 1材料与方法 1.1动物分组 健康雄性sD大鼠5O只.体重285—316g,按数字法随机 分为对照组(n=10)和实验组(n=40),实验组分别在脑损伤误 吸后2,6,24和48h各处死10只大鼠;对照组不给予任何 损伤处理,正常喂养3d处死,收集所需标本.动物经脑损伤 后有呼吸抑制,肢体抽搐,昏迷及肢体活动障碍现的大鼠 为本实验入选对象.实验终止前死亡的大鼠不作为本实验的 研究对象. 1.2SBI误吸模型的建立 应用改进型Marmarou法[21将常态清醒大鼠头部置脑损 伤装置的导引管下,用100g撞击锤从50am高处经引导管 下滑致大鼠SBI.脑损伤造模成功后,予10%水合氯醛(0.33 mg/kg)腹腔内注射麻醉.将大鼠仰卧固定于操作台上,颈部 常规备皮,消毒,矢状切开表层皮肤,分离气管,头向上倾斜 30.角,将胃液(O.4ml/kg)经气管内滴人.记录大鼠伤后全身 状况,缝合颈部皮肤,归笼,予观察,保温.胃液来源:收集鼻 饲患者的清晨胃液,静置30min. 1_3标本收集 1.3.1血浆标本大鼠麻醉后,经左侧颈总动脉取血4ml, 4?3000r/min离心15min,取上清液,置于一70~C冰箱保存. 待测. 1.3.2肺组织标本取血完毕,处死大鼠,立即打开胸腔取 出肺组织,游离主支气管至环状软骨处,剔除结缔组织及心 脏,结扎右主支气管,分离右肺,取部分右肺组织上叶及中 叶,行光镜检查. 1.3.3BALF标本对照组用眼科剪于气管下段作一小"T" 形切口,实验组经误吸时切开的气管切I=1,将外径1.8mm的 无菌导管经切口处缓缓插入左主支气管.结扎切口下缘0.5 cm处,防止灌洗液流出,注射器抽取5ml生理盐水,经导管 以较小的压力将盐水缓慢注入肺内,可见大鼠左肺逐渐变得 膨隆,苍白,缓慢回抽灌洗液,再将所得液体缓缓注回肺内, 如此反复灌洗5次,最后将回抽液盛人离心管,4?3000r/ min离心15min,取上清液一70?保存,待测中性粒细胞弹性 蛋白酶(Neutrophilelastase,NE),白介素一8(Interleukin一8, IL一8),白蛋白含量. 1.3.4脑组织病理标本用剪刀分离颅骨,暴露脑组织.取损 伤周围脑组织0.2g置于10%的甲醛溶液中保存,待行脑组织 HE染色. 1.4统计学处理 采用SPSS17.0统计软件进行数据分析,计量资料以x+s 表示.对照组及实验组间比较采用单因素方差分析,P<O.05 有统计学意义. 2结果 2.1一般状况 制作脑损伤模型时,大鼠致伤后立即出现呼吸暂停,5S, 2rain后自行或人工协助恢复呼吸,继之出现呼吸急促,口鼻 见血性泡沫样分泌物,面部,四肢发绀;全身抽搐,偏瘫及昏 迷.做误吸模型时,胃液滴入气管后,大鼠出现呛咳,烦躁等 症状. 2.2脑组织形态学变化 肉眼观察大鼠脑组织可见脑水肿及脑出血:HE染色观 察可见脑膜血管扩张充血,神经细胞及血管周间隙增宽,脑膜 血管及脑实质血管扩张充血,见噬神经细胞现象等. 2.3肺组织损伤情况 2.3.1大体形态观察实验组大鼠肺组织均可见不同程度 的充血,水肿,表面可见点状或灶状出血. 2.3.2HE染色光镜观察实验组大鼠均可见不同程度的肺 损伤.主要表现为肺间质血管扩张充血,部分肺泡塌陷,炎细 胞浸润明显,肺泡间毛细血管扩张充血伴大量炎细胞浸润及 纤维素渗出,细支气管内红细胞及浆液渗出明显等. 2-4血浆及BALF中NE含量变化 2h组血浆及BALF中NE含量开始升高.与对照组比较 有统计学意义(P<0.05),BALF中NE含量升高较血浆明显. 见表1. 2.5BALF中IL一8含量变化 实验组BALF中IL一8含量明显升高,与对照组比较有统 计学意义(P<0.05). 2.6BALF中白蛋白浓度 2—48h组与对照组比较明显升高(P<0.05),BALF中白 蛋白浓度与BALF中NE,IL一8含量呈正相关(r=O.854和r= 0.832,P<0.O1). 表1大鼠BALF,血浆NE及BALF中IL一8,白蛋白含量(i?S) 注:组间比较采用方差分析,方差齐,?,与对照组比较P<0.05 重庆医科大学2011年第36卷第8期 (JournalofChongqingMedicalUniversity2011.Vo1.36No.8)一923— 3讨论 3.1SBI误吸胃液模型的建立 颅脑损伤后由于昏迷,呕吐,咽反射减弱或消失易发生 口咽部分泌物或胃内容物吸入呼吸道,易致肺部感染,急性 肺损伤甚至发展成呼吸窘迫综合征目.以往有关脑损伤误吸 方面研究多为吸入盐酸,而临床误吸物常为食物残渣,细菌, 血液,胃酸,蛋白酶等混合成分.研究认为,胃液误吸引起的 肺损伤程度远比单纯盐酸严重.因此,本研究在成功建立大 鼠SBI的基础上,经气管内滴入胃液,使模型更加符合临床 误吸特征.研究发现,脑损伤后大鼠立即出现呼吸暂停,数秒 至数分钟后自行或人工协助恢复呼吸.继之出现呼吸急促. 口鼻见血性泡沫样分泌物,面部,四肢发绀;全身抽搐,偏瘫 及昏迷.胃液滴人气管后,大鼠出现呛咳,烦躁,甚至发绀等 症状,说明大鼠SBI误吸胃液模型是有效的. 3.2胃液对肺组织的直接损伤作用 误吸危害程度因吸人气道的胃内容物性质和容量不同 而异,误吸物的pH值越低,肺损伤则越严重.一般认为胃酸 在误吸后肺损伤过程中起着决定性作用.却忽视了胃液中含 有的胃蛋白酶等成分,而这些成分也起着较重要的作用[41.本 研究发现,SBI误吸后2hBALF中自蛋白开始升高.HE染色 显示,自2h开始每组肺组织可见不同程度的损伤,组间无 明显区别,主要表现为肺间质血管扩张充血,部分肺泡塌陷, 炎细胞浸润明显,肺泡间毛细血管扩张充血伴大量炎细胞浸 润及纤维素渗出,细支气管内红细胞及浆液渗出.说明当发 生误吸时,酸对气道黏膜的化学性损伤可能是导致肺损伤的 始发原因,而同等胃蛋白酶,细菌,胃液小颗粒等,不仅引起 气道黏膜损伤,而且还直接破坏肺泡及肺泡表面的肺表面活 性物质,肺泡表面活性物质即储存于肺泡型上皮细胞的板层 小体中,它的耗竭可能在肺水肿发生上有重要作用.另一方 面胃酸和胃蛋白酶激活位于血管内皮层,内皮下层和血管平 滑肌中的副交感神经元,释放大量神经肽类物质(如P物质, 神经肽A等),使气管,支气管收缩,引起机体缺氧,加重肺损 伤. 3.3NE与SBI误吸后肺损伤 急性吸人性肺损伤的发病机制除胃液内酸性物质和消 化酶对肺组织的直接损伤外,目前认为此种ALI与其它致病 因素导致的Au殊途同归,亦由肺内过度的炎症反应致继发 性肺损伤.NE是中性粒细胞释放的一种蛋白水解酶,具有 降解弹性蛋白,胶原蛋白,蛋白多糖等细胞外基质的主要成 分,破坏细胞间的紧密连接.诱导内皮细胞产生趋化性细胞 因子等有多种生物学功能,被认为是引起ALI的终极效应因 子.本研究发现,大鼠误吸后2h血浆NE,BALF中NE和 白蛋白均开始升高,灌洗液中NE升高幅度较血浆明显.提示 SBI误吸可引起NE升高.其升高程度与肺水肿程度呈正相 关.其发生机制可能与"二次打击"理论有关,作为"一次打 击"的颅脑损伤,使机体炎症细胞及免疫细胞处于激活状态. 随后并发的误吸便构成"二次打击",使处于激发状态的炎性 细胞释放大量炎症介质,引起肺内过度失控的炎症反应,进 而导致ALI/ARDS的发生[71. 3.4IL一8与SBI误吸后肺损伤 IL一8是单核细胞产生的中性粒细胞趋化因子.它使粒细 胞脱颗粒,产生氧自由基,蛋白酶等介质;增加粒细胞对内皮 细胞层的穿透力和血管内皮层的通透性;通过直接或间接的 途径趋化粒细胞进入组织间隙和炎症区域.因此,肺内IL一8 增加在一定程度上反映了肺内炎症反应和炎性损伤的程度. 本研究结果显示,IL一8在2h开始升高,升高水平与灌洗液 NE,白蛋白浓度呈正相关,说明IL一8参与了SBI误吸后肺内 发生炎性反应.董铁立等研究发现,兔误吸胃液后5hBALF 中IL一8升高,比本研究升高时间晚,这可能与董铁立研究为 直接吸人胃液,而本研究采用SBI后再吸人胃液的双重致伤 因素制作模型.SBI由于应激反应可引起肺内炎性反应.误吸 使炎症反应发生更早更重. 综上所述,在SBI造成的呼吸功能损害基础上再发生误 吸,使肺受到直接损害,肺毛细血管通透性明显增加,大量蛋 白质渗出.与此同时,各种炎性介质活化,导致肺损伤,使呼 吸功能障碍,缺氧加重,又可加重脑水肿和脑损害,脑水肿和 颅内压增高进一步加重呼吸功能障碍和肺功能损害.形成一 个恶性循环是导致肺部严重并发症和早期死亡率高的重要 原因之一.因此,加强SBI患者监护与护理,防止误吸是降低 肺损伤发生的首要措施.对于误吸所致肺损伤,尽早采用雾 化吸入炎性抑制剂的局部用药方法.减轻肺内炎性反应来治 疗肺损伤有待进一步研究. 参考文献 [1]牛永胜,穆心苇,章淬,等.严重颅脑创伤后不同误吸成分对凝 血功能的影响叨.南京医科大学,2006,22(2):132—134. 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