張 成, 高廣榮, 李 達(dá), 單永琪, 張雪峰
沈陽軍區(qū)總醫(yī)院 麻醉科,遼寧 沈陽 110016
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·論著·
腎上腺素β2受體對失血性休克大鼠骨骼肌PGC-1表達(dá)的影響
張成,高廣榮,李達(dá),單永琪,張雪峰
沈陽軍區(qū)總醫(yī)院 麻醉科,遼寧 沈陽110016
摘要:目的探討腎上腺素β2受體(AR-β2)對失血性休克(HS)大鼠骨骼肌過氧化物酶體增殖物激活受體γ協(xié)同刺激因子(PGC-1)表達(dá)的影響。方法將62只SD大鼠隨機(jī)分為對照組(n=6)、實(shí)驗(yàn)組(n=28)和干預(yù)組(n=28)。按22.5 ml/kg放血建立HS模型。干預(yù)組放血后,立即給予ICI 118.551以0.5 mg/kg靜脈注射;休克30 min后,回輸放出的血和2倍放血量的林格氏液;復(fù)蘇期維持30 min,監(jiān)測血流動(dòng)力學(xué)8 h。記錄建模前及建模后不同時(shí)點(diǎn)的紅細(xì)胞比容(Hct)、乳酸、剩余堿和血糖。采用蛋白印跡法及定量聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)檢測不同時(shí)間骨骼肌組織PGC-1蛋白及mRNA表達(dá)的變化。結(jié)果休克模型建立后,血乳酸升高、剩余堿減少。與實(shí)驗(yàn)組比較,干預(yù)組可以顯著降低血乳酸并增加堿剩余。休克組動(dòng)物的死亡率明顯高于干預(yù)組。雖然復(fù)蘇后2 h,實(shí)驗(yàn)組、干預(yù)組均出現(xiàn)PGC-1蛋白和mRNA的表達(dá)增加,但實(shí)驗(yàn)組增加更為顯著,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);其后,兩組PGC-1蛋白和mRNA的表達(dá)均逐漸下降,兩組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論HS時(shí),AR-β2可對PGC-1基因表達(dá)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié),進(jìn)而調(diào)控能量代謝平衡。
關(guān)鍵詞:失血性休克;腎上腺素β2受體;過氧化物酶體增殖物激活受體γ協(xié)同刺激因子
DOI∶10.16048/j.issn.2095-5561.2016.04.09
血清乳酸水平不但可以反映失血性休克(hemorrhagic shock,HS)中內(nèi)環(huán)境代謝紊亂程度,還是判斷預(yù)后的重要指標(biāo)[1-2]。近年來研究發(fā)現(xiàn),除了組織低灌注外,HS狀態(tài)下產(chǎn)生的高兒茶酚胺血癥可通過激活腎上腺素β2受體(β2-adrenergic receptor,AR-β2)-Na+-K+-ATP酶通路增加乳酸的產(chǎn)生[3-4]。AR-β2不但可以調(diào)節(jié)乳酸的生成,還能對寒冷、運(yùn)動(dòng)等應(yīng)激狀態(tài)下骨骼肌內(nèi)能量代謝調(diào)節(jié)基因的過氧化物酶體增殖物激活受體γ協(xié)同刺激因子(peroxisome proliferator activated receptor gamma coactivator-1,PGC-1)的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控[5-6]。本研究旨在探討AR-β2對HS大鼠的預(yù)后和骨骼肌內(nèi)PGC-1表達(dá)的影響。現(xiàn)報(bào)道如下。
1.1實(shí)驗(yàn)材料成年SD大鼠(第三軍醫(yī)大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心)。Datex-Ohmeda S/5多功能監(jiān)護(hù)儀(芬蘭德恩公司);壓力傳感器(新加坡Biosensors 公司);聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction,PCR)擴(kuò)增儀(德國Biometra公司);PE-50管(美國Sigma公司);紫外分光光度計(jì)(英國UV-visible Spectrometer公司);高速冷凍離心機(jī)(美國Sigma公司);微量輸液泵(WZ-50cz,浙大醫(yī)學(xué)器械有限公司);血?dú)夥治鰞x(Bayer Rapidlab 865型,德國Bayer公司)。RNA固定液(北京天恩澤基因科技有限公司);熒光定量PCR試劑盒(大連寶生物工程大連有限公司);肝素鈉(天津生物化學(xué)制藥有限公司)。PGC-1引物合成(北京華大基因公司)。PGC-1抗體(sc-13067,美國SANTA CRUZ公司)。
1.2動(dòng)物準(zhǔn)備SD大鼠(體質(zhì)量300~350 g)雌雄不限,實(shí)驗(yàn)前12 h禁食,自由飲水。戊巴比妥那60 mg/kg腹腔內(nèi)注射麻醉成功后,進(jìn)行氣管內(nèi)插管和小動(dòng)物呼吸機(jī)輔助呼吸,潮氣量設(shè)定為7~8 ml/kg,呼吸頻率設(shè)定為80 次/min,吸入氧濃度為40%。分離左側(cè)股動(dòng)脈及股靜脈后插管,分別用于放血和復(fù)蘇時(shí)液體回輸,右側(cè)頸動(dòng)脈插管,用于監(jiān)測平均動(dòng)脈壓(mean arterial pressure,MAP)。麻醉及置管結(jié)束后,待大鼠自然蘇醒,徹底清醒后穩(wěn)定2 h再開始建立失血性休克模型。
1.3HS復(fù)蘇模型建立采用定容性HS模型,根據(jù)體質(zhì)量通過股動(dòng)脈在10 min內(nèi)勻速將40%的血容量(22.5 ml/kg)放出,放血速度為0.5 ml/min。抽出的血液儲(chǔ)存在肝素化(7.5 U/ml)的無菌注射器內(nèi),儲(chǔ)存于4℃冰箱中,待復(fù)蘇時(shí)回輸至大鼠體內(nèi)。休克維持時(shí)間為30 min,30 min后,用輸液泵回輸放出的血和2倍放血量的乳酸林格氏液進(jìn)行復(fù)蘇,復(fù)蘇期維持30 min。監(jiān)測大鼠血流動(dòng)力學(xué)8 h。
1.4實(shí)驗(yàn)分組62只大鼠隨機(jī)分為3組:(1)對照組(C組,n=6):麻醉、置管,不建立模型;(2)實(shí)驗(yàn)組(H組,n=28),建立模型并復(fù)蘇;(3)干預(yù)組(N組,n=28),放血后立即給予AR-β2特異性拮抗劑ICI 118.551,0.5 mg/kg靜脈注射[7],余同H組。H組和N組分別在復(fù)蘇后2、4和8 h處死6只大鼠,采血并留取骨骼肌標(biāo)本待檢測。H組和N組分別留取10只大鼠用于72 h生存分析。
1.5定量PCR法檢測PGC-1 mRNA表達(dá)RNA提?。篢RIzol一步法提取RNA。反轉(zhuǎn)錄:采用TaKaRa公司試劑盒合成cDNA,反應(yīng)條件為37℃,15 min;85℃,5 s。PCR擴(kuò)增:PGC-1引物序列,上游5′-agacagagcccagccagta-3′,下游5′-cccgtccttcagagcat-3′;β-actin引物序列,上游5′-tcatcaccattggcaatgag-3′,下游5′-cactgtgttggcgtacaggt-3′。PCR反應(yīng)按下列條件循環(huán):95℃、30 s,預(yù)變性,然后95℃、30 s,60℃、34 s,進(jìn)行40個(gè)循環(huán)后,60℃、1 min延伸。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線,熒光定量PCR儀自動(dòng)分析并計(jì)算結(jié)果,按2-△△CT法計(jì)算目標(biāo)基因在實(shí)驗(yàn)組和對照組中表達(dá)的相對水平。
1.6蛋白印跡法檢測PGC-1蛋白表達(dá)組織加入5倍體積預(yù)冷的細(xì)胞裂解液,冰浴下勻漿,再用冰水浴超聲粉碎。4℃下以12 000 r/min離心1 h,取上清液,考馬斯亮藍(lán)法進(jìn)行蛋白定量。SDS-PAGE分離40 μg樣品后,電轉(zhuǎn)移至硝酸纖維膜上,封閉后,加入一抗(PGC-1,1∶500)室溫下免疫沉淀1 h,搖洗后加入標(biāo)記二抗(1∶2 000),室溫下作用2 h。ECL浸膜,顯影。照片在圖像分析儀上進(jìn)行分析定量,記錄相應(yīng)蛋白條帶的平均光強(qiáng)度值,并計(jì)算PGC-1和actin 吸光度值的比值。
1.7生化檢測指標(biāo)在模型建立前[休克時(shí)間hemorrhagic shock time(HST)0 min]、模型建立后(HST 30 min)、復(fù)蘇后2 h(HST 180 min)及復(fù)蘇后4 h(HST 300 min)分別檢測紅細(xì)胞比容(Hematocrit,Hct)、乳酸、剩余堿和血糖。
2.1血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)HS模型建立后,大鼠MAP降至約40 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)。模型建立120 min后,H組大鼠MAP為(84.0±10.7)mmHg,N組大鼠MAP為(72.0±11.7)mmHg;模型建立8 h后,H組和N組MAP分別為(105.0±8.2)mmHg和(94.0±10.0)mmHg。兩實(shí)驗(yàn)組各個(gè)時(shí)間點(diǎn)MAP比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表1。HS模型建立后,大鼠心率升至約260 次/min。模型建立120 min后,H組大鼠心率降至(204.0±16.4)次/min,N組大鼠HR降至(182.0±12.7)次/min;模型建立8 h后,H組和N組心率分別為(194.0±12.8)次/min和(165.0±22.8)次/min。兩實(shí)驗(yàn)組各個(gè)時(shí)間點(diǎn)心率比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表2。
表1 各組大鼠MAP變化,血壓/mmHg)
表2 各組大鼠心率變化,心率/次·min-1)
2.2生化指標(biāo)模型建立前后的各個(gè)時(shí)間點(diǎn),H組和N組的Hct和血糖差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。在建模后,H組和N組BE值分別從(-3.1±1.0)nmol/L和(-2.8±1.2)nmol/L下降至(-9.4±2.3)nmol/L和(-4.3±1.1)nmol/L,兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),其后HST 180 min和HST 300 min,兩組差異仍有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。在建模后,H組和N組乳酸水平分別從(0.9±0.1)mmol/L和(1.1±0.3)mmol/L上升至(17.3±3.8)mmol/L和(9.4±2.7)mmol/L,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);同樣,其后HST 180 min和HST 300 min,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見表3。2.3PGC-1 mRNA表達(dá)對照組大鼠骨骼肌組織內(nèi)可見PGC-1 mRNA表達(dá);復(fù)蘇結(jié)束2 h后,H組和N組大鼠的PGC-1 mRNA表達(dá)均明顯升高,分別是對照組的(2.00±0.45)倍和(1.04±0.64)倍,H組與N組比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。復(fù)蘇4 h和8 h后,H組和N組PGC-1 mRNA表達(dá)都逐漸下降,但兩組間比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見圖1。
表3 模型建立前后生化指標(biāo)變化±s)
注:與N組比較,①P<0.05
圖1 PGC-1 mRNA表達(dá)變化(兩組間2、4、8 h比較,P<0.05)
2.4PGC-1蛋白表達(dá)對照組大鼠肝臟組織內(nèi)可見PGC-1蛋白的基礎(chǔ)表達(dá);復(fù)蘇結(jié)束2 h后,H組大鼠的PGC-1蛋白表達(dá)明顯增加,是建模前的(1.95±0.35)倍。而N組大鼠的PGC-1蛋白表達(dá)略有減少,是對照組的(0.91±0.30)倍,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。復(fù)蘇4 h和8 h后,H組和N組PGC-1 蛋白表達(dá)逐漸下降,但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見圖2。
2.5生存情況H組和N組大鼠在休克期及復(fù)蘇期均無死亡,H組大鼠5只存活到72 h,另外5只大鼠分別存活12、18、24、30及36 h;N組大鼠8只存活到72 h,2只死亡大鼠分別存活48 h和60 h。Kaplan-Meier生存分析顯示,H組與N組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。
圖2 PGC-1 蛋白表達(dá)變化
HS發(fā)生后,由于組織灌注不足,機(jī)體有氧代謝被抑制,無氧糖酵解增強(qiáng),乳酸大量產(chǎn)生,能量代謝出現(xiàn)嚴(yán)重紊亂。如果代謝紊亂不能得到糾正,進(jìn)一步發(fā)展會(huì)出現(xiàn)體溫下降、凝血障礙、心肌收縮性下降和血管反應(yīng)性降低,進(jìn)而危及患者生命[8]。
血清乳酸水平的高低不但能反映HS時(shí)能量代謝紊亂的程度,還是預(yù)后判定的重要指標(biāo)[1]。傳統(tǒng)上認(rèn)為,由于組織器官灌注不足導(dǎo)致的無氧糖酵解增強(qiáng)是導(dǎo)致高乳酸血癥形成的唯一原因。但近年研究發(fā)現(xiàn),除組織低灌注外,由于應(yīng)激產(chǎn)生的高兒茶酚胺血癥是乳酸大量生成的又一重要原因[3]。Luchette[9]在觀察腎上腺素受體拮抗劑對HS時(shí)乳酸水平的影響中發(fā)現(xiàn),聯(lián)合應(yīng)用腎上腺素α和β受體拮抗劑雖然對組織灌注沒有影響,但卻顯著降低了血清乳酸水平。Levy[3]的研究進(jìn)一步證實(shí),HS發(fā)生后腎上腺素可通過激活A(yù)R-β2-Na+-K+-ATP酶通路增加有氧糖酵解,進(jìn)而導(dǎo)致乳酸大量產(chǎn)生,與低氧同為HS時(shí)乳酸產(chǎn)生的重要原因。這些研究結(jié)果證實(shí)了筆者在前期工作中的發(fā)現(xiàn),采用麻醉和非麻醉狀態(tài)的巴馬香豬分別建立HS模型,雖然失血量相同,但非麻醉HS豬的乳酸水平平均是麻醉HS豬的8倍[10],考慮麻醉減輕HS造成的應(yīng)激反應(yīng),降低血清兒茶酚胺水平,導(dǎo)致乳酸水平的下降。
AR-β2不但可以調(diào)節(jié)乳酸的生成,還可以調(diào)控寒冷、運(yùn)動(dòng)等應(yīng)激狀態(tài)下大鼠骨骼肌細(xì)胞內(nèi)能量調(diào)控基因PGC-1的表達(dá)[5,11]。1998年,在小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)PGC-1,其作為過氧化物酶體增殖物激活受體的轉(zhuǎn)錄輔激活因子,雖不直接結(jié)合DNA,但可通過與調(diào)節(jié)基因表達(dá)的結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子相互作用誘導(dǎo)線粒體生物合成、呼吸和產(chǎn)熱作用,還能調(diào)節(jié)核呼吸因子1和2等基因的表達(dá)[12-13]。PGC-1能??慷喾N轉(zhuǎn)錄因子,增強(qiáng)靶基因轉(zhuǎn)錄效率,廣泛參與多種代謝通路的調(diào)節(jié)活動(dòng),在適應(yīng)性產(chǎn)熱、線粒體生成、脂肪酸的β氧化及肝糖異生等過程中發(fā)揮著重要作用[14]。
本研究發(fā)現(xiàn),休克復(fù)蘇模型制備2 h后,大鼠骨骼肌細(xì)胞內(nèi)PGC-1蛋白和mRNA的表達(dá)均呈先明顯增高,而后逐漸下降的趨勢。李偉文等[15]在研究單純HS大鼠腸上皮細(xì)胞內(nèi)PGC-1的表達(dá)變化時(shí),也發(fā)現(xiàn)類似變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)HS后2~3 h腸上皮細(xì)胞內(nèi)PGC-1的蛋白和mRNA表達(dá)明顯升高,而后逐漸下降。PGC-1的mRNA和蛋白在休克早期合成增多是機(jī)體的適應(yīng)性調(diào)節(jié)反應(yīng),以便在能量供給不足時(shí),線粒體合成增加和功能加強(qiáng)。隨著休克的進(jìn)展,PGC-1的mRNA和蛋白的表達(dá)逐漸下降。目前,雖然其降低的機(jī)制尚不明確,但可考慮為能量代謝調(diào)控失代償在分子水平上的表現(xiàn)。
給予AR-β2拮抗劑后,大鼠骨骼肌內(nèi)PGC-1的mRNA和蛋白表達(dá)在模型制備后早期即明顯下降,其后也一直維持在較低的水平。筆者認(rèn)為,正是由于AR-β2拮抗劑抑制了休克時(shí)高腎上腺素血癥引起的高代謝狀態(tài),因此,PGC-1的mRNA和蛋白表達(dá)才表現(xiàn)為適應(yīng)性下調(diào)。這表明在HS的病理狀態(tài)下,AR-β2仍能夠通過反饋性調(diào)節(jié)調(diào)控PGC-1的表達(dá),進(jìn)而調(diào)節(jié)能量代謝。N組后期PGC-1蛋白和mRNA的低表達(dá)與H組的低表達(dá)也有不同的意義,前者是對相對低代謝需求的適應(yīng)性調(diào)節(jié),而后者是代謝耗竭后的失代償表現(xiàn)。血清乳酸和剩余堿的變化反映了這種差異。給予AR-β2拮抗劑后的各個(gè)時(shí)間點(diǎn),N組的乳酸和剩余堿水平只有H組的一半。同樣,H組與N組大鼠的生存分析也證實(shí)N組具有明顯的生存優(yōu)勢。因此,實(shí)驗(yàn)組兩組雖然后期PGC-1蛋白和mRNA的表達(dá)都呈下降趨勢,但其意義完全不同。
綜上所述,本研究從能量代謝角度出發(fā),在分子水平探討了調(diào)控AR-β2治療HS的機(jī)理,結(jié)果表明抑制休克時(shí),高腎上腺素血癥引起的代謝亢進(jìn)有助于能量穩(wěn)態(tài)的維持,為HS的治療提供了新思路。
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基金項(xiàng)目:遼寧省自然科學(xué)基金(2013020218);全軍“12.5”醫(yī)藥衛(wèi)生科研基金課題(CWS12J055)
通信作者:張雪峰,E-mail:cz1791@126.com
文章編號(hào):2095-5561(2016)04-0220-05 中圖分類號(hào):R441.9;R641
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
收稿日期:2016-05-17
Effects of β2-adrenergic receptor on expressions of PGC-1 in rat model of hemorrhagic shock
ZHANG Cheng,GAO Guang-rong,LI Da,SHAN Yong-qi,ZHANG Xue-feng
(Department of General Surgery,General Hospital of Shenyang Military Area Command,shenyang,110840,China)
Abstract:ObjectiveTo investigate the effects of β2-adrenergic receptor on expressions of PGC-1 in skeletal muscles in rat model of hemorrhagic shock.Methodsds SD rats were randomized into three groups:Control(C),Hemorrhage(H)and Hemorrhage+AR-β2 (N).Venous blood(22.5 ml/kg)was continously withdrawn over 10 minutes to establish hemorrhagic shock model.Selective β2-adrenoceptor antagonist ICI 118,551 (0.5 mg/kg)was intravenously administered after hemorrhage had finished.After 30 minutes shock periods,rats received whole blood and lactated Ringer′s solution resuscitation(1:2)for 30 minutes.Rats were monitored for 8h after resuscitation.Hematocrit(Hct),Base excess(BE),Lactate(Lac)and Glucose(Glu)were recorded at the baseline and different hemorrhagic shock time(HST).The expressions of PGC-1 mRNA and protein in skeletal muscles were tested by real-time reverse transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR)and western blotting.ResultsRats in Group N had lower lactate levels and higher BE levels than Group H (P<0.05).At 72 hours,there were five survivors in Group H and eight in Group N (P<0.05 versus Group H,Log Rank).Both Group H and Group N increased PGC-1 mRNA and protein expressions at 2 hours after resuscitation,but more higher expressions were seen in Group H compared with Group N (P<0.05).Thereafter,the expressions of PGC-1 mRNA and protein decreased gradually in both groups,and no statistic differences were found between the two groups.ConclusionAdrenergic receptor-β2 could regulate energy metabolism balance through adaptive regulation to PGC-1 during hemorrhagic shock.
Key words:Hemorrhagic shock;β2-adrenergic receptor;Peroxisome proliferator activated receptor gamma coactivator-1
第一作者:張成(1971-),男,遼寧遼陽人,主任醫(yī)師,博士