【摘要】：研究背景： 心源性腦栓塞(Cardiogenic Cerebral Embolism, CCE)是指由來自心臟的脫落栓子阻塞腦供血動脈,.從而引起相應(yīng)供血區(qū)腦組織的急性缺血性壞死,占整個缺血性卒中的20%,其高危因素包括房顫導(dǎo)致的左房血栓、二尖瓣狹窄、左房粘液瘤、感染性心內(nèi)膜炎以及冠心病等。CCE急性期,由于心臟內(nèi)栓子的不穩(wěn)定或合并嚴(yán)重的心臟器質(zhì)性病變,因此可能出現(xiàn)再栓塞或心功能衰竭。心源性栓子來源未清除者,易反復(fù)栓塞,起病10天內(nèi)腦栓塞復(fù)發(fā)率可達(dá)10-20%,1年內(nèi)復(fù)發(fā)率在60%以上,復(fù)發(fā)者恢復(fù)慢、病死率高。近年來,大量臨床研究表明,CCE急性期為清除附壁血栓、瓣膜上的贅生物或矯正器質(zhì)性病變,而在體外循環(huán)(cardiopulmonary bypass, CPB)下行心臟手術(shù)勢在必行。 心源性栓子脫落后,沿血流進(jìn)入顱內(nèi)動脈血管,易阻于顱內(nèi)大血管或血管分叉處,其中大腦中動脈(middle cerebral artery, MCA)供血區(qū)發(fā)生栓塞的概率最大(77.78%),造成栓塞而致動脈血流突然中斷。發(fā)生栓塞后,相應(yīng)供血區(qū)的腦組織出現(xiàn)急性缺血缺氧,形成中心梗死區(qū),以及周邊的相對缺血區(qū),即缺血半暗帶(Ischemic penumbra, IP),IP區(qū)腦組織細(xì)胞尚能維持自身離子平衡,仍為可逆性修復(fù)的腦組織。血供不足導(dǎo)致腦細(xì)胞能量物質(zhì)缺乏,腦細(xì)胞代謝失衡,發(fā)生病理改變的主要機制包括興奮性毒性、氧化和硝化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡等。 近年來,雖然CPB裝置和器官保護(hù)措施不斷完善,但CPB的腦損傷依然是心臟術(shù)后主要的并發(fā)癥之一。有許多相關(guān)基礎(chǔ)和臨床研究報道,CPB術(shù)后的短期認(rèn) 知異常、記憶力減退發(fā)生率為30%-65%。CPB腦損傷的機制十分復(fù)雜,主要是腦組織缺血性損傷(微栓塞和灌注不良)和炎癥反應(yīng)損傷(全身炎癥反應(yīng)綜合征systemic inflammatory response syndrome, SIRS)。其中,由于血液接觸CPB管道異物內(nèi)表面、缺血再灌注損傷、腸道吸收的內(nèi)毒素、注射的肝素和魚精蛋白、手術(shù)創(chuàng)傷及低溫使血液系統(tǒng)激活,導(dǎo)致的全身炎癥反應(yīng)綜合征(SIRS)在腦損傷中起著重要作用。在此過程中機體釋放大量的細(xì)胞因子[白介素(IL)-1、IL-6和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等]、補體降解產(chǎn)物和一氧化氮(NO)。這些細(xì)胞因子一方面通過炎性反應(yīng)造成微血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、血管通透性增加等,使相應(yīng)的供血區(qū)缺血缺氧而致腦損傷；另一方面,炎癥反應(yīng)還使腦組織神經(jīng)元細(xì)胞變性壞死。 而在腦栓塞急性期這一特定病理條件下進(jìn)行心臟手術(shù)一直是困擾心臟外科大夫的重要臨床問題。一方面腦栓塞后腦組織因急性缺血而遭受嚴(yán)重?fù)p傷,而CPB下進(jìn)行的心臟手術(shù),因CPB的控制性低血壓、血液稀釋、肝素化、非生理性轉(zhuǎn)流,以及可能產(chǎn)生的微栓塞和炎癥反應(yīng),可加重腦損傷；但另一方面,腦栓塞后短期內(nèi)的復(fù)發(fā)率高,且腦栓塞后早期可加重心力衰竭的進(jìn)程,因此手術(shù)顯得迫切而必須。直報道認(rèn)為腦栓塞恢復(fù)時間一般為6～8周,前2周內(nèi)為病變不穩(wěn)定期,2個月后行心臟手術(shù)較為安全。我們前期的臨床觀察和研究認(rèn)為,在腦栓塞后2周內(nèi)進(jìn)行心臟手術(shù),患者所承擔(dān)的風(fēng)險在可接受范圍內(nèi)。目前,有關(guān)腦栓塞后心臟手術(shù)的相關(guān)研究不多,以回顧性臨床研究為主,缺乏系統(tǒng)的基礎(chǔ)性研究,使得臨床醫(yī)生對腦栓塞后行體外循環(huán)心臟手術(shù)的腦損傷機制以及可采取的腦保護(hù)措施等方面的困惑極大。因此,腦栓塞急性期這一特定病理條件下行體外循環(huán)的動物實驗研究,對探明其腦損傷機制及指導(dǎo)臨床上腦栓塞急性期心臟手術(shù)具有重大意義。 本研究主要包括以下兩部分： 1.建立兔大腦中動脈栓塞模型的研究； 2.建立兔腦栓塞急性期體外循環(huán)模型,并通過觀察兔腦影像學(xué)表現(xiàn)和檢測血清生化指標(biāo),研究腦栓塞急性期體外循環(huán)的腦損傷機制。 第一部分中,通過經(jīng)眶上緣入路,直視下凝斷左側(cè)大腦中動脈主干,建立兔大腦中動脈腦栓塞模型,篩選出合格的腦栓塞模型兔,為后繼實驗做準(zhǔn)備。 第二部分中,通過胸骨正中切口開胸,實行升主動脈插灌注管、右心房插引流管、心臟停跳,建立體外循環(huán)。通過影像水平和分子水平測定腦細(xì)胞損傷程度及腦代謝改變,明確腦損傷的程度與炎癥反應(yīng)及腦血管功能變化之間的相關(guān)性。 第一部分兔大腦中動脈栓塞模型的建立 目的： 探索建立穩(wěn)定可靠、高效經(jīng)濟的兔大腦中動脈栓塞(middle cerebral artery occlusion, MCAO)模型,為腦栓塞病理生理和診治的基礎(chǔ)研究提供理想的動物模型,在本研究為后續(xù)研究腦栓塞急性期體外循環(huán)的腦損傷機制做模型準(zhǔn)備。 方法： (1)實驗動物及分組：54只成年健康新西蘭白兔,體重2.0～2.5Kg,平均2.3±0.45Kg,由南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院動物中心提供。采用完全隨機設(shè)計方法所有動物兔隨機等分為三組,每組18只。A組空白對照組(n=18),B組為腦栓塞24h后體外循環(huán)組(n=18),C組為腦栓塞1周后體外循環(huán)組(n=18)。 (2)建立兔大腦中動脈栓塞(MCAO)模型及神經(jīng)功能測定：B、C組實驗兔,經(jīng)眶上緣入路,直視下凝斷左側(cè)大腦中動脈主干,建立兔大腦中動脈腦栓塞模型。麻醉清醒后按5分制評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評分：0分,無神經(jīng)系統(tǒng)癥狀；1分,不能完全伸展對側(cè)前爪；2分,爬行時轉(zhuǎn)圈,3分,向?qū)?cè)傾倒；4分,不能自行行走,意識喪失。評分為1-3分的入選。 (3)A組空白兔、B組術(shù)后24小時及C組術(shù)后1周,行MRI平掃檢查,評估栓塞效果。 (4)數(shù)據(jù)統(tǒng)計：采用SPSS18.0.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析,數(shù)值采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±SD)表示,圖表中數(shù)據(jù)采用均數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)差(SD)或95%可信區(qū)間(CI)表示,計數(shù)資料通過相對數(shù)來描述。 結(jié)果： 1.術(shù)中均能清晰探及兔左側(cè)大腦中動脈,發(fā)現(xiàn)6只兔大腦中動脈走形有變異,占16.7%,變異方式多為大腦中動脈主干長度及分支數(shù)量差異。手術(shù)最長耗時75min,最短耗時50min,平均耗時61.55±5.82min。術(shù)后存活兔36只,存活率100%,未出現(xiàn)術(shù)后出血、切口化膿感染及顱內(nèi)感染等并發(fā)癥；術(shù)后行為學(xué)測定中所有兔均有不同程度的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀：26只兔不能完全伸展對側(cè)前爪,占72%；10只兔爬行時轉(zhuǎn)圈,占27.8%；無向右側(cè)傾倒、完全癱瘓或昏迷者,所有兔合格入選后續(xù)實驗。 2.A組空白兔頭顱MRI檢查未見異常,B組兔在栓塞24h、C組兔在栓塞一周后,頭部MRI在T1WI上均無明顯異常,T2WI顯示：對比MCAO術(shù)前(圖2),MCAO術(shù)后(圖3)可見大腦中動脈相應(yīng)供應(yīng)區(qū)的異常高信號。 結(jié)論： 采用眶上緣入路凝斷大腦中動脈術(shù)建立的兔腦大腦中動脈栓塞模型具有確切可靠、高效可行的特點,是進(jìn)行腦栓塞急性期體外循環(huán)腦損傷機制和腦保護(hù)研究的較理想模型。 第二部分兔腦栓塞急性期體外循環(huán)腦損傷機制的研究 目的： 1.在第一部分的基礎(chǔ)上,探索建立兔腦栓塞急性期體外循環(huán)模型。 2.通過觀察兔腦組織影像學(xué)變化和監(jiān)測腦損傷指標(biāo),研究兔腦栓塞急性期行體外循環(huán)的腦損傷機制和腦損傷程度,為臨床上心源性腦栓塞急性期行心臟手術(shù)的安全性和可行性提供理論依據(jù)。 方法： 1.實驗動物及分組：54只成年健康新西蘭白兔,體重2.0-2.5Kg,平均2.3±0.45Kg,由南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院動物中心提供。采用完全隨機設(shè)計方法所有動物兔隨機等分為三組,每組18只。A組空白對照組(n=18),B組為腦栓塞24h后體外循環(huán)組(n=18),C組為腦栓塞1周后體外循環(huán)組(n=18)。 2.建立兔腦栓塞急性期體外循環(huán)模型：實驗兔接受經(jīng)眶上緣入路大腦中動脈凝斷術(shù)后,胸骨正中切口開胸,升主動脈和右心房分別縫荷包線,升主動脈插灌注管,右心房插引流管,主動脈阻斷后,由主動脈根部注入停跳液20m1,實現(xiàn)心臟停跳,建立體外循環(huán),術(shù)中進(jìn)行體溫、有創(chuàng)血壓。1小時體外循環(huán)結(jié)束后,開放主動脈根部,復(fù)溫、輔助循環(huán)及撤除體外循環(huán)。 3.標(biāo)本采集及指標(biāo)檢測：分別在兔體外循環(huán)前、體外循環(huán)20min后和體外循環(huán)60min后采取兔靜脈血3m1,1小時內(nèi)用3000轉(zhuǎn)/分鐘離心10分鐘,使用不含熱原和內(nèi)毒素的試管取上清液,標(biāo)號后,在一20℃的冰箱內(nèi)保存。24小時后采用ELISA法測定血漿中S100β蛋白、腫瘤壞死因子(TNF-α)、髓鞘堿性蛋白(MBP)及一氧化氮(NO)含量。 4.A組、B組及C組兔在體外循環(huán)術(shù)后1小時內(nèi)行頭顱CT平掃檢查,觀察兔腦組織影像學(xué)變化。 5.數(shù)據(jù)分析：采用SPSS18.0.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析,數(shù)值采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±SD)表示,圖表中數(shù)據(jù)采用均數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)差(SD)或95%可信區(qū)間(CI)表示。組間比較采用方差分析(ANOVA)法計算F值,兩兩比較采用LSD-t檢驗；兩變量相關(guān)性分析采用Pearson相關(guān)分析或Spearman相關(guān)分析。P值小于0.05為具有統(tǒng)計學(xué)差異。 結(jié)果： 1.B組、C組兔于體外循環(huán)術(shù)后恢復(fù)自主呼吸后予行64排螺旋CT平掃檢查,層厚1mm,均未見明顯出血灶或新的缺血灶,原有左側(cè)缺血灶,未見明顯擴大。 2.術(shù)前三組兔的心率、平均動脈壓及體溫進(jìn)行組間比較,方差分析P值分別為0.847、0.407、0.870,無統(tǒng)計學(xué)差異,所有54只均未出現(xiàn)麻醉意外,B組、C組兔均順利建立體外循環(huán)并轉(zhuǎn)流成功,轉(zhuǎn)流期間,血壓平穩(wěn),B組(59.17±3.97mmHg)與C組(58.80±4.43mmHg)相比,t=0.237,P=0.81,無統(tǒng)計學(xué)差異。開放主動脈后,復(fù)溫、輔助循環(huán),心臟順利復(fù)跳,平均動脈壓B組(64.39±3.26mmHg)與C組(67.72±3.29mmHg)相比,t=-3.057,P=0.0040.05,有統(tǒng)計學(xué)差異。麻醉蘇醒后,B組兔有2只未能恢復(fù)自主呼吸,其余兔均順利恢復(fù)自主呼吸,但呼吸動度較弱。C組有1只死于心臟復(fù)跳失敗,其余兔順利復(fù)跳并恢復(fù)自主呼吸。 3.血漿S100β濃度檢測結(jié)果,體外循環(huán)前A組與B組和C組之間存在顯著差異(P值均小于0.001),B組和C組之間無顯著差異(P=0.2620.05),但從均值看,B組高于C組。B組、C組不同時間點血漿S100β蛋白濃度的比較無顯著差異,體外循環(huán)20min(t=-0.820,P=0.420.05),體外循環(huán)60min(t=0.294,P=0.7720.05),隨體外循環(huán)開始,B組、C組S100β蛋白濃度迅速上升,到體外循環(huán)60min結(jié)束后攀升至最高。 4.血漿TNF-α濃度檢測結(jié)果,體外循環(huán)前A組與B組和C組之間存在顯著差異(P值均小于0.001),B組和C組之間也存在顯著差異(P0.001),B組均值高于C組。B組、C組不同時間點TNF-α濃度t檢驗比較,體外循環(huán)20min(t=-1.56,P=0.136),體外循環(huán)60min后(t=-0.683,P=0.502)。隨體外循環(huán)進(jìn)行,血漿TNF-α濃度逐漸升高；B組、C組不同時間點S100β蛋白與TNF-α相關(guān)性采用Pearson相關(guān)性分析呈正相關(guān)。 5.血漿MBP檢測結(jié)果分析：空白組A組血漿MBP濃度3.39±0.34pg/ml,B組、C組體外循環(huán)前MBP濃度分別為3.50±0.35pg/ml.3.55±0.31pg/ml,ANOVA分析得F=1.155,P=0.3230.05,三組均數(shù)無顯著差別。B組、C組內(nèi)可見隨體外循環(huán)的進(jìn)行,血漿MBP濃度直線上升。B組、C組不同時間點血漿MBP濃度比較,體外循環(huán)20min(t=0.215,p=0.8310.05),體外循環(huán)60min后(t=1.803,P=0.080.05),均無顯著差異。 6.空白對照組A組血漿NO濃度為42.17±3.01ummol/L、B組體外循環(huán)前52.10±1.84ummol/L、C組體外循環(huán)前55.97±5.12ummol/L,ANOVA分析得F=70.72,P0.001,三組之間有顯著差異,在此之后采用LSD-t檢驗兩兩比較,A組與B組(P0.001),A組與C組(P0.001),B組與C組(P=0.0020.005),均有顯著差異。B組、C組不同時間點血漿NO濃度t檢驗比較,體外循環(huán)20min(t=-3.749,P=0.0010.05),差異有統(tǒng)計學(xué)意義,體外循環(huán)60min后(t=-1.434,P=0.1610.05),無顯著差異。B組、C組不同時間點血漿NO濃度變化規(guī)律為,可見在體外循環(huán)開始20min內(nèi),血漿NO濃度顯著升高,然后逐漸下降。 結(jié)論： 1.模擬臨床實際建立的兔腦栓塞急性期體外循環(huán)模型具有成功率高、穩(wěn)定、可行的特點,是進(jìn)行腦栓塞急性期體外循環(huán)相關(guān)臟器損傷機制研究和對其進(jìn)行干預(yù)的較理想模型。 2.體外循環(huán)腦損傷的機制與機體炎癥反應(yīng)及腦血管舒縮功能的改變密切相關(guān),而腦栓塞早期24小時與1周行體外循環(huán)出現(xiàn)的腦損傷無明顯差別。
【圖文】：

3.0T超導(dǎo)型MRI機及膝關(guān)節(jié)表面線圈，均采用冠狀位掃mm，以視交叉為中心。MRI選用TSE序列：T1WI (TR 500 ms，矩陣256〉256)和T2WI (TR 3000 ms, TESOms,矩陣253結(jié)果我們對36只實驗兔實施了經(jīng)眶上入路大腦中動脈凝斷術(shù)，術(shù)中均左側(cè)大腦中動脈，，發(fā)現(xiàn)6只兔大腦中動脈走形有變異，占16. 7%,大腦中動脈主干長度及分支數(shù)量差異。手術(shù)最長耗時75min,最短耗時61.55±5. 82min。術(shù)后存活兔36只，存活率100%，未出現(xiàn)術(shù)化膿感染及項內(nèi)感染等并發(fā)癥；術(shù)后行為學(xué)測定中所有兔均有不系統(tǒng)癥狀：26只兔僅不能完全伸展對側(cè)前爪，占72%; 10只兔爬行7. 8%;無向右側(cè)傾倒、完全癱瘓或昏迷者，所有兔均合格入選后續(xù)24 h、一周后，頭部MRI在Tin上均無明顯異常，T2WI顯示：MCAO術(shù)后可見左基底節(jié)區(qū)的異常局彳目號。

圖1-2 A:MCAO術(shù)前兔正常顏腦冠狀位MRI掃描；B :MCAO術(shù)后兔顏腦冠狀位MRI掃描，箭頭所示為左側(cè)異常高信號區(qū)Figure 1-2.A: MCAO preoperative normal rabbit brain coronal MRI scan; B:postoperative MRIscan in rabbits with craniocerebral coronal, the arrow shows the abnormal high signal intensityarea on the left side of the brain.
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R654.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2586376