牛磺酸对脑创伤大鼠脑组织代谢的影响

2012-07-21常小丽黄慧玲李晓茜莫丽冬

天津医药 2012年5期

常小丽黄慧玲李晓茜莫丽冬

急性颅脑创伤（TBI）后颅内发生急性病理生理改变。TBI后应激水平的急剧下降，直接影响到伤者的生命和生存质量。突然的外部打击损伤会导致颅内压升高、脑代谢受干扰和内环境的失衡；细胞结构损伤、离子通透性改变等。牛磺酸是广泛存在于人及哺乳动物组织细胞内的非必需氨基酸，以脑、心脏、视网膜含量最高。牛磺酸对肝脏、心脏的保护作用国内外报道很多，但对调节颅脑创伤后脑组织代谢紊乱的报道少见。本研究旨在了解牛磺酸对脑创伤后大鼠脑组织能量代谢情况的影响。

1 材料与方法

1.1 实验动物及分组健康雄性SD大鼠30只，清洁级，购自北京军事医学科学院实验动物中心，体质量（300±20）g，动物购回后在天津市环湖医院神经外科研究所动物室饲养1周，无异常后使用。将SD大鼠随机分为假手术（sham）组、脑创伤（TBI）组及牛磺酸治疗（TAU）组，每组10只。

1.2 主要仪器及试剂鼠脑立体定位仪（西安万东仪器有限公司），液压打击仪（弗吉尼亚大学，USA），MD2200型微透析探针（美国BAS公司）；微注射泵（美国Bioanalytical Systems公司）；CMA600全自动生化分析仪（瑞典CMA公司）；牛磺酸购自美国Sigma公司，人工脑脊液（自制）。

1.3 动物模型制备 T BI组和TAU组动物用液压打击仪制造左侧脑创伤模型。实验动物用10%水合氯醛（3 mL/kg）经腹腔麻醉，将头部固定于鼠脑立体定位仪上，备皮消毒，头皮正中切口2 cm,剥离骨膜，暴露颅骨，在大脑前囟后4.5 cm，矢缝旁左侧2.5 cm处钻孔，孔直径约5 mm，在液压打击仪上打击造成重度脑创伤，打击力度为1.82×105Pa。sham组不进行打击，其他手术处理同TBI组和TAU组。造模成功后即刻从尾静脉给药，TAU组给予牛磺酸（200 mg/kg），每日1次，sham组和TBI组给予相同体积的生理盐水，各组于每日同一时间给药,连续7 d。

1.4 微透析及标本测定分别于伤后1~3 h、22~24 h和7 d搜集微透析液。微透析针使用前用人工脑脊液浸泡24 h。使用前测定微透析针的回收率（透析标准品1 h，用CMA600测定各指标浓度，与标准品原浓度之比即为回收率）。将微透析针固定于海马CA1区（前囟后4.20 mm，左侧中线旁开2.00 mm，皮质下3.5 mm），用微量注射泵持续灌注人工脑脊液，灌注速度为1 μL/min，连续搜集透析液3 h，搜集管每小时更换1次，用CMA600全自动生化分析仪及配套试剂盒测定脑组织间液葡萄糖、乳酸、甘油、丙酮酸，并计算每份标本的乳酸与丙酮酸比值（L/P）。

1.5 统计学处理采用SPSS 13.0统计软件，结果采用均数±标准差（±s）表示。3组均数的比较用单因素方差分析，组间多重比较用LSD-t法。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 葡萄糖含量比较在损伤后7 d内，3组葡萄糖含量差异无统计学意义；TBI组的葡萄糖含量随时间的推移而升高，22~24 h、7 d与1~3 h比较差异有统计学意义（P分别为0.039和0.026），见表1。

2.2 乳酸含量比较 TBI组的乳酸含量在各时点均高于sham组；TAU组在损伤后7 d时较1~3 h时乳酸含量降低，差异有统计学意义（P=0.009），与sham组22~24 h时差异无统计学意义，见表2。

2.3 牛磺酸对脑组织间液甘油含量的影响 TBI后甘油含量升高，但1~3 h、22~24 h各组间比较差异无统计学意义。TAU组7 d时降低较明显，与TBI组比较差异有统计学意义（P=0.009），与Sham组比较差异无统计学意义（P=0.330），见表3。

Table 1 Comparison of the effect of taurine on the level of glucose after traumatic brain injury between three groups表1 牛磺酸对TBI后脑组织间液葡萄糖含量影响比较（n=10，mmol/L±s）

F1为同一时段不同组间的比较，F2为同组中不同时段的比较；*P<0.05，**P<0.01；表2~5同

组别Sham组TBI组TAU组F1 1~3 h 2.02±0.23 1.62±0.65 1.88±0.47 1.116 22~24 h 2.42±0.44 2.19±0.42 2.57±0.83 0.840 7 d 2.36±0.29 2.27±0.41 2.58±0.36 1.376 F2 0.200 3.615*3.520

Table 2 Comparison of the effect of taurine on the level of lactic acid after traumatic brain injury between three groups表2 牛磺酸对TBI后脑组织间液乳酸含量影响比较（n=10，mmol/L，±s）

组别Sham组（1）TBI组（2）TAU组（3）F1 P（1）∶（2）（1）∶（3）（2）∶（3）1~3 h 1.80±0.66 4.04±1.44 3.18±0.52 11.107**<0.001 0.008 0.090 22~24 h 1.62±0.84 4.95±2.12 2.58±0.91 11.093**<0.001 0.163 0.004 7 d 1.62±0.38 2.91±0.51 2.16±0.23 19.533**<0.001 0.022 0.003 F2 0.200 2.811 4.448*

Table 3 Comparison of the effect of taurine on the level of glycerol after traumatic brain injury between three groups表3 牛磺酸对TBI后脑组织间液甘油含量影响比较（n=10，mmol/L ±s）

组别Sham组TBI组TAU组F1 1~3 h 33.76±13.84 46.78±12.92 38.62±14.64 1.666 22~24 h 29.86±14.76 38.07±9.93 28.80±8.80 0.927 7 d 33.48±6.44 42.11±11.14 29.15±4.89 4.506*F2 0.199 0.938 1.892

2.4 牛磺酸对脑组织间液丙酮酸含量的影响 TBI组和TAU组伤后1~3 h丙酮酸下降明显，与sham组比较差异有统计学意义（P分别为<0.001和0.004），3组间22~24 h和7 d时丙酮酸含量差异无统计学意义（P>0.05）。22~24 h丙酮酸基本恢复正常，7 d时又进一步恢复，见表4。

2.5 对脑组织间液L/P的影响 TBI组1~3 h内L/P明显升高，22~24 h明显下降，7 d时又进一步降低，但与同时间点sham组比较，差异有统计学意义（P<0.05）。TAU组的L/P随时间的变化趋势与TBI组相同，但各时间段数值均显著小于TBI组，见表5。

Table 4 Comparison of the effect of taurine on the level of pyruvic acid after traumatic brain injury between three groups表4 牛磺酸对TBI后脑组织间液丙酮酸含量影响比较（n=10，mmol/L s）

P为与同组内1~3 h比较

组别Sham组TBI组TAU组F1 1~3 h 51.21±21.43 18.77±7.36 28.86±4.86 10.331**22~24 h 52.03±20.81 43.97±8.45 44.29±13.06 0.655 P 0.927<0.001 0.003 7 d 51.12±5.77 48.08±5.98 50.39±6.42 0.500 P 0.991<0.001<0.001 F2 0.006 29.826**10.829**

Table 5 Comparison of the effect of taurine on the ratio of lactate/pyruvate after traumatic brain injury between three groups表5 牛磺酸对TBI后脑组织间液L/P的影响比较（n=10，±s）

P1为各时点不同组间的比较，P2为同一组不同时点的比较

组别Sham组（1）TBI组（2）TAU组（3）F1 P1（1）∶（2）（1）∶（3）（2）∶（3）1~3 h 35.76±17.19 236.88±7.36 111.64±18.13 23.562**<0.001 0.016<0.001 22~24 h 30.51±23.73 108.98±29.75 60.55±16.99 18.393**<0.001 0.023 0.001 P2 0.605<0.001<0.001 7 d 31.82±7.33 62.91±13.66 44.91±6.54 19.025**<0.001 0.023 0.004 P2 0.691<0.001<0.001 F2 0.145 19.864**37.361**

3 讨论

脑创伤后，由于细胞完整性和脑组织的缺血缺氧损害，脑部糖酵解增强，乳酸含量会增加。甘油是通过糖酵解反应或甘油磷酸脂膜被磷酸激酶降解而来，其浓度升高意味着脂肪降解和脑细胞膜损伤。当脑组织没有足够的能量供给细胞时，细胞稳态失衡，细胞壁遭到破坏，从而使细胞膜降解，释放到细胞间液的甘油增多[1]。Lakshmanan等[2]用微透析技术收集重型脑创伤患者脑组织间液标本，结果鉴定出的蛋白大部分是细胞结构蛋白和血液中的蛋白，一小部分是线粒体蛋白，表明脑创伤后细胞结构、微血管结构遭到破坏。丙酮酸由葡萄糖的无氧酵解反应产生，在缺氧或无氧状态下则由乳酸脱氢酶催化形成。乳酸和丙酮酸的变化均受微透析膜回收率的影响，而L/P则去除回收率的影响，是能量代谢可靠的指标。牛磺酸具有维持细胞内外渗透压平衡，清除氧自由基[3]，抗脂质过氧化损伤，调节细胞钙稳态，直接膜稳定等作用。有研究报道，在小鼠饲料中添加牛磺酸，具有抗抑郁和调节神经的功能[4]。本研究发现，脑创伤后，脑组织葡萄糖和丙酮酸含量下降，乳酸、甘油含量增加，牛磺酸治疗后，脑组织的葡萄糖和丙酮酸含量均有不同程度的增加，乳酸和甘油含量均有不同程度下降，表明牛磺酸能有效地改善伤后代谢紊乱，保护脑组织正常生理功能。

牛磺酸对代谢的调节机制可能有以下几点：（1）膜稳定作用。刘宇等[5]研究显示牛磺酸能降低血清中丙氨酸转氨酶（ALT）和天冬氨酸转氨酶（AST）含量，有效地保护肝脏细胞膜免于受损。如果细胞膜结构遭到破坏，也就无法进行正常的物质代谢。因此牛磺酸的膜稳定作用对抵抗细胞的各种损伤是极为有利的。（2）抗氧化作用。牛磺酸最主要的生理作用是抗氧化损伤作用，牛磺酸分子中的氨基与氧化剂结合，从而阻止了氧化作用的发生。另外牛磺酸可直接进入细胞膜，稳定细胞的脂质成分，从而抵制氧化剂的攻击。笔者之前的研究中也发现，牛磺酸能有效地保护脑组织线粒体的膜结构，改善脑创伤后细胞的能量供应[6]。上述作用也可能是牛磺酸调节脑创伤后代谢紊乱的两个重要因素。

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