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背景:
脓毒症(Sepsis)是指由感染引起的全身性炎症反应综合征(systemicinflammatory response syndrome,SIRS),是各种创(烧)伤、休克、外科大手术后常见的并发症。其进一步发展所导致的脓毒性休克(septic shock,SS)、急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)以及多脏器功能不全综合征(multiple organ dysfunction syndrome,MODS),已成为临床上主要死亡因为之一。脓毒症早期就已存在心脏的器质性损伤,发生率可高达40％,是造成脓毒症预后不良的重要因为。因此,有效预防和治疗心肌损伤是脓毒症治疗的重要组成部分。
一氧化碳(carbon monoxide,CO)在机体内由血红素加氧酶(heme oxygenase,HO)催化血红素产生,CO过去曾被认为是破坏细胞呼吸作用的有害物质。近年来的研究发现CO是一种气体信号分子,在离体和在体模型中对由内毒素诱导产生的各种细胞因子具有显著的抑制作用。我们前期研究也发现CO可以有效地缓解急性炎症反应,表现出重要的细胞保护作用和抗炎效用,但其机制尚未完全明确。一氧化碳释放分子(tricarbonyldichlororuthenium(Ⅱ)dimer,CORM-2)是一种新型金属-羰基化合物,可以在机体内缓慢释放CO,降低心肌缺血再灌注损伤。
目前,有关外源性CO对脓毒症时心肌炎症反应影响的相关研究还很少。因此,我们通过建立小鼠CLP脓毒症模型,给予高氧预处理联合应用外源性一氧化碳释放分子(CORM-2)干预,进行离体和在体的研究,探讨高氧预处理联合应用外源性一氧化碳释放分子(CORM-2)对脓毒症小鼠心肌损伤的保护作用及其可能的分子机制。
方法:
研究分为三部分,第一部分,以小鼠盲肠结扎穿孔术复制接近于人类腹膜炎引起脓毒症或脓毒性休克的动物模型,确定高氧预处理对脓毒症机体的保护作用及CORM-2的使用方案。第二部分,探讨高氧预处理联合CORM-2干预对脓毒症小鼠体内HbCO含量及存活情况的影响,以明确HbCO的表达水平,增加CORM-2的安全有效性,更好地为临床防治脓毒症提供理论指导。第三部分:(1)建立小鼠盲肠结扎穿孔CLP脓毒症模型,然后随机分为四组:假手术组、CLP模型组、CORM-2干预组、高氧预处理联合应用CORM-2干预组；(2)干预24h后行超声心动图测定各组小鼠左室舒张末期内径(LVDD)、左室收缩末期内径(LVDS)、左室射血分数(LVEF)、左室短轴缩短率(LVFS)等参数；(3)处死小鼠后行心肌组织HE染色病理学检查,血浆AST／LDH检测,ELISA法检测血浆中肿瘤坏死因子(tumerneerosisfaetor-α,TNF-α)、白细胞介素-lβ(interleukin—1β,IL—1β)；(4)流式细胞术检测心肌细胞凋亡率,ELISA法检测心肌组织中HIF-1α、BCL-2蛋白表达水平。以期研究CLP小鼠心脏炎症反应和高氧预处理联合CORM-2干预对脓毒症小鼠心肌的保护作用,并探讨其部分分子机制。
结果:
1.高氧预处理对脓毒症小鼠机体的保护作用及CORM-2的使用方法:
本实验室小鼠盲肠结扎穿孔术操作科学,模型符合实验要求,高氧预处理后小鼠存活率升高。CORM-2的配制符合实验要求,可安全用于实验。
2.高氧预处理联合CORM-2干预对脓毒症小鼠体内HbCO含量及存活情况的影响:
本实验结果表明:与CLP模型组比较,CORM-2干预后HbCO％升高；与CORM-2干预组比较,高氧预处理组小鼠 HbCO％在1.5h、3h时明显下降(P<0.05)。CLP术后10h至48h,CORM-2组存活率高于CLP模型组；氧气预处理组存活率又明显高于CLP模型组和CORM-2干预组,此后仍然保持在较高水平。
3.术后24h CLP小鼠心肌炎症细胞浸润,左心射血功能降低,血浆中AST、LDH、IL-1β、TNF-α等指标明显上升。脓毒症时心肌细胞存在明显的凋亡现象,HIF-1α表达水平显著增加,BCL-2基因表达水平明显下降。而外源性CO的直接干预可以明显减轻心肌组织炎症反应,抑制各炎症因子水平,影响HIF-1α和BCL-2基因的表达,抑制心肌细胞凋亡,改善心脏功能。
结论:
综上所述,使用脓毒症动物模型,证实了高氧预处理联合应用外源性一氧化碳释放分子干预在一定程度上抑制了脓毒症心脏炎症反应的发展。脓毒症时心肌细胞存在着明显的凋亡现象,可能与HIF-1α表达水平显著增加及负反馈调节细胞凋亡的基因BCL-2表达下降有关。高氧预处理联合应用外源性一氧化碳释放分子能干预HIF-1α和BCL-2基因的表达,有助于抑制脓毒症时心肌细胞的凋亡,改善其心脏功能。这一结果为临床上严重脓毒症患者的救治提供了重要的理论指导,具有一定的临床应用前景。