張妍春,雷春靈,楊新光,畢春潮,孫娟玲,郭 艷,朱賽林,李亞芙
(1.西安市第四醫院,西安 710004;2.陜西中醫學院,陜西咸陽 712000)
益氣養陰利水劑對脾氣虛型視網膜脫離復位后抗凋亡及抗氧化作用的實驗研究*
張妍春1,雷春靈1,楊新光1,畢春潮1,孫娟玲1,郭 艷2,朱賽林1,李亞芙1
(1.西安市第四醫院,西安 710004;2.陜西中醫學院,陜西咸陽 712000)
目的:觀察益視湯對脾氣虛型兔RD自動復位后細胞凋亡及機體氧化應激狀態的影響。方法:實驗兔按隨機數字表法分為正常對照組(A)、RD自動復位組(B)、脾氣虛型RD自動復位組(C)及益視湯治療組(D),分別于RD自動復位模型制備后10 d、20 d、30 d隨機處死取材,采用透射電鏡及TUNEL染色觀察視網膜各層細胞凋亡的發生,取血清行SOD、MDA測定。結果:電鏡下可見B、C、D組視網膜內外核層出現凋亡特征性形態改變細胞及TUNEL染色陽性細胞,比較細胞凋亡指數,C組較B組明顯升高;D組較C組顯著下降。與A、B組比較,C組血清SOD活性明顯降低,MDA值明顯升高,D組較C組SOD活性顯著升高,MDA降低。結論:脾氣虛證加重機體氧化損傷及RD自動復位后細胞凋亡的發生,使用益視湯能夠提高機體的抗氧化能力,降低細胞凋亡的發生。
脾氣虛證;視網膜脫離;益氣養陰利水;細胞凋亡;氧化應激;益視湯
視網膜脫離(retinal detachment,RD)是嚴重的致盲性眼病,隨著RD手術復位率的不斷提高[1-3],術后大多數患者即使視網膜解剖復位良好但視功能改善不理想,長期隨訪RD涉及黃斑的患者術后視力多年多數僅維持在0.2~0.4之間[4-6],目前臨床缺乏有效的藥物促進患者術后視功能的恢復,由此帶來的問題尤顯突出。除神經膠質瘢痕形成等視網膜結構破壞外,感光細胞的凋亡是RD患者視力喪失的主要原因[7-9]。近年來的研究已證實,活性氧(reactive oxygen species,ROS)以及由此產生的氧化應激在細胞凋亡中發揮著關鍵作用[10]。許多誘導凋亡發生的因子本身就是氧化劑或者是刺激細胞發生氧化代謝的因子,而大量凋亡抑制劑能夠抗氧化或提高細胞抗氧化能力[11]。
多年來,中醫藥臨床廣泛用于RD的輔助治療。脾氣虛證與RD關系密切,患者氣虛不固導致視網膜神經上皮層與色素上皮層間分離,脾虛失運致視網膜下液蓄積且吸收困難,久病傷陰進一步加重視功能損傷。根據這一病理機制,我們制定了以補益脾氣為主、利水養陰為輔的中藥復方制劑“益視湯”,促進RD復位手術后視網膜下液的吸收及視功能的恢復,取得了肯定的效果。
脾胃為后天之本,生化之源,細胞內ATP合成不足是脾氣虛證發生的內在機制之一[12]。線粒體是細胞內合成ATP的主要場所,前期實驗觀察到與單純RD自動復位組比較,脾氣虛型RD自動復位后,光感受器內節、神經節細胞等部位均有顯著的線粒體腫脹、嵴減少甚至消失、膜破損或變性溶解形成空白區的表現[13-14],同時脾氣虛證能加重細胞核固縮和粗面內質網擴張;使用益視湯能夠明顯減輕線粒體的損傷及細胞核固縮現象[15-16]。在病理情況下,線粒體是內源性ROS產生的主要場所[17-18],視網膜有大量的線粒體,是需要高有氧代謝的組織。由此我們推測,脾氣虛證加重視網膜脫離復位后線粒體損傷,致ATP合成不足及氧化損傷,加重視網膜神經細胞凋亡的發生,進而影響視功能的恢復,益視湯能改善脾氣虛型RD機體的抗氧化能力,降低RD復位后細胞凋亡的發生。
1.1 動物及分組
健康成年清潔級新西蘭灰兔40只,體質量2000 g~2500 g,雌雄不拘,經裂隙燈、直接檢眼鏡檢查眼前節及眼底均無異常,實驗動物及實驗室均由第四軍醫大學動物實驗中心提供。將40只實驗兔按隨機數字表法分為A組正常對照組(4只)、B組RD自動復位組(12只)、C組脾氣虛型RD自動復位組(12只)、D組益視湯治療組(12只)4組,在制備RD自動復位模型后按先前的方法每日灌服益視湯[16]。B、C、D組分別在實驗開始時建立RD自動復位模型,手術前、手術后10 d、20 d、30 d各組抽取靜脈血,在手術后10 d、20 d、30 d隨機處死4只取材進行檢查。
1.2 造模方法
1.2.1 脾氣虛動物模型的制備 與先前的實驗相同,使用耗氣破氣加饑飽失常方法制備脾氣虛證動物模型[14]。于實驗開始后將厚樸三物湯煎劑經胃管灌喂C、D組兔,每2 d灌胃1次,用藥量12 g/kg體質量,喂藥當日禁食,次日喂飼不限量;A、B組同時給予等體積生理鹽水灌胃,正常飲食及飲水量,共持續42 d造模。
1.2.2 RD自動復位動物模型的制備 使用先前的方法在視網膜下注射透明質酸鈉,于脾氣虛證模型造模開始后第22天制備RD自動復位模型[14]。術前對B、C、D組兔用0.5%復方托品酰胺眼水(日本參天株式會社)散瞳,5號球后針自顳上方角鞏緣后3mm處刺穿鞏膜進入玻璃體,放置中斜角膜接觸鏡,鼻下方視網膜近赤道部造1~2PD裂孔后向視網膜下緩慢推注透明質酸鈉,使后極部視網膜灰白色隆起范圍逐漸擴大。
1.3 觀察指標及測試方法
1.3.1 宏觀指標及血清D-木糖檢測 清晨未喂食前檢查各組實驗兔的精神、活動度、舌象、體質量、肛溫,每周1次,每7 d總食量平均后記為各組實驗兔每天食量。分別在手術前、手術后10、20、30 d清晨將10%D-木糖按0.5 g/kg給各組兔灌胃,2 h后自耳源靜脈抽取靜脈血約3 ml,3500 rpm離心10 min后制備血清,采用間苯三酚法測定血清D-木糖(南京建成生物工程研究所D-木糖測定試劑盒,具體操作方法遵照說明書進行)。計算方法:血清D-木糖值(mmol/L)=標準濃度×(測定管OD值-測定空白OD值)/(標準管OD值-試劑空白管OD值)×樣品稀釋比例。
1.3.2 眼底檢查 術后每天使用直接檢眼鏡、眼部B超、光學相干斷層掃描(OCT)觀察眼底至視網膜自動復位,記錄RD的范圍、裂孔大小、自動復位時間、視網膜出血情況和玻璃體反應等情況。
1.3.3 血清T-SOD和MDA檢測 分別在實驗開始、手術前、手術后10 d、20 d、30 d抽取靜脈血離心制備血清,采用黃嘌呤氧化酶法檢測血清總超氧化物歧化酶(SOD),采用硫代巴比妥(TBA)法測定血清丙二醛(MDA)。測試盒購于南京建成生物工程研究所,具體操作依照說明書要求,722分光光度計分別在550 nm、532 nm處、1 cm光徑測各管吸光度值。
1.3.4 電鏡樣品及TUNEL染色標本制作與觀察 A組在實驗結束時,B、C、D組在手術后10 d、20 d、30 d,耳緣靜脈注射過量的3%戊巴比妥鈉分批處死實驗兔,即刻摘取眼球,快速全周剪除角膜,將左眼置于2.5%戊二醛固定液中,右眼置于4%多聚甲醛中,4℃固定24 h,按先前的方法制備透射電鏡超薄切片,使用日本日立H-600透射式電子顯微鏡進行觀察拍照[14];右眼切取顳下方發生過RD并已復位區域的視網膜組織,按原位細胞死亡檢測試劑盒(北京中山生物技術有限公司)說明進行操作。具體為:常規冰凍視網膜組織,用切片機連續切成厚4 μm切片3張,分別貼于載玻片上,PBS洗片,0.3%H2O2甲醇室溫孵育30 min,PBS洗片,0.1% TritonX-100冰浴中孵育2 min,PBS沖洗,滴加50 μlTUNEL反應混合液,在濕盒中37℃孵育60 min,PBS沖洗3次;加入50 μl轉化劑-POD在濕盒中37℃孵育 30 min,PBS沖洗 3次;加入 50~100 μlDAB底物,室溫孵育10 min,PBS沖洗3次;蘇木素復染,PBS沖洗3次,樹膠加蓋片封固;陰性對照:冰凍切片通透后加入50 μl標記溶液以代替TUNEL反應混合物,其余步驟同前。BX-50 OLYMPUS光學顯微鏡及照相系統下分析結果并拍照。以細胞核內出現棕黃色顆粒者為TUNEL陽性標記細胞。高倍鏡下(×40)對每張切片取5個視野,每組共20個視野,分別計數凋亡陽性細胞及細胞總數,其中外核層細胞數目較多,使用0.5網形目鏡尺(5 mm×5 mm,各分為10等份,上海第三光學儀器廠),分別記數2.5 mm2范圍內細胞數,以凋亡指數(Apoptosis Index,A I)反映視網膜細胞凋亡的情況,A I=(記數范圍內凋亡細胞個數/所有細胞個數)×100%。
1.4 統計學方法
采用SPSS 13.0統計軟件進行統計分析,經正態性檢驗后,多組間比較采用多因素方差分析,所有實驗數據以均數±標準差(±s)表示,P<0.05、P<0.01為差異有統計學意義。
2.1 宏觀指標及血清D-木糖檢測結果
實驗開始后1周,C、D組兔出現精神萎靡、蜷縮嗜臥、納食減少、稀軟便、毛色枯黃等脾氣虛證一般癥狀體征,10 d后出現耳尾色白、體溫升高、舌質淡嫩、少苔等表現。停止脾氣虛造模因素后觀察到,該組兔軟便持續存在、毛色灰白、精神倦怠等脾氣虛證一般癥狀體征持續至實驗結束。各組實驗開始體質量均數(2.2±0.13)至(2.27±0.16)之間,差異無統計學意義(P>0.05);實驗過程中,A、B組不同時間點體質量比較差異無統計學意義、A、B組間體質量比較差異無統計學意義(P>0.05);術前及術后10 d、20 d、30 d C組及D組體質量明顯降低,與A、B組比較差距顯著(P<0.01);隨時間延長D組體質量有所恢復,至術后20 d、30 d與C組比較明顯升高(P<0.05),但仍與B組差異有統計學意義(P<0.01)。實驗開始時,各組間血清D-木糖值比較差異無統計學意義,實驗過程中A、B組不同時間點血清D-木糖值比較差異無統計學意義,術前C、D組兔血清D-木糖值較A、B組明顯降低,術后C組兔仍維持在較低水平,停止造脾氣虛模型因素干預后稍有恢復,但仍顯著低于A、B組(P<0.001);D組兔灌服益視湯后血清D-木糖值緩慢升高,至術后30 d接近正常對照組(P>0.05)。圖1顯示,各實驗組不同時期體質量及血清D-木糖值變化。

圖1 不同時間各組平均體質量(kg)及血清D-木糖水平(mmol/l)
2.2 眼部檢查情況
術時在顯微鏡下均可見視盤下方視網膜灰白色隆起范圍達50%~60%。術后裂隙燈下觀察,所有眼角膜透明,前房無異常反應,晶狀體透明,2只眼玻璃體內可見少量絮狀混濁。直接檢眼鏡觀察示,術后早期鼻下方近赤道部約1~2PD裂孔,隨復位時間延長視網膜脫離范圍逐漸縮小并自行復位,裂孔處瘢痕灶形成;B超、OCT檢查示,術后神經上皮層與色素上皮層間發生漿液性脫離(見圖2),視網膜下液量隨術后時間延長逐漸減少并完全吸收。其中B、C、D組兔RD分別維持(7.38±2.55)d、(7.54 ±2.21)d、(7.26±2.23)d,經方差分析各組自動復位時間比較差異無統計學意義(P>0.05)。

圖2 B超及OCT檢查

圖3 各組不同時間血清SOD活性、MDA水平比較
2.3 血清SOD和MDA檢測結果
圖3顯示,實驗開始時檢查見各組血清SOD活性及MDA值比較差異無統計學意義,RD對照組與正常對照組各時間點比較差異無統計學意義;術前C、D組與A、B組比較,SOD活性差異無統計學意義(P>0.05),MDA值明顯升高(P<0.01);術后20 d、30 d C組比較,A、B組SOD活性明顯下降(P<0.01),MDA值明顯升高(P<0.05),D組較C組SOD活性明顯升高(P<0.05),MDA值降低(P<0.001)。
2.4 凋亡細胞觀察
2.4.1 透射電鏡觀察 圖4顯示,透射電鏡下,正常對照組視網膜視細胞、雙極細胞、神經節細胞核內染色質分布均勻,核仁明顯,細胞質內線粒體、粗面內質網、核糖體及高爾基體等結構清晰;B、C、D組視網膜內核層、外核層均可觀察到有散在細胞體積變小、胞質密度增高、核染色質致密固縮,且出現形狀不一、大小不等的團塊散布于核內或邊集于核膜下,有的核染色質致密凝聚成塊,占據整個核區并出現核周空泡,而核膜、質膜和細胞器保存完好。
2.4.2 TUNEL染色結果 圖5顯示,觀察見正常對照組很少有被標記的細胞,陰性對照組無被標記細胞,B、C、D組均可見細胞核被標記為黃棕色的細胞分散分布于內外核層,細胞核被環形或均勻一致著色,周圍未見明顯炎癥反應。
分別計算B、C、D組術后各層凋亡指數均值可以發現,外、內核層凋亡指數明顯高于節細胞層(P<0.001),B、C組內外核層凋亡指數比較差異無統計學意義,D組內核層凋亡指數較外核層明顯下降(P<0.001)(圖6-A);比較術后不同時間各組差異發現,術后10 dC組外核層、內核層及節細胞層細胞凋亡指數均較B組升高(P<0.05)。結果表明,脾氣虛證增加了RD復位后早期各層視網膜的凋亡細胞比例,至20 d、30 d時鏡下計數單位面積凋亡細胞數值及總細胞數量均明顯高于RD對照組(P<0.01),凋亡指數與RD對照組比較差異無統計學意義。分析B組單位面積細胞總數較A組增多與Müller細胞異常增生有關,具體原因有待進一步研究。經益視湯治療后凋亡細胞發生率明顯下降,早期內外核層及節細胞層細胞凋亡指數D組較C組均明顯下降(P<0.05),術后20 d、30 d內核層及節細胞層D組較C組凋亡指數明顯降低(P<0.05) (圖6-B、C、D)。提示益視湯可以減慢但并未阻止視網膜脫離復位后細胞凋亡的發生,尤其隨病程延長對內核層及節細胞層的保護作用明顯。

圖4 透射電鏡下觀察內核層細胞出現細胞凋亡特征性改變(Bar=4 μm)
本實驗使用耗氣破氣加饑飽失常的多因素復合應用制備脾氣虛證動物模型[19],其造模時間相對較長,同時模型表現較為穩定。在實驗過程中觀察到,脾氣虛證一般宏觀癥狀體征在造模干預后1周就開始有所表現,術前監測制備脾氣虛證模型組體質量及血清D-木糖值均明顯下降,低于對照組,停止脾氣虛模型造模干預因素后,脾氣虛組兔以上表現仍然持續存在直至實驗結束;在此基礎上采用視網膜下直接注射透明質酸鈉[20]造成視網膜脫離,經4~10 d后視網膜全部自行復位,避免了其他復位干預因素對實驗結果的影響。

圖5 術后30 d光鏡下視網膜冰凍切片TUNEL染色(40x)

圖6 各組視網膜三級神經元細胞層細胞凋亡指數比較
哺乳動物細胞的存活依賴于氧化和抗氧化之間的動態平衡。在生理情況下,內源性活性氧在線粒體內發生的電子傳遞反應中產生,被細胞防御體系(包括非酶類及酶類,前者如左旋維生素C、維生素E、谷胱甘肽,后者如超氧化物歧化酶SOD、過氧化氫酶CAT、谷胱甘肽過氧化物酶等)清除。但是在特殊的病理情況下,活性氧生成和清除的動態平衡被破壞,導致細胞內ROS水平升高,引起細胞的氧化損傷甚至導致細胞死亡[21]。實驗中觀察到,脾氣虛組血清MDA升高明顯,表明脾氣虛證這一病理狀態加重了機體的脂質過氧化損傷。血清SOD在術后10 d仍保持在較高水平,到術后20 d明顯降低。這可能是由于造模前期干預時間較短,兔機體自我調節能力尚存,通過提高自身的抗氧化能力來清除累積的ROS,但處于失代償狀態,隨著造模時間的延長,機體抗氧化防御系統出現缺陷,組織氧化-抗氧化平衡進一步失調,致細胞發生氧化應激。
過多的ROS會損傷細胞大分子,并參與不同的細胞凋亡通路,如已經明確的誘導線粒體通透性轉變、釋放線粒體死亡放大因子、激活細胞內半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶以及破壞DNA等[22]導致細胞凋亡發生。文獻報道,視網膜脫離后感光細胞發生凋亡是視網膜脫離后發生不可逆視功能損傷的重要原因[7-8]。本實驗觀察到,細胞核固縮現象在視網膜脫離發生后外核層和內核層均有典型表現。TUNEL染色顯示,被標記的細胞呈分散分布于內外核層及節細胞層,細胞核被環形或均勻一致著色,反映了凋亡過程中核染色質先向核邊緣遷移、而后向中央集中的特點;同時發現被TUNEL標記的感光細胞周圍缺乏炎癥反應,從另一個側面支持視網膜細胞的主要死亡形式是凋亡。以上結果證實,RD復位后視網膜視細胞及雙極細胞、節細胞均有凋亡,且凋亡發生以內外核層為主,節細胞層亦有少數細胞發生凋亡,這在國內尚未見報道,而脾氣虛證加重了RD復位后視網膜各層細胞的凋亡。
益視湯是在前人用藥基礎上結合RD復位后病理改變及現代中藥藥理研究結果自行組方的中藥湯劑,全方由9味藥物組成,以具有補氣固脫作用的人參、黃芪作為君藥,以車前子等利水藥作為臣藥,以補肝腎、養陰血的枸杞等作為佐藥,以茺蔚子作為使藥直達目系,全方共奏補氣利水養陰的作用。研究結果表明,益視湯能夠提高實驗兔血清抗氧化能力,減輕脾氣虛證加劇的機體脂質過氧化損傷,進而降低視神經細胞丟失。現代藥理研究結果也表明,組方中含有的人參皂甙Rg1具有清除自由基、抗氧化作用及阻止神經細胞凋亡、促進神經細胞生長作用,黃芪、枸杞子有促進視網膜神經細胞增殖等作用,具體作用機制還有待進一步的研究證實。
以上結果表明,脾氣虛證加重了機體氧化損傷及視網膜脫離復位后內外核層及節細胞層細胞凋亡的發生,采用具有益氣養陰利水作用的中藥經驗方益視湯經胃管灌服進行治療,能夠提高機體的抗氧化能力,降低因細胞丟失而導致的嚴重視功能喪失。
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Experimental study of Yiqi Yangyin diuretic prescription on the anti apoptosis and antioxidant function of the spleen deficiency type after retinal detachment
ZHANG Yan-chun1,LEI Chun-ling1,YANG Xin-guang1,BI Chun-chao1,Sun Juan-ling1,GUO Yan2,ZHU Sai-lin1,LI Ya-fu1
(1.The 4th Hospital of Xi'an,Xi'an 710004,China;2.Shaanxi traditional Chinese medical university,Xianyang 712000,China)
Objective:To investigate the influence of Chinese medicinal decoction with tonifying qi and yin and diuresis on retinal apoptosis in reattached retina of deficiency of spleen-qi rabbit model.Method:42 pigment rabbits were randomly divided into normal control group(A),RD automatically reattachment group(B),and RD automatically reattachment with deficiency of spleen-qi group(C)and Chinese medicinal decoction treatment group(D).Then the reattachment retinal apoptosis were detected with TUNEL staining and electron microscopy in postoperative 10 d,20 d,and 30 d.SOD activities and MDA levels of blood serum were also checked.Result:The morphological features of apoptosis,such as nuclear chromatin condensation and fragmentation as well as cell shrinkage presented in the ONL and INL of B,C and D groups.The results of TUNEL staining revealed the positive cells presented in not only ONL but also INL and NFL in the reattached retina,and apoptotic indexes of C groups increased obviously in 10 d post operation.Compared with A and B groups,the activities of serum SOD decreased and the content of MDA increased.The Chinese medicinal decoction could obviously inhibit the occurrence of retinal apoptosis at any time points,enhanced serum SOD activities and reduced the levels of serum MDA.Conclusion:Our results suggest that the pathology spleen-qi syndrome increase oxidative stress damage and aggravate the retinal apoptosis in retina reattachment.The Chinese medicinal decoction with tonifying qi and yin and diuresis is a potent neuroprotective agent that can salvage retinal neurons in rabbits with retinal reattachment and elevate the ability of antioxidation.
Deficiency of spleen-qi;Retinal detachment;Tonifying qi and yin and diuresis;Apoptosis;Oxidative stress
R774
B
1006-3250(2015)02-0153-06
2014-11-11
西安市科技計劃資助項目(GG05138)
張妍春(1974-),女,陜西人,副主任醫師,醫學博士,從事玻璃體視網膜疾病及中西醫結合眼科的臨床與研究。