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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(duì)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(duì)缺血的耐受性為差。骨骼肌正常生理功能是以ATP的分解來(lái)供給維持肌肉收縮所需能量，但以往就缺血對(duì)骨骼肌組織能量代謝影響的研究比較少見(jiàn)，而且用于測(cè)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(duì)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(dòng)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(cè)定用。
二、測(cè)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(chǎng)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(cè)試溫度為4℃，測(cè)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(wú)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(wú)法顯示。根據(jù)無(wú)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(duì)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(zhǎng)，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(jiàn)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(cè)出，ATP的降低趨勢(shì)則相對(duì)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(jiàn)，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(dòng)，而必須依賴(lài)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(mǎn)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(wú)法分清，說(shuō)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(duì)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(duì)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(lái)測(cè)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(duì)人體內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的無(wú)損傷檢測(cè)成為可能．其原理是通過(guò)外加在原子核上的磁場(chǎng)對(duì)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(lái)鑒別不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型磷化合物的微小環(huán)境差異，也可直接定量測(cè)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(jiǎn)便，可準(zhǔn)確、快速地對(duì)骨骼肌細(xì)胞內(nèi)pH值及能量代謝進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，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(duì)于肌瓣或肌皮瓣活力的監(jiān)測(cè)已成為提高手術(shù)成功率的重要手段，而相對(duì)于傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，磁共振波譜技術(shù)無(wú)疑具有其獨(dú)特的優(yōu)越性。