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硫化氢对肝部分切除老龄大鼠术后认知功能障碍的影响及其机制

2024-05-10 39 上传者：管理员

摘要：目的探讨外源性硫化氢(H2S)对肝部分切除老年大鼠术后认知功能障碍的影响及其机制。方法 30只老年健康雄性大鼠随机分为对照(S)组、肝部分切除(HP)组和硫化氢(HS)组各10只。HS组术后腹腔注射硫氢化钠溶液5 mg/kg, S组和HP组注射等量0.9%氯化钠溶液，1次/d,连续7 d。术后1、3、7 d水迷宫试验检测认知功能，电镜下观察术后7 d海马组织形态学变化及酶联免疫吸附试验(ELISA)测定海马组织中的肿瘤坏死因子(TNF)-α、白细胞介素(IL)-1β含量。结果与HP组相比，HS组术后第1、3、7天逃避潜伏期均明显缩短，穿越平台次数均明显增加(P<0.05);海马组织神经损伤明显减轻；海马组织中TNF-α和IL-1β水平显著下降(P<0.05)。结论外源性H2S可通过降低老年大鼠海马组织中的TNF-α和IL-1β表达，减轻海马组织的炎症损伤，从而改善术后认知功能。

关键词：
术后认知功能
白细胞介素-1β
硫化氢
神经炎症
肿瘤坏死因子-α
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术后认知功能障碍(POCD)是一种涉及学习记忆、注意力、言语等认知功能障碍的麻醉手术后并发症，常见于老年患者。尽管目前POCD机制尚未完全清楚，但神经炎症被认为是POCD进展中的1个关键问题[1]。因此，如何有效地抑制围术期神经炎症成为预防和治疗POCD的一项重要医疗措施。硫化氢(H2S)在正常条件下体内产生气体信号分子，在学习记忆功能中发挥着重要作用[2]。外源性H2S呈剂量依赖性地抑制谷氨酸毒性作用引起的神经元死亡，发挥抗炎、抗氧化应激和神经元保护作用，缓解阿尔茨海默病及血管性、代谢性、创伤性等认知性疾病[3]。但关于其对老年POCD的发生发展是否有调节作用，目前说法不一。本研究探讨外源性H2S对肝部分切除老年大鼠POCD的影响及机制。

1、材料与方法

1.1 动物

雄性Sprague-Dawley大鼠(由厦门大学动物实验中心提供),18～20月龄，体质量450～550 g, 随机分为对照(S)组、模型(HP)组和硫化氢(HS)组各10只。

1.2 POCD模型建立与分组

腹腔注射10%水合氯醛(0.04 ml/10 g)麻醉的大鼠仰卧位固定，参照文献[4]肝部分切除术方法建立POCD模型，腹部备皮消毒后于上腹部中线做2 cm左右小切口，完全暴露肝脏，切除肝左叶止血后关闭腹腔，切口涂抹红霉素眼膏预防感染。HS组缝皮后腹腔注射硫氢化钠(NaHS)稀释溶液(5 mg/kg)0.5 ml[5],S组和HP组术后腹腔注射等量0.9%氯化钠溶液，1次/d, 连续7 d。术后大鼠均单笼苏醒饲养，通过暖灯保持笼内温度。麻醉手术均由同一人完成，持续约15 min。

1.3 Morris水迷宫测试认知功能

术前5 d对3组进行Morris水迷宫训练，熟悉水迷宫环境4次/d, 3 min/次。大鼠均于术后1、3、7 d测量认知功能。第1个测试是定位巡航测试：透明平台被放置在4个象限的1/2半径内，平台的顶部比水面低1 cm。大鼠被放置在离平台最远的象限，让它们找到并爬上平台，这段时间被记录为逃逸潜伏期。如找不到平台，则将其逃逸潜伏期记录为60 s, 记录4个象限每只大鼠的平均逃避潜伏期。第2次测试是空间探索测试：平台被移出水池，大鼠被放置在前1个测试的相反象限的水中。观察者观察大鼠的游动路径60 s, 记录大鼠在原平台位置上的跳跃次数。

1.4 电镜下海马组织形态

术后7 d大鼠经过Morris水迷宫测试，每组随机选取4只麻醉处死后解剖海马组织，经过3次0.1 mol磷酸缓冲液漂洗10 min后，1%锇酸4 ℃下固定40 min, 重复上述磷酸缓冲液漂洗3次，常规乙醇、丙酮脱水、透明，最后环氧树脂包埋、切片，醋酸铀-柠檬酸铅双重染色。采用H-7500型透射电镜(Hitachi, 日本)观察。

1.5 细胞海马组织中肿瘤坏死因子(TNF)-α、白细胞介素(IL)-1β含量测定

术后7 d 3组大鼠Morris水迷宫试验后麻醉下处死。立即于冰上解剖海马组织，用冰0.9%氯化钠注射液处理。用匀浆器将组织磨碎，超声法制备10%的匀浆。匀浆4 ℃,2 500 r/min离心10 min。按照酶联免疫吸附试验(ELISA)试剂盒(Rapidbio, 美国)说明书绘制标准曲线，检测和换算海马组织TNF-α和IL-1β含量。

1.6 统计学分析

采用SPSS17.0软件进行方差分析、SNK-q检验、Dunnett-T3检验。

2、结果

2.1 各组海马电镜下形态学变化

S组海马组织细胞核清晰，线粒体丰富、粗面内质网等细胞器结构清晰、完整。HP组核周水肿，核染色质边聚，核固缩，形成结节或半月状团块，部分细胞核裂解。治疗7 d后HS组海马细胞水肿明显减轻，核膜清晰，部分胞核轻度固缩，呈现皱褶，细胞器结构相对完整，见少量脂褐素。见图1。

2.2 Morris水迷宫试验

定位航行试验中，与S组比较，HP组术后1、3、7 d平台逃避潜伏期均明显延长(P<0.05),且术后第3天潜伏期最长；与HP组相比，HS组3个时间点逃避潜伏期均明显缩短(P<0.05)。空间探索试验中，与S组比较，HP组术后1、3、7 d穿越平台次数明显减少(P<0.05);与HP组相比，HS组3个时间与穿越平台次数明显增加(P<0.05)。见表1。

图1 3组术后7 d海马组织电镜下形态(×10 000)

表1 各组术后不同时点逃避潜伏期及穿越平台次数、海马组织TNF-α、IL-1β含量比较

2.3 各组海马组织细胞因子TNF-α和IL-1β含量

与S组比较，HP组术后海马组织中TNF-α和IL-1β含量均明显增加(P<0.05)。与HP组比较，HS组海马组织中TNF-α和IL-1β含量明显下降(P<0.05)。见表1。

3、讨论

采用肝部分切除诱导老年大鼠POCD模型，能引起老年大鼠海马神经树突缺失和神经炎症[6],进而导致术后出现认知功能障碍。水迷宫是一种实验室最常用的大鼠空间学习和记忆的观察方法，可以规避感觉和运动生理缺陷，观察空间联想、记忆和探索能力。文献报道，H2S在学习和记忆缺陷的发展中起着关键作用，不仅能防止神经元和突触退化，还可预防急性应激引起的认知功能下降，从而改善学习记忆和认知功能[3,7]。进入体内的NaHS解离成硫氢根离子(HS-),与体内氢离子(H+) 动态生成H2S。本研究结果提示，H2S可以改善术后认知功能障碍。大量的研究证实，POCD的产生与海马等脑组织损伤程度有关[8]。本研究结果提示，H2S可通过减轻海马组织损伤，改善H2S老年大鼠的术后认知功能障碍。

神经炎症在POCD的进展中起着关键作用。随着POCD的进展，海马组织中TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8等促炎因子水平显著升高[9],破坏血脑屏障的通透性，激活神经小胶质细胞，从而引起神经损伤和认知功能障碍[10]。这与本研究结果相符，进一步证实了手术创伤引起的炎症反应在POCD中发挥了重要作用。临床研究表明，多巴酚丁胺可抑制TNF-α延缓老年患者的早期POCD[11]。海马注射IL-1β大鼠的学习记忆功能受损，而IL-1β受体基因敲除小鼠可减轻POCD症状[12,13]。本研究证实，H2S也可通过显著降低手术诱导的海马组织中TNF-α和IL-1β表达水平，明显减轻炎症因子对神经组织的损伤，从而改善术后认知功能。

本研究存在一定的局限性，首先，H2S可通过多种机制发挥神经功能调节作用[2],研究仅从其抑制手术炎症引起的海马组织TNF-α和IL-1β的浓度变化进行初步探讨，对其完整的机制缺乏深入研究；其次，涉及认知的脑区除海马还有很多，本文只局限研究大鼠海马组织的形态学变化；最后，H2S对POCD观察仅研究了一个推荐的剂量，未进行多层给药剂量观察。

综上，外源性H2S可通过降低老年大鼠海马组织中的TNF-α和IL-1β,减轻海马组织的炎症损伤，从而改善POCD。

基金资助:厦门市医疗卫生指导项目(3502Z20189015);

文章来源:吴丽美,蔡东妙,王庆祥,等.硫化氢对肝部分切除老龄大鼠术后认知功能障碍的影响及其机制[J].中国老年学杂志,2024,44(09):2239-2241.