硫化氫對大鼠機(jī)體重要臟器的損傷觀察

褚銀平

硫化氫(H2S)是新近發(fā)現(xiàn)的第3個(gè)內(nèi)源性氣體信號分子,在心血管系統(tǒng)中具有舒張血管、負(fù)性肌力、抑制血管平滑肌細(xì)胞增殖及保護(hù)心肌等多種生物學(xué)效應(yīng)[1],尤其在心肌保護(hù)中的作用備受關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn),在異丙腎上腺素引起的大鼠心肌缺血模型中,H2S可有效保護(hù)心肌細(xì)胞及心肌收縮功能[2];在硫氫化鈉(NaHS)預(yù)處理的大鼠離體心肌缺血再灌注模型中,H2S可以減輕心肌損害程度及心肌梗死面積,縮短心律失常的持續(xù)時(shí)間[3];在大鼠心肌缺血再灌注模型中,外源性給予NaHS后,心肌梗死面積縮小[4]。但是,H2S作為一種有毒氣體,是造成環(huán)境污染,引起某些職業(yè)病的有毒物質(zhì)之一,超生理劑量的H2S對中樞神經(jīng)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生抑制作用[5,6],因此有必要就H2S對大鼠機(jī)體重要臟器的作用進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及分組 健康雄性Wistar大鼠32只,體重270 g～320 g,由山西醫(yī)科大學(xué)生理教研室提供。將32只大鼠隨機(jī)分成4組,每組 8只。即對照組、NaHS 2.8 μ mol/kg組、NaHS 8.4 μ mol/kg 組和 NaHS 14.0 μ mol/kg 組 。

1.2 血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測 實(shí)驗(yàn)大鼠腹腔注射25%的烏拉坦(0.4 mL/100 g)麻醉、固定在手術(shù)臺(tái)上。分離右頸總動(dòng)脈,經(jīng)右頸總動(dòng)脈將導(dǎo)管插入左心室接BL-410生物機(jī)能試驗(yàn)系統(tǒng)(成都泰盟科技有限公司)。實(shí)驗(yàn)組分別于頸動(dòng)脈插管30 min后靜脈注射相應(yīng)劑量的NaHS(購自美國Sigma公司);對照組注射等體積生理鹽水。各組大鼠分別在給藥前及給藥后 0.5 h、1 h、2 h、4 h用BL-410生物機(jī)能試驗(yàn)系統(tǒng)記錄左室收縮壓(LVSP)、左室舒張末壓(LVEDP)及左室內(nèi)壓最大變化速率(±dp/dtmax)。

1.3 標(biāo)本采集與檢測 全部動(dòng)物于用藥后4 h,打開胸腹腔直視下從腹主動(dòng)脈抽取血標(biāo)本,離心(6 000 r/min)分離血漿。采用亞甲藍(lán)分光光度法測定血漿H2S濃度,測定儀器為上海光譜儀器有限公司生產(chǎn)的721型可見光分光光度計(jì)。用放射免疫法(ELISA)測定血漿腫瘤壞死因子(TNF-α)、髓過氧化物酶(MPO)濃度,采用試劑盒購自美國R&D公司。測定儀器為北京航宇浪琴醫(yī)療設(shè)備有限公司生產(chǎn)的ZS-2型自動(dòng)化板式酶標(biāo)儀。

1.4 形態(tài)學(xué)觀察 經(jīng)腹主動(dòng)脈采血后,迅速摘取大鼠的心、肝、腦、肺及腎組織置于10%中性甲醛液中固定保存,石蠟包埋、切片及蘇木素-伊紅(Hematoxylin-eosin,HE)染色,光學(xué)顯微鏡下觀察各組織形態(tài)學(xué)變化。

2 結(jié) 果

2.1 血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)監(jiān)測(見表1) 各實(shí)驗(yàn)組與對照組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。

表1 各組大鼠血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)變化(±s)

表1 各組大鼠血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)變化(±s)

組別 時(shí)間 LVSP(mmHg) LVEDP(mmHg) +dp/dtmax(mmHg/s) -dp/dtmax(mmHg/s)對照組 給藥前 161.0±17.1 9.7±0.9 6 638.9±377.4 4 166.5±261.6給藥后0.5 h 160.0±17.0 9.8±0.9 6 432.1±379.5 4 069.9±289.0給藥后1 h 158.9±16.5 9.9±0.7 6 486.6±363.6 4 073.1±279.4給藥后2 h 159.1±17.0 9.7±0.9 6 646.0±379.7 4 103.8±290.0給藥后4 h 160.2±16.7 9.6±0.8 6 534.8±381.1 4 132.5±289.8 2.8 μ mol/kg組 給藥前 164.6±17.3 9.8±1.2 6 742.6±319.5 4 196.4±269.0給藥后0.5 h 158.2±14.7 10.1±1.0 6 541.2±318.6 4 087.0±228.2給藥后1 h 159.1±14.1 10.0±1.2 6 655.5±298.4 4 074.7±294.4給藥后2 h 164.0±16.2 9.9±1.2 6 650.0±320.1 4 164.8±271.0給藥后4 h 163.8±16.3 9.8±1.2 6 735.5±330.2 4 201.9±276.5 8.4 μ mol/kg組 給藥前 161.9±17.8 9.6±0.8 6 739.3±352.1 4 160.9±293.4給藥后0.5 h 155.3±20.1 9.9±1.0 6 566.1±244.5 4 032.1±289.5給藥后1 h 159.0±18.5 9.9±0.8 6 506.8±216.4 4 073.8±296.1給藥后2 h 160.1±17.2 9.7±0.9 6 544.4±356.9 4 114.3±292.3給藥后4 h 161.4±17.6 9.6±0.8 6 679.4±334.7 4 154.6±273.8 14.0 μ mol/kg組 給藥前 164.8±18.2 9.6±0.7 6 780.9±250.4 4 210.7±299.8給藥后0.5 h 148.5±15.7 9.7±0.6 6 672.4±251.5 4 095.6±297.2給藥后1 h 153.6±13.5 9.8±0.6 6 625.0±268.0 4 136.8±293.8給藥后2 h 157.3±15.0 9.6±0.7 6 690.6±257.5 4 171.7±261.6給藥后4 h 162.1±18.8 9.6±0.7 6 748.1±249.8 4 196.5±280.3

2.2 各組大鼠血清生化指標(biāo)測定(見表2)

表2 各組血漿中T NF-α、MPO 、H2S濃度的變化(±s)

表2 各組血漿中T NF-α、MPO 、H2S濃度的變化(±s)

組別 H2S(μ mol/L) T NF-α(pg/mL) MPO(pg/mL)對照組 39.26±1.83 147.47±10.13 1 876±159 2.8 μ mol/kg 組 43.56±1.741) 149.84±10.67 2 008±160 8.4 μ mol/kg 組 48.34±1.391)2) 157.27±10.16 2 084±123 14.0 μ mol/kg 組 57.25±1.721)2)3) 172.48±11.181)2)3) 2 736±1981)2)3)與對照組比較,1)P＜0.05;與 2.8 μ mol/kg組比較,2)P＜0.05;與8.4 μ mol/kg組比較,3)P＜0.05

2.3 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物形態(tài)學(xué)改變(見表3)

表3 硫化氫對大鼠重要臟器的作用

3 討 論

大鼠血清中 H2S的含量約為(45.6±14.2)μ mol/L,生理狀態(tài)下其通過細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)途徑使血管平滑肌舒張,達(dá)到舒張血管的作用[6]。研究發(fā)現(xiàn):外源性給予NaHS后,H2S對在離體、在體實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的心肌具有保護(hù)作用[2-4]。然而,Trevisani等[7]研究發(fā)現(xiàn),H2S能夠激發(fā)神經(jīng)源性氣道炎癥反應(yīng);在蛙皮素誘導(dǎo)的急性胰腺炎相關(guān)的肺損傷動(dòng)物模型中,血漿H2S水平升高,使用CSE阻滯劑炔丙基甘氨酸(PPG)可降低血漿H2S水平,同時(shí)降低炎癥反應(yīng),減輕胰腺及肺組織的損傷[8];在脂多糖誘導(dǎo)的內(nèi)毒素血癥和多臟器衰竭的大鼠模型中,血漿H2S水平升高,肺臟及肝臟中MPO活性隨之增高,使用PPG可以減弱MPO活性,減輕組織損傷的程度[9,10];研究提示:內(nèi)源性H2S的升高可能參與機(jī)體的炎癥反應(yīng)。

本研究結(jié)果顯示,血漿超生理劑量的H2S對健康大鼠左心室LVSP、LVEDP及±dp/dtmax無明顯影響(P＞0.05)。此結(jié)果與先前心肌缺血-再灌注模型中H2S具有改善心功能的作用有差別,其原因有待進(jìn)一步研究。本研究結(jié)果還顯示,靜脈注射不同劑量NaHS后,大鼠血漿中TNF-α和MPO濃度隨血漿H2S濃度的增加而增加,尤其是NaHS 14.0 μ mol/kg組血漿TNF-α和MPO濃度的增加較明顯(P＜0.05)。提示靜脈給予H2S供體 NaHS達(dá)到 14.0 μ mol/kg時(shí),可引起大鼠機(jī)體明顯的炎癥反應(yīng),表現(xiàn)為血漿炎癥因子TNF-α和M PO的濃度增加。

本實(shí)驗(yàn)采用HE染色,在光鏡下觀察大鼠各重要臟器的形態(tài)學(xué)變化,發(fā)現(xiàn)隨大鼠血液H2S濃度的增加,大鼠的心、腦、肝、腎和肺臟組織的炎癥反應(yīng)在加重,組織損傷的程度也在加重,組織損傷尤其見于 NaHS 14.0 μ mol/kg組,提示超生理劑量的H2S參與了全身炎癥反應(yīng)。

[1]Zhao W,Zhang J,Lu Y,et al.The vaso relaxant effect of H(2)S as a novel endogenous gaseous K(ATP)channel opener[J].EMBO J,2001,20(21):6008-6016.

[2]Geng B,Chang L,Pan CS,et al.Endogenous hydrogen sulfide regulation of myocardial injury induced by isoproterenol[J].Biochem Biophys Res Commun,2004,318(3):756-763.

[3]Johansen D,Ytrehus K,Bax ter GF.Exogenous hydrogen sulfide(H2S)protects against regional myocardial ischemia-reperfusion injury:Evidence for a role of KATPchannels[J].Basic Res Cardiol,2006,101(1):53-60.

[4]Zhu YZ,Wang ZJ,Ho P,et al.Hydrogen sulfide and its possible roles in myocardial ischemia in experimental rats[J].J Appl Physiol,2007,102(1):261-268.

[5]Beauchamp RO,Bus JS,Popp JA,et al.A critical review of the literature on hydrogen sulfide toxicity[J].Critical Reviews in T oxicology,1984,13(1):25-97.

[6]Warenycia MW,Goodwin LR,Benishin CG,et al.Acute hydrogen sulfide poisoning:Demonstration of selective uptake of sulfide by the brain stem by measurement of brain sulfide levels[J].Biochem Pharmacol,1989,38(6):973-981.

[7]Trevisani M,Patacchini R,Nicoletti P,et al.Hydrogen sulfide causes vanilloid receptor 1-mediated neurogenic inflammation in the airway s[J].Br J Pharmacol,2005,145(8):1123-1131.

[8]Bhatia M,Wong FL,Fu D,et al.Role of hydrogen sulfide in acute pancreatitis and associated lung injury[J].FASEB J,2005,19(6):623-625.

[9]Li L,Bhatia M,Moore PK.Hydrogen sulphide:A novel mediator of inflammation[J].Curr Opin Pharmacol,2006,6(2):125-129.

[10]羨曉輝,黃新莉,周曉紅,等.硫化氫與內(nèi)毒素血癥大鼠心肌損傷的關(guān)系[J].生理學(xué)報(bào),2007,59(3):357-362.