葛根素聯合依達拉奉對煙霧所致吸入性肺損傷大鼠的治療作用

王正冠，李芮冰，徐舒敏，郭宇妮，陳文燕，陳宜鴻，王成彬

·軍事醫學·

葛根素聯合依達拉奉對煙霧所致吸入性肺損傷大鼠的治療作用

王正冠，李芮冰，徐舒敏，郭宇妮，陳文燕，陳宜鴻，王成彬

目的探討葛根素聯合依達拉奉對黑火藥煙霧所致吸入性肺損傷大鼠的治療作用。方法健康雄性Wistar大鼠40只，隨機分為正常對照組(N組)、吸入性肺損傷組(X組)、葛根素組(P組)、依達拉奉組(E組)、聯合用藥組(L組)，每組8只。除正常對照組外，其余各組大鼠使用自制發煙裝置構建吸入性肺損傷模型，依達拉奉組造模成功后30min腹腔注射依達拉奉(9mg/kg) 1次，第2天給藥1次，共2次；葛根素組造模成功后30min注射葛根素(100mg/kg) 1次，每天給藥1次，共6次；聯合用藥組造模成功后30min注射依達拉奉(9mg/kg) 1次，第2天給藥1次，共2次，注射葛根素(100mg/kg) 1次，每天給藥1次，共6次；正常對照組和吸入性肺損傷組腹腔注射生理鹽水(12ml/kg)，每天1次，共6次。建模后第6天大鼠腹主動脈取血，檢測動脈血氣指標，并采用ELISA法測定血清腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素6(IL-6)、IL-10的水平；留取肺組織制備肺組織勻漿，測定其蛋白含量及髓過氧化物酶(MPO)活性；取部分右肺組織，HE染色后觀察肺組織病理學變化。結果血氣分析結果顯示，P﹑E﹑L組大鼠PaO2均明顯高于X組(P<0.05)，且E、L組明顯高于P組(P<0.05)，而L組PaCO2水平明顯低于X組及E組(P<0.05)。P﹑E﹑L組大鼠血清TNF-α、IL-6、IL-10水平及肺組織勻漿蛋白含量、MPO活性均明顯低于X組(P<0.05)，且E﹑L組血清TNF-α、IL-6水平及肺組織勻漿蛋白含量、MPO活性明顯低于P組，血清IL-10水平明顯高于P組(P<0.05)，L組血清TNF-α、IL-6水平及肺組織勻漿蛋白含量明顯低于E組(P<0.05)。光鏡觀察顯示，與X組比較，P﹑E、L組肺組織水腫減輕，炎性細胞浸潤減少，且L組更顯著。結論依達拉奉聯合葛根素可能通過減少部分炎癥介質的產生和釋放，減輕煙霧吸入性肺損傷大鼠體內的炎癥反應，對肺組織起到一定的保護作用，且聯合用藥比單獨用藥的效果更好。

依達拉奉；葛根素；肺炎，吸入性

吸入性損傷是熱力或煙霧引起的呼吸道以及肺實質損害[1]，可導致嚴重的全身性病變，病死率較高，其中重度吸入性損傷的病死率高達80%以上。黑火藥被廣泛應用于軍事和民用方面，如戰爭演習或煙花爆竹的燃放等，在其爆炸、燃燒過程中釋放的有毒氣體及粉塵顆粒會引發急性吸入性肺損傷，造成肺組織充血、水腫及炎性細胞浸潤等。

依達拉奉(edaravone，ED)是一種新型的強效氧自由基清除劑，可抑制脂質過氧化反應，從而抑制組織細胞的氧化損傷，在臨床上已被廣泛用于腦血管疾病的治療[2]。葛根素是從豆科植物野葛的干燥根中提純分離得到的異黃酮，臨床應用于治療高血壓、冠心病心絞痛和糖尿病等[3]。依達拉奉與葛根素聯合應用能否減輕吸入煙霧所致的肺損傷目前尚未見相關報道。本研究通過建立黑火藥煙霧所致肺損傷大鼠模型，探討依達拉奉聯合葛根素對煙霧吸入性肺損傷的保護作用及其機制。

1 材料與方法

1.1 主要試劑及儀器 依達拉奉(規格：5ml/10mg，南京先聲東元制藥有限公司，批準文號：國藥準字H20031342)，葛根素(規格：2ml，成都天臺山制藥有限公司，批準文號：國藥準字H20057087)，硝酸鉀、碳粉、硫黃粉(純度99.9%，200目，北京西四化工原料公司)，大鼠腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素6(IL-6)、IL-10 ELISA試劑盒(美國R&D公司)，大鼠髓過氧化物酶(MPO)試劑盒(南京建成公司)，微量加樣器(Eppendorf)，光學顯微鏡(Olympus)，酶標儀(美國AWARENESS)。

1.2 動物分組及處理 健康雄性Wistar大鼠40只，體重210～230g，由解放軍總醫院實驗動物中心提供，合格證號：SCXK(京)2012-0001。大鼠于實驗動物中心清潔房中飼養，溫度21～24℃，濕度50%～60%，晝夜12h節律，自由進食、飲水。將40只大鼠隨機分為正常對照組(N組)、吸入性肺損傷組(X組)、葛根素組(P組)、依達拉奉組(E組)、聯合用藥組(L組)，每組8只。空白對照組大鼠暴露于動物煙熏箱的空氣中8min，葛根素組、依達拉奉組、聯合用藥組、煙熏組置于動物煙熏箱中并在10g火藥產生的煙霧中暴露8min，制作黑火藥煙霧吸入性肺損傷大鼠模型。依達拉奉組造模成功后30min腹腔注射依達拉奉(9mg/kg) 1次，第2天給藥1次，共2次；葛根素組造模成功后30min注射葛根素(100mg/kg) 1次，每天給藥1次，共6次；聯合用藥組造模成功后30min注射依達拉奉(9mg/kg) 1次，第2天給藥1次，共2次，注射葛根素(100mg/kg) 1次，每天給藥1次，共6次；正常對照組和吸入性肺損傷組腹腔注射生理鹽水(12ml/kg)，每天1次，共6次。所有大鼠均于暴露后第6天處死。

1.3 標本采集及指標檢測 按照1ml/kg劑量腹腔注射4%水合氯醛麻醉大鼠，暴露分離腹主動脈后取動脈血1ml，并于30min內進行動脈血氣分析。取大鼠腹主動脈血，3000r/min離心15min后取上清液，采用ELISA法檢測血清中TNF-α、IL-6、IL-10的水平，具體操作參照試劑盒說明書進行。

打開胸腔后觀察肺組織大體病理改變，取右肺后葉浸入4%中性甲醛溶液中固定24h，石蠟包埋，4μm連續切片，常規HE染色后光鏡下觀察病理組織學改變。取左肺組織及時保存于－80℃冰箱中待測，檢測時以濾紙吸干肺組織表面污物，制備肺組織勻漿，用考馬斯亮藍法測定勻漿液中蛋白含量，參照試劑盒說明書測定MPO活性。

1.4 統計學處理 采用SPSS 17.0軟件進行統計分析。符合正態分布及方差齊的計量資料以表示，組間比較采用單因素方差分析(One-Way ANOVA)，進一步兩兩比較采用LSD-t檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 動脈血氣分析結果 與N組比較，其余各組建模后第6天動脈血氣指標PaO2明顯降低，PaCO2明顯升高(P<0.05)。與X組比較，P組﹑E組﹑L組大鼠PaO2均明顯升高，且E組﹑L組PaO2高于P組(P<0.05)。L組大鼠PaCO2水平明顯低于X組及E組(P<0.05)，而X組、P組﹑E組間比較差異無統計學意義(P>0.05，表1)。

表1 各組大鼠動脈血氣指標PaO2、PaCO2比較(mmHg，±s，n=8)Tab. 1 Comparison of arterial blood gas indexes (PaO2and PaCO2) in rats of five groups (mmHg,±s,n=8)

表1 各組大鼠動脈血氣指標PaO2、PaCO2比較(mmHg，±s，n=8)Tab. 1 Comparison of arterial blood gas indexes (PaO2and PaCO2) in rats of five groups (mmHg,±s,n=8)

(1)P<0.05 compared with N group; (2)P<0.05 compared with X group; (3)P<0.05 compared with P group; (4)P<0.05 compared with E group

47.97±5.98(1) 60.20±4.36(1)P 60.73±8.26(1)(2) 54.78±7.54(1)E 71.02±9.57(1)(2)(3) 57.92±8.22(1)L Group PaO2 PaCO2N 89.11±4.26 40.77±4.66 X 77.71±12.91(1)(2)(3) 49.18±7.13(1)(2)(4)Fvalue 26.107 11.205Pvalue <0.05 <0.05

2.2 血清TNF-α、IL-6 、IL-10水平比較 與N組比較，除P組IL-10水平無明顯改變外，其余各組建模后第6天血清TNF-α、IL-6、IL-10水平均明顯升高(P<0.05)。P組﹑E組﹑L組大鼠血清TNF-α、IL-6、IL-10水平均明顯低于X組(P<0.05)，且E組﹑L組TNF-α、IL-6水平明顯低于P組，IL-10水平明顯高于P組(P<0.05)，L組血清TNF-α、IL-6水平明顯低于E組(P<0.05，表2)。

表2 各組大鼠血清TNF-α、IL-6及IL-10水平比較(pg/ml,±s,n=8)Tab. 2 Comparison of serum TNF-α, IL-6 and IL-10 levels in rats of five groups (pg/ml,±s,n=8)

表2 各組大鼠血清TNF-α、IL-6及IL-10水平比較(pg/ml,±s,n=8)Tab. 2 Comparison of serum TNF-α, IL-6 and IL-10 levels in rats of five groups (pg/ml,±s,n=8)

(1)P<0.05 compared with N group; (2)P<0.05 compared with X group; (3)P<0.05 compared with P group; (4)P<0.05 compared with E group

Group TNF-α IL-6 IL-10 N 16.44±1.23 25.10±1.58 60.72±1.04 X 81.83±8.19(1) 78.12±6.00(1) 90.89±6.55(1)P 64.96±9.92(1)(2) 51.68±9.59(1)(2) 61.15±5.25(2)E 53.14±9.12(1)(2)(3) 42.08±4.28(1)(2)(3) 66.41±5.31(1)(2)(3)L 43.35±5.26(1)(2)(3)(4)32.99±4.27(1)(2)(3)(4)68.05±2.62(1)(2)(3)Fvalue 86.241 102.018 57.635Pvalue <0.05 <0.01 <0.05

2.3 肺組織蛋白含量及MPO活性比較 與N組比較，其余各組建模后第6天肺組織蛋白含量及MPO活性均明顯升高(P<0.05)。P組﹑E組﹑L組大鼠肺組織勻漿蛋白含量、MPO活性均明顯低于X組(P<0.05)，且E組﹑L組明顯低于P組(P<0.05)，L組肺組織勻漿蛋白含量明顯低于E組(P<0.05，表3)。

表3 各組大鼠肺組織勻漿蛋白含量及MPO活性比較(±s，n=8)Tab. 3 Comparison of MPO activity and protein content in lung tissue in rats of five groups (±s,n=8)

表3 各組大鼠肺組織勻漿蛋白含量及MPO活性比較(±s，n=8)Tab. 3 Comparison of MPO activity and protein content in lung tissue in rats of five groups (±s,n=8)

(1)P<0.05 compared with N group; (2)P<0.05 compared with X group; (3)P<0.05 compared with P group; (4)P<0.05 compared with E group

1.79±0.32(1)(2) 2.36±0.19(1)(2)E 1.03±0.16(1)(2)(3) 2.04±0.15(1)(2)(3)L 0.56±0.09(1)(2)(3)(4) 1.89±0.20(1)(2)(3)Fvalue 130.764 106.106Pvalue <0.01 <0.05 Group Protein (mg/ml) MPO (U/g) N 0.18±0.01 1.24±0.15 X 2.65±0.39(1) 3.04±0.21(1)P

2.4 肺組織病理學觀察結果 HE染色光鏡觀察顯示，N組大鼠肺泡結構清晰完整，肺泡腔中未見白細胞或滲出液，肺泡壁光滑；X組可見明顯水腫和出血，肺泡間隔明顯不均，肺泡壁明顯充血、增厚，大量炎性細胞浸潤；P組可見肺泡仍有萎陷和擴張，其大小形態尚不規則，氣道周圍組織增厚，毛細血管充血擴張。與P組比較，E組﹑L組肺泡間質炎性浸潤均明顯減輕，肺泡腔內未見滲出，組織水腫及肺泡萎陷程度進一步減輕(圖1)。

3 討 論

吸入性損傷是熱力或煙霧引起的上呼吸道、氣管支氣管以及肺實質損傷[4]，煙霧中的化學刺激物為大小不等的顆粒和毒氣[5]，會引起漸進性細胞損傷和嚴重肺損傷，若不能得到及時診斷和治療，則有可能進展為急性呼吸窘迫綜合征，引起膿毒癥等全身癥狀，最終導致多器官功能障礙綜合征甚至死亡。軍事行動和訓練中，常使用各種火藥煙霧，如阿富汗和伊拉克戰場上，美軍常使用各種煙霧發生器，以達到隱蔽己方免受攻擊的目的[6]。除軍事人員經常接觸煙霧外，非戰時發生的民用設施火災所致人員死亡中，約80%是由于吸入燃燒產生的有毒氣體而非燒傷導致死亡[7]。

目前用于急性肺損傷治療的藥物主要有血管舒張劑(采用吸入給藥，如一氧化氮吸入﹑前列環素吸入等)﹑腎上腺糖皮質激素﹑非甾體類抗炎藥物﹑酮康哇等，但總體療效不甚滿意，所以目前尚缺乏安全有效的早期干預和延緩疾病進展的手段。依達拉奉是一種有效的氧自由基清除劑，能有效抑制脂質過氧化反應。在缺血再灌注后靜脈給予依達拉奉，能阻止大鼠腦水腫和腦梗死的進展，并改善腦水腫和腦梗死所伴隨的神經系統癥狀，通過抑制脂質過氧化反應減輕神經元、神經膠質細胞和毛細血管內皮細胞的損傷。葛根素是野生植物葛根中異黃酮的主要有效成分之一，可通過清除氧自由基、擴張腦血管、增加腦灌注量來降低局灶性腦缺血再灌注引起的腦損傷。目前研究發現，葛根素對腦缺血的保護作用主要包括以下幾個方面：①具有抗氧化、抗自由基作用；②抑制p53基因表達，下調c-fos蛋白、caspase-3蛋白、Bax蛋白和上調bcl-2蛋白表達，抗神經細胞凋亡；③下調TNF-α、IL-1β的表達，抑制局灶性腦缺血再灌注的炎癥反應；④改善腦微循環等[8-9]。

圖1 各組大鼠肺組織病理學觀察結果(HE×100)Fig. 1 Histopathology observation of lung tissues in rats of five groups (HE×100)

本研究使用自制的發煙裝置建立了黑火藥煙霧所致吸入性肺損傷模型[10]，分別使用葛根素、依達拉奉、葛根素聯合依達拉奉進行干預，并觀察其治療效果。動脈血氣分析顯示大鼠在煙熏處理后即出現低氧血癥，PaO2降低，PaCO2升高，L﹑E﹑P組吸入性肺損傷大鼠的PaO2水平均明顯升高，L組的PaCO2水平明顯降低(P<0.05)。MPO是中性粒細胞與單核細胞的標志酶，其活性高低可反映組織中中性粒細胞的浸潤情況[11]。本研究結果顯示，L、E、P組肺組織中MPO活性均顯著降低(P<0.05)，表明依達拉奉及葛根素均能有效抑制中性粒細胞浸潤及MPO的釋放，減輕肺組織損傷，從而起到保護作用。TNF-α被認為是引起急性肺損傷最重要的細胞前炎性因子之一，來源于巨噬細胞，是一種多功能促炎因子，可激活NF-κB介導其他細胞因子(如IL-1、IL-6、IL-8)的合成與釋放，啟動炎癥級聯反應。TNF-α還能促進中性粒細胞(PMN)的吞噬能力，促進PMN脫顆粒和釋放溶酶體，增強PMN呼吸爆發，產生過多的氧自由基[12]，破壞肺血管內皮細胞和肺上皮細胞，加速急性肺損傷的發展進程。本研究結果顯示，依達拉奉和葛根素均可降低煙霧吸入致肺損傷大鼠血清的TNF-α水平(P<0.05)，且聯合用藥比單獨用藥效果更顯著(P<0.05)。IL-6可促進細胞間黏附分子1的表達，并促進淋巴細胞的分化和炎性激活，使炎性損傷反應進一步加強[13]。本研究結果顯示，依達拉奉和葛根素均可降低煙霧吸入致肺損傷大鼠血清IL-6水平(P<0.05)，且聯合用藥比單獨用藥效果更顯著(P<0.05)。IL-10可減輕炎性介質對肺組織的破壞作用，在肺組織中由T淋巴細胞、B淋巴細胞以及單核巨噬細胞合成和分泌，其主要功能是抑制IL-1β、IL-8、TNF-α等前炎性細胞因子的合成和分泌[14]。本研究結果顯示，依達拉奉和葛根素均可提高煙霧吸入致肺損傷大鼠血清IL-10水平(P<0.05)，但聯合用藥效果增加不明顯。本研究肺組織病理切片觀察也顯示出與上述實驗結果相同的結論。

綜上所述，本研究采用黑火藥發煙裝置構建大鼠吸入性肺損傷模型，結果顯示依達拉奉和葛根素對其具有很好的治療作用，且二者聯合用藥比單獨用藥效果更佳，為依達拉奉和葛根素的臨床應用提供了實驗依據。

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Effects of puerarin combined with edaravone on inhalation lung injury induced by black gunpowder smog in rats

WANG Zheng-guan1, LI Rui-bing1, XU Shu-min1, GUO Yu-ni1, CHEN Wen-yan1, CHEN Yi-hong2*, WANG Cheng-bin1*1Department of Clinical Laboratory,2Department of Medical Security, General Hospital of PLA, Beijing 100853, China

*Corresponding author. CHEN Yi-hong, E-mail: 9578cyh@sina.com; WANG Cheng-bin, E-mail: wangcb301@126.com

This work was supported by the “Twelfth Five-Year Plan” Medical Science Development Foundation of PLA (CWS12J021)

ObjectiveTo explore the protective effects of puerarin combined with edaravone on inhalation lung injury induced by black gunpowder smog in rats.MethodsForty healthy male Wistar rats were randomly divided into normal control group (group N), inhalation group (group X), puerarin group (group P), edaravone group (group E) and edaravone combined with puerarin group (group L), with 8 rats in each group. Rat model of inhalation lung injury was reproduced by a self-made smoke generator. Rats in group E were given intraperitoneal injections of edaravone (9 mg/kg) at 30 minutes and 1 day after modeling (twice totally). Rats in group P were given intraperitoneal injections of puerarin (100 mg/kg) at 30 minutes and 1, 2, 3, 4, 5 days after modeling (6 times totally). Rats in group L were treated the way of both group E and P. The rats in group N and group X were given intraperitoneal injections of normal saline (12 ml/kg) at the time-points above. The animals were sacrificed 6 days after modeling, and the blood samples were collected from abdominal aorta to assess arterial blood gas values, meanwhile the serum levels of tumor necrosis factor-α (TNF-α), interleukin-6 (IL-6), interleukin-10 (IL-10) were determined by ELISA. Lung tissue homogenates were prepared to determine the protein content and myeloperoxidase (MPO) activity. The pathological changes in the lung tissue with HEstaining were observed under light microscope.ResultsArterial blood gas analysis revealed that the PaO2levels in groups P, E and L were higher than that in group X (P<0.05), and the PaO2levels in groups E and L were higher than that in group P (P<0.05), while the PaCO2level in group L was lower than that in groups X and E (P<0.05). The TNF-α, IL-6 and IL-10 levels in serum, the protein content and MPO activity in lung tissue homogenate in groups P, E and L were lower than those of group X (P<0.05). The TNF-α and IL-6 levels in serum and protein content and MPO activity in lung tissue homogenate in groups E and L were lower than those of group P (P<0.05), while IL-10 level in serum was higher than that of group P (P<0.05). The TNF-α and IL-6 levels in serum and protein content in lung tissue homogenate in group L were lower than those of group E (P<0.05). HE staining revealed that lung edema was alleviated and inflammatory exudate and infiltration in groups P, E and L were less marked when compared with group X, while they were more significant in group L.ConclusionsEdaravone combined with puerarin can alleviate the inflammatory reaction of inhalation lung injury induced by black gunpowder smogviareducing the production and release of pro-inflammatory mediators, thus playing a protective role against lung injury. The effect of a combination of the drugs is better than that of either drug alone.

edaravone; puerarin; pneumonia, aspiration

R563.19

A

0577-7402(2015)01-0066-05

10.11855/j.issn.0577-7402.2015.01.15

2014-09-12；

2014-12-01)

(責任編輯：胡全兵)

全軍“十二五”醫學科研基金面上項目(CWS12J021)

王正冠，碩士研究生。主要從事戰時煙霧吸入致肺損傷的炎癥反應機制及藥理防治研究

100853 北京 解放軍總醫院臨床檢驗科(王正冠﹑李芮冰﹑徐舒敏﹑郭宇妮﹑陳文燕﹑王成彬)，醫學保障部(陳宜鴻)

]陳宜鴻，E-mail：9578cyh@ sina.com；王成彬，E-mail：wangcb301@126.com