張朕,王丹,朱澤興,張樹明,喬林
1.同濟(jì)大學(xué) 附屬楊浦醫(yī)院,上海 200090;2.第二炮兵總醫(yī)院a.藥劑科;b.骨科;北京 100088
微透析技術(shù)(microdialysis,MD)作為一種成熟、可靠的技術(shù),依賴其自身優(yōu)勢(shì),經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展,已在臨床前實(shí)驗(yàn)、藥物開發(fā)、臨床監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛發(fā)展和應(yīng)用。目前,F(xiàn)DA和CE已批準(zhǔn)其應(yīng)用于人類心肌、腦組織、肺和一些腫瘤的研究[1]。
MD 的快速發(fā)展與其先天的一些優(yōu)勢(shì)不可分割。單根微透析探針植入所造成的創(chuàng)傷僅相當(dāng)于留置針,加上其多點(diǎn)取樣、連續(xù)監(jiān)測(cè)、極少量的體液丟失等優(yōu)勢(shì),可配合多種檢測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)使用,取得目標(biāo)物純度高,使人類的體內(nèi)組織化學(xué)測(cè)定成為可能,而且在任何器官中都可行。經(jīng)過近50 年的發(fā)展,目前MD 相關(guān)文獻(xiàn)近20 萬篇,廣泛涉及心、腦、肺、肝、膽、腎、眼、耳、骨、肌肉、血液、皮膚、胚胎、前列腺等組織[1]。
同樣,MD 在骨科也得到了非常廣泛的應(yīng)用。1996 年,Thorsen 把MD 應(yīng)用于脛骨干骺端骨組織代謝檢測(cè)。2003 年,Stolle 開創(chuàng)性地在骨皮質(zhì)中利用MD探針檢測(cè)抗菌藥物局部濃度,次年他又將應(yīng)用范圍擴(kuò)大到松質(zhì)骨,與傳統(tǒng)方法對(duì)比后,證實(shí)MD 在骨組織中的應(yīng)用是可行的。2007年B?geh?j撰文,正式把其作為一種研究方法進(jìn)行系統(tǒng)的歸納總結(jié)[2]。微透析探針還可以作為局部用藥的途徑,應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)中[3-6]。在此,我們就MD 在骨科的應(yīng)用做簡(jiǎn)要總結(jié),希望對(duì)大家有所幫助。
MD技術(shù)在局部取樣方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),特別是在局部代謝產(chǎn)物和藥物濃度方面,但將MD 引入骨科基礎(chǔ)進(jìn)行廣泛的研究則相對(duì)較晚,Thorsen 等在1996 年研究應(yīng)力刺激下人骨組織前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)釋放時(shí)首次把該技術(shù)引入基礎(chǔ)研究,他們把MD 探針置于脛骨干骺端骨質(zhì)較為疏松的部位,發(fā)現(xiàn)在應(yīng)力刺激下,人脛骨近端的PGE2增長(zhǎng)了2.5~3.5 倍,證實(shí)PGE2 與動(dòng)態(tài)機(jī)械運(yùn)動(dòng)有明確關(guān)系。Korth 等在研究外科止血帶對(duì)骨骼肌能量代謝的影響時(shí),通過MD 配合高效液相色譜,發(fā)現(xiàn)在使用止血帶30 min 后,目標(biāo)肢體的葡萄糖水平下降了40%,而乳酸和次黃嘌呤的水平則上升了200%以上,膽堿水平也有大幅增加,而再灌注后葡萄糖的水平可以快速回升,但乳酸和次黃嘌呤的水平卻持續(xù)增加,證實(shí)了松止血帶后并不能及時(shí)有效地緩解肢體缺血情況,該實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為缺血反而會(huì)加重[7]。Mikkelsen 利用MD 檢測(cè)非甾體抗炎藥(NSAID)的同時(shí),把其也作為一種局部用藥的途徑,發(fā)現(xiàn)距離用藥點(diǎn)1 cm 遠(yuǎn)處PGE2 的水平下降了85%,4 cm 處則下降了30%~50%,證明NSAID 類藥物可以有效抑制PGE2分泌,在活體身上解釋了NSAID類藥物的作用機(jī)理[6]。隨后,Britt 和Mackey 等分別進(jìn)一步證實(shí)了這一結(jié)論,并認(rèn)為運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的自適應(yīng)性(exercise-induced adaptive increase)同時(shí)被抑制了[8-9]。在研究運(yùn)動(dòng)對(duì)成骨的影響時(shí),Keitaro 等利用MD 監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)前后72 h 間志愿者骨堿性磷酸酶(bone-specific alkaline phosphatase,BAP)和1 型C 肽膠原蛋白(procollagen type 1 C-peptide,P1P)的水平,發(fā)現(xiàn)BAP水平無明顯變化,而P1P 在24 h 有明顯增高,標(biāo)志著體內(nèi)膠原纖維形成加強(qiáng)[10]。為了減小MD 應(yīng)用于人體骨骼肌的誤差,Patrik針對(duì)該條件對(duì)相對(duì)回收率隨時(shí)間變化做出校正,經(jīng)過4~6 個(gè)月的監(jiān)測(cè),得出了MD長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用在人骨骼肌中,其相對(duì)回收率是穩(wěn)定的結(jié)論,并認(rèn)為低強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)對(duì)其沒有影響,但會(huì)因具體項(xiàng)目和場(chǎng)合而異[11]。
MD 在慢性損傷方面的應(yīng)用主要集中于對(duì)肌筋膜疼痛綜合征(myofascial pain syndromes,MPS)的研究。2004 年,Lars 等研究斜方肌慢性疼痛(trapezius myalgia,TM)時(shí)發(fā)現(xiàn),患者肌肉內(nèi)5-羥色胺(5-HT)和谷氨酸水平與疼痛強(qiáng)度、壓痛閾值(pressure pain threshold,PPT)、無氧代謝密切相關(guān)。2005 年,Shah 利用MD 在活體研究MPS 評(píng)價(jià)了該類患者骨骼肌的生化環(huán)境,發(fā)現(xiàn)其質(zhì)子、緩激肽(bradykinin,BKN)、降鈣素基因相關(guān)肽、P 物質(zhì)、腫瘤壞死因子α、白細(xì)胞介素(IL)1β、血清素和去甲腎上腺素的水平均高于正常人,而pH值卻顯著低于正常人。另一項(xiàng)研究中,又發(fā)現(xiàn)該類患者斜方肌間隙內(nèi)的鉀離子水平相對(duì)于正常人恢復(fù)到正常水平的時(shí)間明顯延長(zhǎng),而白介素6 和乳酸脫氫酶的水平則保持正常。Gerdle 在2008 年發(fā)現(xiàn)2 種激肽類物質(zhì)——BKN 和血管舒張素(kallidin,KAL)——也參與了痛覺過敏,他將TM 組和頸椎相關(guān)的疼痛分開觀察,并設(shè)對(duì)照組,發(fā)現(xiàn)在20 min的低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)和休息后,KAL和BKN 均明顯增高,KAL 最高見于頸椎組,而TM 組還是明顯高于對(duì) 照,TM 組 的BKN 則明顯高于其他2 組[12]。2011 年,Ghafouri 針對(duì)N-十六酰胺乙醇(N-palmitoylethanolamide,PEA)和N-硬脂酰乙醇胺(N-stearoylethanolamide,SEA)進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)它們?cè)赥M 患者斜方肌中的濃度同樣明顯高于正常人[13]。Larsson和Sj?gaard 認(rèn)同以上觀點(diǎn),前者針對(duì)體力勞動(dòng)8 h后的MPS 患者,而且發(fā)現(xiàn)肌電圖(EMG)結(jié)果、工作強(qiáng)度評(píng)定結(jié)果、精神緊張度似乎與這些代謝物質(zhì)的變化沒有明顯關(guān)聯(lián)[14-15]。然而Gerd 似乎不全認(rèn)同這些觀點(diǎn),他在European Journal of Pain上撰文認(rèn)為,針對(duì)斜方肌慢性疼痛的患者,在安靜休息4 h 后,結(jié)果示PGE2和谷氨酸的水平與正常人并無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
在骨創(chuàng)方面,Yvonne 把MD 運(yùn)用到Wistar 大鼠股骨創(chuàng)傷后24 h 細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子的監(jiān)測(cè)中,測(cè)定其總蛋白、IL-6的濃度,其中總蛋白的含量是不斷下降的,5 h 后趨于平緩,而IL-6 在傷后即有明顯增長(zhǎng),12~15 h 達(dá)到高峰,傷后24 h 后則已低于130 pg/mL,作者還試圖檢測(cè)TGFβ1,但沒有成功,IL-6和TGF-β1為骨折愈合早期的標(biāo)志性細(xì)胞因子,通過對(duì)其的檢測(cè),讓我們?cè)诜肿铀缴蠈?duì)骨折愈合初期變化有進(jìn)一步了解[16]。在研究不同等級(jí)的創(chuàng)傷后關(guān)節(jié)液代謝變化時(shí),St?lman 引入了MD 來檢測(cè)滑囊膜的炎性物質(zhì),如葡萄糖、乳酸、PGE2 等,發(fā)現(xiàn)冷敷和局部加壓可以有效降低滑囊膜的炎性反應(yīng),PGE2的變化與溫度密切相關(guān),低溫還可以有效降低乳酸水平[17];同時(shí)還發(fā)現(xiàn),注射酮咯酸類藥物對(duì)降低PGE2 的水平有明顯作用,而嗎啡在這方面沒有明顯反應(yīng)[18]。機(jī)體對(duì)創(chuàng)傷的反應(yīng)是一個(gè)大課題,但基于分子水平代謝的變化了解并不全面,”中間過程”是模糊的,而MD為我們提供了一種簡(jiǎn)單可行的方法。
St?lman 針對(duì)關(guān)節(jié)發(fā)表的一系列MD 應(yīng)用文章中,對(duì)關(guān)節(jié)鏡手術(shù)后滑囊膜的物質(zhì)代謝進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)在關(guān)節(jié)鏡前交叉韌帶(ACL)重建術(shù)后,以簡(jiǎn)單關(guān)節(jié)鏡術(shù)和對(duì)側(cè)大腿的脂肪組織為對(duì)照,ACL 組常規(guī)術(shù)前應(yīng)用嗎啡,術(shù)后低溫和加壓處理,結(jié)果顯示關(guān)節(jié)鏡組滑囊膜乳酸、糖代謝水平術(shù)后相對(duì)于對(duì)照組明顯增高,相對(duì)于ACL 組無明顯差異,但PGE2 明顯低于ACL 組,作者認(rèn)為ACL 重建術(shù)較關(guān)節(jié)鏡術(shù)并未增加炎癥反應(yīng)[19]。而且關(guān)節(jié)鏡術(shù)后,滑囊膜的糖代謝和PGE2 水平均上升,同時(shí)疼痛感也明顯加重,他們認(rèn)為這兩者呈正相關(guān)關(guān)系。H?gbergy 也得出了同樣的結(jié)論,并發(fā)現(xiàn)術(shù)后應(yīng)用類鴉片類藥物可減輕葡萄糖和PGE2 的水平。他還研究了兒茶酚胺類物質(zhì)對(duì)膝關(guān)節(jié)鏡術(shù)后滑囊膜的影響,并利用微透析探針局部用藥,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組乳酸均成倍增長(zhǎng),腎上腺素可有效降低葡萄糖和血流水平[4]。2010 年,Helmark 針對(duì)早期骨性關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis,OA)做了一系列研究,他在超聲引導(dǎo)下,向關(guān)節(jié)內(nèi)和滑膜臨近組織放置微透析探針,并在微透析灌流液中添加放射性標(biāo)記葡萄糖,檢測(cè)幾種關(guān)節(jié)炎相關(guān)物質(zhì)——軟骨寡聚基質(zhì)蛋白(cartilage oligomeric matrix protein,COMP)、軟骨蛋白多糖核心蛋白(cartilage-specific proteoglycan core protein,CSPCP)和葡萄糖-半乳糖化吡啶啉(glucosyl-galactosyl-pyridinoline,Glc-Gal-PYD),結(jié)果顯示COMP 和Glc-Gal-PYD 在關(guān)節(jié)內(nèi)明顯高于滑膜周圍組織,CSPCP未見明顯差異,他們認(rèn)為利用MD對(duì)骨性關(guān)節(jié)炎進(jìn)行檢測(cè)切實(shí)可靠,并有良好的應(yīng)用前景[5]。在另一組實(shí)驗(yàn)中,他們將31名OA 患者隨機(jī)分為運(yùn)動(dòng)組(NEx)和非運(yùn)動(dòng)組(Ex),在3 h 鍛煉后,發(fā)現(xiàn)Ex組關(guān)節(jié)內(nèi)IL-10的水平明顯高于NEx組,而IL-6 和IL-8 在2 組中均增高,Ex 組的COMP 則明顯低于NEx組,證明軟骨保護(hù)類抗炎藥可能對(duì)OA患者是有益的[6]。目前對(duì)于股骨頭缺血性壞死的發(fā)病機(jī)制,有人認(rèn)為不單單是因?yàn)楣晒穷^動(dòng)脈血供較差引起,靜脈回流受阻造成骨內(nèi)高壓也可能是一種機(jī)制。依據(jù)這一學(xué)說,B?geh?j 和Lorenzen 利用MD 對(duì)股骨頭的缺血進(jìn)行研究。B?geh?j 在骨質(zhì)上開直徑略大于MD 探針的洞,以便微透析探針置入檢測(cè),完善MD 應(yīng)用于監(jiān)測(cè)股骨頭缺血的方法[2,20];此后,他又配合體外實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)由于在股骨開洞略大于微透析探針,期間會(huì)存在一個(gè)間隙,加上放置探針時(shí)的操作,會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果初期產(chǎn)生影響,但認(rèn)為在一個(gè)平衡期后,實(shí)驗(yàn)結(jié)果是真實(shí)、可靠的[21]。Lorenzen則在研究股骨頭表面置換術(shù)的手術(shù)入路時(shí)引進(jìn)了MD,股骨頭表面置換術(shù)入路的選擇主要有后側(cè)入路和前外側(cè)入路2 種,但哪種入路對(duì)術(shù)后血液供應(yīng)影響最小卻沒有客觀的依據(jù)。Lorenzen 在術(shù)中把MD探針直接放置在股骨頭的上象限,通過術(shù)后觀察發(fā)現(xiàn),后入路較前外側(cè)入路缺血更為嚴(yán)重,而2 種入路在血流方面沒有區(qū)別[22]。
在治療糖尿病足方面,Traunmüller 用MD 評(píng)價(jià)糖肽類抗生素達(dá)托霉素對(duì)糖尿病足患者發(fā)炎的皮下脂肪和骨組織的滲透能力,認(rèn)為每日1 次靜脈注射6 mg/kg體重的達(dá)托霉素,可在足皮下脂肪和跖骨達(dá)到有效濃度,可有效治療糖尿病足和骨髓炎[23]。他用相同方法對(duì)另一種唑烷酮類的抗生素利奈唑胺做了相關(guān)評(píng)價(jià),認(rèn)為每日2 次靜脈注射600 mg 可有效治療糖尿病足和骨髓炎[24]。隨后Schintler 對(duì)大劑量的磷霉素做了類似研究,靜脈注射100 mg/kg 體重的磷霉素,其在跖骨中可以達(dá)到有效濃度,同樣是治療糖尿病足感染的良藥[25]。2014年,T?ttrup利用MD分析頭孢類抗生素頭孢呋辛在豬皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的藥代動(dòng)力學(xué),在游離血漿、表皮、松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨4組目標(biāo)物中,5 h 后分別取得了6013±1339、3222±1086、2232±635 和952±290 μg/mL 的結(jié)果,分析發(fā)現(xiàn)頭孢呋辛在松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨的代謝明顯不同,并認(rèn)為骨組織對(duì)于頭孢呋辛可以認(rèn)為是一種隔室[26]。在研究抗菌藥物方面,MD 是非常成熟的技術(shù),也是一個(gè)非常好的工具。
MD應(yīng)用于懷疑缺血的部位,可盡早判斷局部組織血供。早在1998 年,R?jdmark 就開創(chuàng)性地將MD應(yīng)用于游離皮瓣的缺血監(jiān)測(cè),開啟了MD 在游離皮瓣研究中的應(yīng)用,并成功地發(fā)現(xiàn)了血栓和血腫的發(fā)生。Udesen在對(duì)橫行下腹直肌肌皮瓣的監(jiān)測(cè)中明確指出,當(dāng)皮瓣發(fā)生缺血時(shí),葡萄糖下降而乳酸丙酮酸水平是上升的,這種差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而在再灌注結(jié)束后,這些變化均可恢復(fù)正常,在1 例因動(dòng)脈血栓形成導(dǎo)致的失敗病例中發(fā)現(xiàn),其中葡萄糖濃度低到不可檢測(cè),乳酸濃度增高后因缺少葡萄糖而停止,丙酮酸的濃度在非常高的水平。作者從而得出結(jié)論:MD可以用于監(jiān)測(cè)游離皮瓣早期缺血,使早期手術(shù)成為可能。2004 年,Set?l?在豬模型上系統(tǒng)、科學(xué)地證實(shí)了以上結(jié)論,并指出靜脈性缺血要比動(dòng)脈性缺血乳酸水平更低,乳酸丙酮酸比值和乳酸葡萄糖比值更高,利用這些發(fā)現(xiàn)可以判斷缺血的性質(zhì)[27]。同理,MD 還被應(yīng)用于頜面部皮瓣[28]和腓骨游離皮瓣的監(jiān)測(cè)[29]。在研究頜面部皮瓣時(shí),由于其特殊性,面部自覺、不自覺的活動(dòng)可能對(duì)皮瓣的預(yù)后包括疤痕大小造成影響,因此在整形手術(shù)中常用鎮(zhèn)靜劑,于是Silvia利用MD和氧分壓評(píng)價(jià)了右美托咪啶應(yīng)用于游離肌皮瓣移植術(shù)后,發(fā)現(xiàn)右美托咪啶在再灌注和局部組織代謝上對(duì)肌皮瓣無不良影響,認(rèn)為可以應(yīng)用于頜面部游離皮瓣移植術(shù)后肌肉鎮(zhèn)靜[30]。
目前,MD在神經(jīng)外科從臨床前階段到臨床階段都得到廣泛應(yīng)用,已有多篇相關(guān)綜述。同樣,在脊髓方面的研究也有大量文獻(xiàn),大部分是關(guān)于神經(jīng)疼痛代謝方面的。Brodin 利用MD 對(duì)貓脊髓后角釋放P物質(zhì)進(jìn)行研究,將MD 引入脊髓研究方面[31]。Parrot提出把毛細(xì)管電泳分離-激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)(CELIFD)與MD 配合,檢測(cè)人脊髓后角的γ-氨基丁酸、丙氨酸、左旋天門冬氨酸在圍手術(shù)期的變化,認(rèn)為該檢測(cè)方法準(zhǔn)確且高效,較其他方法有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[32]。MD還可用于檢測(cè)神經(jīng)鞘內(nèi)天門冬氨酸、谷氨酸或一氧化氮,Hsieh發(fā)現(xiàn)其中的酮咯酸類藥物可以在脊髓損傷后引發(fā)這2 種物質(zhì)的濃度升高,對(duì)小鼠脊髓干缺血起到保護(hù)作用[33]。MD 探針還可置入脊髓,檢測(cè)其細(xì)胞外液目標(biāo)物質(zhì)的水平,Tsai 通過檢測(cè)小鼠脊髓損傷前后細(xì)胞外液維生素C 的濃度來評(píng)價(jià)脊髓損傷,發(fā)現(xiàn)損傷后小鼠脊髓細(xì)胞外液中維生素C 的濃度是逐漸增高的[34]。他噴他多是一種通過激動(dòng)μ型阿片受體和抑制去甲腎上腺素再攝取的鎮(zhèn)痛藥,在研究其對(duì)脊髓性疼痛的作用效果時(shí),Thomas 將MD探針置入小鼠脊髓,檢測(cè)到他噴他多提升了脊髓內(nèi)去甲腎上腺素的水平而對(duì)5-HT沒有明顯影響,成功地抑制去甲腎上腺素再攝取[35]。Okon在研究急性脊髓挫傷與擠壓傷后不同代謝產(chǎn)物的反應(yīng)時(shí),把MD探針與脊髓成30°角深7 mm 置于豬脊髓T9、T10 水平,發(fā)現(xiàn)挫傷后乳酸和丙酮酸的水平在近中心的部位均上升,葡萄糖則保持穩(wěn)定,在持續(xù)給予擠壓后,乳酸水平有短暫上升,葡萄糖和丙酮酸水平快速下降,認(rèn)為這一現(xiàn)象可能與脊髓干血運(yùn)受阻有關(guān)[36]。
Ekstr?m 對(duì)大劑量甲氨蝶呤治療股骨惡性纖維組織瘤采用連續(xù)瘤內(nèi)微透析技術(shù),認(rèn)為這是一種研究癌癥藥物治療局部藥物暴露與療效關(guān)系的非常有用的方法。Thompson 對(duì)馬法蘭ILI(isolated limb infusion)治療肢體惡性腫瘤進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)馬法蘭峰值和濃度在血漿中明顯高于皮下和瘤內(nèi),認(rèn)為腫瘤對(duì)馬法蘭并沒有優(yōu)先攝取,而腫瘤的反應(yīng)與馬法蘭的濃度有直接關(guān)系,他們認(rèn)為MD 非常適合ILI 用藥的檢測(cè)[37]。Brunner 總結(jié)了MD 在腫瘤方面的應(yīng)用,并與影像學(xué)方法和傳統(tǒng)方法做了對(duì)比,認(rèn)為MD 在化療藥物的開發(fā)中同樣具有廣泛前景[38]。
MD作為一項(xiàng)技術(shù)已走過半個(gè)世紀(jì),在很多方面得到廣泛應(yīng)用,但其臨床應(yīng)用更多是在神經(jīng)外科方面,而且已經(jīng)非常成熟。以上我們總結(jié)了MD 在骨科方面的應(yīng)用。MD 的一些先天優(yōu)勢(shì),如微創(chuàng)、定位取樣、多點(diǎn)監(jiān)測(cè)、連續(xù)取樣、多種檢測(cè)手段,可以讓我們更深入地了解”中間過程”,通過MD 進(jìn)行分子水平的檢測(cè),在骨科仍具有眾多應(yīng)用前景。
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