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脑缺血合并高脂血症模型大鼠脑组织的病理改变

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中国组织工程研究 17眷 争33期2013—08—13出版 WWW.CRTER.org Chinese JournalofTissue Engineering Research August 13,2013 VoL17,No 33 doi:lO.3969 ̄'.issn.2095—4344,2013 33.013 ttp://www.crter,org] 张振强.宋军营.赘亚泉 李澎涛.潘彦舒 缺盘合并高疆血症模垫大鼠髓组织的璃理改变 .中国组织I程躜究,2013,1 7(33):5981—5987 脑缺血合并高脂血症模型大鼠脑组织的病理改变术术☆ 张振强’,宋军营’,贾亚泉’,李澎涛 ,潘彦舒 (’河南中医学院,河南省郑州I市450046; 北京中医药大学东直门医院,北京市 100029) 文章亮点: 实验特点在于构建高脂血症复合脑缺血模型,通过电子显微镜对该模型的脑组织超微结构病理变化的分 析,探讨高脂血症的基础性病变对脑缺血的影响。 关键词: 组织构建;组织构建实验造模;高脂血症;单纯脑缺血;基础性病变;脑组织;病理学分析;脑缺血;TTC 染色;苏木精一伊红染色;部级基金 摘要 背景:大多数脑缺血是在高血压、高脂血症、糖尿病等基础病变条件下发生的。因此,构建高脂血症复合脑 缺血大鼠模型,研究基础性病变对脑缺血的影响具有重要意义。 目的:观察高脂血症复合脑缺血大鼠模型脑组织病理学改变,及其高脂血症病理因素对脑缺血的影响。 方法:实验以高脂饲料喂养大鼠制备高脂血症大鼠模型,然后线栓法制备局灶性脑缺血大鼠模型,建模成功 后3,7 d,采用TTC染色的方法,观察各组大鼠脑组织缺血部位体积,苏木精一伊红染色观察各组大鼠脑组 织缺血边缘区组织病理学改变,透射电镜观察各组大鼠脑组织缺血边缘区细胞超微结构改变。 结果与结论:1_rC染色结果显示高脂+脑缺血7 d组大鼠的脑缺血部位体积明显减小。苏木精一伊红染色结果 显示所有脑缺血模型都呈典型的缺血性改变,脑缺血7 d的小胶质细胞数量比3 d的明显减少,高脂+脑缺血 7d相对于3 d的变化更明显。超微结构显示所有脑缺血模型的神经元和胶质细胞核膜皱缩,线粒体嵴基本完 全消失,内皮细胞线粒体减少,神经突触的突触小泡大部分溶解,缺血7 d,尤其是高II+脑缺血7 d的上述 损伤减轻,神经元变性、坏死减少,线粒体损伤恢复,线粒体嵴也明显增多,神经突触的突触小泡明显恢复。 说明高脂血症促进了脑缺血损伤的恢复,其原因可能是高脂血症因素激活了体内某种保护机制。 Pathological changes of brain tissue in a rat model with coexistence of hyperlipidemia and cerebral ischemia Zhang Zhen-qiang’Song Jun.ying’Jia Ya.quan’,,,Li Peng—tao ,Pan Yan-shu (’Henan University of Traditional Chinese Medicine,Zhengzhou 450046,Henan Province,China; Dongzhimen Hospital Affiliated to Beijing University of Chinese Medicine,Beijing 1 00029,China) Abstract BACKGR0UND:CerebraIischemia often occurs in underlying pathological conditions.such as hype ̄ension。 hyperlipidemia and diabetes Therefore.it is of great significance to construct a cerebraIischemfa rat mode1 with hyperlipidemia and to study the effect of basic pathological changes on the cerebralischemia. OBJECTIVE:To observe the brain tissue pathological changes of rat models with coexistence of hyperlipidemia and cerebraIischemia.and the effect of hyperlipidmia on cerebraIischemia. METHODS:The rats were fed with high-fat diet lo establish the hyperlipidmia models.and then focal ecrebral ischemia models were preparde with suture method.At 3 and 7 days after modeling,the 2,3,5一triphenyltetrazolium chloride staining was used to observe the volume of brain tissue ischemIa.and hematoxylin—eosin staining was performed to observe pathological change of the margin of the brain tissue ischemia zone. RESULTS AND CONCLUSlON:2.3.5.Triphenyltetrazolium chloride staining staining results showed Ihat the volume of cerebraI jschemia was significantly reduced jn the hyperlip Jdemia+cerebral jschem Ja 7 day group. Hematoxylin-eosin staining results showed lhere was typicalischemic changes in alI the cerebralIschemia models.and the number of microglial cells after cerebraIischem ia for 7 days was significantly smaller than that after cerebralischemia for 3 days.and the changes were more obvious in the hyperlipidemia+7-day cerebraI ischemia group when compared with the hypedipidemia+3一day cerebral ischemia group.Ultrastructure showed there were neuronaI and gilal nuclear membrane shrinkage in alI the cerebraIischemia models.mitochondria c ristae was disappeared completely.endothelial celI mitochondria was decreased。most of the synaptic vesicles of nerve synapse were dissolved;the damages above were Improved after ischemia for 7 days。especially hypedipidemia+cerebraIischemia for 7 days.the neuronaI degeneration and necrosis were reduced,the mitochondrial damage was repaired.the number of mitochondriaI cristae was increased significantly,and the synaptic vesicles of nerve synapse were recovered significantly.The results indicate lhal hyperlipidemia can promote the recovery of cerebral ischemic injury, |ssN 2095-4344 cN 2 1-1581/R coDEN:ZLKHAH 张振强☆,男,1971年生, 河南省伊川市人,汉族, 2012年北京中医药大学 毕业,医学博士,副教授, 主要从事中西医结合防治 脑病基础研究。 通讯作者:李澎涛,博士, 教授,博士生导师,北京 中医药大学东直门医院, 北京市100029 Lipengtao041 3@ hotma_1.com 中图分类号:R318 文献标识码:B 文章编号:2095-4344 (2013)33-05981—07 收稿El期:2013—04-16 修回El期:2013—06-05 (201304168/MWJ’C) Zhang Zhen-qiang☆,M D, Associate professor,Henan University of Traditional Chinese Medicine Zhengzhou 450046.Henan Province, China Corresponding author:Li Peng—tao,M D.Professor, DoctoraI supervisor, Dongzhimen Hospital Afifliated to Beijing University of Chinese Medicine,Beijing 1 00029, China Lipengtao041 3@hotmail com Supported by:Key State Science and rechnology Projacts of China No 2009ZX09502-O14 :Henan Basic and Advanced Technology Research Proieds No 122300410026* Received:2013.04-16 Accepted:2013-06-05 5981 张摄强,等 齄缺血合并商骚血症模垒太鼠齄组织的病理改变 probably because the hyperlipidemia factors can activate the protection mechanism. 一c一。母 Key Words:tissue construction;experimental modeling in tissue construction;hyperlipidemia;single cerebral ischemia; basic pathological changes;brain tissue;pathological analysis;cerebral ischemia;2,3,5-triphenyltetrazolium chloride staining;hematoxylin-eosin staining;ministerial grants-supported paper Zhang ZQ,Song JY,Jia YQ,Li PT,Pan YS.Pathological changes of brain tissue in a rat model with coexistence of hyperlipidemia and cerebral ischemia.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu.2013;17(33):5981-5987. 脂血症对脑缺血大鼠脑部组织的影响。 0 引言 1材料和方法 许多研究表明高脂血症是脑卒中、心脏猝死、心肌 梗死和冠心病重要而的危险因素,即高脂血症与脑 血管疾病的发生密切相关l1 l。血脂紊乱是动脉粥样硬化 发生的始动因素,有研究表明,血脂紊乱可明显损伤动 脉内皮细胞,造成内皮脱落、超微结构损害,刺激内膜 增生【4J。即血浆中含量过高的脂质沉积在动脉内膜并刺 激结缔组织增生;.低密度脂蛋白、高胆固醇血症能够诱 发血管内皮功能障碍。血管内皮细胞是高脂血症作用的 重要靶细胞,也是内皮细胞损伤的起始环节,损伤的内 皮细胞分泌炎症因子和生长因子,如单核细胞趋化蛋 白、血小板源性生长因子、转化生长因子B等。 脑缺血本身可激发自身保护机制,包括热休克蛋 白,内源性抗氧化剂,抗炎因子及生长因子 。近年 设计:体内动物实验,形态组织学观察。 时间及地点:实验于2011年6月至2012年3月在河 南中医学院动物实验研究中心和病理实验研究中心完 成。 材料: 实验动物:健康雄性SPF级Wistar大鼠1 0O只,体质 量280—300 g,购买于北京维通利华实验动物技术有限 公司,许可证号为:SCXK(京)2007-0001,质量合格证 号:0243109。 研究脑缺血合并高脂血症模型大鼠脑组织病理改变所用 主要仪器与试剂: 研究表明炎症机制在脑缺血损伤发生发展过程中起重 要作用,其主要涉及血脑屏障的破坏、脑水肿的发生、 炎性细胞的浸润、细胞因子黏附分子的表达,炎症递质 的释放以及转录因子的活化等病理环节。脑缺血时,星 形细胞、小胶质细胞以及内皮细胞产生的细胞因子,如 肿瘤坏死因子a、血小板活化因子,以及白细胞聚集、 试剂及仪器 来源 血脂4项试剂盒 AU2700型自动生化分析仪、BX61TRF 光学显微镜 LKBV超波切片机、EM一1400透射电镜 上海复星长征医学科学有限公司 日本奥林巴斯公司 日本电子公司 日本佳能公司 数码相机 浸润,蛋白水解酶的作用,自由基及其它效应因子,均 可导致毛细血管内皮细胞及其基底膜破坏,诱发血管源 性脑水肿【, J。细胞因子对白细胞又有趋化作用,促使白 实验方法: 实验动物分组:实验大鼠随机分为8组,正常组、高脂血 症组、假手术组、高脂+假手术组,每组1 0只;单纯脑缺 血3 d组、单纯脑缺血7 d组、高脂+脑缺血3 d组、高脂+脑 缺血7 d组,每组15只。各组处理方法见表1。脑缺血3 d 细胞和内皮细胞表达黏附分子,白细胞通过其毒性产 物、巨噬细胞作用和免疫反应加重缺血性损伤¨ 。各因 素问彼此交织,相互影响,从而形成一个复杂的网络体 系。 和7 d是分别在脑缺血造模3 dgl ̄7 d后取材进行检测。 表1 脑缺血合并高脂血症大鼠脑组织病理改变研究的分组 Table 1 Grouping of the brain tissue pathological changes of rats with coexistence of hyperlipidemia and cerebral ischemia 高脂血症从发病机制的特点来看,一方面已经发生 了脑组织的相对缺血缺氧及炎症反应,另一方面引起血 管损伤并激活血管内皮细胞。这些特征与急性脑缺血的 主要病理过程相似,但是,目前还不清楚缺血前脑部的 特异性病理改变已有哪些?是否已经激活了相应的大 脑保护机制而出现“预处理”或“预适应”效果?缺血 组别 正常组 高脂血症组 高脂血症 无 有 脑缺血 无 无 样本量 10 10 后脑部的特异性病理改变又有哪些?脑损伤因素及脑 保护因素是否有累积效应?因此,对高脂血症及高脂血 症复合脑缺血的病理基础的研究成为近些年国内外研 假手术组 高脂+假手术组 单纯脑缺血3 d组 无 有 无 假手术 假手术 脑缺血3 d 1O 10 15 究的热点之一,但是关于高脂血症复合脑缺血的病理学 分析尤其超微结构的改变的研究鲜有报道。实验在前期 研究的基础上,通过组织病理学,超微结构观察分析高 5982 单纯脑缺血7 d组 高脂+脑缺血3 d组 高脂+脑缺血7 d组 无 有 有 脑缺血7 d 脑缺血3 d 脑缺血7 d 15 15 15 户0.Box 1200,Shenyang 110004 WV ̄W,CRTER.org 张振强.等 齄缺血台并高强血癌模型大鼠脑组织的璃理改变 ~c尺… 高脂血症大鼠模型制备:大鼠每天以高脂饲料(组成: 3.5%胆固醇、10%猪油、0.2%丙硫氧嘧啶、0.5%胆酸 钠、5%白糖、80.8%基础饲料)喂养,4周后对照组与高 脂血症组分别断尾取血0.5-1.0 mL,检测血脂4项,高 脂血症组血脂指标与对照组相比较具有明显区别,则说 明模型制备成功,否则继续饲养。同时,对照组以清洁 级正常饲料喂养。 脑缺血大鼠模型制备:高脂血症模型制备成功后,禁 食8 h,开始制作脑缺血模型。 ̄Longam]报道的线栓 法建立大鼠局灶性脑缺血模型,以1 0%水合氯醛溶液 组织病理学观察:每组再各取动物5只,以10%水合 氯醛(3 mL/kg)腹腔注射麻醉,背位固定于鼠板上,剪开 胸腔,暴露出心脏,先用手术剪剪开右心耳,再用100 mL 注射器进入左心室插进主动脉,先灌注生理盐水1 50 mL 左右,再灌注多聚甲醛400 mL左右,断头取出全脑。脑 部分为2部分,其中一部分置于40 g/L多聚甲醛固定,脱 水、透明、浸蜡、包埋、冠状切片,厚4 um,制作常规 病理切片,进行苏木精一伊红染色后用光学显微镜观察; 另一部分定位后取脑缺血侧顶叶取1 mm×1 mmx5 mm 小块,并切成1 mm×1 mm×1 mm大小,用4%戊二醛固 定,2 h后更换一次固定液,环氧树IJ#Epon.812包埋, (3 mL/kg)腹腔注射麻醉。麻醉后将大鼠仰位固定,颈部 正中切口,暴露左侧颈动脉三角,逐层分离组织,依次 分离左侧颈总动脉、颈外动脉、颈内动脉。分离颈外动 脉的分支甲状腺动脉,并电刀凝闭;分离颈外与颈内动 脉之间的枕动脉,电刀凝闭。结扎游离颈外动脉主干, 制作电镜超薄切片,醋酸铀及柠檬酸铅双重染色,透射 电镜观察并摄片。 主要观察指标:脑缺血合并高脂血症模型大鼠脑组 织病理改变。 分离颈内动脉主干至翼鳄动脉,用无损动脉夹分别夹闭 左侧颈总动脉、颈内动脉和翼鳄动脉,用虹膜剪在颈外 动脉残端剪一楔形小El,由此插入钓鱼线(直径约 统计学分析:采用SPSS 1 3.0数据分析软件对所有 实验数据进行统计处理。实验数据以 s表示,采用单 因素方差分析比较组问差异,以P<0.05为差异有显著 I.生意义。 0.25 mm,头端加热呈直径为0.3 mm的圆球形),轻推 钓鱼线使之由颈外动脉通过分叉部进入颈内动脉,至大 脑中动脉的起点,插入深度为18-22 mm,阻断大脑中 动脉的血液供应,缝合颈部切口。假手术组手术过程相 同,分离出左侧颈总动脉及颈外动脉,颈内动脉,但仅 结扎游离颈外动脉。动物苏醒后进行神经功能评分,根 据评分结果进行下一步实验。 血脂4项检测:模型制备成功后,每组各取动物5只, 2结果 2.1 实验动物数量分析一共有100只大鼠,8R在制 备脑缺血大鼠模型时或之后死亡,12只因为苏醒后进行 神经功能评分为0分或4分而淘汰。共有80只大鼠进入最 后结果分析。 2.2血脂4项检测结果见表2。 以10%水合氯醛(3 mL/kg)腹腔注射麻醉,背位固定于鼠 板上,腹主动脉取血5 mL,静置30 min,以3 000 r/min 离心15 min,离心半径12 cm。取上清液,-20℃冰箱 冷冻备用。血清中总胆固醇、三酰甘油、高密度脂蛋白 和低密度脂蛋白含量,用全自动生化分析仪进行检测。 脑组织TTC染色计算缺血部位体积:取血后,快速断头, 表2高脂饲料喂养对大鼠血清血脂4项的影响 Table 2 Effect of high-fat diet on four lipids parameters in serum (娃s,n=5) 小心快速取出全脑,置一20℃冰箱冷冻20 min,取出第 1刀在脑前极与视交叉连线中点处;第2刀在视交叉部 位;第3刀在漏斗柄部位;第4刀在漏斗柄与后叶尾极之 间,切成五六片,每隔2 mm切一片。将切片置于 H … 总胆固醇 (mmoL/L) 三酰甘油 (mmolJL) 0.80+0.07 0.45+0 05。高密度脂蛋白 低密度脂蛋白 (mmoL/L) 0.72 ̄0 02 0.80 ̄0.05 (mmoUL) 0.17 ̄0.01 0 29+0.02 正常组 高脂组 1.99+0 06 2 60 ̄0 1 4 1%TTC(四氮唑红)中,用锡箔纸盖住后,放入37℃水 与正常组相比较,。P<0 05。 浴锅中避光染色10-30 rain,不时翻动脑片,使均匀接 触到染色液,染色后进行拍照,观察脑组织缺血坏死区 注:高脂组大鼠血清中总胆固醇、高密度脂蛋白和低密度脂蛋白含量显著增 高,而三酰甘油显著降低。 面积的大小,未缺血坏死区颜色呈淡红色,已缺血坏死 组织呈白色。移入40 g/L多聚甲醛中固定,24 h后用数 与正常组大鼠相比较,高脂组大鼠血清中总胆固 醇、高密度脂蛋白和低密度脂蛋白水平显著增高 (P<0.o5),而三酰甘油显著降低(P<0.o5)。 2.3脑缺血合并高脂血症大鼠脑组织缺血体积变化 见表3和图1。 码相机拍照,输入计算机,用图像处理软件(Adobe, Photoshop 5.0)计算梗死面积(粉红色区为正常脑组织, 白色区为梗死区),各脑片梗死面积和乘以厚度(2 mm) 为总的梗死体积。 脑缺血部位体积比(%)=缺血部位体积,全脑体积 脑缺血的大鼠脑组织缺血体积在20%左右。与单纯 脑缺血3 d组、单纯脑缺血7 d组及高脂+脑缺血3 d组相 5983 |ssN 2095-4344 CN 21-1581/R C0DEN:ZLKHAH 张振强,等 啮缺血合并商瞪血症模型大鼠睦组织的病理改变 ~c尺 。 中胶质细胞数量稍有增加,形态结构正常;高脂+脑缺 血3 d的缺血边缘区星形胶质细胞广泛被激活,表现为 数量明显增多、胞体增大、胞突变粗,出现较多小胶质 细胞;这种病理改变在高脂+脑缺血7 d仍然存在,星形 胶质细胞数量减少不明显,但是小胶质细胞明显减少, 说明星形胶质细胞活性的增加可能在缺血后期的脑部 织直接或间接的经济或利益的赞助。 伦理要 :实验过程中对动物的处置符合2009年 Ethical issues in animal experimentation)) ̄l关动物伦 理学标准的条例。 掌 杰 TTC染P.,-TTC(2,3,5-氯化三苯基四氮唑) 是脂溶性光敏感复合物,是呼吸链中吡啶一核苷结构酶系统的 保护中具有重要功能作用。高脂血症条件下胶质细胞的 应激反应较为强烈,数量增多、形态变化较大,推测胶 质细胞活性的增加可能起着重要作用。小胶质细胞为中 枢神经系统炎症和免疫反应的效应细胞,对脑组织内微 质子受体,与正常组织中的脱氢酶反应而呈红色,而缺血组织 内脱氢酶活性下降,不能反应,故不会产生变化呈苍白。 考声踞文章为原创作品,数据准确,内容不涉及泄密, 无一稿两投,无抄袭,无内容剽窃,无作者署名争议,无与他 小的病理变化即发生强烈反应,在脑缺血和损伤时尤为 显著 孓z6】。小胶质细胞在脑缺血早期参与缺血性神经元 的损害过程 。小胶质细胞的数量与神经元的数量相 当,当其受到刺激后迅速被活化,形态和功能发生明显 改变;急性脑缺血是导致小胶质细胞活化的重要因素之 28之引。小胶质细胞的活化状态与脑内受损部位的炎症 程度密切相关,而且,能够分泌细胞因子对神经发生进 行调节p lJ。小胶质细胞也参与一系列神经退行性疾病 的发生,其活化和神经炎症为神经病理学的主要特征。 在急性神经系统性疾病(中风、脑缺氧、脑损伤)中,小 胶质细胞表型发生改变,释放炎症递质,加重神经元损 伤;恢复期释放的炎症介质主要为细胞因子和趋化因 子,这些炎症介质主要对神经细胞的存活是有益的,能 够使脑内的继发性损伤减轻,使受损的组织得到修 复l ’32]o研究结果提示缺血早期小胶质细胞具有损伤作 用,缺血晚期具有修复保护作用,这可能与高脂血症诱 发体内炎症反应有关。在炎性因子慢性刺激作用下,小 胶质细胞持续分泌细胞因子和趋化因子等生物活性物 质,这些物质对神经元有保护作用,与相关研究报道一 致。有研究表明,在脑损伤的中晚期,小胶质细胞可能 具有重要的促进修复作用,对脑缺血晚期的血管形成、 突触重组和轴突出芽有一定的影响p 。这也充分说明 炎症反应参与了高脂血症高脂和脑缺血病理条件的改 变,分子水平的实验结果与之一致。 总之,高脂血症复合脑缺血的炎症反应是一个更复 杂的病理生理过程,实验从病理生理学上分析发现高脂 血症促进了脑缺血损伤的恢复,为从其它方面更深入的 研究其具体的发病机理提供可靠依据。 塞盖蝴国家科技重大专项(2009ZX09502.014),项目 名称:新药研究开发关键技术研究;河南基础与前沿技术计划 研究项目(122300410026),项目名称:不同基础病变条件下 脑缺血大鼠模型病理差异性分析。 考 第一作者进行实验设计,第二、三作者进行实 验评估,资料收集,第一、三作者进行实验实施,第一作者成 文,第四、五作者审校,第一、四作者对文章负责。 盏矽窕课题未涉及任何厂家及相关雇主或其他经济组 5986 人课题以及专利技术的争执,内容真实,文责自负。 4参考文献 【1】 Choi K,Kim J,Kim GW,et a1.Oxidative stress-induced necrotic cell death via mitochondira-dependent burst of reactive oxygen species.Curr Neurovasc Res.2009;6(4): 21 3.222. 【2】Loh KP,Huang SH,De Silva R,et a1.Oxidative stress: apoptosis in neuronal injury.CurrAlzheimer Res.2006;3(4): 327—337. 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