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治傷巴布劑對大鼠急性軟組織損傷模型炎癥因子及氧化應激的影響

2022-07-02 15:04:58劉永利何運恒盧昌懷謝芳李樹冬李前邵先舫
湖南中醫藥大學學報 2022年6期
關鍵詞:水平模型

劉永利 何運恒 盧昌懷 謝芳 李樹冬 李前 邵先舫

〔摘要〕 目的 觀察治傷巴布劑對急性軟組織損傷(acute soft tissue injury, ASTI)模型大鼠炎癥因子及氧化應激的影響,并分析其作用機制。方法 將24只雄性SD大鼠按照隨機數字表法分成3組(正常組、模型組、治傷巴布劑組),每組8只。正常組不造模,其余2組均予以左側后肢小腿ASTI造模。造模成功后,治傷巴布劑組予治傷巴布劑外敷,其余兩組均予等劑量賦形劑外敷,各組均持續外敷24 h。干預后,取各組大鼠左側后肢小腿損傷中心部位骨骼肌組織,計算肌肉腫脹率(muscle swelling rate, MSR);采用HE染色觀察病理學形態;采用ELISA法檢測腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、白細胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)水平;采用生物化學法檢測丙二醛(malondialdehyde, MDA)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)表達水平。結果 與正常組比較,模型組可見大面積肌細胞排列紊亂,且肌細胞變性、壞死,間質內可見紅細胞聚集及大量炎性細胞浸潤;模型組MSR及MDA、TNF-α、IL-1β水平明顯升高(P<0.01),SOD水平明顯降低(P<0.01)。與模型組比較,治傷巴布劑組肌細胞壞死、水腫現象均明顯改善,且各類炎性細胞浸潤與間質內瘀斑現象均明顯減輕;治傷巴布劑組MSR及MDA、TNF-α、IL-1β水平明顯著降低(P<0.01),SOD水平明顯升高(P<0.01)。結論 治傷巴布劑能降低大鼠ASTI模型骨骼肌組織TNF-α、IL-1β含量水平,減輕炎癥反應;可下調樣本組織MDA含量水平,上調SOD活性,抑制炎癥相關氧化應激水平;降低MSR,從而改善ASTI。

〔關鍵詞〕 治傷巴布劑;急性軟組織損傷;炎癥因子;氧化應激;腫瘤壞死因子-α;白細胞介素-1β;丙二醛;超氧化物歧化酶

〔中圖分類號〕R274.3 ? ? ? 〔文獻標志碼〕A ? ? ? ?〔文章編號〕doi:10.3969/j.issn.1674-070X.2022.06.004

Effect of injury-curing cataplasm on inflammatory factors and oxidative stress in rat

model of acute soft tissue injury

LIU Yongli1,2, HE Yunheng2, LU Changhuai2, XIE Fang2, LI Shudong2, LI Qian2*, SHAO Xianfang2*

(1. Department of Orthopaedics and Traumatology of Haikou Hospital of Traditional Chinese Medicine, Haikou, Hainan 570216, China; 2. Department of Orthopaedics and Traumatology, Changde Hospital Affiliated to Hunan University of Chinese

Medicine, Changde, Hunan 415000, China).

〔Abstract〕 Objective To study the effect of injury-curing cataplasm on inflammatory factors and oxidative stress in acute soft tissue injury (ASTI) model, and to analyze its possible mechanism. Methods A total of 24 male SD rats were divided into 3 groups on the basis of random number table method (normal group, model group and injury-curing cataplasm group), with 8 rats in each group. The normal group was not modeled, and ASTI modeling was performed on the left hindlimb and lower leg in the other two groups. After successful modeling, the curing-injury cataplasma group was externally applied with curing-injury cataplasm and the other two groups were externally applied with the same dose of excipient, which lasted for 24 hours. At the end of the drug intervention, skeletal muscle tissue of the center of the left hind leg of each group was collected and muscle swelling rate (MSR) was calculated, and the pathological morphology was observed by HE staining. The levels of tumor necrosis factor-α (TNF-α) and interleukin-1β (IL-1β) were determined by ELISA. Biochemical method was used to detect malondialdehyde (MDA) and superoxide dismutase (SOD) expression levels. Results Compared with the normal group, the skeletal muscle tissue of the model group showed a large area of muscle cell disorder, degeneration and necrosis of muscle cells, red blood cells aggregation and a great deal of inflammatory cells infiltration in the stroma; MSR and the levels of MDA, TNF-α and IL-1β were increased (P<0.01), the level of SOD was obviously decreased (P<0.01). Compared with the model group, the necrosis and edema of muscle cells in the injury-curing cataplasm group were obviously improved, and the infiltration of inflammatory cells and ecchymosis in the interstitial were significantly reduced; MSR and the levels of MDA, TNF-α and IL-1β were obviously decreased (P<0.01), the level of SOD increased obviously (P<0.01). Conclusion The injury-curing cataplasm can reduce the content of TNF-α and IL-1β in the skeletal muscle of ASTI model, relieve the inflammatory reaction. It can lower the content of MDA, increase SOD activity, relieve inflammation related oxidative stress, decrease MSR, and thereby improve ASTI.CF115EA1-5862-453C-BE37-1A835ADB50C5

〔Keywords〕 injury-curing cataplasm; acute soft tissue injury; inflammation factor; oxidative stress; tumor necrosis factor-α; interleukin-1β; malondialdehyde; superoxide dismutase

急性軟組織損傷(acute soft tissue injury, ASTI)是一種骨科極為常見的損傷類型,且隨著工業、交通業的不斷進步與發展,其發病率呈上升趨勢,可對人們的健康、工作及生活構成嚴重影響,已日漸成為人們關注的焦點[1]。治傷巴布劑是由湖南中醫藥大學附屬常德醫院邵先舫教授團隊在治療ASTI秘方“治傷散”基礎上進行工藝改良后研制而成,主要由中草藥血殼、虎杖、見風消組成,尤長于行血散瘀、消腫定痛。前期研究表明,治傷巴布劑不僅具有良好的抗炎與消腫作用,其在鎮痛及改善微循環等方面也有顯著的功效,且能有效抑制炎性疼痛大鼠模型局部組織前列腺素E2等炎癥因子的釋放,從而改善ASTI[2-3]。

目前,對于ASTI的病理機制尚不完全清楚,從病理角度來看,ASTI是一種以骨骼肌損傷為主的外傷性無菌性炎癥反應的疾病[4-5],且以腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、白細胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)等為代表的各種炎性介質在ASTI中起著至為關鍵的作用[6-7]。外傷作用于微血管,可引起細胞膜損傷與內皮細胞腫脹,繼而引發廣泛的出血及難以遏止的血栓生成,使得局部組織缺血,從而引起膜磷脂的再度降解、自由基的聚集和炎癥誘導的氧化應激生成[8],加重ASTI。本實驗以ASTI雄性SD大鼠模型為研究對象,觀察并分析治傷巴布劑對ASTI大鼠模型骨骼肌組織中TNF-α、IL-1β、丙二醛(malondialdehyde, MDA)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)水平及組織病理形態學改變的影響,并探究其可能的作用機制。

1 材料與方法

1.1 ?實驗藥物

治傷巴布劑由“治傷散”原方(血殼60 g,虎杖15 g,見風消10 g)通過工藝改良制作而成(大小約5 cm×10 cm)。由湖南中醫藥大學附屬常德醫院藥劑科統一制備與提供(批號:20200103)。

1.2 ?實驗動物

選取8周齡SPF級雄性SD大鼠(體質量約250 g)24只,均購自長沙市天勤生物技術有限公司,動物許可證號:SCXK(湘)2019-0014。均在湖南中醫藥大學實驗動物中心飼養,室溫20~25 ℃,相對濕度55%±5%,空氣流通,普通飼料飼養,自由飲食,燈光明暗循環各12 h。本實驗通過湖南中醫藥大學倫理委員會批準(倫理審批號:202012160001)。

1.3 ?實驗試劑

治傷巴布劑賦形劑由湖南中醫藥大學附屬常德醫院藥劑科制備與提供(批號:20200248);TNF-α、IL-1β試劑盒均購自武漢華美生物工程有限公司(批號分別為E16039061、S14037544);MDA、T-SOD試劑盒均購自南京建成生物工程研究所(批號分別為20200703、20200706);BCA試劑盒購自北京康為世紀生物科技有限公司(批號:30134);4%多聚甲醛、10%水合氯醛、蘇木素、伊紅均購自長沙維爾生物科技有限公司(批號分別為AWI0056b、AWF0032b、AWI0001a、AWI0029a)。

1.4 ?實驗器材

臺式高速冷凍離心機(湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司,型號:H1650R);全自動酶標洗板機、多功能酶標分析儀均購自深圳市匯松科技發展有限公司(型號分別為PW-812、MB-530);電熱恒溫培養箱(北京市永光明醫療儀器有限公司,型號:DHP-500);搖床(江蘇其林貝爾儀器制造有限公司,型號:TS-92);恒溫箱(北京六一生物科技有限公司,型號:DYY-6C);微波爐(美的集團股份有限公司,型號:MM721AAU-PW);切片刀(萊卡國際生物科技有限公司,型號:M199);切片機(金華市益迪醫療設備有限公司,型號:YD-315);包埋機(常州市中威電子儀器有限公司,型號:BMJ-A);精密pH計(上海儀電科學儀器股份有限公司,型號:E-201-C);蓋玻片、載玻片均購自海門遠泰實驗器材有限公司(型號分別為DY89-1、AY89-2)。

1.5 ?動物分組與模型制備

24只健康雄性SD大鼠,適應性飼養1周后,按照隨機數字表法分成3組(正常組、模型組、治傷巴布劑組),每組8只。除正常組外,其余2組均給予左側后肢小腿ASTI造模。參照MARKERT[9]報道的造模方法并進行改良,首先用10%水合氯醛以3 mL/kg進行腹腔內注射麻醉,然后將大鼠俯臥位固定在鼠板上,左后腿腿毛處理,并將左后肢呈伸膝、趾背屈約90°位固定,且用紗布墊稍墊起左后肢(避免發生骨折),將直徑為1 cm的5 g砝碼固定器放于左側小腿腓腸肌上方并適度加壓壓緊,220 g砝碼從30 cm高處自由墜落,重力約2.1 N,動能約0.65 J。助手將砝碼自由墜落擊中腓腸肌中段,并標記好損傷中心位置,同一位置連續打擊3次,造模后局部無軟組織破潰,無小腿骨骨折,腫脹位置均位于小腿腓腸肌的中段,造模成功[9]。

1.6 ?干預方法與標本收集

治傷巴布劑組于標記部位予治傷巴布劑外敷,并用膠布固定;其余2組均予等劑量賦形劑(修剪成約1.5 cm×3.0 cm大?。┩夥筇幚?,膠布固定;各組均持續外敷24 h。

干預后,采用頸椎脫臼法處死大鼠,然后取左小腿損傷中心部位骨骼肌組織,分成2份。一部分用4%多聚甲醛固定處理,并將其置于4 ℃冰箱保存,用于觀察病理學形態改變;另一部分采用ELISA法檢測TNF-α、IL-1β水平,采用生物化學法檢測MDA、SOD水平。CF115EA1-5862-453C-BE37-1A835ADB50C5

1.7 ?檢測指標

1.7.1 ?肌肉腫脹率(muscle swelling rate, MSR) ?分別于0(造模前)、2、4、8、12、24 h測量大鼠小腿肌肉損傷中心部位的周長,參照文獻[10]計算MSR,MSR=(S/S0-1)×100%,其中S0為0 h(造模前)大鼠小腿肌肉損傷中心部位的周長,S為造模后不同時間點小腿肌肉損傷中心部位的周長。

1.7.2 ?病理形態學觀察 ?一部分骨骼肌組織用4%多聚甲醛固定72 h,常規石蠟包埋、切片切成5 μm,將其在37 ℃ 12 h徹底烘干。將切片置于二甲苯中10 min,反復2次。然后依次置于100%、100%、95%、85%、75%乙醇,每級放置5 min。再用蒸餾水浸洗5 min。蘇木素染色5~10 min,蒸餾水沖洗,PBS返藍。伊紅染色3~5 min,蒸餾水沖洗。置于95%、100%乙醇脫水,每級5 min;取出后置于二甲苯10 min,2次。中性樹膠封片、光學顯微鏡觀察骨骼肌組織病理學形態改變。

1.7.3 ?ELISA法檢測TNF-α、IL-1β水平 ?各組均取100 mg骨骼肌組織,用PBS洗去血污,放入已備好蛋白酶抑制劑、磷酸酶抑制劑及RIPA裂解液的EP管中,并將組織修剪成小塊置入4 ℃的組織研磨器(勻漿管)中研磨,之后再加入1 mL PBS,制成勻漿,然后置于-20 ℃冰箱過夜。經過反復凍融2次處理,細胞膜被破壞后,將組織勻漿于4 ℃以下,12 000 r/min離心10 min(離心半徑15 cm),后收集上清液。取適量上清液立即進行以下BCA蛋白定量,然后運用ELISA法檢測樣本組織中TNF-α、IL-1β水平,整個過程遵照相應試劑盒說明書進行。

1.7.4 ?生物化學法檢測MDA、SOD水平 ?各組均取100 mg骨骼肌組織,用PBS洗去血污,放入已備好蛋白酶抑制劑、磷酸酶抑制劑及RIPA裂解液的EP管中,并將組織修剪成小塊置入4 ℃的組織研磨器(勻漿管)中研磨,之后再加入1 mL PBS,制成勻漿,然后置于-20 ℃冰箱過夜。經過反復凍融2次處理,細胞膜被破壞后,將組織勻漿于4 ℃以下,12 000 r/min離心10 min(離心半徑15 cm),后收集上清液,然后用生物化學法檢測樣本組織MDA、SOD水平,整個流程遵照相應試劑盒說明書進行。

1.8 ?統計學方法

采用SPSS 22.0統計軟件進行數據分析。數據采用“x±s”表示,各實驗組間差異的顯著性檢驗均采用方差分析和重復測量,滿足方差齊時采用LSD進行組間比較,方差不齊時采用TamhaneT2進行組間比較。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 ?各組大鼠MSR情況

與正常組對比,模型組各時間點MSR均明顯升高(P<0.01)。與模型組對比,治療后8、12、24 h,治傷巴布劑組MSR均明顯降低(P<0.01)。詳見表1。

2.2 ?各組大鼠骨骼肌組織病理學改變

正常組骨骼肌細胞排列整齊而規則,無充血、水腫征象及各類炎性細胞浸潤改變。模型組骨骼肌組織可見大面積肌細胞排列紊亂,且可見肌細胞變性、壞死,間質內可見紅細胞聚集及大量炎性細胞浸潤。治傷巴布劑組肌細胞壞死、水腫現象均明顯改善,炎性細胞浸潤及間質內瘀斑均明顯減輕。詳見圖1。

2.3 ?各組大鼠骨骼肌組織中TNF-α、IL-1β水平

與正常組比較,模型組TNF-α、IL-1β水平均明顯升高(P<0.01)。與模型組比較,治傷巴布劑組TNF-α、IL-1β水平均明顯降低(P<0.01)。詳見表2。

2.4 ?各組大鼠骨骼肌組織MDA、SOD水平

與正常組比較,模型組SOD水平明顯降低(P<0.01),MDA水平明顯升高(P<0.01)。與模型組比較,治傷巴布劑組SOD水平明顯升高(P<0.01),MDA水平明顯降低(P<0.01)。詳見表3。

3 討論

ASTI主要表現在人體的肌肉、肌腱、筋膜及韌帶等部位,典型的癥狀表現是身體受損部分出現青紫瘀斑、腫脹、疼痛、活動不利等[11]。目前,ASTI的病理機制尚不完全清楚,治療上亦無特效藥,主要以對癥處理為主。西醫通過部分機制研究,形成了包括改善疼痛,減輕腫脹等治療策略,多聯合應用,有一定療效,但弊端也日漸明顯[12]。ASTI屬中醫學“筋傷”范疇,《正體類要·序》載“肢體損于外,則氣血傷于內,營衛有所不貫,臟腑由之不和”。損骨可傷筋,傷筋亦可損骨,筋骨損傷最后必定影響到氣血,脈絡受損,血行瘀阻,氣機不暢而引起局部腫痛、青紫瘀斑等表現,故其基本病機為氣滯血瘀。《普濟方·傷折惡血不散》云:“如因傷折,內動經絡,血行之道不得宣通,瘀積則為腫為痛,治當除去惡瘀,使氣血流通?!薄夺t宗金鑒·正骨心法要旨》載“今之正骨科,即古跌打損傷之證也,專從血論”,故其治法應為活血化瘀、行氣止痛。中醫外治法因其獨具一格的理論體系在治療ASTI方面有著獨特的優勢,《理瀹駢文·略言》載“外治之理,即內治之理;外治之藥,即為內治之藥,所異者法耳”。治傷巴布劑主要由中草藥血殼、虎杖、見風消組成,方中之血殼為湖南常德地區道地藥材,主活血散瘀,消腫定痛[13];虎杖者,味微苦而性微寒,功于祛瘀定痛、瀉熱療毒,擅治傷折、血瘀難去;見風消者,味偏于辛,性溫,功于理氣祛寒,解毒消腫,善治跌打損傷[14]。治傷巴布劑緊密結合ASTI“氣滯血瘀”的基本病機,三藥合用,共奏活血散瘀、消腫定痛之功。

前期研究證實,治傷巴布劑對ASTI具有較好的療效,其不僅具有良好的抗炎與消腫作用,且在鎮痛及改善微循環等方面也有顯著的功效[2-3]?,F代醫學認為,ASTI是一種以骨骼肌損傷為主的外傷性無菌性炎癥反應的疾病,且以TNF-α、IL-1β等為代表的各種炎性介質在ASTI中起著至為關鍵的作用[4-7]。氧化應激作為一個不可或缺的環節,在ASTI的病理進展中亦起了極其關鍵的推動作用[15]。因此,本研究擬從治傷巴布劑對大鼠ASTI模型樣本組織中TNF-α、IL-1β、MDA與SOD水平及對組織病理形態學改變的影響,并探討其可能的作用機制。CF115EA1-5862-453C-BE37-1A835ADB50C5

TNF-α是一種極為重要的炎癥因子,它能在機體內細胞及亞細胞層次引發炎癥級聯反應[16-17]。國外學者提出,TNF-α不僅能誘發炎癥,而且能生成與釋放IL-1、IL-2等各種細胞因子,擴大與加重炎癥反應,通過刺激,形成超氧化物,導致溶酶體釋放,繼而引發局部組織與細胞遭受損傷,故在一定程度上,TNF-α含量水平可間接反映出損傷的程度[18]。IL-Lβ由活化的巨噬細胞合成與釋放,是一類尤為關鍵的促炎性因子,也是IL-1家族重要組成成員[19-20],在炎性反應過程中起著至為關鍵的作用,組織局部受損后,炎癥部位濃度急劇升高,且可誘導多類炎癥因子生成與分泌,推動與維持各類炎癥反應進程,并誘發炎性疼痛[21]。肌肉組織在接受鈍挫傷刺激后,肌細胞質膜、基底膜的結構與功能均遭到損害,促使引發細胞外Ca2+內流、局部血腫形成,各類炎性細胞也逐步開始浸潤并激活[22]。處于激活狀態的各類炎性細胞內含有還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶復合物,其可誘發“呼吸爆發”從而導致超氧離子的生成,這些氧自由基可直接對脂質、蛋白質、DNA等造成損傷,甚至于引發細胞變性、壞死,進而導致組織損傷的加劇[23]。MDA是機體各類脂質過氧化的共同產物,可以引起細胞膜結構及酶活性的改變,促使整個細胞喪失生物學功能[24-25]。所以,MDA含量能較為直觀的映射出體內自由基代謝水平[26]。SOD是一種非常關鍵的氧自由基清除劑,也被認為是機體與自由基形成相抗衡的最重要的一道壁壘,它首先可使氧化應激形成的氧自由基轉化成H2O2,然后與谷胱甘肽過氧化物酶發生反應轉化成H2O,防止細胞不受氧自由基損害,在維持體內氧化與抗氧化之間的動態平衡做出重要貢獻[27]。機體內SOD濃度或者活性的下降均可引發自由基形成的細胞損傷。綜上,對機體SOD活性與MDA含量進行測定,可直觀反映出機體內自由基導致的細胞損害程度[28]。

本實驗證實,治傷巴布劑可以顯著減輕雄性SD大鼠ASTI模型MSR;顯著改善骨骼肌組織病理學形態變化,減輕肌纖維壞死、水腫及間質內瘀血程度,改善以中性粒細胞及巨噬細胞為代表的各類炎性細胞的浸潤征象;明顯降低損傷骨骼肌組織TNF-α、IL-1β含量水平,減輕炎癥反應;上調了骨骼肌組織SOD活力,并下調了MDA含量水平,抑制了骨骼肌組織內氧自由基水平,進而改善炎癥相關的氧化應激。綜上,治傷巴布劑治療ASTI的機制可能與降低TNF-α、IL-1β等炎癥因子水平調控炎癥反應與改善炎癥相關氧化應激有關。但治傷巴布劑是通過何種途徑來調控炎癥反應及改善炎癥相關氧化應激,還需進一步研究。

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