热应激反应对感染性休克大鼠肺损伤的影响
中华麻醉学杂志1999年第8期第19卷实验研究
作者：裴凌 胡杰 王俊科 傅文 许国忠 盛卓人
单位：110001 沈阳市，中国医科大学第一医院麻醉科
关键词：热休克反应；休克，脓毒性；肺；病理学
【摘要】 目的 研究热应激反应对感染性休克大鼠肺损伤的影响。方法 Wistar大鼠24只随机分为三组。分别经肺动脉注射NS 0.5ml（Ⅰ组）或内毒素（LPS）15mg・kg－1（Ⅱ组）或热应激处理15分钟恢复24小时后注射LPS 15mg・kg－1（Ⅲ组），然后取注射NS或LPS前和后1、1.5、2、2.5、3、4小时末的动脉血分离血浆测定TNF-α，同时用四导生理仪记录其平均肺动脉压（mPAP），平均动脉压（MAP）、气道压（AP）、心率（HR）等血液动力学指标，并定期作血气分析测定动脉血氧分压（PaO2）。于4小时末活杀动物，取出肺脏称重，计算肺系数（LC）。结果 （1）Ⅱ、Ⅲ组动物注射LPS后TNF-α浓度明显升高，与Ⅰ组对比差异显著（P＜0.05～0.01），TNF-α浓度于1.5～2小时达到峰值，2小时后开始下降，4小时基本恢复至基础值，其中Ⅲ组TNF-α浓度明显低于Ⅱ组各相应时间点TNF-α浓度值（P＜0.05）；（2）Ⅱ、Ⅲ组动物于注射LPS0.5小时后MAP、PaO2开始明显下降，mPAP、AP、HR明显上升，与Ⅰ组比较差异显著（P＜0.05～0.01），Ⅱ组变化值较Ⅲ组相应时间点变化明显（P＜0.05）；（3）Ⅱ、Ⅲ组肺系数明显高于Ⅰ组（P＜0.05～0.01），其中Ⅱ组肺系数值较Ⅲ组高（P＜0.05）；（4）MAP、mPAP、AP、PaO2及肺系数的变化与TNF-α浓度变化有明显的相关性。结论 热应激反应能明显降低感染休克大鼠动脉血浆TNF-α浓度，改善血液动力学和动脉血氧分压，降低肺水含量，对感染性休克大鼠肺损伤有明显的保护作用。
Effectsofheatstressresponseonlunginjuryinsepticshockrats
PEILing，HUJie，WANGJunke，etal．
DepartmentofAnesthesiology，FirstAffiliatedHospitalofChinaMedicalUniversity，Shenyang110001
【Abstract】ObjectiveToinvestigatetheeffectsofheatshockresponse（HSR）onarterialtumornecrosisfactor-α（TNF-α）concentration，lungfluidcontent，arterialoxygentension（PaO2）andhemodynamicsinsepticshock．MethodsTwenty-fourWistarratswererandomlydividedintothreegroups．Normalsaline0.5ml（groupⅠ），LPS15mg／kg（groupⅡ），orLPS15mg／kg24hafterHSR（groupⅢ）wereadministeredthroughpulmonaryarterycatheter．Thecaroticarterialsamplesweredrawnbeforeand1，1.5，2，2.5，3and4haftertheadministration，tomeasuretheTNF-αconcentration．MAP，meanpulmonarypressure（mPAP），airwaypressure（AP），HRandPaO2werealsorecorded．Theratswerekilled4hoursaftertheadministrationtomeasuretheweightofwetlungsandcalculatelungcoefficient（LC）．Results（1）TNF-αlevelsingroupⅡandⅢincreasedsignificantlyafterLPSinjection（P＜0．05），reachedthepeaklevel1．5-2hlater，thendroppedandreturnedtothebaseline4hafterLPSinjection．TNF-αlevelsingroupⅡwerehigherthanthoseingroupⅢateachtimepoint（P＜0．05）．（2）MAPandPaO2decreasedandmPAP，APandHRincreasedmoresignificanlyingroupⅡthanthoseingroupⅢatalltimepoint（P＜0．05）．（3）LCwashigheringroupⅡandⅢthanthatingroupⅠ，andthelevelingroupⅡwasthehighestamongthethreegroups（P＜0．05）．（4）TherewereremarkablecorrelationsbetweenTNF-αlevelandmPAP，MAP，AP，PaO2orLC（r＝0.953，－0．879，0．953，0．764，－0．628，0．792，respectively）．ConclusionHSRcandecreasethearterialconcentrationofTNF-α，improvehemodynamicsandPaO2，andlowerthepulmonaryfluidcontentinsepticshockrats，indicatingthatHSRmayprotectsepticratslungfrominjuries．
【Keywords】HeatshockresponseShock，septicLungPathology
动物体内注射内毒素（LPS）后，机体可产生一系列的病理生理学改变［1］，其中肺脏是LPS的主要靶器官，可出现严重的肺损伤表现，如一些炎性介质在肺脏产生或被激活、血液动力学改变和肺水含量增加等［2，3］。使动物暴露于不足以致死的高温环境中可使动物产生热应激反应，体内可出现一种称为热休克蛋白（HSP）的物质，HSP产生增加对组织器官的应激反应及损伤产生抵抗力。肺脏是能够产生热休克蛋白的主要器官之一。本研究拟通过观察热应激反应对感染性休克大鼠血浆肿瘤坏死因子-α（TNF-α）浓度的变化、血液动力学、动脉血氧分压及肺系数的改变，来研究热应激反应对感染性休克鼠肺损伤的影响。
材料和方法
动物热应激模型的建立 雄性Wistar大鼠禁食水12小时，戊巴比妥钠麻醉后尾静脉穿刺输入生理盐水3ml・h－1，用电热毯包裹动物，缓慢加热至动物直肠温达（42±1）℃，保持此温度15分钟后将动物暴露于室温下，直至动物体温降至正常，动物自然清醒。自由进食水，恢复24小时。
实验分组及指标测定 雄性Wistar大鼠24只，随机分为3组，每组8只。Ⅰ组为NS对照组，Ⅱ组为感染性休克组，Ⅲ组为热应激反应后感染性休克组。动物麻醉后将肺动脉、颈总动脉及气管插管与四导生理仪连接，连续监测大鼠平均动脉压（MAP）、平均肺动脉压（mPAP）、气道压（AP）、心率（HR）变化；Ⅰ、Ⅱ组动物分别经肺动脉注射NS或LPS 0.5ml，Ⅲ组热应激反应恢复24小时后经肺动脉注射LPS 0.5ml。取注射LPS或NS前或后（0.5小时、1小时、1.5小时、2小时、2.5小时、3小时、4小时）的大鼠动脉血，低温离心取上清，ELISA法测定动脉血浆TNF-α浓度，同时测定动脉血气值。观测上述指标后于4小时末活杀动物，取出肺脏，称量湿重，根据公式：肺系数（LC）=肺湿重/体重计算肺系数以测定肺水含量。
统计学处理 各组数据均以平均值±标准差（
Ⅱ、Ⅲ组动物注射LPS 0.5小时后TNF-α浓度、AP、mPAP及LC明显升高，MAP、PaO2明显下降，与Ⅰ组各相应时间点比较差异显著，其中TNF-α浓度于1.5～2小时达峰值，2小时后开始下降，4小时后基本恢复正常值。
2TNF-α浓度变化与mPAP、AP、MAP、PaO2及LC有明显的相关性，其中与mPAP、AP及LC呈正相关，与MAP、PaO2呈明显负相关，相关系数分别为：0.953、0.764、0.792、-0.879、-0.628。
感染性休克发病因素与革兰氏阴性菌胞壁外膜上的脂多糖成分（即LPS）密切相关［4］。本实验以LPS复制出感染性休克模型，前期实验已证明动物注射LPS后出现的血液动力学、肺组织学改变与临床感染休克病人的病理生理学变化是一致的。本实验将LPS直接注入肺动脉，复制出LPS休克肺损伤模型，排除了其他因素的干扰。
感染性休克时肺脏是LPS重要的靶器官之一，但其作用并不是直接的，而是通过体内产生内源性调节因子实现的，其中TNF-α是重要的内源性调节因子之一，也是最早在肺脏产生的。它是炎症早期重要的炎性启动因子，并可引发一系列病理生理反应，最终导致肺功能衰竭乃至多脏器功能损伤［6］。本实验结果表明，大鼠机体内注入LPS后很快出现平均动脉压降低、酸中毒等休克症状，作为肺损伤指标的肺系数、动脉氧分压、肺动脉压、气道压等发生明显改变，而且其变化与TNF-α浓度变化有明显相关性，这进一步支持上述结论。
由于肺脏是体循环的必经之路，因此肺脏产生的炎性介质势必随血流分布至全身，累及全身的各个组织器官，最终导致多脏器功能损伤和衰竭。有人称之为“瀑布式链锁反应”。如何终止这种链锁反应，保护肺脏乃至全身各组织器官免受侵害是当前研究的热点。
HSP是一种热应激反应时产生的特异蛋白质，HSP产生增加可对随之而来的组织损伤产生抵抗。本实验预先诱导动物产生热应激反应使之产生大量热休克蛋白，并观察其对感染性休克大鼠肺损伤的保护作用，结果表明，热应激反应大鼠血浆TNF-α明显下降，血流动力学明显改善，反应肺损伤的指标如肺动脉压、动脉氧分压、肺系数等指标变化较非热应激反应组明显减少，而且这些变化与TNF-浓度有明显的相关性，由此可见，热应激反应诱生HSP对感染性休克所致的肺损伤有明显的保护作用，这种保护作用可能与下列因素有关：（1）热休克蛋白抑制巨噬细胞产生TNF-α。感染休克时TNF-α主要是由单核-巨噬细胞产生的，曾有实验证实用LPS刺激离体培养的巨噬细胞后，TNF-α可在转录和翻译两个水平表达增加，而用亚砷酸钠诱生热休克蛋白产生后，TNF-α mRNA表达无改变，但TNF-α释放量却明显减少，用免疫组化方法在巨噬细胞内发现了HSP-TNF免疫复合物，由此可推断热休克蛋白在转录和翻译后抑制TNF-α，即通过与TNF-α结合成复合物形式阻止TNF-α的释放［7-9］。从分子结构上，热休克蛋白作为一种分子伴侣，可帮助蛋白折叠成特殊结构而使其获得特殊的功能，同时它又可作为分子监控器，只允许形成特殊折叠结构的蛋白进入分泌途径，由此认为热休克蛋白亦可能通过此途径改变TNF-α翻译后的分泌途径；（2）热应激反应可使动物体内获得抗氧化能力。有实验指出，动物热应激反应可诱导体内超氧化物歧化酶产生增加，从而增加其抗过氧化和清除氧自由基的能力［10，11］。有人甚至将热休克蛋白称为具有“抗氧化能力的急性期蛋白”［12］。由于TNF-α增加可诱生体内过氧化反应，从而对机体组织产生脂质过氧化损伤，因此可以认为热休克蛋白可间接抑制TNF-α对组织的损伤作用；（3）通过应激作用调整机体防御功能。动物体温升高是一种应激过程，可使交感神经兴奋性增高，血浆肾上腺素浓度升高，直接导致血糖浓度升高、局部血管紧张性改变、心率及心肌收缩性增加，这样使由于感染性休克导致的血流动力学改变得以缓解，使感染性休克引起的全身反应减轻。目前已有报道证明一些药物可诱导人体产生HSP，因此应从临床上探讨能够诱生和维持HSP的方法和药物并探讨其对肺损伤的保护作用。
综上所述，热应激反应能降低感染性休克大鼠动脉血浆TNF-α浓度，减少肺水含量，降低内毒素休克引起的血液动力学变化，对感染性休克所致的肺损伤有保护作用。
参考文献
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（收稿：1998-12-09修回：1999-03-03）
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