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        脂氧素A4對(duì)異氟烷所致老齡大鼠認(rèn)知功能障礙的影響*

        2019-03-06 06:35:50張建芳李世勇韓嬙羅愛(ài)林任杰
        醫(yī)藥導(dǎo)報(bào) 2019年3期
        關(guān)鍵詞:海馬

        張建芳,李世勇,韓嬙,羅愛(ài)林,任杰

        (1.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院麻醉學(xué)教研室,武漢 430030;2.濟(jì)南市中心醫(yī)院麻醉科,濟(jì)南 250000)

        老年(≥60歲)患者接受全身麻醉手術(shù)后,約41.4%可發(fā)生術(shù)后認(rèn)知功能障礙(postoperation cognitive dysfunction,POCD),嚴(yán)重影響了患者的生活質(zhì)量并增加了社會(huì)醫(yī)療保健負(fù)擔(dān),目前臨床尚無(wú)有效的防治方法[1]。雖然POCD的發(fā)病機(jī)制尚不清楚,但多項(xiàng)研究顯示,全身麻醉藥是引起POCD的主要原因之一[2]。臨床相關(guān)濃度異氟烷可致實(shí)驗(yàn)動(dòng)物腦內(nèi)腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細(xì)胞介素1β(IL-1β)和白細(xì)胞介素6(IL-6)過(guò)度表達(dá),進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)元損傷,最終引起認(rèn)知功能障礙[3-4]。脂氧素A4 (lipoxin A4,LXA4)是一類(lèi)重要的內(nèi)源性促炎癥消退脂類(lèi)遞質(zhì),被稱(chēng)為炎癥反應(yīng)的“剎車(chē)信號(hào)”[5-6]。研究表明,LXA4可通過(guò)血腦屏障,抑制腦缺血及其他神經(jīng)退行性疾病中的神經(jīng)炎癥反應(yīng),從而減輕神經(jīng)細(xì)胞損傷,發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[7]。但LXA4能否減輕異氟烷誘發(fā)的老年大鼠海馬神經(jīng)炎癥及認(rèn)知功能損傷尚不清楚。筆者在本研究觀察LXA4預(yù)處理對(duì)異氟烷所致老年大鼠海馬炎癥反應(yīng)和認(rèn)知功能障礙的影響。

        1 材料與方法

        1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 清潔級(jí)雄性SD大鼠,18~20個(gè)月齡,體質(zhì)量350~400 g,購(gòu)自華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生產(chǎn)許可證號(hào):SCXK(鄂)2004-0007,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物合格證號(hào):NO.4200400243。飼養(yǎng)于溫度(22±1)℃、相對(duì)濕度(60±5)%、明暗各12 h交替(7:00—19:00)通風(fēng)干燥環(huán)境,提供充足的標(biāo)準(zhǔn)化飲食。

        1.2藥品與試劑 LXA4 購(gòu)自美國(guó)Sigma公司(批號(hào):437720),異氟烷購(gòu)自美國(guó)Baxter公司(批號(hào):N008B008),核因子κB抑制因子α(nuclear factor of kappa alpha,IκBα)購(gòu)自美國(guó)Sigma公司(批號(hào):BAY 11-7082),酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA )試劑盒購(gòu)自美國(guó)BioSource公司(IL-6批號(hào):145466017,IL-1β批號(hào):145530029,TNF-α批號(hào):145356008)。

        1.3儀器與設(shè)備 Biomedical全自動(dòng)血?dú)夥治鰞x(美國(guó)NOVA公司,型號(hào):PHOX PLUS),Ethovision動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡記錄系統(tǒng)(荷蘭Noldus公司,型號(hào):ETHOVISION PRO)。

        1.4實(shí)驗(yàn)分組與給藥方法 采用隨機(jī)數(shù)字表法,將SD大鼠隨機(jī)分為4組(n=30):對(duì)照組(C組)、異氟烷組(I組)、LXA4+異氟烷組(L+I組)和LXA4組(L組)。異氟烷麻醉開(kāi)始前,L組和L+I組腦室注射0.3 nmol·L-1LXA4 5 μL(溶于0.9%氯化鈉溶液)[7]。C組和I組給予等量0.9%氯化鈉溶液。將大鼠放入麻醉箱中,麻醉箱放入25 ℃恒溫箱內(nèi)與麻醉機(jī)相連,以30%O2-70%N2混合氣體作為載體氣體,通氣流量2 L·min-1。C組和L組大鼠給予30%O2-70%N2混合氣體6 h,I組和L+I組大鼠給予1.4%異氟烷6 h。麻醉完成后關(guān)閉異氟烷揮發(fā)罐,繼續(xù)保持通氣。

        1.5動(dòng)脈血?dú)夥治?麻醉結(jié)束后,用32號(hào)針頭立即取左心室血液200 μL,采用Biomedical全自動(dòng)血?dú)夥治鰞x進(jìn)行動(dòng)脈血?dú)夥治?,測(cè)定血?dú)庵笜?biāo)和血糖水平。

        1.6炎癥因子檢測(cè) 麻醉結(jié)束后,每組每個(gè)時(shí)間點(diǎn)(麻醉后0,3,6,12和24 h)取大鼠5只,按照ELISA 試劑盒說(shuō)明書(shū)檢測(cè)海馬TNF-α、IL-1β 和IL-6表達(dá)。

        1.7Western blotting檢測(cè)海馬組織蛋白 冰上分離大鼠海馬組織后裂解,提取總蛋白。Western blotting法檢測(cè)海馬組織相應(yīng)蛋白水平。Image Lab 3.0版軟件進(jìn)行灰度分析。以目的蛋白與β-actin灰度值的比值反映其表達(dá)水平。

        1.8認(rèn)知功能測(cè)定 待其余大鼠完全清醒后送回籠中,麻醉結(jié)束后第2周參照文獻(xiàn)[8]進(jìn)行Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)。Ethovision動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡記錄系統(tǒng)自動(dòng)記錄大鼠游泳軌跡。以大鼠入水至爬上平臺(tái)的時(shí)間為逃避潛伏期,取每天測(cè)試平均值。將60 s內(nèi)找不到平臺(tái)的大鼠放于平臺(tái)上15 s,逃避潛伏期記為60 s,連續(xù)訓(xùn)練4 d,記錄逃避潛伏期。于第5天將平臺(tái)撤去。從同一入水點(diǎn)將大鼠面向池壁放入水中,記錄120 s內(nèi)大鼠在4個(gè)象限的游泳時(shí)間百分比及穿過(guò)原平臺(tái)所在位置的次數(shù)。

        2 結(jié)果

        2.1異氟烷麻醉對(duì)大鼠循環(huán)和呼吸功能的影響 見(jiàn)表1。4組大鼠血液pH值、二氧化碳分壓(PaCO2)、氧分壓(PaO2)、血糖及氧飽和度(SaO2)比較,均差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。提示異氟烷麻醉對(duì)大鼠循環(huán)和呼吸功能無(wú)影響。

        2.2LXA4預(yù)處理改善異氟烷麻醉后認(rèn)知功能 訓(xùn)練的第3天和第4天,與I組比較,L+I組大鼠定位平臺(tái)時(shí)間更短,在目標(biāo)象限時(shí)間百分比更大(P<0.05)。L組與C組比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見(jiàn)圖1。

        2.3LXA4對(duì)異氟烷誘導(dǎo)的海馬內(nèi)炎癥因子水平上調(diào)及IκBα表達(dá)水平下調(diào)的影響 與C組比較,I組麻醉后0,3,6 h海馬內(nèi)IL-1β和 IL-6表達(dá)明顯上調(diào)(P<0.05),麻醉12 h后達(dá)基線水平;麻醉后0,3,6,12 h海馬內(nèi)TNF-α表達(dá)明顯上調(diào)(P<0.05),麻醉24 h后達(dá)基線水平;麻醉后0,3,6 h海馬內(nèi)IκBα表達(dá)下調(diào)(P<0.05),12 h后恢復(fù)正常;與I組比較,L+I組麻醉后0,3,6 h海馬內(nèi)TNF-α、IL-1β和 IL-6表達(dá)下調(diào),IκBα表達(dá)上調(diào)(P<0.05);各時(shí)間點(diǎn)L組和L+I組海馬內(nèi)TNF-α、IL-1β、IL-6 及IκBα表達(dá)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖2)。

        表14組大鼠動(dòng)脈血?dú)庵笜?biāo)和血糖水平比較

        Tab.1Comparisonofarterialbloodgasindexandbloodglucoselevelsamongfourgroupsofrats

        組別pH值PaCO2PaO2kPaC組7.31±0.054.80±0.5913.97±1.73I組7.33±0.044.83±0.3314.23±1.46L+I組7.32±0.065.16±0.4913.83±1.20L組7.31±0.045.28±0.3114.36±1.60組別血糖/(mmol·L-1)SaO2/%C組4.42±0.3398.87±0.95I組4.58±0.4697.25±0.76L+I組4.25±0.6696.78±0.89L組4.44±0.6199.24±0.73

        2.4異氟烷和 LXA4對(duì)海馬內(nèi)IκBα表達(dá)水平的影響 麻醉后2周,與C組比較,I組IκBα表達(dá)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。與I組比較,I+L組IκBα表達(dá)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見(jiàn)圖3。提示異氟烷和 LXA4對(duì)海馬內(nèi)IκBα表達(dá)水平的影響持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)。

        3 討論

        異氟烷是臨床常用吸入麻醉藥,研究證實(shí),1.4%異氟烷處理小鼠2,6,24 h后,海馬內(nèi)TNF-α、IL-1和IL-6表達(dá)增高,誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥發(fā)生和發(fā)展,損傷學(xué)習(xí)和記憶功能[3,9]。1.4%異氟烷與臨床麻醉所用的濃度接近,筆者在本研究選擇1.4%異氟烷麻醉6 h建立異氟烷誘發(fā)老年大鼠認(rèn)知功能障礙模型。異氟烷處理過(guò)程中,各組動(dòng)脈血?dú)夂脱侵笜?biāo)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,表明異氟烷未對(duì)循環(huán)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生明顯抑制。

        研究表明,在神經(jīng)退行性疾病中,TNF-α和 IL-1β參與了海馬內(nèi)神經(jīng)炎癥反應(yīng),而阻止TNF-α和 IL-1β釋放可以改善認(rèn)知功能[10]。筆者在本研究發(fā)現(xiàn),與C組比較,I組麻醉后0,3,6 h TNF-α、IL-1β和 IL-6表達(dá)明顯上調(diào);麻醉后0,3,6 hIκBα表達(dá)下調(diào),第3~4天逃避潛伏期延長(zhǎng),探索時(shí)間縮短。提示1.4%異氟烷可誘導(dǎo)海馬內(nèi)TNF-α、IL-1β和IL-6釋放,可能參與誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥的發(fā)生和發(fā)展,從而導(dǎo)致老年大鼠發(fā)生認(rèn)知功能障礙。

        與C組比較,*1P<0.05;與I組比較,*2P<0.05

        Compared with group C,*1P<0.05; Compared with group I,*2P<0.05

        LXA4是花生四烯酸的代謝產(chǎn)物,在炎癥等病理過(guò)程中具有抗炎和促炎癥消退作用[11]。在諸多神經(jīng)系統(tǒng)疾病中,LXA4可以通過(guò)抑制膠質(zhì)細(xì)胞激活、降低炎癥因子(TNF-α、IL-1β)活性等發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[12]。研究發(fā)現(xiàn),與I組比較,L+I組在麻醉結(jié)束后0,3,6 h TNF-α、IL-1β和 IL-6表達(dá)下調(diào),IκBα表達(dá)上調(diào),LXA4預(yù)處理可抑制異氟烷誘導(dǎo)的炎癥因子的增加;L組和L+I組各時(shí)間點(diǎn)TNF-α、IL-1β及IL-6表達(dá)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;麻醉結(jié)束后24 h,各組TNF-α、IL-1β及IL-6差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。與I組比較,L+I組第3~4天逃避潛伏期縮短,探索時(shí)間延長(zhǎng),提示LXA4預(yù)處理可減輕異氟烷誘發(fā)的神經(jīng)炎癥反應(yīng),改善異氟烷麻醉誘發(fā)的老齡大鼠認(rèn)知功能障礙。

        LXA4能抑制炎性刺激引起的多種細(xì)胞因子、趨化因子、黏附分子表達(dá),其機(jī)制與抑制NF-κB活性相關(guān)[11],而IκBα降解是NF-κB釋放的中心環(huán)節(jié)[13]。LXA4抑制TNF-α、IL-1β和 IL-6增加,其機(jī)制可能是抑制IκBα蛋白降解,通過(guò)衰減IκBα降解抑制NF-κB轉(zhuǎn)錄活性,從而抑制炎癥因子TNF-α、IL-1β和 IL-6等的釋放,減輕神經(jīng)炎癥反應(yīng),改善認(rèn)知功能。筆者在本研究中發(fā)現(xiàn),與C 組比較,I組麻醉后0,3,6 h IκBα表達(dá)下調(diào),12 h后恢復(fù)正常;與I組比較,L+I組IκBα表達(dá)上調(diào);L組和L+I組各時(shí)間點(diǎn)IκBα表達(dá)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

        A-C.大鼠海馬TNF-α、IL-1β和 IL-6表達(dá)情況;D.大鼠腦內(nèi)IκBα表達(dá)情況;與C組比較,*1P<0.05;與I組比較,*2P<0.05

        A-C.expression of TNF-α、IL-1β and IL-6 in hippocampus of rats; D.IκBα expression in hippocampus of rats;Compared with group C,*1P<0.05; Compared with group I,*2P<0.05

        圖3水迷宮實(shí)驗(yàn)后2周4組大鼠海馬內(nèi)IκBα表達(dá)情況

        Fig.3IκBαexpressioninthehippocampusoffourgroupsofratsafterwatermazetest

        綜上所述,LXA4預(yù)處理可減輕1.4%異氟烷致老年大鼠認(rèn)知功能障礙,其機(jī)制可能與LXA4降低老年大鼠海馬中促炎細(xì)胞因子有關(guān)。

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