張家衡,柯有力,楊 泳,何 凡,李杰寶
防己黃芪湯對(duì)兔肺缺血再灌注損傷的保護(hù)研究
張家衡,柯有力,楊 泳,何 凡,李杰寶
目的:研究防己黃芪湯對(duì)兔肺缺血再灌注損傷的保護(hù)。方法:36只日本大耳白兔,隨機(jī)分為3組,每組12只。A組為模型對(duì)照組:建立兔肺缺血再灌注模型(左肺缺血1 h,再灌注4~6 h)。B組為黃芪湯治療組:自模型建立前一周開始,每日喂飲中藥黃芪湯2 mL/kg。C組為防己黃芪湯治療組:自模型建立前一周開始,每日喂飲中藥防己黃芪湯2 mL/kg。再灌注后4 h及6 h,分別檢測(cè)肺濕/干重比(wet to dry weight ratio,W/D)、肺損傷定量指數(shù)(the index of quantitative assessment of lung histological injury,IQA)、肺光鏡病理、肺電鏡超微病理、肺caspase-3含量免疫組化測(cè)定。結(jié)果:再灌注后4 h(T4)及6 h(T6),B組、C組的W/D及IQA值,同A組比較,明顯地下降,其中以C組下降更明顯(B組:P<0.05,C組:P<0.01)。B、C兩組肺組織病理學(xué)結(jié)構(gòu)破壞較A組明顯改善,尤以C組改變明顯。肺組織電鏡觀察,B、C兩組較A組破壞較小,肺泡結(jié)構(gòu)相對(duì)完整。B、C兩組caspase-3表達(dá)較A組明顯降低,P<0.05。結(jié)論:防己黃芪湯能明顯減輕兔肺缺血再灌注損傷,對(duì)肺組織有保護(hù)作用。
肺;缺血再灌注損傷;兔;防己黃芪湯;保護(hù)作用
肺組織對(duì)缺血和再灌注較為敏感,易形成肺缺血再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury,IRI),導(dǎo)致肺功能損害。主要表現(xiàn)為肺組織結(jié)構(gòu)及超微結(jié)構(gòu)的損傷,毛細(xì)血管通透性增加,肺組織液滲出增多,肺呼吸膜水腫,氣體交換障礙,進(jìn)而呼吸功能衰竭等。本實(shí)驗(yàn)觀察防己黃芪湯對(duì)兔肺缺血再灌注損傷的保護(hù)作用。
1.1 動(dòng)物 日本大耳白兔36只,由武漢市生物制品研究所動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供。體質(zhì)量(2.5±0.5)kg,雌雄不拘,常規(guī)喂養(yǎng),術(shù)前12 h禁食,自由飲水。
1.2 儀器 DW2000動(dòng)物人工呼吸機(jī)(上海嘉鵬科技有限公司),UNIVERSAL 32R型低溫高速離心機(jī)(Germany HETTICH公司),電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海實(shí)驗(yàn)儀器總廠),752分光光度計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司),普通病理切片機(jī),瑞典BROMMA公司產(chǎn)LKB-V型超薄切片機(jī),Olympus5.1光學(xué)顯微鏡,H-600透射電鏡(Japan日立公司),ImageProPlus6.0彩色醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng)。
1.3 試劑 Caspase-3(CPP32)Ab-4購自Thermo Fisher Scientific;SABC試劑盒購自武漢博士德生物工程有限公司。
1.4 藥品 由武漢市中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院中藥房提供。防己黃芪湯:黃芪15 g,防己12 g,白術(shù)9 g,炙甘草7.5 g,生姜4片,大棗1枚。浸泡1 h后煎煮30 min,濾出藥液。將藥渣再加入適量水,煎煮30 min,濾出藥液。合并2次藥液,繼續(xù)煎煮濃縮成100 mL的煎劑,放入瓶中。黃芪湯:單取黃芪15 g,制備方法同防己黃芪湯。
1.5 分組及模型建立 將36只日本長耳大白兔隨機(jī)分為3組,每組12只。A組為模型對(duì)照組,參照Sekido等[1]介紹的方法,制備在體兔肺缺血再灌注損傷模型。經(jīng)耳緣靜脈注射25%烏拉坦(4 mL/kg)麻醉,肌肉注射阿托品0.5 mg。手術(shù)過程中經(jīng)靜脈間斷注射25%烏拉坦,每次0.8 mL/kg,維持足夠麻醉深度。將動(dòng)物仰臥固定于手術(shù)臺(tái)上,氣管切開插管,接小動(dòng)物人工呼吸機(jī)行機(jī)械通氣。調(diào)節(jié)呼吸機(jī)參數(shù)∶呼吸頻率30次/min,吸呼比1∶1,氧濃度100%,潮氣量10 mL/kg。游離并阻斷左肺門期間呼吸參數(shù)改為潮氣量7 mL/kg,呼吸頻率40次/min。游離一側(cè)頸外靜脈,置管,用于術(shù)中補(bǔ)液及注射肝素、補(bǔ)充麻藥,補(bǔ)液量為生理鹽水10 mL·kg-1·h-1。B組為黃芪湯治療組,兔肺缺血再灌注模型建立前,連續(xù)7 d灌服黃芪湯,2 mL·kg-1·h-1。C組為防己黃芪湯治療組,兔缺血再灌注模型建立前,連續(xù)7d灌服防己黃芪湯,2 mL·kg-1·h-1。
1.6 標(biāo)本采集 每組于左肺門阻斷1 h,再灌注后4 h(T4)、6 h(T6),分別取6只動(dòng)物處死,取材。采集肺組織作濕/干重比和光鏡檢測(cè)。取再灌注后4 h肺組織行Caspase-3免疫組化檢測(cè)。取再灌注6 h后肺組織做電鏡檢測(cè)。
1.6.1 肺濕/干重比 取1 cm×1 cm×1 cm左右左上肺組織稱濕重,用電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥標(biāo)本24 h后稱干重,二者之比即為濕/干重比(wet to dry weight ratio,W/D)。
1.6.2 肺損傷定量評(píng)價(jià)指數(shù)測(cè)定 取左肺下葉1 cm× 1 cm×1 cm組織塊,4%多聚甲醛固定,常規(guī)石蠟包埋、切片,HE染色。在200倍視野光鏡下隨機(jī)連續(xù)觀察10個(gè)視野,計(jì)算損傷肺泡數(shù)占計(jì)數(shù)肺泡總數(shù)百分比(肺泡內(nèi)含有RBC或/和PMN 2個(gè)以上的損傷肺泡數(shù)占總計(jì)肺泡數(shù)的百分比),即肺損傷定量評(píng)價(jià)指數(shù)(the index of quantitative assessment of lung histological injury,IQA),作為肺損傷的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)。
1.6.3 光鏡病理學(xué)檢測(cè) 取左上肺或左下肺1 cm× 1 cm×1 cm組織塊,4%多聚甲醛固定,常規(guī)石蠟包埋、切片,HE染色,光鏡下觀察其組織病理學(xué)改變。
1.6.4 超微電鏡病理學(xué)檢測(cè)組織取材,2.5%戊二醛前固定,0.1M磷酸緩沖液漂洗3次,鋨酸(OSO41%)后固定。0.1M磷酸緩沖液漂洗3次,梯度酒精脫水(50%,70%,80%,95%,100%2次),每次15 min。純丙酮脫水2次(15 min),EPON812∶丙酮(1∶1)浸透30 min。純環(huán)氧樹脂包埋液浸透1 h,純包埋液固化37℃24 h后60℃48 h。超薄切片機(jī)切片,鈾、鉛染色(醋酸雙氧鈾,枸櫞酸鉛),透射電鏡觀察。
1.6.5 Caspase-3免疫組化檢測(cè) SABC法行免疫組化染色,用ImageProPlus6.0彩色醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng)行吸光度值測(cè)定,每組取5例標(biāo)本,每個(gè)標(biāo)本隨機(jī)取10個(gè)視野。
1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及檢驗(yàn),計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差()表示,組內(nèi)行配對(duì)t檢驗(yàn),組間行成組t檢驗(yàn),P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 W/D及IQA比較 同模型對(duì)照組比較,防己黃芪湯組W/D、IQA值均明顯下降(P<0.01);黃芪組亦可見明顯下降(P<0.05);防己黃芪湯組與黃芪組比較,W/D、IQA值亦呈明顯下降(P<0.05)。見表1。
表1 3組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物間W/D和IQA(%)比較(,n=12)
表1 3組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物間W/D和IQA(%)比較(,n=12)
注:與對(duì)照組比較,aP<0.01,bP<0.05;與黃芪組比較,cP<0.05;組內(nèi)不同時(shí)間點(diǎn)比較,dP<0.01
組別對(duì)照組黃芪組防己黃芪組W/D 4 h 6.38±0.12 5.82±0.07b5.67±0.08a、c6 h 6.03±0.07d5.66±0.04b、d 5.54±0.05a、c、d IQA(%) 4 h 57.2±4.3 44.4±3.7b40.2±2.6a、c6 h 49.6±3.1d38.5±4.2b、d 35.2±3.3a、c、d
2.2 肺組織病理學(xué)檢查 病理學(xué)檢測(cè)(光鏡):T4時(shí),模型對(duì)照組肺組織結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重,肺間質(zhì)、肺泡腔內(nèi)大量炎性細(xì)胞及紅細(xì)胞浸潤。黃芪組肺組織結(jié)構(gòu)破壞相對(duì)減少,肺間質(zhì)、肺泡腔內(nèi)炎性細(xì)胞及紅細(xì)胞浸潤有所減輕。防己黃芪湯組肺間質(zhì)水腫明顯減輕,肺泡結(jié)構(gòu)破壞明顯減少,肺間質(zhì)及肺泡腔內(nèi)炎性細(xì)胞及紅細(xì)胞輕度浸潤。T6時(shí),模型對(duì)照組形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)有所好轉(zhuǎn),但仍可見大量肺泡完整性被破壞,肺間質(zhì)內(nèi)大量炎性細(xì)胞浸潤明顯,肺泡腔內(nèi)見少許紅細(xì)胞及炎性細(xì)胞殘留(圖1)。黃芪組的細(xì)胞結(jié)構(gòu)改善明顯,肺泡完整性保持較好,間質(zhì)內(nèi)仍可見少許炎性細(xì)胞及紅細(xì)胞浸潤,間質(zhì)輕度水腫,肺泡腔內(nèi)未見明顯紅細(xì)胞及炎性細(xì)胞殘留(圖2)。防己黃芪組間質(zhì)內(nèi)僅見極少炎性細(xì)胞浸潤,間質(zhì)水腫改善明顯,肺泡腔內(nèi)未見明顯紅細(xì)胞及炎性細(xì)胞殘留(圖3)。
圖1 對(duì)照組形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)有所好轉(zhuǎn),但大量肺泡完整性被破壞,肺間質(zhì)內(nèi)大量炎性細(xì)胞浸潤明顯,肺泡腔內(nèi)見紅細(xì)胞及炎性細(xì)胞殘留
圖2 肺泡完整性保持較好,間質(zhì)內(nèi)仍見少許炎性細(xì)胞及紅細(xì)胞浸潤,間質(zhì)輕度水腫,肺泡腔內(nèi)未見明顯紅細(xì)胞及炎性細(xì)胞殘留
圖3 間質(zhì)內(nèi)僅見極少炎性細(xì)胞浸潤,間質(zhì)水腫改善明顯,肺泡腔內(nèi)未見明顯紅細(xì)胞及炎性細(xì)胞殘留
2.3 肺組織電鏡觀察肺泡灌洗液中巨噬細(xì)胞及肺組織中組織細(xì)胞 T4時(shí),模型對(duì)照組巨噬細(xì)胞胞漿內(nèi)見眾多吞飲小泡,細(xì)胞核呈空泡狀改變,核包膜尚完整,細(xì)胞膜見部分崩解(圖4)。黃芪組巨噬細(xì)胞胞漿內(nèi)吞飲小泡相對(duì)減少,胞核及細(xì)胞膜顯示相對(duì)完整,見少許足突殘留(圖5);防己黃芪湯組細(xì)胞形態(tài)及胞內(nèi)結(jié)構(gòu)相對(duì)完整,胞核及細(xì)胞膜完整,胞漿內(nèi)吞飲小泡明顯減少,可見多個(gè)足突(圖6)。
圖4 巨噬細(xì)胞胞漿內(nèi)見眾多吞飲小泡,細(xì)胞核呈空泡狀改變,核包膜尚完整,細(xì)胞膜見部分崩解
圖5 巨噬細(xì)胞胞漿內(nèi)吞飲小泡相對(duì)減少,胞核及細(xì)胞膜顯示相對(duì)完整,見少許足突殘留
圖6 細(xì)胞形態(tài)及胞內(nèi)結(jié)構(gòu)相對(duì)完整,胞核及細(xì)胞膜完整,胞漿內(nèi)吞飲小泡明顯減少,可見多個(gè)足突
T6時(shí),模型對(duì)照組肺組織多見肺泡萎縮,充氣不均,Ⅰ型肺泡細(xì)胞胞質(zhì)呈指狀、絲狀或多空泡狀,并向肺泡腔內(nèi)突起,部分質(zhì)塊脫離。嚴(yán)重處胞質(zhì)呈空泡化,胞膜崩解,上皮脫落,僅存基底膜。黃芪組肺組織結(jié)構(gòu)見明顯改善,肺泡胞質(zhì)內(nèi)仍見多吞飲小泡狀改變,胞核見少許腫大,包膜完整,肺泡隔輕度水腫。防己黃芪湯組肺組織結(jié)構(gòu)完整,胞內(nèi)吞飲小泡較黃芪組明顯減少,胞核形態(tài)正常,肺泡隔水腫較輕。
2.4 免疫組化Caspase-3測(cè)定 T4時(shí),模型對(duì)照組表達(dá)呈強(qiáng)陽性,黃芪組表達(dá)呈陽性表現(xiàn),防己黃芪組表達(dá)呈弱陽性表現(xiàn)。吸光度值比較,黃芪組及防己黃芪湯組均較模型對(duì)照組明顯減低(P<0.01),防己黃芪湯組比黃芪組又有明顯減低(P<0.05)。組間不同時(shí)間點(diǎn)比較,Caspase-3表達(dá)隨再灌注時(shí)間延長而逐步降低(P<0.01)。見表2。
表2 3組間Caspase-3吸光度值(mA)比較(,n=12)
表2 3組間Caspase-3吸光度值(mA)比較(,n=12)
注:與對(duì)照組比較,aP<0.01;與黃芪組比較,cP<0.05;組內(nèi)不同時(shí)間點(diǎn)比較,dP<0.01
組別對(duì)照組黃芪組防己黃芪組4 h 0.256±0.09 0.239±0.07a0.227±0.10a、c6 h 0.212±0.12 0.194±0.06a、d0.186±0.11a、c、d
單肺通氣(OLV)使肺充分塌陷,有利于手術(shù)視野顯露,便于手術(shù)操作。同時(shí),可以防止病側(cè)肺的分泌物或血液流人對(duì)側(cè)肺,避免交叉感染或病灶擴(kuò)散。但是,單肺通氣時(shí)非通氣肺肺泡萎陷,肺血管收縮導(dǎo)致血流灌注不足,恢復(fù)通氣后,再灌注導(dǎo)致肺組織內(nèi)大量氧自由基、細(xì)胞因子及活性物質(zhì)的釋放,出現(xiàn)肺缺血再灌注損傷[2-3]。
在肺缺血再灌注損傷中除了直接的細(xì)胞壞死外,細(xì)胞凋亡也是細(xì)胞死亡的基本形式。在缺血階段由于缺氧,壞死的細(xì)胞占據(jù)多數(shù),而細(xì)胞凋亡則多發(fā)生在在再灌注階段。Fischer等[4]于再灌注后對(duì)移植肺進(jìn)行病理活檢,細(xì)胞凋亡數(shù)明顯增加,且與再灌注時(shí)間相關(guān)。Stammberger等[5]認(rèn)為嚴(yán)重的再灌注損傷在肺移植過程早期發(fā)生。而Omasa M等[6]的研究發(fā)現(xiàn),肺缺血再灌注后細(xì)胞凋亡數(shù)目與肺血管分流分?jǐn)?shù)、細(xì)胞氧化損傷之間有關(guān)聯(lián)。新近的研究證實(shí),明顯的凋亡出現(xiàn)在再灌注早期,并隨著再灌注時(shí)間延長而增加,這與此期間肺組織形態(tài)學(xué)改變、血氧分壓、肺組織濕/干重比的改變趨勢(shì)是一致的,說明肺泡細(xì)胞凋亡是肺缺血再灌注早期肺損傷的一個(gè)重要指標(biāo)[7]。
Caspase-3是凋亡過程中最重要的蛋白酶,是細(xì)胞凋亡蛋白酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)的必經(jīng)之路,被認(rèn)為是凋亡的最終執(zhí)行者[8]。Caspase-3是caspases級(jí)聯(lián)反應(yīng)中下行的最關(guān)鍵的凋亡執(zhí)行蛋白酶,在各種程序啟動(dòng)的凋亡程序中起最后樞紐的作用[9]。它激活后可通過裂解DNA依賴性蛋白激酶,改變其結(jié)構(gòu),促使細(xì)胞凋亡[10]。
防己黃芪湯是益氣利水的代表方,出自《金匱要略》,功能益氣祛風(fēng)、健脾利水。防己黃芪湯由防己、黃芪、白術(shù)、甘草組成,在用法中加入生姜、大棗。防己主入肺、脾、膀胱經(jīng),其苦寒降泄,能利水消腫,使水濕下行,味辛能散,攻可祛風(fēng),以祛外襲之風(fēng)邪。黃芪入肺脾二經(jīng),具升發(fā)之性,能補(bǔ)氣升陽,固表止汗,利水消腫。黃芪善走肌表,是治療表虛及虛性水腫的要藥。方中黃芪重在扶正,補(bǔ)肺健脾,益氣固表,并有利水消腫之功,與防己配伍,消補(bǔ)兼施,相得益彰,共奏益氣利水祛風(fēng)之功。白術(shù)入脾胃經(jīng),甘溫補(bǔ)中,苦可燥濕,是補(bǔ)脾燥濕要藥。蓋脾為營衛(wèi)生化之源,又主運(yùn)化水濕,脾氣得健則水濕可利,肌表可固,所以又有利水固表止汗之功。白術(shù)作為方中臣藥,健脾燥濕,培土制水,助防己利水以消腫,合黃芪益氣以實(shí)衛(wèi)。方中使以甘溫之炙甘草益氣健脾,調(diào)和藥性。大棗甘溫質(zhì)柔,功可補(bǔ)脾和胃,益氣調(diào)營。生姜味辛微溫,既能發(fā)散風(fēng)寒,助防己祛風(fēng),又能宣散水氣,更增防己、黃芪利水之功。全方六味藥中,防己、生姜祛風(fēng)制水以攻邪,術(shù)、草、棗益氣健脾以扶正,黃芪則有益氣固表與健脾利水的雙重作用。
黃芪是防己黃芪湯主要成分。有研究已證實(shí)黃芪對(duì)組織凋亡有明顯抑制作用,其可以通過抑制caspase-3的活性實(shí)現(xiàn)[11]。同時(shí),黃芪多糖還能通過穩(wěn)定細(xì)胞膜,保護(hù)和提高SOD活性,減少XO生成及釋放,抑制MDA生成,進(jìn)而中斷MDA對(duì)肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞的損傷作用,防止PS減少,抗肺缺血再灌注損傷[12]?,F(xiàn)有研究也證實(shí),再灌注早期應(yīng)用白術(shù)的有效成分白術(shù)多糖治療,能明顯減輕腦缺血區(qū)中性粒細(xì)胞聚集和浸潤所引起的再灌注損傷[13]。防己的有效成分木防己多糖亦能有效的清除體內(nèi)活性氧自由基[14]。
本研究證實(shí),在兔肺缺血再灌注損傷的保護(hù)上,防己黃芪湯組方內(nèi)多藥協(xié)同作用比黃芪湯單方能更強(qiáng)地抑制caspase-3的活性,減少缺血再灌注損傷所致的細(xì)胞凋亡,清除體內(nèi)活性氧自由基,減輕缺血再灌注所帶來的損傷。中藥防己黃芪湯能有效保護(hù)肺組織結(jié)構(gòu)及超微結(jié)構(gòu),使肺組織形態(tài)學(xué)改變明顯減輕,肺泡受損情況明顯好轉(zhuǎn),從而減輕單肺通氣后肺再灌注損傷,改善肺功能,促進(jìn)術(shù)后康復(fù)。
充分利用我國豐富的中醫(yī)藥資源,做到古方今用、古方新用,從而充分挖掘前人成熟方劑的功效,拓展在現(xiàn)代臨床上的應(yīng)用,為中醫(yī)藥的研究開辟新的途徑!這是我們現(xiàn)階段中西醫(yī)結(jié)合發(fā)展的趨勢(shì)及方向。通過本次研究,我們認(rèn)為防己黃芪湯可通過減輕肺組織結(jié)構(gòu)破壞,降低毛細(xì)血管通透性,抗細(xì)胞凋亡等作用,減輕肺缺血再灌注損傷,為防治肺缺血再灌注損傷提供一條新的途徑。其具體有效成分及作用途徑則有待于我們進(jìn)一步研究。
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(收稿:2012-12-12 修回:2013-08-20)
(責(zé)任編輯 王 豐)
The Study of Protective Effect of the Fang Ji Huang Qi Tang(防己黃芪湯)on the Lungs’Ischemia-Re?perfusion Injury
ZHANG Jia-heng,KE You-li,YANG Yong,et al.The First Hospital of Wuhan City of Hu?bei Province,Wuhan(430022),China
ObjectiveTo study the protective effects of Fangji-Huangqi-Tang(防己黃芪湯)on the lung ischemia-reperfusion injury in rabbits.MethodsA total of 36 Japanese long-eared rabbits were randomly di?vided into three groups(12 in each).In group A,rabbits underwent the left lung ischemia-reperfusion.The lungs were perfused for 4~6 h after 1h ischemia.In group B,rabbits were treated with Huangqi-Tang(黃芪湯)2 mL· kg-1·d-1for a week before they underwent the injury model.In group C,rabbits were treated with Fangji-Huangqi-Tang(防己黃芪湯)2 mL·kg-1·d-1for a week before they underwent the injury model.Then we examined the wet to dry ratio in lung’s weights(W/D),the index of lung histological injury(IQA),pathology changes of lungs under the light microscope and ultramicro-pathological changes of lungs under the electron mi?croscope.At the same time,we also examined lungs’Caspase-3 expression by immunohistochemistry detection.ResultsAt the 4th(T4)and 6thhours(T6)after reperfusion,W/D and IQA of the group B and C were obviously decreased while compared with the A group,P<0.05.On pathological changes at the 4th and the 6th hours af?ter reperfusion,compared with the group A,group B and group C had more improvements on the disorganization of lungs and on the pulmonary alveoli’s formation.On the immunohistochemistry,the levels of the Caspase-3 ex?pression in the group B and the group C were less than that of group A.On all above measurements,the chang?es in group C were more obvious compared with group B.ConclusionFangji-Huangqi-Tang(防己黃芪湯) could reduce the ischemia-perfuse injury in rabbits’lungs.It can provide a good protection on the organization and the ultra-structure of rabbit lungs.
Lung;ischemia-perfuse injury;Fang Ji Huang Qi Tang(防己黃芪湯);pathological examination
Q95-33;R285.5
A
1007-6948(2013)05-0526-05
10.3969/j.issn.1007-6948.2013.05.013
湖北省衛(wèi)生廳計(jì)劃項(xiàng)目(鄂衛(wèi)2007-56)
武漢市中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院外科(武漢 430022)
楊 泳,E-mail:268025999@qq.com