引用本文: 徐進, 劉宗劍, 梁含理. β2腎上腺素受體對重癥急性胰腺炎大鼠肺臟水清除能力的調節作用. 中國普外基礎與臨床雜志, 2014, 21(11): 1391-1395. doi: 10.7507/1007-9424.20140332 復制
重癥急性胰腺炎(severe acute pancreatitis,SAP)是急性胰腺炎的一種特殊形式[1-2],主要臨床表現為急性腹痛、血清淀粉酶、脂肪酶明顯升高,常可伴有多種胰腺外并發癥,如急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)、急性腎功能不全(acute renal failure,ARF)、急性胃排空障礙等一個或多個器官的障礙,若SAP合并器官功能衰竭時其死亡率為30%~50% [3]。ARDS是早期出現最常見也是最嚴重的一種并發癥,主要表現為血氧進行性下降,雙肺出現明顯肺水腫[4]。SAP導致急性肺損傷的機理至今仍然不清。目前對SAP相關的ARDS也沒有明確的防治方法[5],主要的治療方法還是停留在癥狀明顯發生后的呼吸機輔助通氣、激素沖擊等對癥治療[6]。有文獻[7]報道,若能救治ARDS成功,SAP的死亡率可明顯下降。因此,如何提高防治ARDS,提高患者患病時肺臟的耐受能力,推遲和減輕SAP發生后肺臟的損傷,減少患者嚴重并發癥的發生,為進一步診斷和治療贏得機會,從而提高患者的救治幾率,減少疾病的死亡率[8-9]。本研究通過研究SAP大鼠模型的肺臟變化,擬揭示其變化規律。
1 材料與方法
1.1 實驗動物及主要儀器及試劑
1.1.1 實驗動物及分組
SPF級SD大鼠,雌雄不限,體質量250~300 g,隨機單盲分為假手術組和SAP組,SAP組根據造模后取材時相的不同分為SAP-4 h和SAP-24 h兩個亞組。各組分別用β腎上腺素受體激動劑特布他林(terbutaline)和β腎上腺素受體阻滯劑普萘洛爾(propranolol)處理后測定肺泡液體清除率(alveolar fluid clearance,AFC)。
1.1.2 主要儀器及試劑
terbutaline、propranolol、苯巴比妥鈉、牛磺膽酸和牛血清白蛋白均購自Sigma公司。ABI PRISM 7000型熒光定量PCR儀,App-lied Biosystems,USA。Harvard 683型小動物呼吸機,USA。RNA探針和抗體購自Applied Biosystems公司。
1.2 方法
1.2.1 SAP模型的制備
SD大鼠稱重后,苯巴比妥鈉(50 mg/kg)腹腔注射麻醉后,將大鼠固定于手術臺上。上腹選擇橫行切口約2 cm,拉出十二指腸,并找到大鼠膽胰總管,PE10管逆行插管入膽胰總管內,肝門部膽管血管夾阻斷后,15 s緩慢推入5%牛磺膽酸0.2 mL,當即誘發胰腺發生出血、水腫等急性炎癥表現。假手術組:苯巴比妥鈉腹腔注射麻醉后,上腹部橫行切口2 cm,僅翻動上腹部腸管后關腹。
1.2.2 雙肺濕干比的測量
切除各組大鼠雙側肺臟并立即秤取濕肺重量(LW),然后放在65℃的烤箱中充分干燥4 d后再稱取干肺重量(DW),肺濕干比=(LW-DW)/DW。
1.2.3 活體大鼠AFC的測量
先制備注入氣管內的伊文氏藍蛋白溶液:5%蛋白溶液,37℃預熱后加入0.15 mg/mL伊文氏藍。大鼠發生SAP后4 h和24 h時分別用2%苯巴比妥鈉50 mg/kg腹腔注射麻醉后切斷氣管后,放入氣管插管,向肺內注入5 mL制備好的伊文氏藍蛋白溶液后再注入0.2 mL空氣以確保所有的溶液進入肺泡腔。持續通氧〔100%,呼氣末壓力為7 cm H2O(1 cm H2O=0.098 kPa)〕。60 min后機械通氣將肺內的溶液吸出作為最后溶液。初始和吸出后的伊文氏藍標記的蛋白濃度通過分光光度計621 nm波長測量。AFC通過下列公式計算[10]:AFC=(1-Ci/Cf)×100%,其中Ci代表注入前蛋白濃度,Cf代表 60 min機械通氣后蛋白濃度。假手術組造模1 h后即進行活體AFC的測量。
1.2.4 terbutaline和propranolol處理后大鼠肺臟的AFC的測量
準備terbutaline(10-4 mol/L)和propr-anolol(10-6 mol/L)溶液,在各組中分別混入擬注入氣管內的蛋白溶液,再測量各組大鼠AFC的變化。
1.2.5 Real-time-PCR測定β2腎上腺素受體mRNA表達
SAP組造模后4 h、24 h及假手術組術后1 h取遠端肺組織,放入-80℃的液氮中冷凍。以RNA提取劑從肺組織中提取總RNA,在RNA機中,以3.5μL總RNA合成cDNA。然后將包括3.5μL cDNA、1μL Taq Man探針、DEPC水5.5μL、10μL Taq Man PCR MIXTURE共20μL置入PCR機中,50℃持續2 min,95℃持續10 min,90℃15 s,60℃持續1 min,共40個循環。選最低Ct值為標準樣本。標準曲線基因表達水平以目標基因與GAPDH的比值確定。
1.3 統計學方法
實驗數據均輸入SPSS 11.0系統進行分析,計量資料采用t檢驗,檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 SAP對肺濕干比的影響
假手術組雙肺的濕干比比較,差異無統計學意義(P>0.05);SAP-4 h組和SAP-24 h組左肺的濕干比較右肺高,但差異均無統計學意義(P>0.05)。與假手術組比較,SAP-4 h組和SAP-24 h組相應左右肺濕干比均明顯下降(P=0.012,P=0.009,P=0.010,P=0.008);與SAP-4 h組比較,SAP-24 h組相應左右肺的濕干比進一步降低(P=0.037,P=0.032)。

2.2 SAP對AFC的影響及β腎上腺素受體激動劑和抑制劑對AFC的影響
假手術組大鼠肺的AFC可以被terbutaline所激動,AFC明顯升高(P=0.002),但是不能被propra-nolol所抑制(P=0.126)。SAP-4 h組大鼠肺的AFC較假手術組明顯升高(P=0.001),但應用β腎上腺素受體激動劑后AFC并沒有繼續升高(P=0.341),應用β腎上腺素受體抑制劑后,AFC有一定程度下降(P=0.038)。SAP-24 h組大鼠肺AFC較假手術組仍然升高(P=0.025),但是較SAP-4 h組有所降低(P=0.041),下降的AFC不能被β腎上腺素受體激動劑所升高(P=0.179),但是可以被β腎上腺素受體抑制劑所抑制(P=0.048)。見圖 2。

2.4 各組大鼠肺組織中β2腎上腺素受體mRNA表達結果
與假手術組比較,SAP-4 h組大鼠肺組織中β2腎上腺素受體的mRNA表達水平輕度下降(P=0.052),SAP-24 h組明顯下降(P=0.029)。SAP-4 h組和SAP-24 h組比較,差異無統計學意義(P=0.232)。見圖 3。

3 討論
SAP是一個非常復雜的全身性炎癥疾病[11],早期即出現急性肺損傷,并同時表現出肺水腫的臨床癥狀,其是死亡率最高的早期并發癥,也被稱為ARDS,發生率高達50%以上,占SAP全部病死原因的60% [12]。有臨床研究[13]發現,成功地治療SAP伴發的ARDS可以直接降低SAP死亡率。因此,預防和控制急性肺損傷或ARDS的發生成為現今治療SAP的重點之一。
SAP導致急性肺損傷的機制仍然不清楚,其被認為是肺泡局部發生了急性“肺水腫”的結果[14]。肺內正常的解剖結構和生理機制可以維持肺泡內外水分的穩定,若進入肺泡腔內的液體量過度增多或重吸收能力不足,均可打破平衡而導致肺泡積液或間質水腫,導致肺水腫的發生,提示SAP急性肺損傷可能也是以肺泡水調節能力失衡為主的病理變化[15]。在本研究中檢測了SAP大鼠雙側肺的濕干比,在假手術組中無明顯變化,與假手術組比較,在SAP-4 h組和SAP-24 h組雙側肺的濕干比均明顯下降(P<0.05)。結果提示,當SAP發生后,肺泡局部均有液體重吸收能力的提高,肺泡主動吸收能力可能增強,雖然左右肺臟結果有一定差異但是并無統計學意義,這種能力可以持續至SAP發生后24 h。
肺泡液體清除能力主要被認為包括主動和被動兩種機制,其中主動機制占決定性作用,這種主動轉運水的能力即AFC [16-21]。AFC被認為由兩種機制所調節,包括兒茶酚胺依賴性機制和非兒茶酚胺依賴性調節機制,其中兒茶酚胺調節機制是當今急性肺損傷研究的熱點。兒茶酚胺中β腎上腺素受體被認為是主動調節的重要因素[22]。本研究中的假手術組大鼠肺的AFC值可以通過β2腎上腺素激動劑terbutaline的作用使AFC值明顯升高,但是在假手術組卻不能被β2腎上腺素受體抑制劑propranolol所抑制,結果提示,正常肺臟中β腎上腺素受體是有益的調節,不會被負向調節,具有一定的保護能力;發生SAP后,4 h時大鼠肺臟的AFC值明顯升高,這種已經升高的AFC即使再應用β腎上腺素受體激動劑時也不會繼續升高,但已經升高的AFC可以被β腎上腺素受體抑制劑所部分抑制,提示β2腎上腺素受體參與了SAP早期肺臟AFC升高的調節;到24 h時,大鼠肺臟的AFC較假手術組仍然升高,但是較4 h時有所降低(P<0.05),這部分下降的AFC不能被β腎上腺素受體激動劑所升高,但是可以被β腎上腺素受體抑制劑所抑制,提示β2腎上腺素受體在24 h時仍然是AFC主要的調節因素。由于β腎上腺素受體激動劑可以刺激AFC的升高[23],β1和β2腎上腺素受體均存在于肺泡上皮細胞上;同時兩者都可以調節肺臟水腫的清除,其中β2為AFC主要調節因素[24]。有研究[25]表明,內毒素、缺氧、哮喘等致傷因素可以導致肺臟的β2腎上腺素受體的mRNA表達下降,從而導致肺臟的損傷,進而發生肺水腫。本研究中real-time-PCR結果顯示,在SAP-4 h組β2腎上腺素受體的mRNA表達水平輕度下降,SAP-24 h組明顯下降,結果提示,SAP可能損傷了β2腎上腺素受體mRNA合成,進而導致蛋白合成下降,由β2腎上腺素調節的AFC也可能受到影響,這可能是AFC值逐漸下降的原因之一。
總之,從本研究的初步研究結果提示,在SAP中雙側肺清除水能力均明顯升高,導致雙側肺的液體較正常狀態下明顯減少;同時AFC值在早期4 h時升至頂峰之后輕度下降;AFC值的升高與β腎上腺素受體激活相關,這種升高的AFC值即使繼續應用β腎上腺素受體激動劑也不能進一步升高,AFC值的逐漸下降與β腎上腺素受體的蛋白合成受抑制相關。因而推測,由于SAP導致AFC早期上升,后逐漸下降,從而導致肺水腫會逐步發生。SAP中大鼠肺臟的變化機理十分復雜,還需要更多更深入的研究揭示其中的奧秘。
重癥急性胰腺炎(severe acute pancreatitis,SAP)是急性胰腺炎的一種特殊形式[1-2],主要臨床表現為急性腹痛、血清淀粉酶、脂肪酶明顯升高,常可伴有多種胰腺外并發癥,如急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)、急性腎功能不全(acute renal failure,ARF)、急性胃排空障礙等一個或多個器官的障礙,若SAP合并器官功能衰竭時其死亡率為30%~50% [3]。ARDS是早期出現最常見也是最嚴重的一種并發癥,主要表現為血氧進行性下降,雙肺出現明顯肺水腫[4]。SAP導致急性肺損傷的機理至今仍然不清。目前對SAP相關的ARDS也沒有明確的防治方法[5],主要的治療方法還是停留在癥狀明顯發生后的呼吸機輔助通氣、激素沖擊等對癥治療[6]。有文獻[7]報道,若能救治ARDS成功,SAP的死亡率可明顯下降。因此,如何提高防治ARDS,提高患者患病時肺臟的耐受能力,推遲和減輕SAP發生后肺臟的損傷,減少患者嚴重并發癥的發生,為進一步診斷和治療贏得機會,從而提高患者的救治幾率,減少疾病的死亡率[8-9]。本研究通過研究SAP大鼠模型的肺臟變化,擬揭示其變化規律。
1 材料與方法
1.1 實驗動物及主要儀器及試劑
1.1.1 實驗動物及分組
SPF級SD大鼠,雌雄不限,體質量250~300 g,隨機單盲分為假手術組和SAP組,SAP組根據造模后取材時相的不同分為SAP-4 h和SAP-24 h兩個亞組。各組分別用β腎上腺素受體激動劑特布他林(terbutaline)和β腎上腺素受體阻滯劑普萘洛爾(propranolol)處理后測定肺泡液體清除率(alveolar fluid clearance,AFC)。
1.1.2 主要儀器及試劑
terbutaline、propranolol、苯巴比妥鈉、牛磺膽酸和牛血清白蛋白均購自Sigma公司。ABI PRISM 7000型熒光定量PCR儀,App-lied Biosystems,USA。Harvard 683型小動物呼吸機,USA。RNA探針和抗體購自Applied Biosystems公司。
1.2 方法
1.2.1 SAP模型的制備
SD大鼠稱重后,苯巴比妥鈉(50 mg/kg)腹腔注射麻醉后,將大鼠固定于手術臺上。上腹選擇橫行切口約2 cm,拉出十二指腸,并找到大鼠膽胰總管,PE10管逆行插管入膽胰總管內,肝門部膽管血管夾阻斷后,15 s緩慢推入5%牛磺膽酸0.2 mL,當即誘發胰腺發生出血、水腫等急性炎癥表現。假手術組:苯巴比妥鈉腹腔注射麻醉后,上腹部橫行切口2 cm,僅翻動上腹部腸管后關腹。
1.2.2 雙肺濕干比的測量
切除各組大鼠雙側肺臟并立即秤取濕肺重量(LW),然后放在65℃的烤箱中充分干燥4 d后再稱取干肺重量(DW),肺濕干比=(LW-DW)/DW。
1.2.3 活體大鼠AFC的測量
先制備注入氣管內的伊文氏藍蛋白溶液:5%蛋白溶液,37℃預熱后加入0.15 mg/mL伊文氏藍。大鼠發生SAP后4 h和24 h時分別用2%苯巴比妥鈉50 mg/kg腹腔注射麻醉后切斷氣管后,放入氣管插管,向肺內注入5 mL制備好的伊文氏藍蛋白溶液后再注入0.2 mL空氣以確保所有的溶液進入肺泡腔。持續通氧〔100%,呼氣末壓力為7 cm H2O(1 cm H2O=0.098 kPa)〕。60 min后機械通氣將肺內的溶液吸出作為最后溶液。初始和吸出后的伊文氏藍標記的蛋白濃度通過分光光度計621 nm波長測量。AFC通過下列公式計算[10]:AFC=(1-Ci/Cf)×100%,其中Ci代表注入前蛋白濃度,Cf代表 60 min機械通氣后蛋白濃度。假手術組造模1 h后即進行活體AFC的測量。
1.2.4 terbutaline和propranolol處理后大鼠肺臟的AFC的測量
準備terbutaline(10-4 mol/L)和propr-anolol(10-6 mol/L)溶液,在各組中分別混入擬注入氣管內的蛋白溶液,再測量各組大鼠AFC的變化。
1.2.5 Real-time-PCR測定β2腎上腺素受體mRNA表達
SAP組造模后4 h、24 h及假手術組術后1 h取遠端肺組織,放入-80℃的液氮中冷凍。以RNA提取劑從肺組織中提取總RNA,在RNA機中,以3.5μL總RNA合成cDNA。然后將包括3.5μL cDNA、1μL Taq Man探針、DEPC水5.5μL、10μL Taq Man PCR MIXTURE共20μL置入PCR機中,50℃持續2 min,95℃持續10 min,90℃15 s,60℃持續1 min,共40個循環。選最低Ct值為標準樣本。標準曲線基因表達水平以目標基因與GAPDH的比值確定。
1.3 統計學方法
實驗數據均輸入SPSS 11.0系統進行分析,計量資料采用t檢驗,檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 SAP對肺濕干比的影響
假手術組雙肺的濕干比比較,差異無統計學意義(P>0.05);SAP-4 h組和SAP-24 h組左肺的濕干比較右肺高,但差異均無統計學意義(P>0.05)。與假手術組比較,SAP-4 h組和SAP-24 h組相應左右肺濕干比均明顯下降(P=0.012,P=0.009,P=0.010,P=0.008);與SAP-4 h組比較,SAP-24 h組相應左右肺的濕干比進一步降低(P=0.037,P=0.032)。

2.2 SAP對AFC的影響及β腎上腺素受體激動劑和抑制劑對AFC的影響
假手術組大鼠肺的AFC可以被terbutaline所激動,AFC明顯升高(P=0.002),但是不能被propra-nolol所抑制(P=0.126)。SAP-4 h組大鼠肺的AFC較假手術組明顯升高(P=0.001),但應用β腎上腺素受體激動劑后AFC并沒有繼續升高(P=0.341),應用β腎上腺素受體抑制劑后,AFC有一定程度下降(P=0.038)。SAP-24 h組大鼠肺AFC較假手術組仍然升高(P=0.025),但是較SAP-4 h組有所降低(P=0.041),下降的AFC不能被β腎上腺素受體激動劑所升高(P=0.179),但是可以被β腎上腺素受體抑制劑所抑制(P=0.048)。見圖 2。

2.4 各組大鼠肺組織中β2腎上腺素受體mRNA表達結果
與假手術組比較,SAP-4 h組大鼠肺組織中β2腎上腺素受體的mRNA表達水平輕度下降(P=0.052),SAP-24 h組明顯下降(P=0.029)。SAP-4 h組和SAP-24 h組比較,差異無統計學意義(P=0.232)。見圖 3。

3 討論
SAP是一個非常復雜的全身性炎癥疾病[11],早期即出現急性肺損傷,并同時表現出肺水腫的臨床癥狀,其是死亡率最高的早期并發癥,也被稱為ARDS,發生率高達50%以上,占SAP全部病死原因的60% [12]。有臨床研究[13]發現,成功地治療SAP伴發的ARDS可以直接降低SAP死亡率。因此,預防和控制急性肺損傷或ARDS的發生成為現今治療SAP的重點之一。
SAP導致急性肺損傷的機制仍然不清楚,其被認為是肺泡局部發生了急性“肺水腫”的結果[14]。肺內正常的解剖結構和生理機制可以維持肺泡內外水分的穩定,若進入肺泡腔內的液體量過度增多或重吸收能力不足,均可打破平衡而導致肺泡積液或間質水腫,導致肺水腫的發生,提示SAP急性肺損傷可能也是以肺泡水調節能力失衡為主的病理變化[15]。在本研究中檢測了SAP大鼠雙側肺的濕干比,在假手術組中無明顯變化,與假手術組比較,在SAP-4 h組和SAP-24 h組雙側肺的濕干比均明顯下降(P<0.05)。結果提示,當SAP發生后,肺泡局部均有液體重吸收能力的提高,肺泡主動吸收能力可能增強,雖然左右肺臟結果有一定差異但是并無統計學意義,這種能力可以持續至SAP發生后24 h。
肺泡液體清除能力主要被認為包括主動和被動兩種機制,其中主動機制占決定性作用,這種主動轉運水的能力即AFC [16-21]。AFC被認為由兩種機制所調節,包括兒茶酚胺依賴性機制和非兒茶酚胺依賴性調節機制,其中兒茶酚胺調節機制是當今急性肺損傷研究的熱點。兒茶酚胺中β腎上腺素受體被認為是主動調節的重要因素[22]。本研究中的假手術組大鼠肺的AFC值可以通過β2腎上腺素激動劑terbutaline的作用使AFC值明顯升高,但是在假手術組卻不能被β2腎上腺素受體抑制劑propranolol所抑制,結果提示,正常肺臟中β腎上腺素受體是有益的調節,不會被負向調節,具有一定的保護能力;發生SAP后,4 h時大鼠肺臟的AFC值明顯升高,這種已經升高的AFC即使再應用β腎上腺素受體激動劑時也不會繼續升高,但已經升高的AFC可以被β腎上腺素受體抑制劑所部分抑制,提示β2腎上腺素受體參與了SAP早期肺臟AFC升高的調節;到24 h時,大鼠肺臟的AFC較假手術組仍然升高,但是較4 h時有所降低(P<0.05),這部分下降的AFC不能被β腎上腺素受體激動劑所升高,但是可以被β腎上腺素受體抑制劑所抑制,提示β2腎上腺素受體在24 h時仍然是AFC主要的調節因素。由于β腎上腺素受體激動劑可以刺激AFC的升高[23],β1和β2腎上腺素受體均存在于肺泡上皮細胞上;同時兩者都可以調節肺臟水腫的清除,其中β2為AFC主要調節因素[24]。有研究[25]表明,內毒素、缺氧、哮喘等致傷因素可以導致肺臟的β2腎上腺素受體的mRNA表達下降,從而導致肺臟的損傷,進而發生肺水腫。本研究中real-time-PCR結果顯示,在SAP-4 h組β2腎上腺素受體的mRNA表達水平輕度下降,SAP-24 h組明顯下降,結果提示,SAP可能損傷了β2腎上腺素受體mRNA合成,進而導致蛋白合成下降,由β2腎上腺素調節的AFC也可能受到影響,這可能是AFC值逐漸下降的原因之一。
總之,從本研究的初步研究結果提示,在SAP中雙側肺清除水能力均明顯升高,導致雙側肺的液體較正常狀態下明顯減少;同時AFC值在早期4 h時升至頂峰之后輕度下降;AFC值的升高與β腎上腺素受體激活相關,這種升高的AFC值即使繼續應用β腎上腺素受體激動劑也不能進一步升高,AFC值的逐漸下降與β腎上腺素受體的蛋白合成受抑制相關。因而推測,由于SAP導致AFC早期上升,后逐漸下降,從而導致肺水腫會逐步發生。SAP中大鼠肺臟的變化機理十分復雜,還需要更多更深入的研究揭示其中的奧秘。