李 敏, 林思思, 劉勝遠(yuǎn), 徐曉娟, 李 琨, 李永渝, 劉曉紅
(1遵義醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理教研室,2遵義醫(yī)藥高等專科學(xué)校生理教研室,貴州遵義563000;3同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院病理生理教研室,上海200092;4遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院外科,貴州遵義563000)
術(shù)后腸梗阻(postoperative ileus,POI)是指因腹部或非腹部的一些大手術(shù)后出現(xiàn)的胃腸運(yùn)動(dòng)功能抑制,臨床常表現(xiàn)為腹痛、腹脹、惡心、嘔吐和排便排氣停止等[1-2]。多數(shù)患者術(shù)后胃腸運(yùn)動(dòng)抑制時(shí)間短暫,2~3 d 內(nèi)可自行恢復(fù),但有少數(shù)患者抑制狀態(tài)持續(xù)時(shí)間較長,甚至發(fā)展為麻痹性腸梗阻,由此增加術(shù)后其他并發(fā)癥的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn),加重病情,延長住院時(shí)間以及增加醫(yī)療費(fèi)用等[3-4]。對(duì)POI 的發(fā)病機(jī)制,至今尚未完全闡明,涉及的因素認(rèn)為有手術(shù)前后藥物的干擾(止痛藥、麻醉藥等的使用)、手術(shù)誘發(fā)的神經(jīng)體液調(diào)節(jié)失衡、免疫介導(dǎo)、電解質(zhì)紊亂和炎癥反應(yīng)等[5]。有研究報(bào)道,術(shù)后患者可能存在腸粘膜屏障的損傷,由此引起腸道菌群紊亂、腸道細(xì)菌和內(nèi)毒素易位等,這些因素促進(jìn)炎癥反應(yīng),加重胃腸運(yùn)動(dòng)的障礙[6-8]。因此,如何保護(hù)腸道菌群穩(wěn)態(tài),進(jìn)而控制炎癥反應(yīng),對(duì)于術(shù)后腸梗阻的防治顯得尤為重要,也成為臨床和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)相關(guān)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)課題[9]。
大承氣湯(Da-Cheng-Qi-Tang,DCQT)為中醫(yī)經(jīng)方,也是治療陽明臟腑實(shí)證的基礎(chǔ)方,由大黃、厚樸、芒硝和枳實(shí)4 味藥組成?,F(xiàn)代研究報(bào)道大承氣湯具有抗炎、調(diào)理胃腸功能等作用[10];臨床研究看到大承氣湯可以改善闌尾術(shù)后患者的早期炎性腸梗阻[11]。如我們所知,手術(shù)后患者由于元?dú)馐軗p,多存在氣血虧虛之癥,大承氣湯雖可改善胃腸功能的恢復(fù),但屬峻下之藥。如果對(duì)大承氣湯進(jìn)行加味,取其改善胃腸運(yùn)動(dòng)之功效,同時(shí)增加具有補(bǔ)益元?dú)狻⒔∑⒑臀腹πУ漠?dāng)歸、人參、白術(shù)和白芍(改良大承氣湯),可能更有利于術(shù)后腸功能紊亂患者的恢復(fù)。本課題組在前期實(shí)驗(yàn)中,就傳統(tǒng)大承氣湯和改良大承氣湯對(duì)實(shí)驗(yàn)性POI 小鼠的治療效果進(jìn)行比較,結(jié)果揭示它們均具有促進(jìn)胃腸道運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)的作用,在改善POI炎癥反應(yīng)方面,改良方的效果更為明顯[12]。
本研究在前期工作的基礎(chǔ)上,采用經(jīng)典的小腸干擾術(shù)(intestinal manipulation)誘導(dǎo)腸梗阻小鼠模型[13],通過觀察改良大承氣湯對(duì)POI 小鼠胃腸運(yùn)動(dòng)、炎癥反應(yīng)、胃腸肽水平、腸道神經(jīng)遞質(zhì)及腸道細(xì)菌狀態(tài)等方面的影響,進(jìn)一步探討腹部術(shù)后胃腸功能的變化及改良大承氣湯的作用及其機(jī)制,以期為其臨床應(yīng)用提供動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的依據(jù)。
1.1 動(dòng)物 8~10 周C57BL/6J 小鼠48 只(SPF 級(jí)),體重為18~23 g,雌雄不拘,購自上海靈暢生物科技有限公司[許可證號(hào)為SCXK(滬)2018-0003]。動(dòng)物飼養(yǎng)于同濟(jì)大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心,在溫度為(25±3)℃、濕度(55±5)%的環(huán)境下喂養(yǎng)至少1周后進(jìn)行實(shí)驗(yàn),整個(gè)過程給予標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)飲食。
1.2 藥物 大承氣湯改良方組成:大黃(后下)12 g,厚樸15 g,枳實(shí)12 g,芒硝(沖)9 g,當(dāng)歸12 g,人參12 g,白術(shù)12 g,白芍12 g,購自上海同仁堂中藥店。煎藥方法:一劑中藥→冷水泡2 h→常規(guī)煎2次(首次煎1.5 h,次煎1 h)→兩次所煎藥液混合、過濾→濃縮,大黃在首次煎的后20 min 加入。96 g 生藥濃縮成96 mL 湯劑,即含生藥1 g/mL。按照成人劑量及體表面積折算,小鼠用量為1.37 g·kg·d-1×9.1=12.47 g·kg·d-1=0.12 g·kg·d-1,即0.12 mL·kg·d-1,分2 次服用,間隔時(shí)間6 h。
1.3 主要試劑 Milliplex MAP 小鼠細(xì)胞因子/趨化因子磁珠試劑盒購自上海默克密理博公司(MCYTOMAG-70K,3255835);ELISA 試劑盒購自上海通蔚生物有限公司(20190501-20010A 和20190501-20879A);細(xì)菌16S rRNA 測序相關(guān)試劑購自Illumina(AC7500,Omega Bio-tek);阿拉伯膠購自Sigma;食用型活性炭末購自上海生工生物工程公司(A502167-0001)。
1.4 主要儀器 DM2500 顯微鏡(Leica);Elx800 酶標(biāo)儀(BioTek);Luminex 液相芯片多重檢測分析儀MAGPIX 10299001(Merck);Illumina MiSeq 高通量測序儀(Omega Bio-tek)。
2.1 POI小鼠模型復(fù)制及分組處理 根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,POI時(shí)機(jī)體最明顯的變化發(fā)生在術(shù)后24和48 h,由此選擇這兩個(gè)時(shí)點(diǎn)作為藥物干預(yù)作用的效果比較。每個(gè)觀測時(shí)點(diǎn)各用成年C57BL/6 小鼠24 只,雌雄不拘,隨機(jī)均分為4 組:正常對(duì)照(control)組(n=6)、假手術(shù)(sham)組(n=6)、POI 組(n=6)和POI+DCQT 組(n=6)。各組小鼠自由飲水條件下禁食12 h后接受實(shí)驗(yàn)。參照Kasparek 等[13]報(bào)道的方法,用經(jīng)典小腸干擾術(shù)復(fù)制小鼠POI 模型,簡述如下:用恩氟烷麻醉小鼠后仰臥置于手術(shù)臺(tái)上,脫毛、消毒;沿腹白線打開腹腔,用無菌紗布洞巾置于小鼠腹部,2 根生理鹽水潤濕的無菌棉簽輕柔地將小腸腸段從腹腔移出置于紗布上,并從空腸近端(Treitz 韌帶處)到回腸末端來回滾動(dòng)并輕柔擠壓3 次,共用時(shí)15 min;刺激完畢后將小腸回納入腹腔,雙層連續(xù)性縫合關(guān)閉腹腔;sham 組開腹后不干預(yù)腸管,其他操作同上。手術(shù)完畢,POI+DCQT 組小鼠給予DCQT 灌胃(12 mg·kg-1·d-1,分2 次服用,間隔6 h),每只小鼠每次灌胃時(shí)間約5 s,其余各組用飲用水替代DCQT灌胃。
2.2 指標(biāo)檢測
2.2.1 胃腸排推運(yùn)動(dòng) 參考Li等[14]的方法,用炭末復(fù)合物灌胃(10%阿拉伯膠+10%食用型活性炭末,10 mL/kg),20 min 后在恩氟烷麻醉下,眼眶取血、頸椎脫臼處死小鼠。取出全段小腸,測量小腸全長以及炭末推進(jìn)的距離。小腸推進(jìn)率(%)=炭末在小腸內(nèi)推進(jìn)距離/小腸總長度×100%。將血液離心,取上清液,立即凍存?zhèn)溆谩?/p>
2.2.2 組織病理學(xué)觀察 取近盲腸的一段回腸和結(jié)腸固定于4%甲醛溶液,乙醇脫水、石蠟包埋、切片,蘇木素-伊紅(hematoxylin and eosin,HE)染色。用光學(xué)顯微鏡觀察腸道組織病理改變。
2.2.3 胃腸激素水平 血清血管活性腸肽(vasoactive inestinal peptide,VIP)和胃動(dòng)素(motilin,MTL)水平用ELISA 試劑盒,按照說明書介紹的方法測定,結(jié)果以ng/L表示。
2.2.4 血清炎癥介質(zhì)水平 用液態(tài)芯片技術(shù)完成,按照Milliplex 說明書,分別檢測血清白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1α、IL-4、IL-5、IL-6、IL-17、干擾素γ(interfenon-γ,IFN-γ)、單核細(xì)胞趨化蛋白1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的水平,結(jié)果以ng/L表示。
2.2.5 回腸組織中5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)和組胺(histamine,HIS)水平 回腸組織稱重,按照10 mg 樣本∶100 μL PBS 的比例制成勻漿,離心后取上清液,蛋白定量,用ELISA 檢測試劑盒,按說明書要求進(jìn)行檢測,計(jì)算出單位組織重量中5-HT 和HIS的活性,結(jié)果以ng/g表示。
2.2.6 結(jié)腸黏膜細(xì)菌檢測 取距盲腸1 cm 左右處的結(jié)腸1 cm,剖開清除糞便,用生理鹽水輕柔沖洗腸壁后將腸管放入盛有樣品保護(hù)液的試管中,常溫放置。后續(xù)由奧美德諾生物技術(shù)有限公司完成DNA提取、純化和定量,進(jìn)而擴(kuò)增16S rRNA的V3和V4基因片段,高通量測序。每個(gè)樣品測序得到PE300 的100K原始序列,進(jìn)行生物信息學(xué)分析,最后得到α多樣性指數(shù)分析和β多樣性分析結(jié)果。
用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)或均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤(mean±SEM)表示(在相應(yīng)結(jié)果處有標(biāo)示)。組間均數(shù)比較采用單因素方差分析。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
與正常對(duì)照組或假手術(shù)組比較,小腸干擾術(shù)后24 h 和48 h,小鼠腸道(回腸和結(jié)腸)組織都表現(xiàn)出不同程度的病理變化,主要有絨毛上皮細(xì)胞排列紊亂、黏膜下充血、水腫、炎癥細(xì)胞浸潤等,2 個(gè)時(shí)點(diǎn)的變化無顯著差異;DCQT 治療組小鼠的腸組織損傷有所減輕,無論術(shù)后24 h 還是48 h,黏膜充血、水腫均有緩解,炎癥細(xì)胞浸潤明顯減少,見圖1。
與正常對(duì)照組相比,假手術(shù)組的24 h 及48 h 胃腸排推率稍有降低,但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);與假手術(shù)組或正常對(duì)照組相比,POI 組小鼠術(shù)后24 h 及48 h 胃腸排推率顯著降低(P<0.01),兩個(gè)時(shí)點(diǎn)的降低程度之間差異不顯著(P>0.05);DCQT 干預(yù)后,24 h 或48 h 胃腸排推率的降低均有逆轉(zhuǎn),與POI組比較均有顯著差異(P<0.05),見圖2。
Figure 1. Effects of Da-Cheng-Qi-Tang(DCQT)on the pathological changes of the ileum(A)and colon(B)tissues in the mice with postoperative ileus(POI). Representative micrographs of hematoxylin and eosin(HE)-stained tissues 24 h and 48 h after intestinal manipulation were shown. The scale bar=60 μm in the first 4 columns of the images,and the scale bar=30 μm in the last column of the images. Hyperemia and inflammatory cells were indicated by a circle(○).圖1 DCQT對(duì)POI小鼠回腸和結(jié)腸組織病理變化的影響
Figure 2. Effects of Da-Cheng-Qi-Tang(DCQT)on gastrointestinal transit rates in different treatment groups at 24 h(A)and 48 h(B)after intestinal manipulation. Mean±SD. n=6. **P<0.01 vs sham or control group;#P<0.05 vs POI group.圖2 DCQT對(duì)小腸干擾術(shù)后24和48 h胃腸排推運(yùn)動(dòng)的影響
如圖3 所示,與正常對(duì)照組相比,無論術(shù)后24 h還是48 h,假手術(shù)組小鼠血清VIP 和MTL 水平均無顯著差異(P>0.05);而POI 組與sham 組相比,血清VIP 水平顯著升高(P<0.01),血清MTL 水平顯著降低(P<0.01);DCQT 治療可逆轉(zhuǎn)此變化,即降低VIP水平(P<0.01),提高M(jìn)TL水平(P<0.01)。
高通量液態(tài)芯片技術(shù)檢測8 個(gè)細(xì)胞因子的血清水平,有顯著變化的如圖4 所示。其中,促炎細(xì)胞因子IL-1α、IL-6、TNF-α、MCP-1 和IL-17 的血清水平在假手術(shù)組與正常對(duì)照組之間無顯著差異(P>0.05);與sham 組相比,無論在術(shù)后24 h還是48 h,POI組小鼠血清IL-1α、IL-6 和TNF-α 水平均顯著升高(P<0.01或P<0.05),MCP-1 和IL-17 水平在24 h 時(shí)點(diǎn)增高顯著(P<0.05);POI+DCQT 組小鼠血清IL-1α、IL-6、IL-17、TNF-α和MCP-1水平都有不同程度降低,與POI組比較均有顯著差異(P<0.05)。
Figure 3. Effects of Da-Cheng-Qi-Tang(DCQT)on serum levels of gastrointestinal hormones in different treatment groups at 24 h(A,C)and 48 h(B,D)after intestinal manipulation. A,B:serum vasoactive inestinal peptide(VIP)level;C,D:serum motilin(MTL)level. Mean±SEM. n=6. **P<0.01 vs sham or control group;##P<0.01 vs POI group.圖3 DCQT對(duì)小腸干擾術(shù)后小鼠血清胃腸激素水平的影響
在術(shù)后24 h 或48 h,假手術(shù)組與正常對(duì)照組相比較,小鼠回腸組織中5-HT 和HIS 水平無顯著差異(P>0.05);而與假手術(shù)組或正常對(duì)照組比較,POI組小鼠回腸組織中5-HT 水平降低,HIS 水平升高(P<0.01);DCQT 干預(yù)可一定程度逆轉(zhuǎn)HIS 和5-HT 水平的變化,與POI 組相比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01或P<0.05),見圖5。
如圖6 所示,在術(shù)后48 h 時(shí)點(diǎn),POI 小鼠無論腸道菌群結(jié)構(gòu)還是腸道菌群多樣性均發(fā)生顯著改變,與假手術(shù)組相比差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見圖6A、B、E;而在POI+DCQT 組,其腸道菌群結(jié)構(gòu)和菌群多樣性變化雖然與POI 組無顯著差異(P>0.05),但變化趨勢更接近于假手術(shù)組,見圖6C、D、E。
POI的發(fā)病機(jī)制比較復(fù)雜,炎癥反應(yīng)在其中起有重要作用。研究證實(shí),手術(shù)操作對(duì)腸道的刺激可引起一系列免疫反應(yīng),導(dǎo)致巨噬細(xì)胞和肥大細(xì)胞激活以及核轉(zhuǎn)錄因子的活化,從而產(chǎn)生和釋放大量促炎細(xì)胞因子和趨化因子,引起局部甚至全身性的炎癥反應(yīng)[12]。Lin 等[4]研究報(bào)道,POI 小鼠腸道菌群總數(shù)及大腸桿菌等細(xì)菌數(shù)量明顯增加,并有大腸桿菌易位到肝、脾等組織。腸道細(xì)菌易位可進(jìn)一步刺激機(jī)體免疫細(xì)胞和炎癥相關(guān)信號(hào)通路,擴(kuò)大炎癥反應(yīng),促進(jìn)POI的發(fā)生發(fā)展[15-16]。
Figure 4. Effects of Da-Cheng-Qi-Tang(DCQT)on serum levels of inflammatory mediators at 24 h(A,C,E,G,I)and 48 h(B,D,F(xiàn),H,J)after intestinal manipulation. A,B:IL-6 level;C,D:MCP-1 level;E,F(xiàn):TNF-α level;G,H:IL-1α level;I,J:IL-17 level. Mean±SEM. n=6. *P<0.05,**P<0.01 vs sham or control group;#P<0.05 vs POI group.圖4 DCTQ對(duì)POI小鼠血清炎癥介質(zhì)水平的影響
本實(shí)驗(yàn)通過經(jīng)典小腸干擾術(shù)復(fù)制POI 小鼠模型,16S rRNA 測序技術(shù)的結(jié)果也證實(shí),腹部手術(shù)干預(yù)后腸道菌群結(jié)構(gòu)和菌群多樣性都出現(xiàn)明顯變化,結(jié)合Illumina MiSeq System 測序平臺(tái),揭示腸道菌群在POI 小鼠的特異性富集。腸道菌群紊亂可引起或加重局部和全身的炎癥反應(yīng)[17],本實(shí)驗(yàn)顯示回腸和結(jié)腸組織的充血、水腫和炎癥細(xì)胞浸潤,血清中促炎細(xì)胞因子IL-1α、IL-17、IL-6、TNF-α 和MCP-1 水平的顯著升高都證實(shí)POI 時(shí)炎癥反應(yīng)的存在。這些炎癥介質(zhì)可能通過多種機(jī)制,如直接的細(xì)胞毒作用、誘導(dǎo)一氧化氮和前列腺素的合成等,導(dǎo)致胃腸動(dòng)力下降[18]。已知腸道神經(jīng)遞質(zhì)5-HT 與腸黏膜下層和肌間神經(jīng)叢的5-HT1A受體結(jié)合可調(diào)控肥大細(xì)胞釋放HIS[19];5-HT 與5-HT2b和5-HT3受體結(jié)合可使胃腸道平滑肌收縮,引起胃腸道蠕動(dòng)[20-21]。本實(shí)驗(yàn)看到POI小鼠5-HT 和HIS 釋放異常,再有促動(dòng)力的胃腸激素MTL 水平降低,這些因素共同作用,使胃腸平滑肌收縮減弱。胃腸運(yùn)動(dòng)功能障礙導(dǎo)致腸內(nèi)容物滯留,促使腸內(nèi)細(xì)菌過度生長及菌群紊亂,加上手術(shù)干預(yù)、炎癥反應(yīng)以及腸屏障的損傷,腸壁通透性增加,腸道菌群易位成為可能。因此,菌群失調(diào)-炎癥反應(yīng)-胃腸運(yùn)動(dòng)障礙在POI 的發(fā)生發(fā)展過程中相互聯(lián)系,互為因果。
Figure 5. Effects of Da-Cheng-Qi-Tang(DCQT)on 5-hydroxytryptamine(5-HT)and histamine(HIS)levels in the ileum at 24 h(A,C)and 48 h(B,D)after intestinal manipulation. A,B:5-HT;C,D:HIS. Mean±SEM. n=6. **P<0.01 vs sham or control group;##P<0.01 vs POI group.圖5 回腸組織5-HT和HIS水平的變化
術(shù)后胃腸運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)被認(rèn)為是POI 患者恢復(fù)的核心標(biāo)志之一。以往的臨床報(bào)道和我們的前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果,已初步證明傳統(tǒng)中藥大承氣湯對(duì)POI 的治療作用[22]。有研究報(bào)道,DCQT 可逆轉(zhuǎn)胃腸運(yùn)動(dòng)功能的降低,其作用機(jī)制可能與其修復(fù)組織損傷、維持腸內(nèi)神經(jīng)間質(zhì)細(xì)胞包括Cajal 平滑肌細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)的完整性、增加血液胃動(dòng)素水平和抗炎作用有關(guān)[23]。本實(shí)驗(yàn)用的改良DCQT 由DCQT 加味所得。方中大黃可瀉熱通便,蕩滌腸胃;芒硝助大黃瀉熱通便,并能軟堅(jiān)潤燥,二藥相須為用,峻下熱結(jié)之力甚強(qiáng);輔以厚樸、枳實(shí)行氣散結(jié),消痞除滿,并助大黃、芒硝推蕩積滯[24]?;谛g(shù)后存在氣血不足的現(xiàn)象,方中增加當(dāng)歸改善血液循環(huán)和通便,人參可以減少疲勞和增強(qiáng)身體機(jī)能,白術(shù)用于脾胃虛弱和濕熱引起的食欲不振、排便異常,白芍則可除血痹、破堅(jiān)積、止痛、利小便、益氣等。諸藥并用可改善術(shù)后腸梗阻的胃腸運(yùn)動(dòng)功能,這在本實(shí)驗(yàn)中得到進(jìn)一步證實(shí)。同時(shí),本實(shí)驗(yàn)還揭示,改良DCQT 可以降低血清炎癥介質(zhì)水平,抑制POI 小鼠的炎癥反應(yīng);可能通過調(diào)節(jié)肥大細(xì)胞和腸嗜鉻樣細(xì)胞的分泌活動(dòng),逆轉(zhuǎn)局部神經(jīng)遞質(zhì)5-HT 和HIS 的異常;逆轉(zhuǎn)胃腸激素VIP 和MTL 的變化;改善POI 小鼠腸道菌群結(jié)構(gòu)和菌群多樣性的變化。這些作用可直接或間接地阻斷腹部手術(shù)后出現(xiàn)的菌群失調(diào)-炎癥反應(yīng)-胃腸運(yùn)動(dòng)障礙等連鎖反應(yīng)及因果轉(zhuǎn)化,幫助和促進(jìn)術(shù)后胃腸運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。
Figure 6. Effects of Da-Cheng-Qi-Tang(DCQT)on intestinal flora structure and diversity in the colon at 48 h after intestinal manipulation. A,B:intestinal flora structure and difference in sham and POI groups ;C,D:intestinal flora structure and difference in POI and POI+DCQT groups;E:intestinal flora diversity. *P<0.05.圖6 小鼠結(jié)腸菌群結(jié)構(gòu)和菌群多樣性的改變
綜上所述,腹部術(shù)后常伴有胃腸運(yùn)動(dòng)功能障礙,其發(fā)生發(fā)展與腸道菌群紊亂、炎癥反應(yīng)和胃腸肽失衡等因素有關(guān)。改良DCQT 可促進(jìn)POI 小鼠胃腸運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù),其作用機(jī)制可能包括:(1)改善腸道菌群結(jié)構(gòu)及多樣性,促進(jìn)術(shù)后腸道菌群穩(wěn)態(tài)的恢復(fù);(2)下調(diào)炎癥介質(zhì)的血清水平,減輕POI 小鼠的炎癥反應(yīng);(3)糾正胃腸肽和局部神經(jīng)遞質(zhì)的失衡。