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持续性大脑低血流灌注(persistent cerebral hypoperfusion,PCH)也称之为慢性大脑低血流灌注(CCH),即慢性脑缺血(CCI),是指大脑局部缓慢的持续性的脑血流(CBF)降低。 本文主要从以下几方面进行论述: 第一部分:大鼠持续性大脑低血流灌注损伤的病理学变化 目的:探讨持续性大脑低血流灌注状态下,大脑皮质区、海马CA1区以及胼胝体区等部位出现的形态学变化以及相互关系,为探询慢性脑缺血神经细胞损伤的病理学机制打下基础。 方法:建立2VO模型。实验组(2VO组,19只)和对照组(假手术组,17只)动物共36只,分别在2VO术后28天、60天、28周和50周处死。常规制片HE染色,镜下观察大脑皮质区、海马CA1区和胼胝体区神经细胞、神经胶质细胞的形态学变化。采用hoechst33258荧光染色技术对大脑皮质区、海马CA1区和胼胝体区细胞凋亡情况进行观察。采用图像分析技术对上述区域进行连续图像采集后,计数神经细胞、神经胶质细胞和凋亡细胞的个数/34784.6um2。结果进行方差分析、T检验、F检验以及相关系数分析等,以P<0.05为有统计学意义。 结果:大脑皮质区神经元数量在2VO术后28天(t=4.3866,P=0.0002)、28周(t=1.9346 P=0.0471)和50周(t=2.811,P=0.0084)时,明显低于对照组;细胞凋亡数在2VO术后28天(t=5.4438,P=0.0000)、60天(t=7.4204,P=0.000)和28周(t=7.2418,P=0.0000)时,明显高于对照组,在50周时明显低于对照组(t=2.3271,P=0.02)。大脑皮质区神经元在2VO术后50周时,出现明显的噬神经细胞现象,海马CA1出现明显的胶质化现象。小血管的病变以明显扩张为主。 结论:大脑皮质区神经元数量随PCH的时间延长,逐渐减少,早期与细胞凋亡有关,晚期与神经元变性坏死有关。海马CA1区锥体细胞逐渐减少,与细胞凋亡有关。 第二部分:星形胶质细胞在持续性大脑低血流灌注损伤中的作用 实验一 星形胶质细胞数量的变化 目的:探讨大脑持续性低血流灌注状态下,大脑皮质区、海马以及胼胝体等区域星形胶质细胞数量的变化,以及数量变化间的相互关系,论证星形胶质细胞在慢性持续性低血流灌注下参与的神经损伤与神经保护机制。 方法:建立2VO模型。实验组(2VO组,19只)和对照组(假手术组,17只)动物共36只,分别在2VO术后28天、60天、28周和50周处死。GFAP免疫组织化学染色确定星形胶质细胞。采用图像分析技术对大脑皮质区、海马CA1区以及胼胝体区进行连续图像采集后,计数星形胶质细胞的数量/34784.6um2。结果进行方差分析、T检验、F检验以及相关系数分析等,以P<0.05为有统计学意义。 结果:大脑皮质区星形胶质细胞数量随PCH的时间延长,呈逐渐下降的趋势。在2VO术后28天(t=16.7552,P=0.0000)、60天时(t=4.8547,P=0.0001)明显高于对照组,50周(t=5.5797,P=0.0084)时,明显低于对照组。海马CA1区星形胶质细胞数量的减少与胼胝体区星形胶质细胞数量的增多有关(r=-0.275,F=4.3892,P=0.0107)。 结论:在持续性大脑低灌流状态的早期,神经元的损伤与反应性的星形胶质细胞增多有关。在持续性大脑低灌流状态的早-中期,星形胶质细胞数量增多的同时,伴有神经元数量的恢复,提示此阶段的星形胶质细胞可能参与了神经保护机制。在持续性大脑低灌流状态的晚期,星形胶质细胞数量进行性减少,胶质化的形成。 实验二 星形胶质细胞形态结构的变化 目的:探讨大脑持续性低血流灌注状态下,大脑皮质区和海马CA1区神经元的丢失与星形胶质细胞之间的组织病理学改变,进一步论证星形胶质细胞参与的神经损伤与保护的形态学基础。 方法:建立2VO模型。实验组(2VO组,19只)和对照组(假手术组,17只)动物共36只,分别在2VO术后28天、60天、28周和50周处死。GFAP免疫组织化学染色确定星形胶质细胞。镜下观察GFAP阳性细胞的形态特征。采用图像分析技术对大脑皮质区、海马CA1区以及胼胝体区进行连续图像采集后,每个区域选取胞质突起最长的10个星形胶质细胞,进行胞质突起长度的测量。结果进行方差分析、T检验、F检验以及相关系数分析等,以P<0.05为有统计学意义。 结果:星形胶质细胞在PCH状态下,其形态学变化有四种类型,反应性星形胶质细胞、变性坏死性星形胶质细胞、退行性变型胶质细胞和变异型星形胶质细胞。在PCH早期以反应性星形胶质细胞为主,参与神经细胞的损伤,晚期以变性坏死型星形胶质细胞为主。胼胝体星形胶质细胞胞质突起的长度,除在2VO术后28周时低于对照组外(t=3.1737,P=0.0020),其余均高于对照组。 结论:在PCH早期,星形胶质细胞以反应型星形胶质细胞为主,参与神经细胞损伤,晚期退行性变型和变性坏死型的星形胶质细胞增多,反应型星形胶质细胞减少。星形胶质细胞胞质突起的形态学变化是星形胶质细胞的可塑性的基础,参与神经细胞的损伤,可能与神经细胞的修复有关联。 实验三 星形胶质细胞的应答 目的:探讨持续性大脑低血流灌注状态下,给予G-CSF激活大脑自身神经修复机制后,海马CA1区星形胶质细胞的反应以及变化的形态学特点。 方法:建立2VO模型。实验组(2VO组)和对照组(假手术组)动物各15只,分别在2VO术后20周时,给予重组人粒细胞集落刺激因子(rhG-CSF)和生理盐水,连续3天。实验组和对照组各取5只在停药后1天处死,其余在停药后5天处死。CD34标记骨髓细胞,Nestin和β-tubline标记神经干细胞,细胞增殖采用PCNA指数表示,细胞凋亡采用Hoechst33258荧光染色,星形胶质细胞用GFAP免疫组织化学染色标记。结果进行方差分析、T检验、F检验以及相关系数分析等,以P<0.05为有统计学意义。 结果:海马CA1区细胞凋亡现象明显减轻(15.75±4.211),与对照的经生理盐水治疗组(25±1.779)相比差异有显著性(P=0.05)。星形胶质细胞数量明显增多(t=4.427,P=0.003),胞质突起的长度明显缩短(203.29um±17.25),与对照组相比(t=2.47,P=0.03)差异有统计学意义。 结论:在慢性持续性大脑低血流灌注下,给予G-CSF后,诱导CNS自身的神经修复机制激活,星形胶质细胞迅速出现数量的增多和胞质突起的形态变化,提示星形胶质细胞参与神经元的修复。 第三部分:大鼠持续性大脑低血流灌注损伤海马区功能性磁共振成像 目的:采用1H活体磁共振波谱(MRS)检测活体大鼠在持续性大脑低血流灌注状态下的脑组织的生化改变,进一步论证大脑血流量降低时,海马区的神经损伤机制。 方法:采用双侧颈总动脉结扎(two-vesselsocclusion,2-VO)制备大鼠慢性脑缺血大鼠模型。实验组(2VO组)和对照组(假手术组)动物各3只。在2VO术后50周时,运用活体MRS分析技术进行海马区1H谱的检测。数据进行t检验等,以P<0.05为有统计学意义。 结果:2VO术后50周组大鼠海马CA1区脑代谢物NAA/(Cho+Cr)相对值为0.61±0.04,假手术组为0.68±0.06,两组比较差异有统计学意义(P=0.04),提示2-VO组CA1区NAA含量发生明显改变。对照组未出现乳酸信号,2VO术后50周有1只动物出现乳酸信号。 结论:磁共振功能成像提示2VO术后50周,大鼠海马区NAA的含量下降,证实锥体细胞受损。