脓毒症大鼠模型中脑损伤的磁共振波谱变化研究

摘要

研究背景:脓毒症相关性脑病(Sepsis associated encephalopathy，SAE)是一种获得性脑损伤综合征，指大脑在没有直接感染的临床或实验室证据的前提下，因全身对感染反应所引起的弥漫或多灶性的脑功能障碍。ICU中SAE的发病率在9％～71％;有研究发现脓毒症合并有SAE的死亡率(49％)明显高于没有神经症状(26％)的患者;SAE不但有较高的住院死亡率(16％～63％)，对于存活患者也可能存在认知功能障碍。由于目前SAE的发病机制尚不明确，亦无确切的诊断标准，临床诊断主要依靠电生理、生化检测及影像学辅助检查，同时需排除其它代谢和结构异常性脑病。但现有的辅助检查却存在一定的局限性。如脑电图(Electroencephalography，EEG)检查的敏感性虽高，但缺乏特异性，且不能应用于处于镇静或代谢紊乱的患者。体感诱发电位(Somatosensitive EvokedPotentials,SEPs)由于操作繁琐临床中不能经常实旖，有研究认为其严重程度与临床表现不存在相关性。SAE患者的脑脊液(Cerebrospinal fluid，CSF)检查也基本正常。神经元特异性烯醇化酶(Neuron-Specific Enolase，NSE)和S100beta血清蛋白曾经被提出作为诊断SAE的生物标记物，但有不少研究认为NSE在血清及脑脊液的浓度与SAE诊断不符;S100 beta血清蛋白的升高与神经系统损伤的严重程度不相关。SAE患者的头颅计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)通常未能发现异常信号。磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)对部分SAE患者的检查可发现异常，但阳性率低。而磁共振波谱(Magnetic resonancespectroscopy，MRS)是一种可对活体组织进行定量分析代谢化合物的无创检测技术。其检测与脑损伤有关的代谢化合物NAA、Cho、Cr分别代表神经元的完整性、损伤恢复和能量代谢。目前该技术已成熟应用于创伤性脑损伤、缺血缺氧性脑病、颅内感染等疾病的诊断和评估。 目的:通过对脓毒症大鼠模型脑部磁共振波谱研究，为脓毒症引起脑损伤的早期诊断和评估探索一种较为可靠的无创性诊断技术。 方法:将35只SD雄性大鼠随机分为4组:对照组(n=5)、脓毒症6h组(n=10)、脓毒症12h组(n=10)、脓毒症24h组(n=10)。实验组大鼠予LPS30mg/kg的剂量进行腹腔注射建立脓毒症模型;而正常对照组给予等量的生理盐水。实验组分别在建模后对应时间点6h、12h、24h经腹腔注射3％戊巴比妥钠溶液(0.2mL/100g)进行麻醉;对照组予注射生理盐水后24h进行同样麻醉。待麻醉成功后将大鼠头部固定在特制的有机玻璃立体定向仪的支架上，完成大鼠头颅磁共振形态学成像和右侧海马波谱分析。所有成像在7T、30cm水平钻孔的磁体中（德国BRUKER公司，型号:Biospec70/20USR）完成，同时使用G060梯度设置和全身多梯度38mm谐振器。磁共振检查结束后，立即打开处于麻醉状态大鼠的胸腔，暴露心脏。用注射器从心尖部插入左心室采集血液标本后（4℃，3000rpm转速离心10分钟，分离出血清以0.5ml EP管分装，-70℃保存，为检测NSE和S100beta血清蛋白浓度备用），在右心耳处剪一小口放血，先以150 mL0.9％氯化钠溶液快速灌注，然后减慢灌注速度直至从右心耳处流出清亮的液体，再以溶于0.1mol/L磷酸盐缓冲液(PBS)的4％多聚甲醛150mL继续灌注固定1h。随后打开大鼠颅骨，取其脑组织固定于4％多聚甲醛中备用（取右侧脑组织，脱水，石蜡包埋，常规制备厚度为8μm的切片，进行HE、Nissl及TUNEL染色，于显微镜下观察海马组织的病理变化）。 结果:35只SD雄性大鼠结果在对应时间点6h组死亡3只，存活7只（死亡率30％）;12h组死亡4只，存活6只（死亡率40％）;24h组死亡3只，存活7只(死亡率30％)。与对照组比较，脓毒症组共20只存活大鼠全部出现精神萎靡不振、竖毛、嗜睡，眼鼻渗血、拉稀等脓毒症表现，12h组和24h组尤为明显。与对照组比较，脓毒症6h组、12h组、24h组MRI T2加权成像未见明显差别，脑基底部大血管附近亦未见有高信号征象出现。MRS对右侧海马进行波谱采集，各组NAA、Cho和Cr所对应的波峰存在一定差别，使用方差分析比较不同组之间的NAA/Cr比值，差别有统计学意义(P=0.000);两两比较结果显示，除了12h组与24 h组的比较没有统计学意义外，其它组之间的比较都有统计学差别。同时对不同组之间的Cho/Cr比值使用Kruskal-Wallis检验方法进行比较，结果显示不同组之间的Cho/Cr比值不同，差别有统计学意义(P=0.023);两两比较除了对照组与24h组的比较有统计学意义，其它组之间的比较都没有统计学差别。使用Kruskal-Wallis检验方法比较不同组之间NSE的血清浓度(ng/mL)，结果显示不同组之间NSE的血清浓度不同，差别有统计学意义（P=0.000）;两两比较除了对照组与12 h组的比较有统计学意义，其它组之间的NSE血清浓度比较都没有统计学差别。同样使用Kruskal-Wal1is检验方法比较不同组之间S100beta蛋白的血清浓度(pg/mL)，结果显示不同组之间的S100beta蛋白浓度不同，差别有统计学意义（P=0.000）;两两比较除了对照组与6h组，对照组与12 h组的比较有统计学意义，其它组之间的比较都没有统计学差别。HE染色镜检结果:对照组的组织与细胞形态正常;6h组的局部神经元排列松散，个别神经元细胞胞体变形，核固缩;12h组的神经元数量减少，排列松散，部分神经元细胞胞体变形，核固缩，丧失亚形态结构;24h组的神经元数量明显减少，排列松散，大部分神经元细胞胞体变形，核固缩，丧失亚形态结构，呈带状分布。Nissl染色镜检结果:对照组未见神经元胞体尼氏小体异常;6h组的尼氏染色可见个别神经元胞体固缩、变形，尼氏体消失;12h组和24h组的尼氏染色均可见部分神经元胞体肿胀固缩、变形，尼氏体消失。TUNEL染色镜检结果:对照组海马区神经细胞呈阴性表达;6h组海马区可见个别神经元细胞弱阳性表达;12h组海马区可见大部分神经细胞呈阳性表达;24h组海马区见广泛神经细胞呈阳性表达。使用方差分析比较不同组细胞的凋亡率，差别有统计学意义（P=0.000），可认为不同组细胞的凋亡率不同。两两比较结果显示除了12 h组与24 h组的比较没有统计学意义外，其它组之间的凋亡率比较都有统计学差别。 结论: MRS对脓毒症大鼠模型脑损伤的评价与病理具有较好的一致性，为脓毒症相关性脑病的早期诊断及评估提供了新的思路。

目录

摘要

第一章 前言

第二章 实验材料和方法

第一节 实验材料

1．1 实验动物

1．2 主要试剂

1．3 主要仪器

第二节 实验方法

2．1 研究对象的纳入排除标准

2．2 实验动物分组

2．3 脓毒症模型建立

2．4 磁共振成像

2．5 血清和脑组织标本的制备

2．6 大鼠血清NSE和S100beta蛋白含量检测

2．7 脑组织切片制作及染色方法

2．8 统计学方法

2．9 技术线路图

第三章 实验结果

第一节 一般情况

第二节 临床表现

第三节 各组形态学成像的比较

第四节 各组体内1H波谱的比较

第五节 大鼠血清NSE和S100beta蛋白含量的检测结果

5．1 大鼠血清NSE含量的检测结果

5．2 大鼠血清S100beta蛋白含量的检测结果

第六节 右侧海马病理镜检结果

6．1 HE染色镜检结果

6．2 Nissl染色镜检结果

6．3 TUNEL染色镜检结果

第四章 讨论

第一节 脓毒症模型的选择

第二节 1H-MRS兴趣区的选择

第三节 脓毒症引起脑损伤病理的可能机制

第四节 脓毒症引起脑损伤的MRI／MRS分析

4．1 形态学成像分析

4．2 磁共振波谱分析

第五节 研究缺陷

第五章 结论

参考文献

英文缩略词索引

成果

综述 脓毒症脑损伤诊断技术的应用研究

1 脓毒症脑损伤的概况

1．1 脓毒症的定义演变及分类

1．2 脓毒症的流行病学

1．3 脑损伤的定义及分类

1．4 脓毒症的神经系统并发症

2 脓毒症脑损伤的常用诊断技术

2．1 神经电生理检查

2．2 生化检测

2．3 影像学检查

3 磁共振波谱在其它原因导致脑损伤的应用

3．1 磁共振波谱的基本原理

3．2 磁共振波谱对脑损伤的应用研究状况

4 总结与展望

参考文献

致谢

声明

统计学证明