大蒜素對重癥中暑大鼠炎性介質(zhì)和氧化應(yīng)激及臟器功能的影響

沈德新 李慶華 孫榮青 吳籽欣 王海偉 董桂云 王楠楠 閆進(jìn)

[摘要] 目的 觀察大蒜素對重癥中暑大鼠炎性因子水平、抗氧化及臟器功能的影響。 方法 將60只雄性SD大鼠按隨機數(shù)字表法分為正常對照組（n = 20）和熱打擊組（n = 40），將熱打擊組40只大鼠隨機分為生理鹽水組和大蒜素組，每組20只。實驗開始前熱打擊組所有大鼠均接受環(huán)境模擬的適應(yīng)性訓(xùn)練2周。并與適應(yīng)性訓(xùn)練最后10 d，大蒜素組每日定時經(jīng)口腔灌胃大蒜素20 mg/kg，生理鹽水組給予相同體重比例的生理鹽水。適應(yīng)性訓(xùn)練結(jié)束后將熱打擊組大鼠置于仿真熱氣候動物艙進(jìn)行熱打擊，時間為90 min。出艙24 h所有大鼠抽取股動脈血檢測血清白細(xì)胞介素17（IL-17）、白細(xì)胞介素1β（IL-1β）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、血清超敏-C反應(yīng)蛋白（hs-CRP）、丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、總抗氧化能力（T-AOC）、晚期蛋白氧化產(chǎn)物（AOPPs）;應(yīng)用全自動生化分析儀檢測血肌酐（SCr）、尿素氮（BUN）、丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶（ALT）、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶（AST）含量。 結(jié)果 與正常對照組比較，經(jīng)熱打擊及運動處理后，大蒜素組及生理鹽水組大鼠血清IL-17、IL-1β、TNF-α、hs-CRP及MDA、AOPPs均顯著升高，SOD、T-AOCf均顯著下降，肝、腎生化指標(biāo)SCr、BUN、ALT、AST水平均顯著升高，差異均有高度統(tǒng)計學(xué)意義（P < 0.01）;與生理鹽水組比較，大蒜素組大鼠血清IL-17、IL-1β、TNF-α、hs-CRP及MDA、AOPPs顯著降低，SOD、T-AOC顯著升高，血清SCr、BUN、ALT、AST含量水平顯著降低，差異均有高度統(tǒng)計學(xué)意義（P < 0.01）。結(jié)論 熱打擊及運動處理后，大鼠血清炎性因子產(chǎn)生和釋放增加，脂質(zhì)過氧化水平提高。大蒜素可降低重癥中暑大鼠血清炎性因子的產(chǎn)生和釋放及脂質(zhì)過氧化水平，達(dá)到保護(hù)臟器功能的作用。

[關(guān)鍵詞] 大蒜素;重癥中暑;氧化應(yīng)激;炎性因子;臟器功能;大鼠

[中圖分類號] R282.740? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2019）07（a）-0025-04

Effects of allicin on inflammatory mediators， oxidative stress and organ function in rats with severe heat stroke

SHEN Dexin1? ?LI Qinghua2? ?SUN Rongqing3? ?WU Zixin4? ?WANG Haiwei2? ?DONG Guiyun2? ?WANG Nannan2? ?YAN Jin2

1.Department of Pediatrics， the 988th Hospital of PLA， He′nan Province， Zhengzhou? ?450042， China; 2.Department of Intensive Care Unit， the 990th Hospital of PLA， He′nan Province， Zhumadian? ?463008， China; 3.Department of Intensive Care Unit， the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University， He′nan Province， Zhengzhou? ?450042， China; 4.Department of Education and Training Program for Excellent Doctors in Clinical Medicine， Xinxiang Medical College， He′nan Province， Xinxiang? ?453000， China

[Abstract] Objective To observe the effect of allicin on the levels of inflammatory factors， antioxidation and organ function in rats with severe heat stroke. Methods Sixty male SD rats were randomly divided into normal control group （n = 20） and heat shock group （n = 40）. Forty rats in heat shock group were randomly divided into saline group and allicin group， with 20 rats in each group. All rats in the heat shock group received adaptive training of environmental simulation for 2 weeks before the start of the experiment. At the last 10 d of adaptive training， the allicin group was given 20 mg/kg of allicin orally at regular intervals every day， and the saline group was given saline with the same proportion of body weight. After adaptive training， rats in the heat shock group were placed in the simulated hot climate animal cabin for 90 minutes. Femoral artery blood was taken from all rats 24 h after cabin exit to detect serum interleukin-17 （IL-17）， interleukin-1β （IL-1β）， tumor necrosis factor-α （TNF-α）， serum hs-CRP， malondialdehyde （MDA）， superoxide dismutase （SOD）， total antioxidant capacity （T-AOC）， and advanced protein oxidant products （AOPPs）. Serum creatinine （SCr）， blood urea nitrogen （BUN）， alanine aminotransferase （ALT） and aspartate aminotransferase （AST） were measured by automatic biochemical analyzer. Results Compared with the normal control group， the levels of IL-17， IL-1β， TNF-α and hs-CRP in serum of rats in allicin group and saline group were significantly increased after heat shock and exercise treatment， the lipid peroxide MDA and AOPPs increased significantly， while the antioxidant SOD and T-AOC decreased significantly， and the levels of liver and kidney biochemical indexes SCr， BUN， ALT and AST were significantly increased， the differences were statistically significant （P < 0.01）. However， compared with the saline group， the levels of IL-17， IL-1β， TNF-α， hs-CRP， MDA and AOPPs in serum of rats in allicin group were significantly decreased， the SOD and T-AOC increased significantly， the levels of liver and kidney biochemical indexes SCr， BUN， ALT and AST were significantly decreased， the differences were statistically significant （P < 0.01）. Conclusion After heat shock and exercise treatment， the production and release of inflammatory factors and the level of lipid peroxidation in serum of rats increased. Allicin can protect the organs by reducing the production and release of inflammatory factors and lipid peroxidation in the serum of rats with severe heat stroke.

[Key words] Allicin; Severe heat stroke; Oxidative stress; Inflammatory factors; Organ function; Rat

中暑是一種嚴(yán)重威脅生命的疾病，表現(xiàn)為核心體溫超過40℃。重癥中暑時機體循環(huán)血量減少，組織缺血缺氧以及高熱對細(xì)胞的直接損傷，可造成大量炎癥介質(zhì)釋放，炎癥細(xì)胞異常活化，細(xì)胞內(nèi)氧自由基大量堆積，氧化應(yīng)激失衡，導(dǎo)致全身炎癥及多器官功能障礙綜合征（MODS）[1-2]。大蒜素可抑制炎癥因子的分泌，同時具有較強的還原性，有清除氧自由基的能力，阻止細(xì)胞內(nèi)氧自由基對細(xì)胞器、代謝酶、活性蛋白分子的損傷，穩(wěn)定細(xì)胞的正常生理功能[3]，為減輕重度中暑全身炎癥及多器官功能障礙的發(fā)生提供了可能性。本文通過研究大蒜素對重癥中暑大鼠炎性介質(zhì)和氧化應(yīng)激及臟器功能的影響，為重癥中暑的預(yù)防提供實驗依據(jù)。

1 對象與方法

1.1 實驗動物

雄性SD大鼠60只，動物合格證號：20180011。按隨機數(shù)字表法分為正常對照組（n = 20）和熱打擊組（n = 40）。將熱打擊組40只大鼠隨機分為生理鹽水組和大蒜素組，每組20只。熱打擊組均于熱打擊前2周接受環(huán)境模擬動物艙、小動物跑臺和直腸熱電偶的適應(yīng)性訓(xùn)練，適應(yīng)性訓(xùn)練最后10 d，大蒜素組每日定時經(jīng)口腔灌胃大蒜素（20 mg/kg），生理鹽水組以同樣方式給予相同體重比例的生理鹽水。正常對照組始終置于23～25℃，相對濕度為50%～70%環(huán)境中，不進(jìn)行任何形式的訓(xùn)練。

1.2 儀器試劑

大蒜素注射液購自上海禾豐制藥有限公司，酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）試劑盒購自武漢博士德生物有限公司，生化指標(biāo)采用日立7600-P全自動生化分析儀及配套試劑，自制環(huán)境模擬動物艙。

1.3 熱打擊

熱打擊組于飼養(yǎng)和灌胃10 d進(jìn)行熱打擊，熱打擊前將環(huán)境模擬動物艙預(yù)熱到30℃，將熱打擊組大鼠置于30 ℃仿真熱氣候動物艙，于30 min內(nèi)將艙內(nèi)溫度升至39℃，濕度65%。在艙內(nèi)溫度升至39℃，濕度65%時，大鼠給予跑臺運動，跑步速度設(shè)置為15 m/min，坡度為0°，每次8 min，間隔2 min，熱打擊時間為90 min。正常對照組飼養(yǎng)于溫度23～25℃，相對濕度為50%～70%環(huán)境中，禁食、水。本實驗中動物處置方法均符合動物倫理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)醫(yī)院倫理委員會審批（審批號：20150011）。

1.4 直腸溫度監(jiān)測

熱打擊組出艙后立即采用生理記錄儀的熱電偶測量大鼠直腸溫度（Tc），然后飼養(yǎng)于溫度23～25℃，相對濕度為50%～70%的環(huán)境中，自由進(jìn)食、水。

1.5 測試樣本的采集與檢測

正常對照組于禁食、水24 h后及熱打擊組于出艙24 h后取股動脈血2 mL，采用ELISA法檢測血清白細(xì)胞介素17（IL-17）、白細(xì)胞介素1β（IL-1β）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、血清超敏-C反應(yīng)蛋白（hs-CRP）、丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、總抗氧化能力（T-AOC）、晚期蛋白氧化產(chǎn)物（AOPPs）水平。應(yīng)用日立7600-P全自動生化分析儀檢測血清SCr、BUN、ALT、AST含量水平。所有實驗操作均嚴(yán)格按照說明書進(jìn)行。排除熱打擊及運動實驗期間死亡及核心溫度（Tc）<41℃的大鼠，熱打擊組最終納入35只大鼠，其中生理鹽水組17只、大蒜素組18只。

1.6 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 21.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，兩組間比較采用t檢驗;計數(shù)資料用率表示，組間比較采用χ2檢驗，以P < 0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 炎癥因子

與正常對照組比較，熱打擊及運動處理后，大蒜素組及生理鹽水組大鼠24 h血清炎性細(xì)胞因子IL-17、IL-1β、TNF-α、hs-CRP顯著升高，差異有高度統(tǒng)計學(xué)意義（P < 0.01）;大蒜素組低于生理鹽水組，差異有高度統(tǒng)計學(xué)意義（P < 0.01）。見表1。

2.2 氧化應(yīng)激

與正常對照組比較，運動及熱打擊處理后，大蒜素組及生理鹽水組大鼠血清MDA、AOPPs含量水平顯著升高，SOD、T-AOC顯著降低，差異有高度統(tǒng)計學(xué)意義（P < 0.01）;大蒜素組MDA、AOPPs低于生理鹽水組，SOD、T-AOC高于生理鹽水組，差異有高度統(tǒng)計學(xué)意義（P < 0.01）。見表2。

2.3 臟器功能

與正常對照組比較，熱打擊及運動處理后，大蒜素組及生鹽理水組大鼠血清SCr、BUN、ALT、AST含量水平顯著升高，差異有高度統(tǒng)計學(xué)意義（P < 0.01）;大蒜素組各指標(biāo)均低于生理鹽水組，差異有高度統(tǒng)計學(xué)意義（P < 0.01）。見表3。

3 討論

在高溫、高濕環(huán)境下，大強度運動通常會抑制機體的免疫力，對機體的反應(yīng)是一種病理性損傷，會造成短暫的疲勞積累和肌肉損傷，刺激機體促炎性因子IL-1β、TNF-α的釋放[4]。TNF-α、IL-6、IL-17、hs-CRP是與熱射病患者炎性反應(yīng)激活密切相關(guān)的炎癥細(xì)胞因子[5]。因此，運動及熱打擊后大鼠血清中hs-CRP、IL-17、IL-1β、TNF-α含量水平較正常對照組顯著升高。hs-CRP其功能特點與機體的炎癥和創(chuàng)傷反應(yīng)密切相關(guān)，又被稱為炎癥標(biāo)志物，一定程度上可反映體內(nèi)炎癥程度[6]。IL-17是由Th17分泌的細(xì)胞因子，能夠造成組織發(fā)生炎癥性損傷[7];TNF-α是炎性反應(yīng)早期重要的促炎細(xì)胞因子，可激活細(xì)胞因子級聯(lián)反應(yīng)，誘導(dǎo)IL-lβ、IL-6、IL-8等其他炎癥介質(zhì)合成，若未進(jìn)行干預(yù)可導(dǎo)致炎性反應(yīng)失控，甚至爆發(fā)“細(xì)胞因子/炎癥介質(zhì)風(fēng)暴”，最終引起組織損傷，器官功能受損，導(dǎo)致重癥中暑的發(fā)生。由此可見，對IL-17、IL-1β、TNF-α釋放過程進(jìn)行干預(yù)，可有效降低重癥中暑發(fā)生率。

在熱打擊過程中，機體通過汗液蒸發(fā)散熱而丟失大量體液，使水、電解質(zhì)代謝紊亂，加之高溫環(huán)境下體內(nèi)氧運輸障礙，出現(xiàn)廣泛的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，造成機體SOD活性降低，MDA含量升高[8]。劇烈運動使機體代謝異常，高代謝狀態(tài)導(dǎo)致活性氧（ROS）合成增加并激發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致氧化代謝產(chǎn)物如AOPPs合成增多，抗氧化物質(zhì)SOD、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）消耗加劇，最終形成氧化/抗氧化失衡，SOD降低[9-10]。所以，運動及熱打擊處理后，大鼠血清MDA、AOPPs含量水平較正常對照組顯著升高，而SOD顯著降低。T-AOC主要是機體防御系統(tǒng)非酶促體系抗氧化物質(zhì)和酶促體系小分子量抗氧化物質(zhì)的總和[11]，其可有力地清除機體的活性氧自由基，是抗氧化系統(tǒng)的綜合性指標(biāo)[12]。血清T-AOC含量水平降低，說明機體抗氧化能力降低。

高溫、高濕可致體溫調(diào)節(jié)功能的障礙，導(dǎo)致高熱的產(chǎn)生，而足夠的熱暴露可以導(dǎo)致蛋白變性，細(xì)胞膜的完整性、細(xì)胞骨架及細(xì)胞核的損傷，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[13]。人體在高體溫的情況下，為了讓體核溫度保持穩(wěn)定，機體就會通過出汗來散熱，隨著機體排汗量的增大和水分的丟失，某些電解質(zhì)成分也會隨之排出體外，使具有重要生理作用的金屬離子如Na+、K+、Cl-等缺失，會使細(xì)胞中一系列生理活動如生物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、能量代謝、細(xì)胞運動等嚴(yán)重紊亂，導(dǎo)致內(nèi)環(huán)境急劇惡化，器官及組織不能正常代謝，從而導(dǎo)致機體內(nèi)環(huán)境失衡，代謝產(chǎn)物堆積及酸中毒，進(jìn)一步加重組織及內(nèi)環(huán)境失衡，造成惡性循環(huán)，引起重癥中暑，甚至并發(fā)MODS，導(dǎo)致大鼠血清中SCr、BUN、ALT、AST含量水平升高。所以，熱打擊及運動處理后，大鼠血清SCr、BUN、ALT、AST含量水平較正常對照組顯著升高。

大蒜素是從蒜的球形鱗莖中提取的揮發(fā)性油狀物，其中的三硫代烯丙醚類化合物，是大蒜發(fā)揮其藥理學(xué)特性的主要有效成分[14]。研究表明，大蒜素具有多種生物學(xué)功能，可抑制炎性介質(zhì)和細(xì)胞因子的釋放，能有效增加細(xì)胞中谷胱甘肽水平達(dá)到抗氧化作用[15]，可以抑制真菌、細(xì)菌生長，調(diào)節(jié)血壓、血糖、血脂，具有抗腫瘤活性、抗血小板凝集，以及調(diào)節(jié)機體免疫活動作用[16-18]，還可以通過增強體內(nèi)超氧化物歧化酶的活性，阻礙心肌細(xì)胞的凋亡，從而達(dá)到抗心肌細(xì)胞的缺血性再灌注損傷的作用[19-21]。本研究結(jié)果提示，大蒜素通過抗炎作用達(dá)到降低重癥中暑大鼠血清炎性因子水平;并通過機體自身調(diào)節(jié)增加SOD、T-AOC活力，降低過氧化脂質(zhì)水平，減少MDA生產(chǎn)和釋放。由此說明，大蒜素通過抗炎作用、抗氧化損傷等，達(dá)到降低重癥中暑大鼠血清IL-17、IL-1β、TNF-α、hs-CRP、MDA、AOPPs和升高SOD、T-AOC的含量水平，減少或降低機體中暑導(dǎo)致的過度炎性及過氧化反應(yīng)引起的細(xì)胞損傷，達(dá)到保護(hù)臟器功能的目的。

綜上所述，熱打擊及運動處理后，大鼠血清炎性因子產(chǎn)生和釋放增加和脂質(zhì)過氧化水平提高。大蒜素可通過降低重癥中暑大鼠血清炎性因子的產(chǎn)生和釋放及脂質(zhì)過氧化水平，達(dá)到保護(hù)臟器功能的作用。

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