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脑缺血及再灌注过程中大鼠海马区一氧化氮动态变化的在体研究

刘珂舟  
【摘要】: 缺血性脑损伤是一个复杂的病理生理过程,其主要病理变化是缺血性神经元损伤。以往对缺血性脑损伤的研究认为,脑血流中断后,脑细胞能量供应不足而导致脑细胞死亡。近年来研究发现脑血流中断和再灌注使脑组织细胞产生损伤级联反应,至少涉及4个不同的机制:能量障碍和兴奋性氨基酸毒性、梗死周围去极化、炎症及程序性细胞死亡。大量动物实验及临床研究表明,脑缺血及再灌注期间发生着复杂的病理生理变化。一方面,脑缺血再灌注既可以挽救濒临梗死的细胞,另一方面加重细胞损伤,导致细胞死亡。 而在这个复杂的过程中,一氧化氮(Nitric Oxide,NO)起着十分重要的作用。其作为一种新型信使分子,同时具有神经介质和神经毒性作用。尤其在脑部的组织中的双重作用更是近年来研究的重点。一方面它能够增加皮层供血量,缩小梗死面积;另一方面它能够与缺血产生的氧自由基协同造成神经细胞损伤。 本论文通过在体检测脑缺血及再灌注过程中大鼠脑海马内NO的释放情况,真实反应了该过程中NO的释放变化情况,为进一步研究NO的神经介质作用和神经毒性作用奠定基础。并以培养的大鼠海马神经细胞的缺氧缺糖(OGD)为离体脑缺血/再灌注模型(即对培养的海马神经细胞进行缺氧缺糖复氧复糖),利用荧光标记和激光共聚焦实时扫描技术,对海马神经细胞内释放的NO变化进行了检测,从而完成了对脑缺血/再灌注过程中NO的动态变化过程的整体与细胞两个层面的研究。 最新的关于脑缺血及再灌注损伤的治疗方法的研究是通过对再灌注过程的干预(post-conditioning)来减少脑部梗死面积,但该过程中NO的变化情况、具体的作用机理及究竟哪种干预方法更有效均未见报道。通过使用本论文中的在体检测NO方法,实时、连续地记录了该干预过程中NO的变化情况,从而阐明了NO确实参与了缺血后处理,提示NO通路有可能是该方法对脑缺血/再灌注损伤保护作用的一条途径。同时,利用TTC染色与流式细胞技术对比了不同后处理方法对于大脑的保护作用,为进一步优化该干预方法提供了一定的理论基础。 所得结果如下: 1.海马内NO释放减少,对血管的舒张作用降低,继而大鼠血压上升。这与理论“内皮依赖性舒张因子(endothelium-derived relaxing factor,EDRF)和一氧化氮同质”相符,进而验证了该在体检测NO技术的真实性和稳定性。同时得出结论,静脉注射一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)抑制剂L-NAME 20μL-30μL后,NO的释放量减少了4.5 nM-6nM。 2.大鼠脑缺血/再灌注初期中,海马内NO的变化经历了四个阶段:在脑缺血的最初10min,由于大脑供血的迅速减少,NO的释放量也迅速下降,并达到最低点;之后稳定维持在一个低水平;在再灌注初期,由于血液的恢复,NO释放量迅速升高,并在10.15min内达到最高点;之后维持在一个稳定的高水平。同时通过拟合定标曲线,计算得出:在脑缺血过程中海马内NO释放的减少浓度为0.806±0.221μM,在再灌注初期NO释放量增加浓度为0.768±0.029μM。 3.在不同的时间点分别静脉注射内皮型NOS (eNOS)/神经元型NOS(nNOS)和诱生型NOS(iNOS)的抑制剂,结果表明在再灌注初期eNOS/nNOS起主要作用,与iNOS没有关系,在这个过程中海马内释放的NO对受损脑组织起到了保护和损伤双重作用。 4.在离体培养的大鼠海马神经元细胞实验上,通过共聚焦显微镜得到了NO在OGD/复氧复糖模型中的变化过程。该过程实验结果与在体大鼠实验结果相比,NO释放的变化过程显得较为简单。在OGD/复氧复糖过程中,NO的表达均有明显上升,并在再灌注10-12 min后达到稳定的平台期。 5.利用在体检测NO技术,实验发现缺血后处理(post-conditioning)能够使大鼠海马内NO的释放缓慢增加,从而进一步增加脑内血流量。我们认为,脑缺血后处理所引起的NO缓慢而大量的释放能够抑制NO的毒性作用而进一步加大NO对于脑血流的积极增加作用,从而减少脑缺血/再灌注损伤。不同后处理方法对于脑内NO释放的影响不同。 6.对比6组不同的后处理方法(即改变缺血和再灌注的时间长短及交替的次数),实验发现缺血后处理都可以一定程度上减少脑部梗死面积,提高大鼠海马内神经细胞的存活率。但其中3次30s/30s的再灌注/缺血循环能够最有效的减少大脑损伤。我们认为该方法可能能够最大程度的激发脑内NO的缓慢大量释放,说明NO很有可能是post-conditioning改善脑损伤的一条作用途径。 本论文采用实时、连续、在体检测NO结合荧光标记与激光共聚焦实时扫描技术的方法,分别从整体与细胞两个层次上对脑缺血/再灌注过程中大鼠海马内NO浓度进行了检测,全面的阐述了该过程中NO的变化情况以及对脑组织的双重作用。另一方面,利用NO的在体检测技术,首次检测了在缺血后处理过程中NO的变化情况,揭示了NO可能是该干预方法作用的一个途径,并通过对比多种缺血后处理方法对于缺血/再灌注损伤的保护作用,进一步对该干预方法进行优化。 NO在脑缺血/再灌注疾病中发挥着重要的作用,清楚了解NO在脑缺血/再灌注过程中的变化及其作用机制对于防治中风药物的开发与筛选以及临床上治疗中风引起的神经损伤都具有重要的指导意义。


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