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戴力揚(yáng)
《上海醫(yī)學(xué)》1998年11期
隨著交通運(yùn)輸業(yè)的迅猛發(fā)展和工業(yè)現(xiàn)代化程度的日益提高，四肢創(chuàng)傷的發(fā)生率也隨之逐年上升。嚴(yán)重肢體創(chuàng)傷救治的成功與否，經(jīng)常受到肢體對缺血的耐受程度因素的制約。而在損傷肢體的諸多組織中，又以骨骼肌對缺血的耐受性為差。骨骼肌正常生理功能是以ATP的分解來供給維持肌肉收縮所需能量，但以往就缺血對骨骼肌組織能量代謝影響的研究比較少見，而且用于測定高能磷酸鹽代謝的方法也存在一定的局限性。為此我們采用31-P磁共振波譜技術(shù)研究了缺血對大鼠骨骼肌能量代謝的影響，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)告如下。
材料和方法
一、實(shí)驗(yàn)動物及樣品制備
正常SD雄性大鼠6只，體重240～300g，腹腔注射氯胺酮麻醉后，迅速切取其后肢肌肉1．7g置于36℃生理鹽水中供磁共振波譜測定用。
二、測定儀器和方法
MSL-300磁共振波譜儀(Bruker公司產(chǎn)品)，共振頻率121．497MHz。采用D2O作外鎖，用已知濃度的六甲基磷酰三胺作外標(biāo)。高場為負(fù)。譜寬20kHz，脈沖角度45°，采樣重復(fù)周期1秒，累加次數(shù)為512次。
將骨胳肌組織樣品置于直徑10mm的樣品管中，樣品管內(nèi)加入重水，然后將樣品管放入磁共振波譜儀內(nèi)記錄樣品的31-P磁共振波譜。測試溫度為4℃，測定時(shí)間分別為取材后0、30、60、90、120、150和180分鐘。
三、計(jì)算方法
圖1下方所示為正常骨骼肌組織的31-P磁共振波譜。圖中的幾個(gè)峰自左至右分別為外標(biāo)、糖磷(sugar phosphate，SP)、無機(jī)磷(inorganicphosphate，Pi)、磷酸肌酸(phosphocreatine，PCr)，γATP、αATP和βATP，其峰高及峰下面積與其含量成正比，由于ADP含量甚微，故在31-P磁共振波譜中無法顯示。根據(jù)無機(jī)磷酸鹽的化學(xué)位移可將其換算成為細(xì)胞內(nèi)的pH值，同時(shí)根據(jù)各個(gè)峰的相應(yīng)積分面積可計(jì)算出PCr、ATP和Pi的相對含量以及PCr/Pi比值。
結(jié)果
結(jié)果表明，隨骨胳肌組織缺血時(shí)間的延長，細(xì)胞內(nèi)PCr含量迅速降低(圖2)，但ATP含量在缺血早期并未見明顯缺少，直至PCr完全消失后其三個(gè)峰才逐漸下降(圖2)，與此同時(shí)，細(xì)胞內(nèi)Pi含量卻迅速增加(圖2)，pH值逐漸降低(圖3)。
由圖2可看出，骨骼肌組織內(nèi)的PCr在缺血30分鐘時(shí)已降至正常值的20%以下，缺血150分鐘時(shí)已不能測出，ATP的降低趨勢則相對緩慢(圖2)，Pi含量至缺血30分鐘時(shí)即可達(dá)正常值的200%以上(圖3)。PCr/Pi比值反映了PCr和Pi兩個(gè)指標(biāo)的相應(yīng)變化，因而在缺血后降低更加明顯，0分鐘時(shí)為1．99±0．36(x±s，下同)，30分鐘時(shí)為0．17±0．07，60分鐘時(shí)為0．06±0．02，90分鐘時(shí)為0．01±0．02，120分鐘時(shí)除有一標(biāo)本為0．02外，其余均已降至零。
討論
骨骼肌組織缺血在臨床上較為常見，一方面，骨骼肌本身所遭受的嚴(yán)重創(chuàng)傷常使其內(nèi)部的血液循環(huán)被阻斷，另一方面，創(chuàng)傷后當(dāng)肌肉血供恢復(fù)之后由于組織內(nèi)壓力的升高也可導(dǎo)致缺血性損害，產(chǎn)生筋膜間室綜合征。骨骼肌組織內(nèi)含有的ATP尚不足以維持肌肉的持續(xù)收縮活動，而必須依賴高能物質(zhì)PCr的分解，PCr在磷酸肌酸激酶的作用下釋放出高能磷酸根與ADP，磷酸根和ADP與氫離子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生ATP以滿足肌肉的能量需求，而ATP在分解并釋放出能量的同時(shí)也生成ADP和Pi。在生理?xiàng)l件下，肌肉組織內(nèi)的PCr含量一般要高出ATP含量數(shù)倍，從而保證了ATP不斷產(chǎn)生而不致被耗竭。從本研究結(jié)果可以看出，當(dāng)骨酪肌組織發(fā)生缺血時(shí)，細(xì)胞內(nèi)ATP含量的下降速度并不很快，這正是由于PCr的迅速分解而產(chǎn)生ATP之故。至缺血60～90分鐘時(shí)，骨骼肌細(xì)胞內(nèi)的PCr已喪失殆盡，但ATP含量仍有50％尚被保存，至150分鐘時(shí)ATP的γ、α和β三個(gè)峰尚可分辨，至180分鐘時(shí)雖仍殘存少量ATP，但其三個(gè)峰卻已無法分清，說明ATP也已基本消耗完畢。一般認(rèn)為，當(dāng)PCr完全消耗時(shí)只要細(xì)胞內(nèi)尚存有一定數(shù)量ATP，恢復(fù)血供后肌肉組織還能完全恢復(fù)正常形態(tài)和功能，但ATP的耗竭則將導(dǎo)致骨骼肌的不可逆損傷。因此，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果大致可確定骨骼肌組織在36℃時(shí)對完全缺血的耐受時(shí)間是150分鐘。
本研究結(jié)果尚提示骨骼肌組織發(fā)生缺血后細(xì)胞內(nèi)pH值迅速降低，這是由于ATP被分解后產(chǎn)生大量的H+所致。目前對骨骼肌組織缺血后細(xì)胞內(nèi)pH值降低的意義尚不十分明確。有人認(rèn)為可能與pH值降低導(dǎo)致Ca2+濃度及細(xì)胞膜通透性改變，并由此引起細(xì)胞的損傷有關(guān)，一些作者曾就影響骨骼肌功能的有關(guān)代謝指標(biāo)作了研究，發(fā)現(xiàn)以H+與骨骼肌功能的關(guān)系尤為密切。Sapega等還曾觀察到骨骼肌缺血早期pH值可有短暫升高，但在本實(shí)驗(yàn)中并未觀察到此現(xiàn)象。以往用來測定骨骼肌細(xì)胞內(nèi)pH值及能量代謝的方法雖已有多種，但均存在一定的局限性，磁共振波譜分析技術(shù)的發(fā)展使得對人體內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的無損傷檢測成為可能．其原理是通過外加在原子核上的磁場對電子的作用引起原子核位置的化學(xué)位移，這在碰共振波譜上將表現(xiàn)為相應(yīng)的波峰。31-P磁共振的化學(xué)位移范圍較大，可達(dá)到400×10-6，因此31-P磁共振波譜可用來鑒別不同結(jié)構(gòu)類型磷化合物的微小環(huán)境差異，也可直接定量測定混合物中各組分的含量。并且磁共振波譜技術(shù)操作較為簡便，可準(zhǔn)確、快速地對骨骼肌細(xì)胞內(nèi)pH值及能量代謝進(jìn)行動態(tài)檢測，如能結(jié)合表面線圈和磁共振定位分析技術(shù)，必將展示出其廣泛的應(yīng)用價(jià)值。特別是隨著肌肉組織移植技術(shù)的發(fā)展及其在臨床上的廣泛應(yīng)用，對于肌瓣或肌皮瓣活力的監(jiān)測已成為提高手術(shù)成功率的重要手段，而相對于傳統(tǒng)的監(jiān)測方法，磁共振波譜技術(shù)無疑具有其獨(dú)特的優(yōu)越性。