基于肺病模型大鼠病理形态学及相关调控物质变化探讨“肺病及肠”病理传变规律及其机制
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摘要
目的:本实验通过建立“肺病”(慢性支气管炎)动物模型,选取三个不同的时间点,观察造模后肺与大肠在病理形态学、细胞组织学、炎症介质等方面的对应性变化,探寻“肺病及肠”的传变规律及其病理传变机制。
     方法:选取SD大鼠,雄性,共60只。按体重随机分成空白对照(24只)和模型组(36只)。空白组大鼠置于无烟环境中饲养,模型组大鼠采用单纯烟熏法造模,每次烟熏50min,每天3次(分别在早上9点、下午2点和6点),共烟熏70d。于首次造模第20天、50天、70天随机抽取空白组(8只)和模型组(12只)大鼠检测大鼠肺、胃肠功能;光镜观察肺、胃、十二指肠、空肠、回肠、结肠、直肠组织病理形态学变化;电镜观察肺和结肠组织病理形态学改变;ELISA法检测大鼠肺、结肠组织TNF-α、IL-1β、ET-1、PGE2含量;免疫组化法检测肺、结肠组织VIP、SP、CGRP、iNOS表达。
     结果:
     1.病理生理
     肺功能:与空白组比较,模型组大鼠造模第20天、第50天、第70天呼吸频率增快,潮气量、每分钟通气量降低,有差异(P<0.05)或显著性差异(P<0.01);与造模第20天比较,模型组大鼠造模第50天、第70天潮气量、每分钟通气量均降低,有显著性差异(P<0.01)。
     胃肠功能:与空白组比较,模型组大鼠造模第50天、第70天粪便含水率降低,有显著性差异(P<0.01);第20天、第50天、第70天胃内残留率升高、小肠推进率降低,有显著性差异(P<0.01);与造模第20天比较,模型组大鼠造模第50天、第70天粪便含水率降低、胃内残留率升高、小肠推进率均降低,有差异(P<0.05)或显著性差异(P<0.01);与造模第50天比较,模型组大鼠造模第70天粪便含水率降低、胃内残留率升高、小肠推进率降低,有差异(P<0.05)或显著性差异(P<0.01)。
     2.病理形态学
     光镜:模型组大鼠造模第20天、第50天、第70天十二指肠、空肠、回肠、直肠、胃组织无明显变化;模型组大鼠肺组织于造模第20天、第50天、第70天均可见支气管广泛上皮细胞变性、坏死,不同程度炎细胞浸润:模型组大鼠结肠组织于造模第20天、第50天、第70天分别有40%、70%、80%大鼠结肠组织出现局部充血水肿,灶性上皮细胞变性、坏死,不同程度的慢性炎细胞浸润,严重者可见小灶性糜烂,黏膜上皮欠完整,腺体排列欠规则,黏膜及黏膜下炎细胞浸润;
     电镜:模型组大鼠造模第20天肺组织Ⅰ型肺泡上皮细胞肿胀,线粒体轻度肿胀,Ⅱ型肺泡上皮细胞增生;大鼠结肠组织超微结构病无明显改变。第50天、第70天肺组织Ⅰ型肺泡上皮细胞肿胀,线粒体重度肿胀,Ⅱ型肺泡上皮细胞增生,肺间质内胶原纤维增多、纤维母细胞活跃:大鼠结肠组织出现结肠黏膜上皮表面的微绒毛排列稀疏紊乱,线粒体肿胀,嵴排列紊乱,结肠组织黏膜下固有层间隙胶原纤维增生,见成纤维母细胞。
     3.相关调控物质
     TNF-α、IL-1β、ET-1、PGE2含量变化:与空白组比较,模型组大鼠造模第20天、第50天、第70天肺组织、结肠组织TNF-α、IL-1β、ET-1、PGE2含量明显升高,有差异(P<0.05)或显著性差异(P<0.01);与造模第20天比较,模型组大鼠造模第50天、第70天肺组织、结肠组织TNF-α、IL-1β、ET-1、PGE2含量明显升高,有显著性差异(P<0.01);与造模第50天比较,模型组大鼠造模第70天肺组织、结肠组织TNF-α、IL-1β、ET-1、PGE2含量明显升高,有显著性差异(P<0.01)。
     VIP、SP、CGRP、iNOS表达变化:与空白组比较,模型组大鼠造模第20天、第50天、第70天肺组织VIP、SP、CGRP、iNOS表达均升高(P<0.05或P<0.01),第20天结肠组织VIP表达降低,CGRP、iNOS表达升高(P<0.05或P<0.01),造模第50天、第70天肺组织、结肠组织VIP、SP表达降低,CGRP、iNOS表达升高(P<0.05或P<0.01);与造模第20天比较,模型组大鼠造模第50天、第70天肺组织VIP、SP、iNOS表达升高(P<0.05或P<0.01),模型组大鼠造模第50天结肠组织iNOS表达升高(P<0.01),第70天结肠组织VIP、SP、CGRP、iNOS表达升高(P<0.05或P<0.01);与造模第50天比较,模型组大鼠造模第70天肺组织VIP、CGRP、iNOS表达升高(P<0.05),结肠组织SP、CGRP、iNOS表达升高(P     结论:
     1.肺病大鼠可出现胃肠功能的改变,提示肺病可能传变到“肠”。
     2.肺病大鼠可出现大肠的病理变化,提示肺病可能传变到“肠”;肺病大鼠十二指肠、空肠、回肠、直肠、胃组织无明显病理改变,而结肠组织出现不同程度的病理改变,提示肺病传变到“肠”的主要部位可能在结肠。
     3.肺病大鼠可出现大肠相关调控物质的变化,提示肺病可能传变到“肠”。
     4.初步发现TNF-α、IL-1、ET-1、PGE2等炎症介质可能是“肺病及肠”的物质基础。
     5.初步发现VIP、SP、CGRP、iNOS等神经肽物质可能是“肺病及肠”的物质基础。
     6.模型大鼠肺病传变到“肠”的时间节点在造模50天左右,肺病是否能传变到“肠”,主要取决于肺脏病变的病理损伤程度,而不单纯取决于造模时间的长短。
Objective:Establish pulmonary disease (chronic bronchitis) animal model, then select three different time points and observe the influence between lung and large intestine in respects of pathological morphology, histocytology. inflammatory mediator and so on, thus exploring the change rule and the pathological change mechanism of" pulmonary disease affects the large intestine'
     Methods:Select60male SD rats and randomly divided into blank group (24) and model group (36) by weight. Put the blank group rats into the smoke-free environment, meanwhile, put the model group rats into the smoke environment in order to establish pulmonary disease (chronic bronchitis) animal model.50minutes every time, three times a day, totally smoked70days. Observe rats'lung and gastrointestinal function and pathological morphology change of lung, stomach, duodenum, jejunum, ileum, colon, and rectum. Test TNF-α IL-1β、ET-1、PGE2contents and VIP、SP、CGRP、iNOS expressions in lung and colon tissue of rats.
     Result:
     1. Pathophysiology
     Lung function:Compared with blank control, the respiratory rate quickened and the tidal volume and minute ventilation reduced in model group rats on the20,50and70days (P<0.05or P<0.01). Compared with the20day, the tidal volume and minute ventilation reduced of model group rats on the50and70days (P<0.01)
     Gastrointestinal function:Compared with blank control, the retention rate in the stomach raised and the small intestine motional rate and feces moisture content reduced in model group rats on the20,50and70days(P<0.01).Compared with the20day, the retention rate in the stomach raised and the small intestine motional rate and feces moisture content reduced in model group rats on the50and70day (P<0.05orP<0.01)
     2. Pathological morphology
     Light:The bronchial epithelial cells of lung tissues were wide degeneration, necrosis and different degree inflammatory cells in model group rats on the20,50and70days. There are respectively40%、70%、80%of the colon tissues appeared local congestion edema and the epithelial cells were wide degeneration and necrosis in model group rats on the20,50and70days. The colon tissues of some rats appeared mucosal surfaces were incomplete and the glands arrangement weren't regular. Mucosa and sub mucosal cells were wide inflammatory. The duodenum, the jejunum, ileum, rectum, stomach were all normal.
     Electron microscope:The I alveolar epithelial cells and mitochondrion swelling and II alveolar epithelial cells were hyperplasia in lung tissue in model group rats on the20day. The I alveolar epithelial cells and mitochondrion seriously swelling and II alveolar epithelial cells were hyperplasia, and collagen fiber of pulmonary interstitial increased in lung tissue in model group rats on the50and70day. Microvillus arrangement of mucosal epithelium surface was sparse and disordered and mitochondrion swelling and collagen fiber of sub mucosal increased in colon tissue in model group rats on the50and70days.
     3. Related controlling matters
     TNF-α、IL-1β、ET-1、PGE2content:Compared with blank control, the content of TNF-α、IL-1β、ET-1、PGE2increased significantly in lung and colon tissue in model group rats on the20.50and70days(P<0.05or P<0.01). Compared with the20day, the content of TNF-α、IL-1β、ET-1、PGE2increased significantly in lung and colon tissue in model group rats on the50and70days (P<0.01). Compared with the50day, the content of TNF-α、IL-1β、ET-1、PGE2increased significantly in lung and colon tissue in model group rats on the70days (P<0.01)
     VIP、SP、 CGRP、iNOS expression:Compared with blank control, the expression of VIP、SP、CGRP、iNOS increased significantly in lung tissue in model group rats on the20,50and70days (P<0.05or P<0.01) and the expression of VIP reduced and CGRP and iNOS increased in colon tissue in model group rats on the50and70days (P<0.05or P<0.01).Compared with the20day, the expression of VIP、SP、iNOS increased in lung tissue in model group rats on the70days (P<0.05or P<0.01).and the expression of VIP、SP、CGRP、iNOS increased in colon tissue in model group rats on the70days(P<0.05or P<0.01). Compared with the50day, the expression of VIP、 CGRP、iNOS increased in lung tissue and the expression of SP、CGRP、iNOS increased in colon in model group rats on the70days (P<0.05or P<0.01)
     Conclusion:
     1. Pulmonary disease rats can appear the changes of gastrointestinal physiology function. It means to pulmonary disease probably affected large intestine
     2. Pulmonary disease rats can appear the pathological changes of the large intestine. It means to pulmonary disease probably affected large intestine; The duodenum, the jejunum, ileum, rectum, stomach were all normal. It means to it is colon that pulmonary disease probably affected large intestine.
     3. Pulmonary disease rats can appear the changes of related controlling matters. It means to pulmonary disease probably affected large intestine
     4. This test preliminary found that the inflammation factors of TNFα、IL-1、ET-1、 PGE2may be the common material base about pulmonary disease affected large intestine.
     5. This test preliminary found that the neuropeptide materials of VIP、SP、CGRP、 iNOS may be the common material base about pulmonary disease affected large intestine.
     6. The time node of pulmonary disease affected large intestine is on the50day after smoked; it depends on not only the length of time of making model but also the pathological damaged degree of lung of whether the pulmonary disease can affect large intestine.
引文
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