Effects of early supplement of exogenous L-carnitine on renal function in severely scalded rats
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摘要: 目的 探讨严重烫伤大鼠早期补充外源性左旋肉碱对其肾功能的影响。 方法 按照随机数字表法，将66只成年雌性SD大鼠分为健康对照组6只、单纯烫伤组30只、烫伤＋肉碱组30只。后2组大鼠背部制成30%体表总面积Ⅲ度烫伤，伤后立即经尾静脉注射乳酸林格液进行复苏。伤后1 h，烫伤＋肉碱组大鼠腹腔注射100 mg/mL左旋肉碱溶液400 mg/kg，单纯烫伤组大鼠腹腔注射等量生理盐水，之后2组均每隔24小时注射1次。分别于伤后6、12、24、48、72 h，取单纯烫伤组和烫伤＋肉碱组中各6只大鼠，采集腹主动脉血，使用全自动生化分析仪检测血清总蛋白、白蛋白、尿素氮、肌酐、胱抑素C含量；取肾组织，行苏木精-伊红染色，观察组织病理学变化。健康对照组大鼠不进行任何处理，同严重烫伤大鼠取材进行相关检测。对数据行单因素方差分析以及Bonferroni法。 结果 (1)单纯烫伤组大鼠伤后各时间点血清总蛋白、白蛋白含量均明显低于健康对照组(
P <0.05)；与单纯烫伤组比较，烫伤＋肉碱组大鼠血清总蛋白含量于伤后12、24 h明显升高(P <0.05)，血清白蛋白含量于伤后12 h明显升高(P <0.05)。单纯烫伤组、烫伤＋肉碱组大鼠血清总蛋白、白蛋白含量均呈现先降低后升高的趋势，于伤后24 h达最低值。(2)单纯烫伤组大鼠伤后各时间点血清尿素氮、肌酐含量均明显高于健康对照组(P <0.05)；与单纯烫伤组比较，烫伤＋肉碱组大鼠血清尿素氮含量于伤后6、48、72 h明显降低(P <0.05)，血清肌酐含量于伤后12、24、48、72 h明显降低(P <0.05)。单纯烫伤组、烫伤＋肉碱组大鼠血清尿素氮、肌酐含量均呈现先升高后降低的趋势，于伤后12 h达峰值。(3)单纯烫伤组大鼠伤后6、12、24、48、72 h血清胱抑素C含量分别为(0.250±0.030)、(0.330±0.070)、(0.300±0.060)、(0.240±0.060)、(0.190±0.030)mg/L，前4个时间点含量明显高于健康对照组的(0.170±0.020)mg/L(P <0.05)。伤后24 h，烫伤＋肉碱组大鼠的血清胱抑素C含量为(0.210±0.040)mg/L，明显低于单纯烫伤组(P <0.05)。单纯烫伤组、烫伤＋肉碱组大鼠血清胱抑素C含量均呈现先升高后降低的趋势，于伤后12 h达峰值。(4)健康对照组大鼠肾组织基本正常，烫伤＋肉碱组大鼠伤后各时间点肾组织损伤程度均较单纯烫伤组轻。伤后24 h，单纯烫伤组大鼠肾组织可见肾小管上皮细胞出现大面积肿胀、空泡变性及坏死、刷状缘丢失、核固缩，有超过2/3的肾小管细胞核消失，肾小管管腔狭窄，管腔内可见坏死脱落细胞及蛋白管型，肾间质可见水肿及炎性细胞浸润；与单纯烫伤组比较，烫伤＋肉碱组大鼠肾组织肾小管上皮细胞水肿、坏死明显减轻，管型和炎性细胞浸润较少。 结论 严重烫伤大鼠早期补充外源性左旋肉碱，可以减轻肾脏细胞的损伤，并使总蛋白、白蛋白、尿素氮、肌酐、胱抑素C含量更快恢复到正常水平，进而维持肾功能代谢水平的稳定。Abstract: Objective To explore the effects of early exogenous L-carnitine supplementation on renal function in severely scalded rats. Methods According to the random number table, sixty-six adult female Sprague-Dawly rats were divided into healthy control group (n =6), scald alone group (n =30), and scald+ carnitine group (n =30). In the latter two groups, the rats were inflicted with full-thickness scald of 30% total body surface area on the back, and the lactated Ringer′s solution was injected through the tail vein for resuscitation immediately after scald. At post injury hour (PIH) 1, rats in scald+ carnitine group were intraperitoneally injected with 100 mg/mL L-carnitine solution 400 mg/kg, while rats in scald alone group were intraperitoneally injected with the same volume of normal saline. Rats in these two groups were injected once every 24 hours thereafter. Six rats were taken from each of scald alone group and scald+ carnitine group to collect the renal tissue and abdominal aorta blood at PIH 6, 12, 24, 48, and 72, respectively. The serum content of total protein, albumin, urea nitrogen, creatinine, and cystatin C were determined by the automatic biochemical analyzer. Renal tissue was stained with hematoxylin-eosin to observe histopathological changes. Rats in healthy control group did not undergo any treatment, and their renal tissue and blood sample were extracted and analyzed in the same way as those of severely scalded rats. Data were statistically analyzed with one-way analysis of variance and Bonferroni method. Results (1) The serum content of total protein and albumin of rats in scald alone group at each time point after injury was significantly lower than that in healthy control group (P <0.05). The serum content of total protein of rats in scald+ carnitine group was significantly higher than that in scald alone group at PIH 12 and 24 (P <0.05), and the serum content of albumin of rats in scald+ carnitine group was significantly higher than that in scald alone group at PIH 12 (P <0.05). The serum content of total protein and albumin of rats in scald alone group and scald+ carnitine group showed a trend of decrease followed by an increase, with the lowest value at PIH 24. (2) The serum content of urea nitrogen and creatinine of rats in scald alone group at each time point after injury was significantly higher than that of healthy control group (P <0.05). The serum content of urea nitrogen of rats in scald+ carnitine group was significantly lower than that in scald alone group at PIH 6, 48, and 72 (P <0.05). The serum content of creatinine of rats in scald+ carnitine group was significantly lower than that in scald alone group at PIH 12, 24, 48, and 72 (P <0.05). The serum content of urea nitrogen and creatinine of rats in scald alone group and scald+ carnitine group showed a trend of increase followed by a decrease, with the peak value at PIH 12. (3) The serum content of cystatin C of rats in scald alone group at PIH 6, 12, 24, 48, and 72 was (0.250±0.030), (0.330±0.070), (0.300±0.060), (0.240±0.060), and (0.190±0.030) mg/L, and the content at the first 4 time points were significantly higher than (0.170±0.020) mg/L of healthy control group (P <0.05). At PIH 24, the serum content of cystatin C of rats in scald+ carnitine group was (0.210±0.040) mg/L, which was significantly lower than that of scald alone group (P <0.05). The serum content of cystatin C of rats in scald alone group and scald+ carnitine group showed a trend of increase followed by a decrease, with the peak value at PIH 12. (4) The renal tissue of rats in healthy control group was almost normal, and the degree of renal tissue injury of rats in scald+ carnitine group was lighter than that in scald alone group at each time point after injury. At PIH 24, the renal tissue of rats in scald alone group showed extensive swelling of the renal tubular epithelial cells, vacuolar degeneration and necrosis, loss of brush borders, and nuclear shrinkage; more than 2/3 of the renal tubular cell nuclei disappeared, the tubular lumen was narrowed, necrotic exfoliated cells could be seen in the lumen, and edema and inflammatory cell infiltration could be seen in the renal interstitial. Compared with those of scald alone group, significantly reduced severity of edema and necrosis of renal tubular epithelial cells, as well as less inflammatory cell infiltration were observed in the renal tissue of rats in scald+ carnitine group. Conclusions Early supplement of L-carnitine in severely scalded rats can reduce the damage of renal cells, accelerate the restoration of the content of total protein, albumin, urea nitrogen, creatinine, and cystatin C, thereby maintaining the stability of renal function metabolism level.-
Key words:
- Burns /
- Kidney /
- Blood urea nitrogen /
- Serum albumin /
- L-carnitine /
- Creatinine /
- Total protein /
- Cystatin C
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结核病是全世界十大死亡病因之一［1］。我国报告的肺外结核占结核病总数的5%［2］。在肺外结核中，约50%以上患者伴病灶周围软组织的损害，这些损害最终破溃形成“结核性创面”［3］。结核性创面具有多变的临床表现，仍是发展中国家常见的皮肤病之一［4］。结核性创面发病早期因临床表现缺乏特异性，因此该类患者常延迟就诊［5］；加之创面细菌培养阳性率低，造成了较高的漏诊率及误诊率［6］；创面常伴潜行的皮下隧道，对治疗造成了一定的困难［3］。目前结核性创面的发病机制尚不清楚，同时缺乏特效的治疗手段［7, 8］，与目前没有成熟的动物模型有关。因此，对动物模型的研究显得尤为重要。为了给深入研究结核性创面提供稳定可行的动物模型，本课题组使用牛分枝杆菌减毒株（BCG）对SD大鼠进行了结核性创面模型的构建并取得初步结果。
1. 材料与方法
本实验研究遵循山西医科大学和国家有关实验动物管理和使用的相关规定。
1.1 动物及主要试剂与仪器来源
15只健康无特殊病原体（SPF）级6周龄雄性SD大鼠，体重（200±20）g，由山西医科大学实验动物中心提供，许可证号：SCXK（晋）2015-0001。BCG购于美国ATCC菌株保存中心，Middlebrook OADC增菌液、Middlebrook 7H9培养基购于美国BD公司，弗氏完全佐剂购于美国Sigma公司，石碳酸品红染液、亚甲蓝复染液、苏木精染液购于北京索莱宝生物科技有限公司，伊红购于西亚化学科技（山东）有限公司。EclipseCi-L型光学显微镜购于日本尼康仪器有限公司。
1.2 BCG菌液培养
将-80 ℃冻存的BCG置于冰上，在室温中消融。在生物安全柜中将BCG加入预先添加OADC增菌液的7H9培养液中，置于37 ℃恒温摇床（转速80次/min）培养至菌落形成，通过测菌液吸光度值［9］的方法计数细菌浓度，分装成浓度为1×107CFU/mL BCG菌液备用。
1.3 动物模型构建与分组处理
将15只大鼠在适宜洁净的饲养间适应性饲养3周，按照随机数字表法分为感染组（12只）和正常对照组（3只）。感染组大鼠背部皮下隧道样注射弗氏完全佐剂0.2 mL，3周后皮下注射BCG菌液0.2 mL，建立大鼠结核性创面模型。正常对照组大鼠未经任何处理。
1.4 观察指标
1.4.1 大体观察
分别于感染第8、15、32、43天，大体观察感染组大鼠注射部位皮肤情况并拍照。
1.4.2 局部组织情况
分别于感染第8、15、32、43天大体观察后，用颈椎脱臼法处死感染组3只大鼠，取注射部位皮肤组织，体积分数10%甲醛固定24 h后进行包埋。正常对照组正常喂养3周后同前处死，取对应组织进行固定包埋（方法同前）。取正常对照组及感染组大鼠各时间点石蜡组织进行切片（厚度约4 μm），行常规HE染色，400倍光学显微镜下观察细胞排列、坏死及炎症等情况。取感染第43天感染组大鼠石蜡组织同前进行切片，石碳酸品红染液室温染色30 min，冲洗至液体呈无色。滴加亚甲蓝复染液，室温染色1 min，冲洗至液体呈无色。行常规脱水、透明、封片，于600倍和1 000倍光学显微镜下观察组织中细菌分布情况。
2. 结果
2.1 大体观察
感染组大鼠感染第8天，可见注射部位皮肤稍隆起、皮下形成脓肿，见图1A。随着感染时间的延长，脓肿物体积逐渐增大。感染第15天，注射部位皮肤明显隆起、皮下脓肿较感染第8天时明显增大，见图1B。感染第32天，注射部位隆起的脓肿出现破溃、脓肿表面呈火山口样外观，破溃处可见脓性分泌物，见图1C。感染第43天，脓肿破溃处无愈合倾向，脓肿较感染第32天增大，见图1D。感染第43天时完整切除脓肿，挤压脓肿物可见长条形类似乳酪状脓性分泌物由皮肤破溃处溢出，见图1E, 1H。
1 感染组大鼠感染不同时间点注射部位皮肤组织形成的病灶表现。1A.感染第8天，注射部位皮肤稍隆起（→）；1B.感染第15天，注射部位皮下脓肿较图1A明显（→）；1C.感染第32天，注射部位隆起的脓肿出现破溃；1D.感染第43天，脓肿破溃处无愈合倾向；1E~1H.感染第43天，创面脓性分泌物经挤压由感染灶内不断溢出的过程2.2 局部组织情况
正常大鼠皮肤组织细胞排列规律，未见炎症细胞浸润，见图2A。感染组大鼠感染第8天，可见细胞分布杂乱、大量聚集、细胞核呈融合趋势，见图2B。感染第15天，可见肉芽肿形成、炎症细胞呈同心圆状排列，见图2C。感染第32天，肉芽肿数量增多，在细菌聚集区域可见大量细胞被破坏，见图2D。感染第43天，细胞排列疏松，部分细胞坏死，见图2E。对感染第43天的组织行抗酸染色，可见组织内存在大量细菌，细菌在组织内呈团簇样聚集（图3A），高倍镜下可以看到大量呈杆状的细菌菌体聚集在病灶中（图3B）。
2 感染组大鼠感染不同时间点注射部位皮肤组织与正常对照组大鼠对应皮肤组织形态学观察 苏木精-伊红×400。2A.正常对照组大鼠组织细胞排列规律；2B.感染组大鼠感染第8天,细胞分布杂乱、细胞大量聚集；2C.感染组大鼠感染第15天,可见肉芽肿形成（→）；2D.感染组大鼠感染第32天,肉芽肿数量增多（→）；2E.感染组大鼠感染第43天,细胞排列疏松，部分细胞坏死（→）
3 感染组大鼠感染第43天注射部位皮肤组织抗酸染色结果。3A.细菌(红色)在组织内呈团簇样聚集 石碳酸品红×600；3B.大量呈杆状的细菌菌体聚集在病灶中 石碳酸品红×1 0003. 讨论
早期，研究者为了寻找实验条件有限时肺结核研究的替代模型，使用结核杆菌建立了动物皮肤液化和坏死模型［10, 11］。随着临床对结核性创面的重视，目前研究的皮肤结核动物有兔子、小鼠、大鼠、斑马鱼、猴等［12, 13, 14, 15, 16］，本研究团队也针对结核性创面进行了动物实验的探索［12, 13, 14］。Zhang等［17］使用兔模型评价了不同分枝杆菌的毒力，BCG活菌较H37Ra或耻垢分枝杆菌活菌诱导的病灶面积明显扩大，经过灭活的BCG依然比灭活的H37Ra或耻垢分枝杆菌诱导肉芽肿更明显。兔体型较大、需占用大量饲养空间、实验操作不方便，斑马鱼虽然饲养方便但形成创面所需时间较长。高剂量BCG活菌（5×106 CFU）可引起兔皮肤组织液化和溃疡［18］，中剂量BCG活菌（5×104 CFU）可诱发兔皮肤组织形成肉芽肿［17］。本研究既要使大鼠皮肤形成破溃，又要探索使用较低的接种浓度保障安全性，故选用了2×106 CFU的接种量，更低的接种浓度能否引起大鼠皮肤破溃还需要进一步研究。BCG活菌引起兔皮肤结核在11 d左右达到高峰并形成液化［19］，经灭活的BCG引起的兔皮肤结核在35 d后病变缓慢消退并愈合［17］，有研究将42 d［20］或56 d［21］作为动物皮肤结核取材的最长时间，而海分枝杆菌引起斑马鱼结核创面形成的平均时间为59 d［14］。本研究最长的观察时间为感染后第43天，未观察到自愈倾向，更长时间的观察有待于进一步研究。
因结核杆菌标准毒株H37Rv对实验条件要求较高，更多研究者选择BCG作为动物实验［18，22］和细胞实验［23］中模拟结核菌感染的病原体，使用低毒性的BCG可以最大限度地保障实验环境及人员的安全。大鼠饲养方便，容易获得，实验试剂供应充足，大小适中便于实验操作和观察。本研究团队前期使用BCG活菌成功建立了大鼠皮肤结核模型［13］，证实使用大鼠作为结核创面模型的可行性，在此基础上进行了多次建模实验，每只大鼠均可稳定地形成局部脓肿并最终破溃。前期研究显示BCG菌（1×107CFU）引起的大鼠结核创面在感染第15天仍有局部红肿［13］，提示局部红肿的急性炎症表现可能与接种菌量较大有关，为了建立更接近于临床的慢性结核性创面模型，本研究使用较低的接种剂量（2×106 CFU）和隧道样注射方法，在第32天可以形成结核性创面破溃表现。该方法更容易形成局部脓肿、局部炎症反应轻，更符合慢性病灶的特点。该动物模型外观符合结核性创面的临床表现，感染第8天可见注射部位皮下脓肿形成、脓腔内可见黄绿色的黏稠脓液；感染第15天皮下脓肿较前明显增大；感染第32天脓肿出现破溃，破溃后脓肿断层剖面可见皮下形成脓性隧道与外界相通；感染第43天，脓肿破溃处未见愈合倾向。该动物模型符合结核性创面的实验室诊断标准，镜下可见感染灶部位有炎性浸润及多核巨细胞，对其组织进行抗酸染色，结果为阳性。
综上所述，本研究选用了BCG对大鼠进行建模，具有安全性、可重复性、稳定性、可控性、可靠性及对疾病的代表性，为后续研究提供了稳定的动物模型实验平台，探索使用更小接种菌量和更短的感染时间可以有效缩短研究周期、提高科研效率，这可能成为今后结核性创面动物模型的研究趋势。
本研究的不足之处：因实验条件所限，未对该模型进行深入的细胞及分子生物水平研究。本研究采用建模动物的清洁级为SPF级，针对不同免疫状态下动物建模后的表现以及BCG是否会引起动物其他系统的播散性感染，有待进一步研究。
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参考文献
(33) 期刊类型引用(1)
1. 李培勇. 精加力复合肉碱治疗少弱精的有效性与安全性研究. 中国实用医药. 2021(18): 131-134 . 
百度学术其他类型引用(1)
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