随着社会经济的不断发展,创伤性脑损伤每年导致数百万的人死亡和致残,一直是威胁人类健康的重要问题。脑干呼吸功能障碍不能得到确切治疗是重型颅脑伤主要死亡原因。pre-Botzinger复合体作为呼吸节律起搏点,为进一步揭示脑干呼吸功能提供了解剖学依据。代谢组学技术是一种研究小分子代谢物质的系统生物学方法,与蛋白组学比较更注重疾病病理变化的即时表型,表现出其动态变化的过程。本课题以大鼠重型脑伤后脑干呼吸中枢preBotC为研究对象,应用代谢组学技术——HNMR技术从系统学角度研究重型脑损伤后脑干呼吸中枢preBotC代谢谱的改变,并对差异代谢产物进行功能分析,从代谢水平探索脑干呼吸中枢preBotC中与呼吸相关的小分子物质,为进一步研究治疗创伤后呼吸功能不全提供可能的靶标。一、大鼠重型脑损伤合并呼吸功能不全模型的建立及脑干呼吸中枢(PreBotC)的定位目的：研究大鼠重型脑损伤合并呼吸功能不全动物模型的制备方法,探讨脑干呼吸中枢(preBotC)的定位方法,为进一步研究重型颅脑创伤合并呼吸功能不全提供模型基础,为脑干呼吸中枢(preBotC)的取材提供方法学依据。方法：利用液压致伤装置对雄性SD大鼠致伤,制备重型脑伤模型(峰压力2.7-2.8atm),根据伤后1h血气分析筛选合并呼吸功能不全组(简称实验组)。通过舌下神经解剖平面定位preBotC,再通过其特异性NK-1免疫组化染色,精确定位其在舌下神经平面的具体位置。结果：大鼠致伤后均出现呼吸慢、血压低、心率慢等脑干抑制现象,以呼吸变化最为显著。所有动物伤后均立即出现短暂呼吸暂停,持续时间由1-10分钟不等。动物呼吸机辅助呼吸后,80.0%(36／40)大鼠能恢复自主呼吸但不规则,并最终有33只动物(82.5%)符合血气分析标准纳入重型脑伤合并呼吸功能不全组(简称‘实验组’)。结论：本实验成功地建立了大鼠重型脑损伤合并呼吸功能不全模型,该模型稳定性好、重复性好,呼吸变化明显,致伤动物通过及时有效的辅助呼吸可存活2小时以上。以舌下神经为解剖定位标志,成功制备了包含在舌下神经在内的preBotC组织切片,并以NK-1免疫组化的方法精确定位了脑干呼吸中枢preBotC。二、核磁共振光谱技术对大鼠重型脑损伤preBotC的差异代谢谱研究目的：探讨大鼠重型脑损伤后preBotC差异代谢谱的建立方法,建立大鼠重型脑损伤preBotC的差异代谢谱,为大鼠重型脑损伤preBotC的差异代谢谱与呼吸功能的关系提供研究基础。方法：用核磁共振光谱技术对preBotC组织标本进行代谢组学研究,得到的光谱数据配合统计软件进行分析。结果：经HNMR代谢组学技术分析得到重型脑伤preBotC差异代谢产物共有10种,其中明显增高的有7个,分别为甘氨酸,γ-氨基丁酸,牛磺酸,乳酸盐,肌酸,磷酸肌酸,天冬氨酸等氨基酸,明显降低的有异亮氨酸等3个氨基酸,主要参与脑组织能量代谢,氧化损伤,抑制和兴奋中枢神经等病理生理学变化。结论：经分析重型脑伤脑干呼吸中枢(preBotC)组织的差异代谢谱发现：甘氨酸,γ-氨基丁酸,牛磺酸,乳酸盐,肌酸,磷酸肌酸,天冬氨酸,相对浓度升高,异亮氨酸相对浓度降低。这些变化可能与创伤有关。质子核磁共振波谱的稳定性和重复性较好；所需组织量少,更适合呼吸中枢,下丘脑等关键神经核团部位的研究；对样本的操作少,最接近原始状态。三、大鼠重型脑伤脑干呼吸中枢(preBotC)差异代谢谱及其与呼吸功能的关系目的：探讨大鼠重型脑损伤preBotC的差异代谢谱与呼吸功能改变的关系,建立与呼吸相关的差异代谢谱,为进一步的治疗提供新的靶点。方法：核磁共振光谱技术对重型脑损伤合并呼吸功能不全脑干(preBotC)组织标本进行代谢组学研究,得到的光谱数据配合统计软件进行分析。结果：经HNMR代谢组学技术分析得到脑干呼吸中枢(preBotC)与呼吸节律差异相关代谢产物共8种,与呼吸加快组相比,呼吸频率减低组的代谢产物中明显增高的有5个,分别为乳酸盐,肌酸,磷酸肌酸,天冬氨酸,N-乙酰天门冬氨酸,明显降低的有亮氨酸,缬氨酸,异亮氨酸。结论：结合呼吸变化发现：乳酸盐,肌酸,磷酸肌酸,天冬氨酸,N-乙酰天门冬氨酸相对浓度升高,亮氨酸,缬氨酸,异亮氨酸相对浓度降低,这些变化可能与呼吸减慢有关。这些代谢产物的浓度变化可能与创伤后呼吸频率减慢有关。