糖尿病鼠对热不适应之神经药理学

糖尿病鼠對熱不適應之神經藥理學基礎及其治療Theneuropharmacologicalbasisofheatintoleranceanditstreatmentindiabeticrats研究生：牛江山(Chiang-ShanNiu)指導教授：林茂村(Mao-TsunLin)共同指導：鄭瑞棠(Juei-TangCheng)國立陽明大學生理學研究所博士論文NationalYang-MingUniversityInstituteofPhysiologyPh.D.Dissertation中華民國九十三年六月June20041目錄中文摘要------------------------------------------------2英文摘要------------------------------------------------4第一章緒論----------------------------------------------7第二章實驗材料與方法-----------------------------------28第三章實驗結果-----------------------------------------40第四章討論---------------------------------------------48第五章結論---------------------------------------------60圖表-----------------------------------------------62第六節參考文獻-----------------------------------------782中文摘要證據顯示熱中風時，大腦因過度產生麩胺酸鹽及氫氧自由基，引發低血壓和腦缺血現象。在熱中風的病人中，大部分是高血糖的糖尿病病患。糖尿病產生熱中風高發病率之神經藥理學基礎尚待釐清。當STZ誘發之糖尿病鼠曝露在43℃的高溫環境下50分鐘後，產生與正常鼠類似的熱中風症狀；體溫上升、平均動脈壓下降、心跳加速、腦血流下降，這些現象因給予NMDA受體的拮抗劑MK-801而減緩。在高溫環境下，會促進紋狀體麩胺酸鹽的釋放量。而且，STZ誘發之糖尿病鼠紋狀體的麩胺酸鹽更大量表現，且存活時間縮短。因此，STZ誘發的糖尿病鼠在高溫環境，乃因紋狀體麩胺酸鹽高分泌量，以致易誘發熱中風的生成。胰島素及phlorizin的治療似乎有助於預防STZ誘發之糖尿病鼠熱中風的發生機率。正常鼠或是STZ誘發之糖尿病鼠經由熱處理後(42℃,15分鐘)，均能誘發大腦產生熱休克蛋白72。然而，熱休克蛋白72無法保護STZ誘發之糖尿病鼠熱中風產生的低血壓和腦缺血的傷害。〈-tocopherol（自由基清除劑）亦不能預防STZ誘發之糖尿病鼠熱中風時的症狀。另外，在正常鼠或是STZ誘發之糖尿病鼠經由外頸靜脈直接逆行性灌流冰生理食塩水，因改善感壓反射敏感度，增強動物對熱的抵抗力。3總之，我們成功地證明MK-801、胰島素、phlorizin或者非經心肺途徑的由外頸靜脈直接逆行性灌流冰生理食塩水，能保護STZ誘發之糖尿病鼠熱中風時的傷害。但α-tocopherol的治療或熱休克蛋白72誘發則無保護之功效。STZ誘發的糖尿病鼠在高溫刺激，因紋狀體產生高量麩胺酸鹽，造成容易誘發熱中風。胰島素、phlorizin、MK-801的治療或者大腦降溫皆有助於預防糖尿病鼠熱中風的生成。4英文摘要Thereisevidencethatoverproductionofbothglutamateandhydroxylradicalsinbrainareassociatedwitharterialhypotensionandcerebralischemiaexhibitedduringheatstroke.Amongthepatientswithheatstroke,mostofthemhaddiabeteswithhighplasmaglucose.Theneuropharmacologicalbasisforthehighincidenceofdiabetesinheatstrokeneedstobeclarified.Inheatstrokerelatedsymptomsinstreptozotocin-induceddiabeticrats(STZ-diabeticrats)exposedtoahightemperature(43℃)for50min,likethatinnormalrats,thehighcolontemperatureandthedecreasesofmeanarterialpressure,heartrateandcerebralbloodflowwereabolishedbyMK-801,theNMDAreceptorantagonist.Also,striatalglutamatewasmarkedlyreleasedinbothanimalsbythisexposurewhilethereleasewashigherandthesurvivaltimewasshorterinSTZ-diabeticratsweremarkedlyreduced.Therefore,heatstrokewaseasilyinducedviatheelevatedstriatalglutamateinSTZ-diabeticratsbyhightemperatureexposure.Insulinandphlorizintreatmentseem5helpfulinthepreventionofheatstrokeinSTZ-diabeticrats.Heatshock(42℃for15min)pretreatmentwasfoundtobeabletoinducedheatshockprotein72（HSP72）expressioninbrainsofeithernormalorSTZ-diabeticrats.However,HSP72preconditioningfailedtoprotecttheSTZ-diabeticratsfromtheheatstroke-inducedarterialhypotensionandcerebralischemia.Furthermore,pretreatmentwithα-tocopherol（afreeradicalscavenger）didnotpreventtheheatstroke-inducedarterialhypotensionandcerebralischemiainSTZ-diabeticrats.Finally,directretrogradehypothermicperfusionviathejugularveinprotectsagainsttheheatstroke-inducedarterialhypotensionandcerebralischemiabypotentialitythebaroreceptorsensitivityinbothnormalandSTZ-diabeticrats.Inconclusion,wesuccessfullydemonstratedthatMK-801,insulin,phlorizinordirectretrogradeicesalineinfusioninthejugularveinwithoutcardiopulmonarybypass,butnotα-tocopherolorHSP72preconditioning,protectagainstarterialhypotensionandcerebralischemiaduringheatstrokein6STZ-diabeticrats.HeatstrokewasmoreeasilyinducedviatheelevatedbrainglutamateinSTZ-diabeticratsbyheatstress.Treatmentwithinsulin,phlorizin,MK-801,orbraincoolingseemshelpfulinthepreventionofheatstrokeinSTZ-diabeticrats.7第一章緒論第一節大白鼠熱中風模式熱中風為一古老且常見之臨床急症，文獻中對於熱中風之報告，最早見於西元前二十四年，由羅馬人AeliusGallus率領之阿拉伯遠征部隊軍醫沿途之記載（Jarcho,1967）。熱中風致死率甚高，為10－50％；若僥倖得以存活，則造成其神經系統之永久傷害率為7－14％（AustinandBerry,1956；Joneetal.,1982）。熱中風可分為二大類：一為運動誘發型或典型熱中風，另一為非運動誘發型熱中風。運動誘發型熱中風主因為激烈運動所造成，好發於青年、田徑選手或於高溫潮濕環境下工作之勞工。此外異常見於回教徒每年至麥加朝聖之過程（GhaznawiandIbrhim,1987）。非運動誘發型熱中風則常見於老年人及長期罹患心血管疾病等患者（Hartetal.,1981）。除此之外，服用抗乙醯膽鹼類藥物、利尿劑、交感神經抑制劑及抗精神病藥物等之患者罹患熱中風之機率亦較一般人為高。熱中風之臨床症狀極為複雜。包括有高體溫（超過40.5℃）（Danzl,1988），急性且多為不可回復性之神經傷害（如運動協調失調、暴燥、易怒、頭痛、囈語、譫妄、昏迷、痙攣等）（KhogaliandWeiner,1980；Yapubetal.,1986）。一般而言，急性神經傷害之生8成與否為熱中風之最重要的判別指標（VassalloandDelaney,1989）。循環系統異常（例如平均動脈血壓降低進而導致週邊組織供血量降低、心悸、心跳傳導系統異常）與呼吸過速所誘發之呼吸性鹼中毒及代謝性酸中毒亦為患者常見之症狀（Bouchamaetal.,1991）；而運動誘發型熱中風患者血液生化異常症狀則正好與非運動誘發型熱中風患者相反，其症狀包括高血鉀、高血磷、低血鈣等。非運動誘發型熱中風患者皮膚乾燥、大量體液流失，導致週邊血管急遽收縮（Delaney,1992）、血比容、血中尿素含量增加。運動誘發型熱中風患者一般無體液大量流失之症狀，然而經常隨過高之心血管動力參數及週邊血管舒張等現象（Delaney,1992）。除此之外，熱中風患者之凝血系統亦有嚴重損傷而易導致瘀血（ecchymoses）、血尿（hematuria）、出血（epistaxis）等症狀（Mustafaetal.,1985）。臨床報告對於急性過熱的影響目前只簡單區分為以下三種症狀：（1）熱中風（heatstroke）：發作較突然，由於大氣中溫度過高且有乾而熱的風，體溫調節中樞失常，無法控制體溫、汗腺失去排汗功能，以致散熱不良。症狀：體溫高達攝氏41度或更高，皮膚乾而發紅，脈搏從快強逐漸轉為快弱，有神智喪失或木僵現象，可能昏迷不9醒。（2）熱衷竭（hotfailure）：環境悶熱、濕度太高、不通風、出汗太多，造成體內水分及鹽分不足。症狀：大量出汗、體溫略低、臉色蒼白、皮膚濕冷，脈搏快而弱，疲倦、頭痛、暈眩；噁心、嘔吐現象。（3）熱痙攣（heatspasm）：於高溫下工作，因出汗過多，致使體內電解質喪失過多。症狀：造成隨意肌痛性痙攣；常發生於腹部和四肢部位。臨床上對於熱中風之治療，首要即降低其體溫，除去熱患者身上不必要之衣物將溫水輕潑於病患身上，再利用風扇輕吹使水分蒸發而降低體溫。由於體溫之急遽降低會誘發顫抖之反應，故多另外靜脈注射投予二氮平（diazepam；Valium）以抑制顫抖發生。此外，靜脈注射葡萄糖與生理食鹽水以補充流失之體液。熱中風之生成機制現今雖無定論，但下列幾點值得敘述。體溫之調控由下視丘藉產熱及散熱二種系統精確調控（Dimarelloetal.,1988）而熱中風之產生一