大鼠脑脊液与血液葡萄糖浓度关系实验

刘嘉义，齐 畅，王 威，邵 龙，张家堂

解放军总医院 神经内科，北京 100853

脑脊液葡萄糖浓度的测量在各种类型的中枢神经系统感染、脱髓鞘疾病、计算机断层扫描(CT)阴性的蛛网膜下出血及脑脊膜癌病的诊断中尤为重要[1-3]。因为脑脊液葡萄糖主要由血液葡萄糖转运而来，血液葡萄糖浓度对脑脊液葡萄糖浓度有显著影响[4-7]。为了获得更精确可靠的脑脊液葡萄糖浓度，必须将血液葡萄糖水平考虑进来。但是在血糖波动的情况下，无论是单纯的脑脊液葡萄糖浓度，还是计算脑脊液葡萄糖浓度与即刻血液葡萄糖的比值，都会产生误差[6]。近年来糖尿病发病率逐年升高，糖尿病导致的血液葡萄糖持续波动，使得精确地判断脑脊液葡萄糖浓度变化更为困难[8-10]。先前研究指出，人类脑脊液每更新1次大约需要5 ～ 7 h[5,11-12]。因而，某一时间点采集的脑脊液样本必然是在完成腰椎穿刺前5 ～ 7 h内产生的。单纯依靠完成腰椎穿刺时抽取的即刻血液葡萄糖浓度，无法反映参与了该时刻脑脊液生成前5 ～ 7 h的平均血液葡萄糖。因此本研究通过正常大鼠与糖尿病大鼠脑脊液葡萄糖浓度与血液葡萄糖浓度实验，根据血液葡萄糖水平探究脑脊液葡萄糖水平的计算方法。

材料和方法

1 实验动物 成年雄性SD大鼠182只，12周龄，平均体质量(250±15) g，订购于北京斯贝福实验动物技术有限公司，饲养于解放军总医院神经内科实验室。

2 试剂与仪器 链唑霉素，柠檬酸盐缓冲溶液，0.9%氯化钠注射液，10%葡萄糖溶液，戊巴比妥钠，1 ml注射器，大鼠脑立体定位仪，血糖仪，Mindray BS-480全自动生化仪。

3 糖尿病大鼠模型制备 随机选取SD大鼠，禁食12 ～ 14 h后每只腹腔内注射链唑霉素(STZ)溶液5 ml/kg。

4 分组及处理 N+S组：随机选取正常大鼠35只，禁食12 ～ 14 h，腹腔注射0.9%氯化钠注射液(20 ml/kg)。N+G组：随机选取正常大鼠35只，禁食12 ～ 14 h，腹腔注射10%葡萄糖溶液20 ml/kg。D+S组：随机选取糖尿病大鼠35只，禁食12 ～ 14 h，腹腔注射0.9%氯化钠注射液20 ml/kg。D+G组：随机选取糖尿病大鼠35只，禁食12 ～ 14 h，腹腔注射10%葡萄糖溶液20 ml/kg。

5 立体定位大鼠小脑延髓池穿刺术 大鼠腹腔内注射戊巴比妥钠溶液50 mg/kg，剃除颈部毛发。将实验大鼠固定于立体定位仪上，充分暴露操作部位，于大鼠颈部做一长约3 cm的正中切口，充分暴露皮下组织。将浅筋膜及大鼠浅层肌肉沿中线分离，尽可能充分暴露头颅底部的脑膜，缓慢应用注射针头刺破脑膜，当穿刺阻力发生变化时，提示小脑延髓池穿刺成功。

6 脑脊液与血液样本获取 在腹腔注射葡萄糖溶液/0.9%氯化钠注射液前45 min、15 min，及腹腔注射后15 min、45 min、75 min、105 min和135 min小脑延髓池穿刺采集实验大鼠脑脊液样本，于相同时间点从尾尖采集大鼠血液样本。每组每个时间点选取5只大鼠。

7 脑脊液与血液葡萄糖浓度测定 采用己糖激酶法，应用Mindray BS-480全自动生化仪测量脑脊液葡萄糖浓度。采用氧化酶法，应用血糖仪测量血液葡萄糖浓度。

8 统计学分析 数据分析采用SPSS25.0软件。所有实验结果均为计量数据，以-x±s表示。不同组之间的脑脊液葡萄糖浓度和血液葡萄糖浓度的比较采用单因素方差分析，两两比较采用SNK法。采用Pearson相关分析计算不同时间点脑脊液葡萄糖与即刻血液葡萄糖、平均血液葡萄糖之间的关系。P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1 模型制备情况及穿刺成功率 糖尿病大鼠模型的制备成功率为86.3%(102只大鼠，88只成功)。立体定位小脑延髓池穿刺取脑脊液的成功率为82.4%(182只大鼠，150只成功)。

2 N+S组血液葡萄糖浓度与脑脊液葡萄糖浓度关系 脑脊液葡萄糖浓度与血液葡萄糖浓度呈线性相关(r=0.943，P=0.000)。脑脊液/血液葡萄糖比值波动于0.36 ～ 0.43(中位数0.40)。见图1。

3 N+G组血液葡萄糖浓度与脑脊液葡萄糖浓度关系 脑脊液葡萄糖达峰时间与血液葡萄糖浓度达峰时间存在60 min的时间差。脑脊液葡萄糖浓度与完成腰椎穿刺前60 min的血液葡萄糖平均值呈线性相关(r=0.964，P=0.000)。且该时刻的脑脊液葡萄糖与完成腰椎穿刺前60min的血液葡萄糖平均值的比值波动于0.39 ～ 0.41(中位数0.40)。见图2。

4 D+S组血液葡萄糖浓度与脑脊液葡萄糖浓度关系 脑脊液葡萄糖浓度以线性方式随血液葡萄糖浓度升高(r=0.866，P=0.000)。脑脊液/血液葡萄糖比值为波动于0.31 ～ 0.36(中位数0.34)。见图3。

5 D+G组血液葡萄糖浓度与脑脊液葡萄糖浓度关系 脑脊液葡萄糖达峰时间与血液葡萄糖浓度达峰时间存在60 min的时间差。脑脊液葡萄糖浓度与完成腰椎穿刺前60 min内的血液葡萄糖平均值呈线性相关(r=0.993，P=0.000)。且该时刻的脑脊液葡萄糖与完成腰椎穿刺前60 min的血液葡萄糖平均值的比值波动于0.26 ～ 0.28 (中位数0.27)。见图4。

图1 N+S组脑脊液葡萄糖与血液葡萄糖波动情况Fig. 1 Fluctuation of CSF and blood glucose in N+S group

图2 N+G组脑脊液葡萄糖与血液葡萄糖波动情况Fig. 2 Fluctuation of CSF and blood glucose in N+G group

图3 D+S组脑脊液葡萄糖与血液葡萄糖波动情况Fig. 3 Fluctuation of CSF and blood glucose in D+S group

图4 D+G组脑脊液葡萄糖与血液葡萄糖波动情况Fig. 4 Fluctuation of CSF and blood glucose in D+G group

讨 论

正常人脑脊液葡萄糖浓度通常是2.5 ～4.4 mmol/L[2,5,13-14]，低于2.2 mmol/L被认为是脑脊液葡萄糖含量降低的最可靠的评估指标[5,15]。稳定状态下，脑脊液葡萄糖浓度的正常水平约是血液葡萄糖浓度的60%[2,5-6,12-13,16-17]。细菌性、结核性、真菌性、寄生虫性脑膜炎与脑膜癌病通常导致脑脊液葡萄糖浓度降低，白细胞总数增高，总蛋白质、乳酸盐浓度上升等变化[1-2,5,13-14,18-19]。

本实验显示了大鼠在生理与病理(糖尿病)状态下，注射0.9%氯化钠注射液与葡萄糖溶液后，脑脊液葡萄糖浓度与血液葡萄糖浓度的关系。腹腔注射葡萄糖溶液后，N+G组脑脊液及血液葡萄糖比N+S组明显升高。腹腔注射葡萄糖溶液后，D+G组脑脊液及血液葡萄糖较D+S组明显升高。证明腹腔注射葡萄糖溶液可使正常大鼠及糖尿病大鼠脑脊液葡萄糖产生明显的波动，糖尿病导致的血糖升高状态亦可导致脑脊液葡萄糖升高。

在腹腔注射0.9%氯化钠注射液的情况下，无论正常大鼠，还是糖尿病大鼠，脑脊液葡萄糖及血液葡萄糖保持平稳，应用任何时间点的血液葡萄糖计算脑脊液/血液葡萄糖比值对评估大鼠脑脊液葡萄糖含量均有意义。而在腹腔注射葡萄糖溶液的情况下，脑脊液/即刻血液葡萄糖比值波动较大，无法有效反映脑脊液葡萄糖的真实含量。而脑脊液葡萄糖浓度与抽取脑脊液前60 min内血液葡萄糖平均值呈线性相关，应用该时间段内血液葡萄糖平均值计算脑脊液/血液葡萄糖比值可有效反映大鼠脑脊液葡萄糖真实含量。

先前研究指出，大鼠脑脊液循环时间为2 ～ 3 h[20]，人类脑脊液循环时间为5 ～ 7 h[5,11-12]。对于血糖升高的患者(如糖尿病及糖耐量异常患者)，脑脊液葡萄糖以非线性方式随血液葡萄糖升高，脑脊液葡萄糖达峰时间较血液葡萄糖达峰时间滞后2 ～ 3 h，该时间与脑脊液生成速率相关。且该状态下脑脊液/即刻血液葡萄糖比值波动范围较大，无法有效反映患者脑脊液葡萄糖的真实含量。在患者病情危重，或临床实际中难以完成禁食的情况下，在腰椎穿刺前2 ～ 4 h内多个时间点测血液葡萄糖，取平均值，可更准确有效地反映在脑脊液生成过程中血液葡萄糖的真实波动情况，计算脑脊液/该时间段内血液葡萄糖平均值的比值，可有效反映患者脑脊液葡萄糖的真实含量。结合平稳状态下脑脊液/血液葡萄糖比值(0.6)，可在血液葡萄糖升高情况下为患者脑脊液葡萄糖真实含量提供更为准确有效的参考值范围。