乳酸桿菌對重型顱腦損傷大鼠胃腸動力障礙的影響1)

周 敏,朱京慈,尹華華

胃腸動力障礙(gastrointestinal motility disturbance,GM D)是重型顱腦損傷(severe head injury,SHI)病人最常見的早期并發(fā)癥,且顱腦損傷越嚴(yán)重,胃腸動力障礙的發(fā)生率越高。其后果不僅直接影響病人腸內(nèi)營養(yǎng)順利實(shí)施,還可導(dǎo)致細(xì)菌易位、麻痹性腸梗阻、腸衰竭、膿毒血癥等并發(fā)癥。因此,顱腦傷后早期預(yù)防和改善GMD,是提高SHI病人救治成功率、降低病死率的重要措施之一。研究發(fā)現(xiàn),乳酸桿菌可用于調(diào)節(jié)腸道菌群紊亂,治療嬰幼兒便秘,防治腸源性感染等[1,2]。但乳酸桿菌是否可以改善SHI后胃腸動力不足尚不明確。近年來,由乳酸桿菌和纖維素構(gòu)成的合生元也逐漸被應(yīng)用于調(diào)節(jié)小兒、創(chuàng)傷病人出現(xiàn)的胃腸動力不足[3]。但乳酸桿菌和合生元是否可以改善SHI后的胃腸動力不足,且兩者相比,哪種效果更好,未見報(bào)道。因此,本實(shí)驗(yàn)通過檢測乳酸桿菌和合生元對SHI后GMD大鼠的影響,為改善SHI后GMD提供新的營養(yǎng)支持和治療手段。

1 材料與方法

1.1 SHI動物模型的建立 雄性SD大鼠 60只,體重250 g±30 g,由中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)附屬大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所實(shí)驗(yàn)動物中心提供。模型復(fù)制參照大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所建立的氣動沖擊致SHI模型[4]。建模前大鼠禁食24 h,禁水2 h,3%戊巴比妥鈉(40 mg/kg)腹腔注射麻醉成功后,將大鼠俯臥固定,頭部剪毛,消毒,正中矢狀切開頭皮,暴露顱骨,于中線左側(cè)旁2 mm、前囟后3 mm處鉆孔,擴(kuò)大成直徑5 mm的骨窗,注意保持硬腦膜完整,然后將其移至PBI-I型氣動沖擊致傷裝置上,調(diào)整腦表面與氣源管口距離為4 mm,氣源壓力530 kPa進(jìn)行致傷。創(chuàng)口徹底止血后,縫合頭皮,保溫至蘇醒分籠放置喂養(yǎng)。致傷后動物多出現(xiàn)肢體劇烈抽搐,呼吸暫停,肉眼可見硬腦膜下明顯血腫。

1.2 動物分組與喂養(yǎng) 按隨機(jī)數(shù)字表法將大鼠分成腸內(nèi)營養(yǎng)組、乳酸桿菌組、合生元組及假手術(shù)組。除假手術(shù)組6只大鼠外其余3組又分3個(gè)時(shí)相點(diǎn)組,即創(chuàng)傷后第1天組、第3天組、第 7天組,每個(gè)時(shí)相點(diǎn)組6只(因本課題組前期實(shí)驗(yàn)得出假傷組各時(shí)相點(diǎn)指標(biāo)變化不明顯[5],故本實(shí)驗(yàn)未進(jìn)行時(shí)相點(diǎn)劃分)。假手術(shù)組僅開左側(cè)頂骨骨窗無腦損傷。創(chuàng)傷后約4 h灌胃。腸內(nèi)營養(yǎng)組給予大坪醫(yī)院研制的三九全營素,喂養(yǎng)量為523 kJ/(kg·d)[125 kcal/(kg·d)],每天3次,每次4 mL。乳酸桿菌組在三九全營素中添加乳酸桿菌(瑞典,Medipham,包括植物乳桿菌、干酪乳桿菌、乳球菌、戊糖片球菌等),劑量為 80 mg/(kg·d)。合生元組在三九全營素中添加合生元(菌株、菌量均同乳酸桿菌組,另含有4種可溶解性纖維:β-葡聚糖、菊粉、果膠和抗性淀粉),劑量為480 mg/(kg·d)。乳酸桿菌組、合生元組喂養(yǎng)量及次數(shù)均同腸內(nèi)營養(yǎng)組,其余時(shí)間自由飲水。假手術(shù)組麻醉蘇醒后自由飲食。

1.3 觀測指標(biāo)與方法

1.3.1 胃排空試驗(yàn) 大鼠在各時(shí)相點(diǎn)前30 min分別灌服2%葡聚糖藍(lán)-2000溶液0.4 mL,腹腔內(nèi)注射麻醉劑后剖腹抽血后脫臼處死,立即開腹取全胃腸,自幽門括約肌處取胃,沿大彎側(cè)剪開,將胃內(nèi)殘留色素充分洗于4 mL去離子水中,3 500 r/min離心15 min,取上清濾液,以DU-7500型分光光度計(jì)波長620 nm測吸光度為其胃內(nèi)色素殘留吸光度值,以假手術(shù)組胃內(nèi)色素殘留量均值為100%,求出各樣本的胃內(nèi)色素相對殘留率代表胃排空速率,求出各樣本的胃內(nèi)色素相對殘留率反映胃排空速率,即胃內(nèi)色素相對殘留率越高,胃排空速率越低。

1.3.2 小腸推進(jìn)率檢測 以葡聚糖藍(lán)-2000為腸內(nèi)標(biāo)志物,同胃排空部分,在剖腹取胃后,將小腸從腸系膜上分離,取出小腸,盲腸在上幽門在下并以5 g砝碼牽引,量取幽門至小腸染色最前端、幽門至盲腸的距離,二者之比為小腸傳輸速率。

1.3.3 體重監(jiān)測 分別于創(chuàng)傷后第1天、第3天、第7天清晨空腹時(shí)測量大鼠體重并計(jì)算減輕量。

2 結(jié)果

2.1 大鼠胃排空改變 腸內(nèi)營養(yǎng)組傷后第 1天、第3天及乳酸桿菌組、合生元組傷后第1天胃排空率較假傷組明顯降低(P<0.01或P<0.05)。但傷后第3天,乳酸桿菌組及合生元組胃排空率均已接近假手術(shù)組水平(P>0.05),且胃排空率較腸內(nèi)營養(yǎng)組顯著加快(P<0.05)。創(chuàng)傷后第7天,4組間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。各組大鼠胃內(nèi)色素相對殘留率比較見表1。

表1 各組大鼠不同時(shí)相點(diǎn)胃內(nèi)色素相對殘留率比較±s) %

表1 各組大鼠不同時(shí)相點(diǎn)胃內(nèi)色素相對殘留率比較±s) %

組別 第1天 第3天 第7天腸內(nèi)營養(yǎng)組 178.10±28.662) 165.62±28.822) 105.67±26.52乳酸桿菌組 134.45±23.221) 107.78±36.003) 70.17±34.71合生元組 137.40±33.661) 112.61±28.853) 108.61±26.79假手術(shù)組 78.36±35.28 78.36±35.28 78.36±35.28與假手術(shù)組比較,1)P<0.05,2)P<0.01;與腸內(nèi)營養(yǎng)組比較,3)P<0.05。

2.2 大鼠腸傳輸速率改變 腸傳輸速率腸內(nèi)營養(yǎng)組在創(chuàng)傷后第1天、第3天與假手術(shù)組比較顯著下降(P<0.01),乳酸桿菌組、合生元組在傷后第1天與假手術(shù)組比較顯著下降(P<0.05或P<0.01)。乳酸桿菌組傷后第3天腸傳輸速率已接近假手術(shù)組水平(P>0.05),但合生元組與假手術(shù)組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。腸傳輸速率乳酸桿菌組、合生元組在傷后第3天較腸內(nèi)營養(yǎng)組明顯加快(P<0.05或P<0.01),傷后第7天4組差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表2。

表2 各組大鼠不同時(shí)相點(diǎn)腸傳輸速率比較±s) %

表2 各組大鼠不同時(shí)相點(diǎn)腸傳輸速率比較±s) %

組別 第1天 第3天 第7天腸內(nèi)營養(yǎng)組 47.69±12.412) 42.40±9.902) 59.74±11.05乳酸桿菌組 56.56±5.991) 62.74±10.214) 67.05±9.75合生元組 53.17±6.282) 57.73±6.881)3) 66.87±7.86假手術(shù)組 71.85±5.24 71.85±5.24 71.85±5.24與假手術(shù)組比較,1)P<0.05,2)P<0.01;與腸內(nèi)營養(yǎng)組比較,3)P<0.05,4)P<0.01。

2.3 大鼠體重變化 腸內(nèi)營養(yǎng)組、乳酸桿菌組、合生元組體重在創(chuàng)傷前各時(shí)相點(diǎn)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),創(chuàng)傷后各時(shí)相點(diǎn)均有不同程度下降。乳酸桿菌組、合生元組同腸內(nèi)營養(yǎng)組比較,創(chuàng)傷后1周內(nèi)體重下降雖有減緩趨勢,但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表 3、表4。

表3 致傷組不同時(shí)相點(diǎn)創(chuàng)傷前后大鼠體重變化 g

表4 致傷組大鼠不同時(shí)相點(diǎn)體重減輕量 g

3 討論

3.1 SHI后胃腸運(yùn)動功能受到嚴(yán)重抑制 SHI機(jī)體處在高能量消耗、高分解代謝中,GMD的發(fā)生使致傷后約50%的病人在傷后2周內(nèi)不能順利地接受腸內(nèi)營養(yǎng)。本研究經(jīng)葡聚糖蘭-2000注入胃腸內(nèi)回收率的檢驗(yàn)證實(shí):SHI后第1天,腸內(nèi)營養(yǎng)組、乳酸桿菌組和合生元組均存在嚴(yán)重的胃排空延遲,小腸傳輸能力下降,且腸內(nèi)營養(yǎng)組一直持續(xù)到創(chuàng)傷后第3天。蔣紅梅等[5]研究指出,SHI后早期6 h,即存在嚴(yán)重的胃排空延遲,小腸傳輸功能在傷后6 h～72 h持續(xù)發(fā)生障礙。另有研究發(fā)現(xiàn),SHI后3 h即有明顯的腸黏膜結(jié)構(gòu)和屏障功能障礙,其原因可能與胃腸道動力等因素相關(guān)[6],與本研究的結(jié)果一致。Hrtl等[7]研究指出:SHI病人在傷后5 d～7 d未及時(shí)攝取營養(yǎng)者病死率增加2倍～4倍。且前5 d進(jìn)食量與病死率密切相關(guān),攝入的熱量每公斤體重少于41.84 kJ(10 kcal),病死率可增加 30%～40%,而胃腸動力不足是影響營養(yǎng)支持的主要因素。說明SHI后可導(dǎo)致胃腸動力功能嚴(yán)重抑制,進(jìn)而阻止?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收,嚴(yán)重影響病人預(yù)后。

3.2 乳酸桿菌可改善SHI后的早期胃腸動力不足 近年來,乳酸桿菌對兒童便秘、腹瀉感染、手術(shù)等出現(xiàn)胃腸動力不足的改善作用已見較多報(bào)道,并且效果顯著。如Bu等[8]研究中指出:乳酸桿菌能改善兒童慢性便秘,增加排便次數(shù),減少甘油灌腸劑的輔助治療,并緩解腹痛。Henrik等[9]對腸內(nèi)感染大鼠研究,乳酸桿菌組腸道動力明顯增加,預(yù)防性地減輕了腸道菌血癥和內(nèi)毒素血癥水平。本研究顯示,乳酸桿菌組和合生元組對SHI后的GMD均有改善作用,且乳酸桿菌組的效果較好。乳酸桿菌改善SHI后GMD的機(jī)制可能在于:①調(diào)整胃腸道菌群紊亂,通過分泌一些物質(zhì),如防御素、細(xì)菌素等,與病原菌競爭生存空間,優(yōu)勢菌增多[10];②調(diào)節(jié)胃腸激素水平[11,12]以及平滑肌細(xì)胞的收縮活性[13];③代謝產(chǎn)物如乳酸、細(xì)菌素等通過調(diào)節(jié)胃腸道 pH值,恢復(fù)胃腸道內(nèi)正常環(huán)境[14],有待于進(jìn)一步研究。本研究顯示,合生元組對SHI后大鼠胃腸動力改善作用沒有單純的乳酸桿菌組效果好,分析原因可能是由于合生元含有大量纖維,對于創(chuàng)傷后胃腸功能處于抑制期的病人不僅不能促進(jìn)其腸蠕動,反而加重其胃腸負(fù)擔(dān)。國外學(xué)者Spindler-Vesel等[15]研究發(fā)現(xiàn),給予多發(fā)傷病人添加含有大量纖維素的合生元或單純纖維素與谷氨酰胺、多肽飲食比較,添加纖維素的病人在1周時(shí)胃內(nèi)殘留量明顯增多,發(fā)生胃腸反流次數(shù)增多。Bengmark[16]指出,可溶性纖維能延遲胃排空,增加腸傳輸時(shí)間,影響代謝。與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。3.3 乳酸桿菌對SHI大鼠體重的影響

體重是衡量機(jī)體營養(yǎng)狀況的重要指標(biāo)之一。本研究發(fā)現(xiàn),SHI后1周內(nèi),3組大鼠的體重持續(xù)下降,雖各組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但乳酸桿菌組和合生元組與腸內(nèi)營養(yǎng)組比較,大鼠體重下降有減緩趨勢。分析原因可能在于SHI后乳酸桿菌通過改善胃腸動力功能,提高了腸道對營養(yǎng)成分的吸收,從而減緩體重下降。Panigrahi等[17]研究發(fā)現(xiàn),給予嬰幼兒飲食中添加植物乳酸菌,第3天后該菌即能在腸道內(nèi)定植,并能持續(xù)到治療停止后數(shù)月。在調(diào)節(jié)胃腸道菌群的同時(shí),前7 d內(nèi)嬰幼兒體重?zé)o明顯變化,但28 d后及6個(gè)月內(nèi)體重顯著增加。本研究顯示,致傷后各組間體重差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,分析原因可能與喂養(yǎng)時(shí)間過短有關(guān),有待于進(jìn)一步研究證實(shí)。

綜上所述,在腸內(nèi)營養(yǎng)中添加乳酸桿菌對SHI后大鼠的早期胃腸動力不足有改善作用,并有加快體重的恢復(fù)趨勢,但其具體的作用機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。此外,合生元和乳酸桿菌對胃腸動力的調(diào)節(jié)是否一致還需進(jìn)一步探討。

(本實(shí)驗(yàn)所用乳酸桿菌及合生元制劑是由瑞典Lund大學(xué)的Stig Bengmark提供。氣動沖擊致重型顱腦損傷模型的建立是在中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科第四研究所大力支持下完成,謹(jǐn)此致謝。)

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