氣道給氧對百草枯所致大鼠急性肺損傷的影響

曹杰,楊宇寧,葉永維,白玉龍,陳嵐嵐,陳冰燕

(廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 急診科重癥監(jiān)護病房,廣西 南寧 530021)

氣道給氧對百草枯所致大鼠急性肺損傷的影響

曹杰,楊宇寧Δ,葉永維,白玉龍,陳嵐嵐,陳冰燕

(廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 急診科重癥監(jiān)護病房,廣西 南寧 530021)

目的 探討不同濃度氣道給氧對急性百草枯大鼠模型肺組織氧化應(yīng)激相關(guān)指標(biāo)的影響。方法 160只SD大鼠隨機分為正常對照組（A組)、模型組（B組)、30%濃度的給氧組（C組)和50%濃度的給氧組（D組)，每組40只。B、C、D組以50 mg/kg百草枯（稀釋于1mL生理鹽水)一次性灌胃染毒造模1 h后，C、D給氧組通過氣道給予相應(yīng)濃度氧治療，6 h/d。A組和B組正常吸入空氣。分別于第1、3、7、14、21天每組各取8只SD大鼠，麻醉后腹主動脈采血1m L立即行血氣分析及血LAC檢查，隨即放血處死。留取右肺測濕/干重比，選取3 d右肺上葉組織用10%甲醛固定，用于病理組織學(xué)檢查；左肺制成勻漿，用于檢測肺組織勻漿的過氧化氫酶（CAT)活力和SOD水平。結(jié)果 HE染色結(jié)果顯示C組淤血、水腫現(xiàn)象減弱程度最為明顯。與B組各時間點比較，C、D組組織勻漿中SOD和CAT的水平均有不同程度的升高，動脈血中PO2上調(diào)，PCO2、LACP下調(diào)，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05或P＜0.01)；但C、D組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義。與B組各個時間點比較，C、D組肺部組織濕/干（W/D)比值均有不同程度的下調(diào)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05或P＜0.01)。結(jié)論 氣道給氧可減弱百草枯致大鼠急性肺損傷的氧化應(yīng)激反應(yīng)，對肺組織有一定的保護作用，以30%氧濃度效果較好。

百草枯；氣道給氧；氧化應(yīng)激；急性肺損傷

百草枯(paraquat,PQ)又稱克蕪蹤,自1955年發(fā)現(xiàn)其具有除 草作用,且對周圍環(huán)境無污染以來,迅速在世界范圍內(nèi)被推廣使用［1］。 然而 Bullivant［2］在1966年報道2例因百草枯中毒死亡的患者后,世界范圍內(nèi)不斷有因百草枯中毒的病例被報道出來。目前,百草枯的中毒機制尚不完全明確,其對人體器官和組織的損害可能是因為百草枯可誘導(dǎo)產(chǎn)生大量自由基,從而導(dǎo)致器官和組織的病變,其中以肺部病變最為嚴(yán)重［3］。本文旨在通過給予百草枯誘導(dǎo)建立大鼠急性中毒模型,采用不同濃度氣道給氧,研究氣道給氧對急性肺損傷的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗動物:健康SD大鼠160只,雌雄不拘,體質(zhì)量(330±30)g,由廣西醫(yī)科大學(xué)動物實驗中心提供(SCXK(桂)2012-0001),本研究嚴(yán)格遵循《實驗動物保護條例》。

1.1.2 藥品和儀器:百草枯(永農(nóng)生物科學(xué)有限公司);CAT和SOD水平測定試劑盒(碧云天生物技術(shù)有限公司);PB840呼吸機(美國泰科公司)。

1.2 方法

1.2.1 動物模型建立和分組治療:隨機分為4組,即空白對照組(A組)、百草枯中毒組(B組)、低濃度給氧組(C組)、和高濃度給氧組(D組),每組40只。A組以生理鹽水1m L一次性灌胃,B、C和D組以50 mg/kg百草枯(稀釋于1 m L生理鹽水)一次性灌胃染毒造模。染毒后,將C和D組置于特制的半密閉的玻璃箱內(nèi),以PB840呼吸機持續(xù)向箱內(nèi)給氧,C組給予30%氧,D組給予50%氧,6 h/d,并以氧濃度儀監(jiān)測箱內(nèi)氧濃度。

1.2.2 實驗取材時點與部位:各組分別于建模后第1、3、7、14、21 d各取8只SD大鼠,麻醉后腹主動脈采血1mL立即行血氣分析及血LAC檢查,隨即放血處死。均留取右肺留待測濕/干重比,左肺制成勻漿備用。留取3 d右肺上葉組織用10%甲醛固定,用于病理組織學(xué)檢查。

1.2.3 肺濕/干重比測定:以濾紙吸干肺組織表面液體,立即稱濕重,再置于80℃烤箱中24 h至重量恒定稱干重,計算肺濕/干重比。

1.2.4 生化指標(biāo)檢測:取樣后當(dāng)日測定肺組織勻漿中過氧化氫酶(CAT)和SOD水平,測定方法嚴(yán)格按照試劑盒說明書進行。

1.2.5 病理組織學(xué)檢查:取3 d右肺上葉組織用10%甲醛固定,按常規(guī)石蠟包埋切片,進行HE染色,在光鏡下觀察其組織學(xué)改變并拍照。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法 數(shù)據(jù)用SPSS19.0統(tǒng)計學(xué)軟件進行處理,正態(tài)計量資料比較采用t檢驗,以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 治療3 d后各組肺組織損傷病理學(xué)觀察結(jié)果 HE染色結(jié)果顯示:治療3 d后,A組肺組織質(zhì)地均勻、柔軟,色澤光亮;B組肺組織中水腫、淤血清晰可見,呈暗紅色;C組淤血、水腫現(xiàn)象減弱的較為明顯;D組淤血、水腫現(xiàn)象減弱程度不如C組高(見圖1)。

圖1 肺組織損傷病理學(xué)觀察A組:空白對照組;B組:百草枯中毒組;C組低濃度給氧組;D組:高濃度給氧組Fig.1 The pathological observation of lung injuryGroup A:control group;group B:PQ poisoning group;group C:low concentrations of oxygen group;group D:high concentrations of oxygen group

2.2 各組肺組織勻漿中CAT和SOD水平檢測 與A組相比,B組在各時間點肺組織勻漿中CAT活力及SOD水平均均明顯降低(P＜0.01)。與B組各對應(yīng)時間點比較,C組SOD水平和CAT活力在3、7、14、21 d均明顯升高(P＜0.05,P＜0.01);D組SOD水平在3、7、14、21 d均明顯升高(P＜0.05),CAT活力各時間點均明顯升高(P＜0.01)。C組SOD和CAT水平升高程度較D組高,但各時間點比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(見表1)。

表1 各組肺組織勻漿中CAT和SOD水平檢測［U/(mg.pro)］Tab.1 Detection of CAT and SOD in each lung tissue group［U/(mg.pro)］

2.3 各組動脈血血氣分析及血LAC檢測 與A組相比,B組動脈血中PO2、PCO2、LAC均明顯升高(P＜0.01)。與B組相比,C組PO2在各時間點均明顯升高,(P＜0.05,P＜0.01);PCO2和LAC在3、7 d時明顯升高(P＜0.05,P＜0.01);D組PO2在3、7、14、21 d 時均明顯升高(P＜0.01),PCO2在 3、14、21 d 時均明顯升高(P＜0.05,P＜0.01),LAC在 3、7、14、21 d時明顯升高(P＜0.05,P＜0.01,見表2)。

表2 各組動脈血血氣分析及血LAC檢測Tab.2 Analysis of arterial blood gas and detection of LAC in each group

2.4 各組肺部組織濕/干比值 與A組各時間點比較,B組1d時的肺部組織濕/干(W/D)比值明顯升高(P＜0.05),3、7、14、21 d時2組比較差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.01);與B組相應(yīng)時間點比較,C組3、7、14、21 d時的肺部組織濕/干(W/D)比值均明顯降低(P＜0.05),D組3、7、14 d時的肺部組織濕/干(W/D)比值亦明顯降低(P＜0.05,見表3)。

表3 各組肺部組織W/D值比較Tab.3 Comparison of lung tissue W/D value in four groups

3 討論

百草枯中毒后,可迅速對全身的大部分器官組織引起毒害,其中以肺部的毒害為主［4-5］。而其損害肺部組織的原因是百草枯可誘導(dǎo)產(chǎn)生大量自由基,引起機體的氧化應(yīng)激反應(yīng)［6］。正常的生理情況下,機體具有天然的抗氧化防御系統(tǒng),使機體產(chǎn)生的自由基與消除反應(yīng)存在動態(tài)平衡,維持機體正常濃度的自由基［7-8］。

本研究顯示,百草枯引起的大鼠中毒可使肺部組織腫脹,產(chǎn)生淤血,而以氣道給氧可在一定程度上減輕這種損傷,其中以30%濃度給氧效果明顯(效果改善情況比較以D治療后的3d最明顯)。過氧化氫酶［9］可催化過氧化氫產(chǎn)生氧和水,其是機體清除過氧化氫的重要酶類,使機體免受過氧化氫的毒害［10］。本研究顯示,百草枯中毒的大鼠較正常大鼠肺部組織中過氧化氫酶的活力顯著下降,提示百草枯可能通過抑制過氧化氫的活力而使肺部過氧化氫得不到清除,導(dǎo)致肺部被過氧化氫損傷。氣道給氧可在一定程度上上調(diào)過氧化氫酶的活力,其中以30%濃度給氧效果明顯,但與高濃度組相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義,可能是模型數(shù)量不足造成的。百草枯通過誘導(dǎo)產(chǎn)生自由基,間接引起SOD含量減少,使脂質(zhì)過氧化水平升高,產(chǎn)生大量丙二醛［11-12］。本研究通過檢測SOD的水平來反映機體抗自由基的能力。研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)不同濃度氧治療后,機體SOD有一定程度的升高,提示機體的抗氧化能力的回升。血氣分析能夠在一定程度上反映肺的功能以及機體的代謝情況,有研究揭示,動脈血PH、PO2、PCO2和LAC與百草枯中毒預(yù)后關(guān)系密切［13-14］,本研究表明,一定濃度的氧能夠上調(diào)動脈血PO2的值,下調(diào)PCO2的值和LAC,以30%氧濃度影響較為明顯,而對動脈血pH影響較微。百草枯中毒后可使肺體積增大,肺壁充血、增厚甚至引起肺出血［15］,從而使W/D顯著增大,本研究結(jié)果與此相符,而且不同濃度氧能夠降低W/D,說明一定濃度的氧可減少肺部組織的損傷。

綜上,經(jīng)氣道給予一定濃度氧可減弱百草枯大鼠模型肺組織氧化應(yīng)激反應(yīng),對肺組織有一定的保護作用,以30%氧濃度效果顯著。

［1］ Cooper CS， Park M， Blair DG， et a1.Molecular cloning of a new transforming gene from a chemically transformed human cell line［J］.Nature，1984， 311:29-33.

［2］ Bullivant CM.Accidental poisoning by paraquat:Report of two cases in2 man［J］.British Medical Journal， 1966， 5498（12):1272-1273.

［3］ Choi JS，Jou SS， Oh MH， et al.The dose of cyclophosphamide for treating paraquat-induced rat lung injury［J］.Korean J Intern Med，2013， 28（4):420-427.

［4］ Proudfoot AT， Prescott LF， Simpson D， et al.Radiotherapy for paraquat lung toxicity［J］.Br Med J（Clin Res Ed)， 1984， 289（6437):112.

［5］ ZhiQ，Sun H，Qian X，Yang L.Edaravone，a novel antidote against lung injury and pulmonary fibrosis induced by paraquat? ［J］.Int Immunopharmacol，2011， 11:96-102.

［6］ Ranjbar A，Mohsenzadeh F，Chehregani A，et al.Ameliorative effect of Matricaria chamomilla.L on paraquat:Induced oxidative damage in lung rats［J］.Pharmacognosy Res， 2014， 6（3):199-203.

［7］ Di Pietro V，Lazzarino G，Amorini AM，et al.Neuroglobin expression and oxidant/antioxidant balance after graded traumatic brain injury in the rat［J］.Free Radic Biol Med， 2014， 69:258-264.

［8］ Aprioku JS.Pharmacology of free radicals and the impact of reactive oxygen species on the testis［J］.JReprod Infertil， 2013， 14（4):158-172.

［9］ Kodydková J， Vávrová L， Kocík M， et al.Human catalase， its polymorphisms，regulation and changes of its activity in different diseases［J］.Folia Biol（Praha)， 2014， 60（4):153-167.

［10］ Huang WD， Wang JZ， Lu YQ， et al.Lysine acetylsalicylate ameliorates lung injury in rats acutely exposed to paraquat［J］.Chin Med J（Engl)， 2011， 124（16):2496-2501.

［11］ Fischer SG， Perez RS， Nouta J， et al.Oxidative Stress in Complex Regional Pain Syndrome（CRPS):No Systemically Elevated Levels of Malondialdehyde，F(xiàn)2-Isoprostanes and 8OHdG in a Selected Sample of Patients［J］.Int JMol Sci， 2013， 14（4):7784-7794.

［12］ Liu ZN，Zhao M，Zheng Q，et al.Inhibitory effects of rosiglitazone on paraquat-induced acute lung injury in rats［J］.Acta Pharmacol Sin，2013， 34（10):1317-1324.

［13］ Lee Y， Lee JH， Seong AJ， et al.Arterial lactate as a predictor of mortality in emergency department patients with paraquat intoxication［J］.Clinical Toxicology，2012，50（1):52-56.

［14］ Huang C， Zhang X.Prognostic significance of arterial blood gas analysis in the early evaluation of paraquat poisoning patients［J］.Clinical Toxicology， 2011， 49（8):734-738.

［15］ Park JS，Park KH， Kim H， et al.Effects of sivelestat treatment on acute lung injury in paraquat-intoxicated rats［J］.Drug Chem Toxicol，2014， 37（1):114-120.

(編校:吳茜)

Effects of providing oxygen through airway on oxidative stress-related indicators of lung tissue in paraquat intoxicated rats

CAO Jie,YANG Yu-ningΔ,YE Yong-wei,BAIYu-long,CHEN Lan-lan,CHEN Bing-yan

(Department of ICU,The First Affiliated Hospital of Guangxi Medical University,Nanning 530021,China)

Objective To investigate the effects of different concentrations of oxygen through airway on oxidative stress-related indicators of lung tissue in paraquat intoxicated rats.Methods 160 SD ratswere random ly divided into normal control group(group A),model group(group B),30%oxygen concentration(group C)and 50%concentration oxygen group(group D),each had 40 rats.B,C,D groupswere given 50mg/kg paraquat(diluted in 1mL saline)disposable by intragastric administration.After 1h,oxygen therapy through airway were given to group C and D,6h/d;group A and normal group B intake air.8 ratswere anesthetized and 1mL blood were drawn through abdominal aorta at1,3,7,14,21 d,and blood gas and blood LAC were immediately analyzed and checked,after thatall ratswere bled to death.The wet/dry weight ratio of right lungsweremeasured and lobe tissue in 3d were fixed with 10%formalin for histological examination;left lungs were homogenizied and catalase(CAT)activity and SOD levels in lung homogenateswere detected.Results HE staining results showed that the congestion,edemawereweakened obviously in group C.Compared with group B at each time point,SOD and CAT levels in tissues were up-regulate with varying degrees in C,D groups,arterial PO2 raise,PCO2,LACP downregulate,and the differences were statistically significant(P＜0.05 or P＜0.01),but there were no significant differences between C,D groups.Compared with group B at each time point,thewet/dry(W/D)ratio of lung tissueswere decreased at different degrees in C,D groups,and the difference was significantly(P＜0.05 or P＜0.01).Conclusion Giving a certain concentration of oxygen through airway can reduce oxidative stress in lung tissue,protect lung tissue in paraquat intoxicated rats,and effect of30%oxygen concentration is remarkable.

paraquat;oxidative stress;lung tissue

R318.13；R563.3

A

1005-1678（2014)06-0047-04

國家自然科學(xué)基金(30960436)

曹杰，男，副主任醫(yī)師，研究方向：危重癥及中毒，E-mail：caojie5668@163.com；楊宇寧，通信作者，碩士，主治醫(yī)師，研究方向：危重癥及中毒，E-mail：yanyuning66@163.com。