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Abstract: This paper presents a new type of auto-detection measurement instrument which is composed of infrared photodiode,measuring circuit and frequency counter and designed for measuring the single pendulum period. It enriched the content of traditional classical experiments with new content of modern measurement techniques, and thus effectively improved the experiment precision of measurement of acceleration of gravity using pendulum.
關(guān)鍵詞: 單擺周期;紅外光電二極管;頻率計(jì)數(shù);檢測(cè)儀
Key words: single pendulum;infrared photodiode;frequency count;experiment equipment
中圖分類號(hào):TH11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-4311(2011)04-0039-01
0引言
基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要內(nèi)容,不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段,使用高新技術(shù)方法和高精度檢測(cè)、計(jì)量?jī)x器研制新的基礎(chǔ)物理試驗(yàn)儀器,盡可能減少人為實(shí)驗(yàn)誤差,提高實(shí)驗(yàn)精度是物理工作者的一項(xiàng)很有意義的工作[1]。在做用單擺測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊膶?shí)驗(yàn)時(shí),單擺擺動(dòng)周期測(cè)定的是否準(zhǔn)確,直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確度。在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,我們一般都是采用秒表來(lái)測(cè)量單擺擺動(dòng)周期的,為了減小誤差一般都是采用測(cè)量單擺擺動(dòng)50個(gè)周期的時(shí)間,然后求得平均值,而且要連測(cè)3-5次。在具體的操作過(guò)程中既要卡時(shí)間又要盯擺球,單擺周期數(shù)多數(shù)或少數(shù)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,加上停表存在的超前或滯后現(xiàn)象,所測(cè)結(jié)果誤差較大。下面介紹我們對(duì)傳統(tǒng)的單擺周期測(cè)量?jī)x進(jìn)行改進(jìn)所得到的一種單擺周期的自動(dòng)檢測(cè)計(jì)量?jī)x。
1單擺周期自動(dòng)檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)
單擺周期自動(dòng)檢測(cè)儀在原單擺實(shí)驗(yàn)儀的基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)計(jì)量電路 ,在單擺實(shí)驗(yàn)儀的垂直立柱下方加裝一個(gè)槽型光電開(kāi)關(guān)。槽型光電開(kāi)關(guān)使單擺進(jìn)入凹槽,從而進(jìn)行遮光,接受檢測(cè)。
2電檢測(cè)原理
自動(dòng)測(cè)量原理框圖如下所述,槽型光電開(kāi)關(guān)由直射型發(fā)射、接收紅外光電二極管構(gòu)成。把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)光接收器面地面的安裝在一個(gè)凹槽的兩側(cè),發(fā)射二極管能發(fā)出紅外光,在無(wú)阻擋情況下,接收光電二極管兩端的電壓不變;但當(dāng)被測(cè)物體(金屬擺球)從槽中通過(guò)時(shí),光被遮擋,光電接收二極管會(huì)產(chǎn)生一個(gè)跳變的電壓,輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào),從而完成一個(gè)二次控制動(dòng)作,槽型開(kāi)關(guān)的檢測(cè)因受整體結(jié)構(gòu)的限制,一般距離只有幾厘米,為了提高光電二極管的接收靈敏度,在接收紅外光電二極管前采用聚光透鏡(直徑約為15mm,焦距約為30mm),凹形槽制作盡量選用黑色材料,因此有效作用距離可增加20~30倍。用成品頻率計(jì)數(shù)器可直接數(shù)顯該脈沖波頻率或周期。單擺擺動(dòng)一個(gè)周期,金屬擺球?qū)纱瓮ㄟ^(guò)紅外光電二極管,使得紅外檢測(cè)脈沖變化兩次,將該周期乘2即為單擺擺動(dòng)的周期[2]。
3測(cè)量電路由以下二部分組成
3.1 發(fā)射電路為了使發(fā)光二極管的亮度始終保持一定,由VD1、Vt1、R0、ZD1和R1構(gòu)成恒流源紅外發(fā)射電路。
3.2 接收電路接收電路采用了集成放大器,故線路簡(jiǎn)單,體積小,這里采用TDA4050集成電路及元件組成前置放大器,微弱的紅外信號(hào)由光電二極管VD2(采用聚光透鏡)接收,首先經(jīng)晶體三極管vt2放大由8角輸入,3角輸出一個(gè)經(jīng)放大的方波脈沖信號(hào),然后送入成品頻率計(jì)數(shù)器的輸入端,后者可直接數(shù)顯該脈沖頻率或周期(或示波器),見(jiàn)圖1[3]。
電路還設(shè)計(jì)有穩(wěn)定度較高的直流穩(wěn)壓電源,此處不再贅述。
頻率計(jì)數(shù)器選用一般通用頻率率計(jì)數(shù)器即可,這里選用了系列等精度頻率計(jì)數(shù)器,可獲得7位有效數(shù)字(小數(shù)點(diǎn)后6位),直接顯示頻率或周期。
4測(cè)試結(jié)果
測(cè)試實(shí)驗(yàn)中測(cè)得擺長(zhǎng)l=0.595米,在擺角?諄<5°的條件下,測(cè)得脈沖波周期為0.7739秒(取小數(shù)點(diǎn)后4位),乘2可得單擺周期T=1.5478秒,代入單擺周期計(jì)算公式:
T=2π
可算得重力加速度g=9.7950米/秒2
按照原儀器的采用秒表計(jì)數(shù)法測(cè)量,記錄單擺擺動(dòng)周期50次,秒表顯示時(shí)間為76.95秒,可以計(jì)算出單擺的周期為1.539秒,代入上式計(jì)算得重力加速度:
g=9.9074米/秒2
此結(jié)果與實(shí)際值的誤差較大,主要是除理論誤差和儀器誤差外,實(shí)驗(yàn)觀察和秒表控制所帶來(lái)的測(cè)量技術(shù)誤差較大且難以控制,一般采用多次測(cè)量(數(shù)十次或上百次)取平均或進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
這種單擺周期的自動(dòng)檢測(cè)儀只需在原有單擺實(shí)驗(yàn)儀的基礎(chǔ)上增加少量器件和實(shí)驗(yàn)室通用設(shè)備――頻率計(jì)數(shù)器,便可以方便、快捷地完成單擺實(shí)驗(yàn),且消除了實(shí)驗(yàn)觀察記錄擺動(dòng)次數(shù)和秒表控制所帶來(lái)的測(cè)量技術(shù)誤差,提高了實(shí)驗(yàn)精度,有較好的實(shí)用性。
參考文獻(xiàn):
[1]梁建均,劉永順.單擺周期的自動(dòng)檢測(cè)[J].安徽師范學(xué)院學(xué)報(bào),2005,02:37-37.
隨著機(jī)器人技術(shù)的普及,機(jī)器人進(jìn)課堂成為一種趨勢(shì)。但是,從目前的機(jī)器人教學(xué)的內(nèi)容來(lái)看,機(jī)器人只是作為學(xué)習(xí)的對(duì)象,有關(guān)機(jī)器人技術(shù)的本體知識(shí)構(gòu)成了機(jī)器人課程的核心或全部?jī)?nèi)容,模擬實(shí)驗(yàn)或模擬再現(xiàn)生產(chǎn)生活中的科技產(chǎn)品成為機(jī)器人課程的主要教學(xué)方式。盡管這對(duì)學(xué)習(xí)機(jī)器人的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能來(lái)說(shuō)非常有效,但不應(yīng)該成為機(jī)器人教學(xué)的全部。而科學(xué)探究,作為一個(gè)世紀(jì)以來(lái)國(guó)際基礎(chǔ)教育改革所努力追求的方向,卻在教學(xué)實(shí)踐層面沒(méi)有得到足夠的重視。
實(shí)際上,世界各國(guó)一直提倡學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng),我國(guó)的新課程改革也特別強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究活動(dòng)。我們認(rèn)為,將機(jī)器人作為科學(xué)探究的一種工具和平臺(tái),開(kāi)展科學(xué)探究活動(dòng),是中小學(xué)機(jī)器人教育的一個(gè)重要發(fā)展方向。因此,在探究單擺周期的課堂活動(dòng)中,我們將紅外數(shù)字避障傳感器作為科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的一種工具,搭建探究單擺周期的實(shí)驗(yàn)裝置。這將不僅能夠幫助學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能,掌握與單擺實(shí)驗(yàn)相關(guān)的知識(shí),還能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力,提高他們學(xué)習(xí)機(jī)器人的積極性。
方案設(shè)計(jì)
1. 教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生情況分析
本課的教學(xué)內(nèi)容是利用Arduino探究單擺的周期,并學(xué)會(huì)紅外數(shù)字避障傳感器的使用方法。本課的教學(xué)對(duì)象是溫州中學(xué)高一學(xué)生,他們已經(jīng)對(duì)Arduino機(jī)器人產(chǎn)生了濃厚的興趣,并已理解了Arduino機(jī)器人的輸入輸出,掌握了傳感器及串口監(jiān)視器的使用方法,熟悉了Mixly的基本模塊。
2. 教學(xué)目標(biāo)
(1)掌握Arduino機(jī)器人中紅外數(shù)字避障傳感器的使用。
(2)通過(guò)自主設(shè)計(jì)探究單擺實(shí)驗(yàn)的方案,體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程和方法。
(3)通過(guò)利用Arduino做科學(xué)探究的實(shí)驗(yàn),感受傳感器為工作帶來(lái)的便利,使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)機(jī)器人產(chǎn)生積極的態(tài)度。
3. 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)
本課的教學(xué)重點(diǎn)是通過(guò)利用Arduino探究單擺周期的實(shí)驗(yàn),理解科學(xué)探究的一般過(guò)程與方法,難點(diǎn)是自主制定計(jì)劃、設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)方案。
4. 探究單擺周期實(shí)驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)
由教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)可知,本課題最重要的是讓學(xué)生在理解單擺實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上,自主制定探究活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)方案,從而體驗(yàn)科學(xué)探究的一般過(guò)程與方法,提高學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的興趣。因此,綜合考慮教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)及課堂時(shí)間等因素,本課題設(shè)計(jì)了如表1所示的實(shí)驗(yàn)方案。
硬件搭建
利用Arduino探究單擺的周期實(shí)驗(yàn)所用到的硬件器材有:Romeo控制器、紅外數(shù)字避障傳感器、USB數(shù)據(jù)線以及3P線等。
1. 紅外數(shù)字避障傳感器
紅外數(shù)字避障傳感器也稱紅外接近開(kāi)關(guān),是一種集發(fā)射與接收于一體的光電開(kāi)關(guān)傳感器。傳感器在接收到信號(hào)后,會(huì)引起后測(cè)指示燈的亮滅。這款傳感器背面有一個(gè)電位器,可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)障礙的檢測(cè)距離。當(dāng)探頭前方無(wú)障礙時(shí),紅外數(shù)字避障傳感器輸出高電平,有障礙時(shí)則相反。
2. 硬件搭建
紅外數(shù)字避障傳感器自帶了3P接線,其中紅線對(duì)應(yīng)5V,綠線對(duì)應(yīng)GND,黃線對(duì)應(yīng)信號(hào)線,將其按照對(duì)應(yīng)顏色的接線接在Romeo控制器的數(shù)字針腳即可。本文中接線接在了2號(hào)數(shù)字針腳,接線圖如圖1所示,實(shí)物圖如圖2所示。
圖1 接線圖
圖2 實(shí)物圖
程序編寫(xiě)
程序編寫(xiě)需解決兩個(gè)問(wèn)題:一是記錄單擺來(lái)回?cái)[動(dòng)的次數(shù)和時(shí)間;二是根據(jù)檢測(cè)到的次數(shù)和時(shí)間自動(dòng)輸出單擺的周期。由于單擺剛開(kāi)始擺動(dòng)時(shí)不很穩(wěn)定,因此有必要略過(guò)前幾次擺動(dòng)的次數(shù)及時(shí)間。這里,我們從單擺擺動(dòng)的第三次開(kāi)始計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)。測(cè)出需要擺動(dòng)的次數(shù)和時(shí)間后,就可以用總時(shí)間除以總次數(shù),求出單擺的周期。要注意的是,每次傳感器檢測(cè)到小球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí),是經(jīng)過(guò)了半個(gè)周期,因此在計(jì)算單擺周期時(shí),需將次數(shù)除以2,具體程序如圖3所示。
圖3 程序代碼
教學(xué)實(shí)踐
在本次教學(xué)實(shí)踐中,教師主要通過(guò)以下四個(gè)環(huán)節(jié)完成教學(xué)。
1. 拋出問(wèn)題 引入新課
教師出示一張鐘擺的PPT,同時(shí)給學(xué)生拋出一個(gè)問(wèn)題:有同學(xué)注意到家里擺鐘的鐘擺在有規(guī)律地?cái)[動(dòng),經(jīng)認(rèn)真觀察發(fā)現(xiàn),鐘擺來(lái)回?cái)[動(dòng)一次的時(shí)間剛好是1秒。那么,是不是所有的鐘擺來(lái)回?cái)[動(dòng)一次的時(shí)間都是1秒呢?教師讓學(xué)生上網(wǎng)查找資料并以小組為單位展開(kāi)討論,最后請(qǐng)小組代表發(fā)表組內(nèi)意見(jiàn),同時(shí)對(duì)學(xué)生的觀點(diǎn)給予肯定或者糾正。教師再以PPT的形式展示物理實(shí)驗(yàn)中單擺實(shí)驗(yàn)的示意圖,并向?qū)W生解釋周期的概念及鐘擺的工作原理。教師接著向?qū)W生展示傳統(tǒng)單擺實(shí)驗(yàn)的裝置,并引導(dǎo)學(xué)生思考這樣做實(shí)驗(yàn)可能產(chǎn)生的誤差和不足。經(jīng)各抒己見(jiàn)后,教師做出總結(jié):當(dāng)人觀察到小球到達(dá)最低點(diǎn)時(shí),開(kāi)始用秒表計(jì)時(shí)并人為計(jì)數(shù),這樣操作存在很大的人為誤差。那么能否利用Arduino制作一套這樣的實(shí)驗(yàn)裝置,避免人為誤差呢?即這套裝置應(yīng)該具有如下功能:檢測(cè)到小球擺到最低點(diǎn)時(shí),次數(shù)自動(dòng)加1,同時(shí)自動(dòng)計(jì)時(shí),自動(dòng)求出單擺的周期時(shí)長(zhǎng)。
2. 講解新知 制訂計(jì)劃
通過(guò)前面的學(xué)習(xí),學(xué)生已了解到傳感器最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠自動(dòng)獲取數(shù)據(jù),因此教師向?qū)W生提問(wèn)“可以利用哪種傳感器檢測(cè)小球是否到達(dá)了最低點(diǎn),并開(kāi)始自動(dòng)計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)呢”,引發(fā)學(xué)生思考。學(xué)生討論后,教師向?qū)W生介紹一款新的傳感器――紅外數(shù)字避障傳感器。在為學(xué)生簡(jiǎn)單介紹其使用方法之后,教師讓學(xué)生自己完成傳感器與Romeo控制器的連接并編寫(xiě)程序,通過(guò)串口監(jiān)視器觀察當(dāng)傳感器檢測(cè)到障礙物和檢測(cè)不到障礙物時(shí)的輸出值。
接著,學(xué)生以小組合作的形式制定探究計(jì)劃并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。由于之前學(xué)生沒(méi)有接觸過(guò)科學(xué)探究的實(shí)驗(yàn),為鼓勵(lì)學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)任務(wù),教師為學(xué)生提供了一份有關(guān)科學(xué)探究一般步驟的表格,作為他們的學(xué)習(xí)支架,如表2所示。在學(xué)生制定探究計(jì)劃的過(guò)程中,教師要作為參與者參與其中。當(dāng)學(xué)生探究遇到問(wèn)題時(shí),教師也要作為引導(dǎo)者引導(dǎo)學(xué)生走出困境。教師請(qǐng)小組代表匯報(bào)本組的探究計(jì)劃,并請(qǐng)其他小組成員對(duì)他們的匯報(bào)內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià),最后教師對(duì)學(xué)生的計(jì)劃進(jìn)行總結(jié)。探究活動(dòng)結(jié)束之后,教師要給學(xué)生留一定的時(shí)間,讓他們結(jié)合剛才同學(xué)及教師的意見(jiàn),對(duì)探究計(jì)劃做進(jìn)一步的修改和完善。
表2 利用Arduino探究單擺周期導(dǎo)引
科學(xué)探究的步驟 具體內(nèi)容
提出問(wèn)題 擺鐘來(lái)回?cái)[動(dòng)一次的時(shí)間都是1秒嗎
形成假設(shè) 查找資料,形成自己的假設(shè)
制定計(jì)劃和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 1.所需器材
2.所需控制的變量
3.實(shí)驗(yàn)步驟
進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)記錄表
分析數(shù)據(jù)和得出結(jié)論 數(shù)據(jù)可視化、假設(shè)正確與否
評(píng)價(jià)與反思 對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)
3. 進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 收集數(shù)據(jù)
讓學(xué)生按照制定好的實(shí)驗(yàn)步驟,以小組的形式進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)操作,并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中做好相關(guān)的數(shù)據(jù)記錄。最后,通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的處理分析,各小組得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,驗(yàn)證或證偽假設(shè)。
4. 得出結(jié)論 評(píng)價(jià)交流
學(xué)生以小組為單位匯報(bào)本組獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論,并能夠?qū)Ρ窘M和其他小組的探究實(shí)驗(yàn)做出正確的評(píng)價(jià)。
教師首先讓完成探究實(shí)驗(yàn)的小組展示他們的實(shí)驗(yàn)裝置,再匯報(bào)他們獲得的數(shù)據(jù)和分析結(jié)論。本次教學(xué),全班一共30名學(xué)生,3名學(xué)生為一組,一共10組。在這10個(gè)組中,單擺來(lái)回?cái)[動(dòng)一次的時(shí)間都不是1秒,并且有5個(gè)小組經(jīng)過(guò)控制變量的方法得出:當(dāng)擺角和小球的質(zhì)量一定時(shí),擺線越長(zhǎng),單擺的周期越長(zhǎng),反之則越短;當(dāng)擺線和小球的質(zhì)量一定時(shí),單擺的周期與擺角無(wú)關(guān);當(dāng)擺線與擺角一定時(shí),單擺的周期與小球質(zhì)量無(wú)關(guān)。最后,教師選取了一個(gè)小組的探究實(shí)驗(yàn)作為范例,從器材選取、變量控制、程序算法、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等多個(gè)角度對(duì)作品進(jìn)行了評(píng)價(jià)。在學(xué)生掌握了評(píng)價(jià)尺度后,再讓各個(gè)小組對(duì)其他小組的實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)論進(jìn)行評(píng)價(jià),并投票選出最佳的探究實(shí)驗(yàn)方案。
5. 拓展提升 課堂總結(jié)
單擺在擺角小于5°時(shí),可近似認(rèn)為是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。此時(shí),單擺運(yùn)動(dòng)的周期公式為:T=2π√(L/g),其中L指擺長(zhǎng),g是當(dāng)?shù)刂亓铀俣取榱斯膭?lì)學(xué)生利用已有知識(shí),提高上網(wǎng)查閱資料的能力,在完成單擺周期的實(shí)驗(yàn)探究之后,教師提出了一個(gè)新問(wèn)題:如何利用單擺實(shí)驗(yàn)測(cè)出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋?/p>
最后,教師對(duì)本課進(jìn)行總結(jié):本課重點(diǎn)是掌握科學(xué)探究的一般過(guò)程和方法。因此,不僅要學(xué)習(xí)Arduino機(jī)器人本身的知識(shí)與技能,更希望大家在遇到問(wèn)題時(shí),將它作為探究過(guò)程中強(qiáng)有力的輔助工具,幫助我們更準(zhǔn)確地獲取數(shù)據(jù)、更方便地解決問(wèn)題。
本次教學(xué)主要是讓學(xué)生通過(guò)自主設(shè)計(jì)探究單擺實(shí)驗(yàn)的方案,體驗(yàn)科學(xué)探究的一般過(guò)程與方法,并能感受利用Arduino自動(dòng)獲取數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)及其給我們的工作帶來(lái)的便利,從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的興趣。從學(xué)生的任務(wù)完成情況來(lái)看,全班一共30名學(xué)生,全都制定了探究實(shí)驗(yàn)的方案,并得出了實(shí)驗(yàn)結(jié)論。對(duì)于拓展任務(wù),由于時(shí)間原因,許多學(xué)生只查閱了相關(guān)資料。但令人欣喜的是,有2組學(xué)生在好奇心的驅(qū)動(dòng)下,利用課余時(shí)間完成了測(cè)量重力加速度的任務(wù)。另外,本次教學(xué)還有一些需要改進(jìn)之處。比如,在讓學(xué)生制定探究計(jì)劃之前,對(duì)知識(shí)點(diǎn)的講解不夠全面;在編寫(xiě)程序的環(huán)節(jié),對(duì)學(xué)生的提示和引導(dǎo)不夠細(xì)致等。
[關(guān)鍵詞] 細(xì)胞周期蛋白激酶抑制劑;腫瘤;細(xì)胞周期
[中圖分類號(hào)] R979.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-0616(2014)13-44-04
[Abstract] As normally accepted, the cell proliferation is regulated through cell cycle and the occurrence of tumor may lie in deregulation of cell cycle, directly resulted from the abnormal of the complex of cyclin dependent kinase(CDK).It has become one of the most effective strategies to inhibit the activity of the complex for dealing with tumors.Thus,the study on CDK/Cylclin complex inhibitors is one of hot focuses in antitumor drug discovery.This thesis mainly discusses the types of CDK/Cyclin inhibitors and their clinical issues.
[Key words] Inhibitor;Cancer;Cell cycle
細(xì)胞周期的調(diào)控過(guò)程是在檢查點(diǎn)的監(jiān)視下,各種調(diào)控因子依次激活或滅活,從而啟動(dòng)細(xì)胞完成DNA復(fù)制,分裂為2個(gè)子代細(xì)胞的過(guò)程。在諸多細(xì)胞周期調(diào)控因子中,細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin dependent kinase,CDK)是處于核心位置,其與細(xì)胞周期蛋白Cyclins、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子(CKIs)等組成細(xì)胞周期調(diào)控的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1]。CDKs是一類絲氨酸/蘇氨酸激酶,目前有13種包括CDK1~13,分別在細(xì)胞周期調(diào)控CDKs(1~6)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控CDKs(7~13)起作用。細(xì)胞周期的調(diào)控事實(shí)上就是檢查點(diǎn)的調(diào)控,其中以G1/S調(diào)控點(diǎn)最為重要。細(xì)胞周期受到外界信號(hào)如生長(zhǎng)因子等刺激時(shí),催化亞基CDK4/CDK6與調(diào)節(jié)亞基CyclinD結(jié)合后,CDKs殘基被磷酸化/去磷酸化修飾而被激活,CDKs激活后催化Rb蛋白使之磷酸化,Rb基因(retinob lastoma gene)又稱為視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤基因,是第一個(gè)被克隆的抑癌基因,其蛋白磷酸化后與轉(zhuǎn)錄因子(如E2F)形成復(fù)合物的能力喪失,E2F在細(xì)胞周期調(diào)控中起重要作用,能誘導(dǎo)CyclinE和CDK2的表達(dá)并形成CyclinE/CDK2復(fù)合體,后者進(jìn)一步使Rb蛋白磷酸化,充分釋放E2F,隨后E2F進(jìn)入核內(nèi)激活一系列細(xì)胞周期進(jìn)入S期的必須基因的表達(dá)。在S期內(nèi)DNA復(fù)制晚期,CDK2被cyclinA激活,使轉(zhuǎn)錄因子E2F及時(shí)失活,阻止了由持續(xù)激活的E2F導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡[2-3]。
1 CDK/Cyclin抑制劑的種類
研究統(tǒng)計(jì)顯示,有超過(guò)90%的人類癌癥中CDK、Cyclin、CKI和Rb途徑中相關(guān)基因發(fā)生了變異,其中CDK和其相應(yīng)的調(diào)節(jié)亞基Cyclin的失常最為頻繁[2-3]。此外,細(xì)胞周期的波動(dòng)促進(jìn)了化療的抗性,降低了化療的效果。因此恢復(fù)細(xì)胞周期正常的CDK/Cyclin活性調(diào)控是治療腫瘤的策略之一。藥物研究人員已經(jīng)把尋找不同類型CDK和Cyclin抑制劑作為前沿的抗腫瘤藥物的重點(diǎn)研究方向。目前CDK抑制劑主要有內(nèi)源性的和外源性的兩種。
1.1 內(nèi)源性小分子抑制劑
1.1.1 小分子量蛋白 內(nèi)源性小分子抑制劑中最大的一類是低分子量蛋白質(zhì),根據(jù)結(jié)構(gòu)功能的差異分為兩大類:一類稱雙重特異家族INK4,包括p15,p16,p18,p19,該蛋白家族可抑制cyclin D相關(guān)激酶的活性,其抑制作用依賴蛋白與相應(yīng)的游離CDK4結(jié)合,從而阻斷CDK4與相應(yīng)cyclin D結(jié)合形成具有催化功能的二聚體復(fù)合物。另一類叫Kip家族,包括p21,p27,p57,該蛋白家族可以和cyclin E/CDK2與cyclinA/CDK1組成的二聚體復(fù)合物再組成三聚體,通過(guò)封閉二聚體的催化活性中心從而發(fā)揮其抑制作用這些內(nèi)源性抑制因子與激酶復(fù)合物結(jié)合后,可特異性地調(diào)節(jié)其活性,從而精確調(diào)節(jié)細(xì)胞由G1期向S期的轉(zhuǎn)化過(guò)程,內(nèi)源性CDK調(diào)節(jié)劑的存在不僅提示細(xì)胞本身的分裂、增殖具有精密的調(diào)控機(jī)制,而且也反應(yīng)了該信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)在細(xì)胞周期調(diào)控中的重要作用與地位[1-5]。研究表明,多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程與CDKs/cyclins的過(guò)度表達(dá)或其內(nèi)源性抑制因子表達(dá)下降有關(guān),如p16的缺失與小細(xì)胞和黑色素瘤、肺癌、乳腺癌和結(jié)直腸癌的發(fā)生密切聯(lián)系[4-7];p27蛋白的缺失常見(jiàn)于乳癌,前列腺癌,結(jié)腸癌以及消化道腫瘤[8-12]。因此,內(nèi)源性CDKs抑制因子的缺失或基因突變是腫瘤診斷的重要參考指標(biāo)。
1.1.2 非編碼小RNA 內(nèi)源性小分子抑制劑還有一類是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一類重要的非編碼RNA――microRNA,MicroRNA是一種長(zhǎng)度在21~23nt的非編碼RNA,通過(guò)與靶基因mRNA 3’UTR區(qū)的靶位點(diǎn)區(qū)域相互結(jié)合而快速有效地降解mRNA或抑制蛋白的翻譯,將蛋白控制在生命活動(dòng)所需的較低或最佳的水平上。已發(fā)現(xiàn)的參與細(xì)胞周期調(diào)控的microRNA已有10余種,其中miR-1-2與miR-34分別靶向CDK4,細(xì)胞周期被停滯于G1期,近而抑制腫瘤細(xì)胞增殖[13-15];miR-22靶向CDK6細(xì)胞周期停滯于G1期,誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞衰老。在不同的生物學(xué)過(guò)程中,這些miRNA通過(guò)靶向E2F、CDK、cyclin、p21、p27、DNA多聚酶α等促進(jìn)或阻滯細(xì)胞周期的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞周期的進(jìn)程。
1.2 外源性小分子抑制劑
外源性的抑制劑包括反義核酸、抗體、小分子RNA干擾(siRNA)和小分子化合物四種。小分子化合物是最主要的一類外源性CDK抑制劑。
1.2.1 小分子化合物 近幾年來(lái),由于對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的了解允許人們進(jìn)行分子模擬研究,在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)高效、有選擇性的CDKs化學(xué)抑制劑的研究方面取得了突破性進(jìn)展,可以說(shuō)這類化合物每天都有新的成員在增加[15-17]。目前小分子CDK抑制劑可分為以下13類:(1)嘌呤類(Roscovitine and Olomoucin)、(2)嘧啶類(PD-033299)、(3)黃酮類(Flavopiridols)、(4)噻唑類(SNS-03)、(5)吲哚類及其衍生物(SU951)、(6)哌酮類(Paullones)、(7)咪唑并吡啶、吡唑并吡啶類(AZ703),(8)吡嗪類(AT751)、(9)丁酸內(nèi)酯類(butyrolactone-1),(10)十字苞堿類(UCN-01)等13種,其中發(fā)展較快的為嘌呤類、嘧啶類、氨基噻唑類、黃酮類、吲哚咔唑類似物、Paullones、靛玉紅及其衍生物和吡嗪類。已有13個(gè)小分子抑制劑進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)階段。它們都是平面雜環(huán)的小分子化學(xué)物,與ATP競(jìng)爭(zhēng)性地結(jié)合在CDK激酶的ATP結(jié)合位點(diǎn)上。如Seliciclib[CYC202,(R)-roscovitine]是一個(gè)2,6,9-三元取代的嘌呤類似物,選擇性抑制CDKs/Cyclins,尤其是對(duì)CDK2/cyclinE的抑制作用最強(qiáng)。在體外對(duì)激酶活性的影響IC50值分別為CDK1/cyclinB(2.69μM)、CDK2/cyclinA(0.71μM)、CDK2/cyclinE(0.10μM)、CDK4/cyclinD1(14.21μM)、CDK7/cyclinH(0.49μM)、ERK-2(1.17μM)、PKA>50μM、PKC>100μM和SAPK>20μM。在體外,CYC202對(duì)多種人腫瘤細(xì)胞株的增殖有抑制作用,如乳腺癌、前列腺癌、肺癌等。IC50值范圍是7.9~30.2μM,在24h,達(dá)到80%凋亡率時(shí),CYC202濃度是20μM。對(duì)正常細(xì)胞的毒性明顯低于對(duì)癌細(xì)胞的毒性,IC50在22.2~100μM這個(gè)范圍。CYC202能抑制凋亡抑制基因的表達(dá),通過(guò)抑制MDM2的表達(dá),阻滯p53的降解,誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞周期停滯G1/S與G2/M期,降低pRb的磷酸化水平,誘導(dǎo)細(xì)胞周期各個(gè)時(shí)相的細(xì)胞凋亡。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明,CYC202耐藥性好,口服生理活性良好,對(duì)由人結(jié)腸癌、子宮癌細(xì)胞接種裸鼠體內(nèi)的實(shí)體瘤有明顯的抑制作用。CYC202正在進(jìn)行2個(gè)Ib期劑量增加的臨床實(shí)驗(yàn),在Ib期研究中發(fā)現(xiàn),10例患有卵巢癌的患者服用CYC2024個(gè)月以上,腫瘤沒(méi)有增加和嚴(yán)重的治療相關(guān)的副作用,其中1個(gè)患者的腫瘤縮小了30%以上,治療1年以上的患者病情穩(wěn)定。Ⅱ期臨床研究發(fā)現(xiàn),CYC202單獨(dú)應(yīng)用效果稍差,與其他化療藥物聯(lián)合應(yīng)用治療效果顯著。CYC202聯(lián)合卡培他濱治療乳腺癌,聯(lián)合2,2-二氟脫氧胞嘧啶核苷或順鉑治療肺癌、鼻咽癌的IIb期臨床實(shí)驗(yàn)也在進(jìn)行[18-24]。
1.2.2 小分子RNA干擾 小分子RNA干擾技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,使特異性的干預(yù)靶分子的基因表達(dá)的研究成為可能,有不少科學(xué)家開(kāi)始從基因水平干預(yù)CDK/Cyclin的合成。Lima等[25-26]將靶向CyclinE的siRNA轉(zhuǎn)染到肝癌細(xì)胞Hep3B、HepG2、SNU449(CyclinE過(guò)表達(dá)),HuH7(CyclinE沒(méi)有過(guò)表達(dá))后發(fā)現(xiàn),在過(guò)表達(dá)CyclinE的細(xì)胞中,CyclinE的表達(dá)下降了90%,DNA合成明顯下降,細(xì)胞發(fā)生凋亡。Galimberti等[27]將分別靶向CyclinE、CDK2、CDK1的siRNA轉(zhuǎn)染鼠肺癌細(xì)胞HOP-62、H-522、H-23后,發(fā)現(xiàn)CyclinE/CDK2能引起細(xì)胞凋亡,抑制肺癌細(xì)胞的增殖,而CDK1siRNA對(duì)細(xì)胞凋亡無(wú)影響。CDK1 siRNA干擾導(dǎo)致的CDK1表達(dá)降低只引起細(xì)胞期阻滯,細(xì)胞增殖減慢;而CDK1和CDK2 siRNA的共同干擾作用導(dǎo)致的CDK1、CDK2表達(dá)同時(shí)降低,引起細(xì)胞周期S期和G2/M期的阻滯,同時(shí)誘導(dǎo)了細(xì)胞的凋亡。曹銀芳等[28]成功將靶向CDK2/CyclinE的siRNA重組表達(dá)載體轉(zhuǎn)染肝癌HepG2細(xì)胞后,發(fā)現(xiàn)CDK2和CyclinE mRNA表達(dá)顯著下降,細(xì)胞周期停滯于S期發(fā)生阻滯,G1期細(xì)胞明顯增多,Caspase-3活性增強(qiáng),HepG2細(xì)胞發(fā)生了凋亡,并且細(xì)胞周期的改變與轉(zhuǎn)染后HepG2細(xì)胞體外增殖力下降是一致的。
2 問(wèn)題與展望
CDK1,CDK2,CDK4,CDK6是熱門(mén)的抗癌靶標(biāo),但由于激酶ATP結(jié)合位點(diǎn)高度的保守性,選擇性小分子抑制劑的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)是一個(gè)公認(rèn)的難題。因激酶結(jié)構(gòu)的保守性而產(chǎn)生的耐藥性和毒副作用,嚴(yán)重阻斷了化療藥物的抗腫瘤效應(yīng),限制和影響了治療的效果。研究發(fā)現(xiàn)CDKs/Cylcins抑制劑的臨床應(yīng)用出現(xiàn)的最大問(wèn)題是腫瘤的耐藥性導(dǎo)致了腫瘤的復(fù)發(fā),療效明顯降低。其抗性的產(chǎn)生與該致癌激酶基因的擴(kuò)增、補(bǔ)充途徑及信號(hào)通路的反饋調(diào)節(jié)相關(guān)。此外,其抗性還與藥物靶點(diǎn)的單一或群體突變有關(guān),導(dǎo)致了藥物與靶點(diǎn)的親和性差。
siRNA藥物誘導(dǎo)的RNAi具有特異性和高效性,是對(duì)成癮性致癌基因?qū)嵤┌邢蛑委煹睦硐脒x擇。研究發(fā)現(xiàn),化療藥物與siRNA聯(lián)合作用于腫瘤細(xì)胞,具有協(xié)同作用,基因治療可作為化學(xué)治療藥物外的補(bǔ)充途徑。Wang等[29]發(fā)現(xiàn),用livin-siRNA表達(dá)載體轉(zhuǎn)染腫瘤細(xì)胞導(dǎo)致livin基因沉默后,可激活caspase-3并增加腫瘤細(xì)胞對(duì)紫外線等其他促凋亡刺激信號(hào)的敏感性。用RNAi技術(shù)下調(diào)bcl-2或XIAP基因表達(dá),可增加人乳腺癌細(xì)胞MCF-7依托泊苷及阿霉素的敏感性,表現(xiàn)為腫瘤細(xì)胞的數(shù)量與活性下降、凋亡率增加,較單一化療藥物處理組活性細(xì)胞數(shù)目明顯減少。Chistiane等[30]將針對(duì)多藥耐藥基因MDR1編碼的P-gp-siRNA轉(zhuǎn)染人胰腺癌細(xì)胞EPP85-181RDB和人胃癌細(xì)胞EPG85-257RDB,發(fā)現(xiàn)上述細(xì)胞對(duì)柔紅霉素的耐藥性分別下降了89%和58%。具有MDR特性的K562細(xì)胞經(jīng)上述siRNA處理后,也觀察到類似效果。因此,siRNA干擾技術(shù)可能是解決臨床上藥物抗性的主要手段之一。
CDK及其相關(guān)蛋白表達(dá)異常與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。不少外源性或者是內(nèi)源性的CDK抑制劑在抑制CDK后,都能很好的抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。然而單獨(dú)CDK抑制劑治療,會(huì)有腫瘤逃逸的現(xiàn)象,而無(wú)法根治腫瘤。因此與其他治療手段聯(lián)合的治療方式,將是CDK抑制劑研究的方向之一。
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【關(guān)鍵詞】 胃癌前病變 蛋白激酶C 細(xì)胞周期素E 益氣化瘀中藥 大鼠
Abstract:Objective To observe the effect of Yiqi Huayu Recipe on the expression of protein kinase C (PKC) and CyclinE in rats with gastric precancerous lesions (GPL). Methods The model of GPL was established mainly through N-methyl-N-nitro N-nitrosoguanidine (MNNG) together with other factors including alcohol stimulation and undue hunger and overeating. The survived rats after modeling were randomly pided into spontaneous recovery, and high-, moderate- and low-dose Yiqi Huayu group. After the corresponding treatment, the expression of PKC and CyclinE were detected by immunohistochemical method in each group. Results The expression of PKC and CyclinE in trement group were distinctly lower than those in spontaneous recovery group (P
Key words:gastric precancerous lesions;protein kinase C;CyclinE;Yiqi Huayu Recipe;rat
慢性萎縮性胃炎(CAG)伴中重度不典型增生或/和不完全性結(jié)腸型化生是胃癌的重要癌前病變。益氣化瘀法是臨床治療胃癌前病變的主要治療方法,取得了很好的治療效果。為了探討其作用機(jī)制,特設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn),現(xiàn)報(bào)道如下。
1 材料與方法
1.1 主要藥物、試劑及儀器
甲硝基亞硝基胍(MNNG)為Fluka公司產(chǎn)品,每周用雙蒸水配成1 g/L的母液,4 ℃避光儲(chǔ)存,臨用時(shí)用雙蒸水配成所需濃度;脫氧膽酸鈉購(gòu)自湖北省醫(yī)藥公司;雷尼替丁由杭州賽諾菲圣德拉堡民生制藥有限公司生產(chǎn);蛋白激酶C(PKC)小鼠抗大鼠單克隆抗體為Santa Gruz公司產(chǎn)品;生物素化山羊抗小鼠IgG(二抗)、辣根酶標(biāo)記鏈親合素(三抗)、DAB、封閉用山羊血清等為博士德試劑公司產(chǎn)品;細(xì)胞周期素E (CyclinE)單克隆抗體購(gòu)于福州邁新生物技術(shù)開(kāi)發(fā)公司。益氣化瘀中藥主要由太子參、石斛、三七、郁金、白花蛇舌草等組成,濃度2 g/mL。
1.2 造模及給藥
選用SPF級(jí)6周齡SD雄性大鼠62只,體質(zhì)量100~120 g。造模參照嚴(yán)氏等[1-3]綜合造模方法并加以改進(jìn)。大鼠自購(gòu)進(jìn)后適應(yīng)性喂養(yǎng)1 d。從62只大鼠中隨機(jī)抽取13只作為正常組,其余49只用于造模。正常組大鼠不做任何處理;造模大鼠每日自由飲用100 mg/L MNNG液(飲料瓶用油漆涂黑避光)、進(jìn)食含0.3 g/L雷尼替丁的純鼠飼料、上午用56 ℃ 150 g/L的氯化鈉液按10 mL/kg灌胃,進(jìn)食2 d,禁食l d,進(jìn)食當(dāng)天下午用8.5 g/L脫氧膽酸鈉溶液按l0 mL/kg灌胃,禁食當(dāng)天下午用400 mL/L乙醇按l0 mL/kg灌胃,連續(xù)24周。24周末時(shí)隨機(jī)抽取正常組和造模大鼠各1只,殺檢,觀察組織病理學(xué)變化(以HE染色光學(xué)顯微鏡下觀察的結(jié)果為主),確認(rèn)模型是否成功。
造模型成功后,將造模存活的48只大鼠隨機(jī)分為自然恢復(fù)組l2只,中藥高、中、低劑量組(簡(jiǎn)稱高、中、低劑量組)各12只。高劑量組每日每只按20 g/kg(相當(dāng)于成人1 d用量的2倍)灌胃,中劑量組按10 g/kg(相當(dāng)于成人1 d用量)灌胃,低劑量組按5 g/kg(相當(dāng)于成人1 d用量的一半)灌胃。治療16周。自然恢復(fù)組同正常組大鼠常規(guī)飲食。40周末所有動(dòng)物禁食1 d,處死,剖腹取胃,沿胃大彎剪開(kāi),生理鹽水沖洗,肉眼觀察,平鋪于硬紙板上,于胃竇部剪取組織1塊,40 g/L多聚甲醛固定,石蠟包埋,切片5 mm,免疫組織化學(xué)染色。
1.3 檢測(cè)方法及判斷標(biāo)準(zhǔn)
免疫組織化學(xué)用SP法,按試劑說(shuō)明書(shū)操作,DAB顯色,PBS代替一抗作陰性對(duì)照,已知陽(yáng)性切片作陽(yáng)性對(duì)照。CyclinE定位于細(xì)胞核,免疫組化染色陽(yáng)性信號(hào)為棕色和棕黃色;PKC主要存在于胞漿,免疫組化染色陽(yáng)性信號(hào)為黃色。
CyclinE每張切片隨機(jī)選取4個(gè)400高倍視野。“-”:無(wú)陽(yáng)性細(xì)胞或陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)50%細(xì)胞染色。染色總評(píng)分為染色強(qiáng)度+染色范圍。
1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法
計(jì)數(shù)資料用卡方檢驗(yàn),計(jì)量資料用t檢驗(yàn),數(shù)據(jù)用x±s表示, P
2 結(jié)果
(見(jiàn)表1、表2)表1 各組大鼠PKC蛋白表達(dá)情況(略)注:與自然恢復(fù)組比較,*P
3 討論
PKC是1977年由日本學(xué)者Nishi zuka等首次在鼠腦的胞質(zhì)成分中發(fā)現(xiàn)的一種依賴磷脂和鈣的蛋白激酶,其廣泛分布于真核細(xì)胞中,由多種具有不同生物學(xué)特性的同工酶組成,是細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)的重要遞質(zhì)。PKC通常處于失活狀態(tài),被激活后可由細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)位到細(xì)胞膜,能夠使眾多蛋白質(zhì)中的絲氨酸和蘇氨酸發(fā)生磷酸化而發(fā)揮作用。因此,PKC的活化不僅與正常細(xì)胞和異常細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、凋亡等多種生物學(xué)效應(yīng)有關(guān),更在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移和多藥耐藥等方面發(fā)揮重要作用。有人采用不同濃度的PKC抑制劑Staurosporine(ST)作用于人胃癌細(xì)胞株MGC 803和SGC 7901后,細(xì)胞增殖受到明顯抑制,表明PKC在胃癌細(xì)胞增殖中具有重要作用[5]。胃癌細(xì)胞增殖時(shí),PKC活性表現(xiàn)為上調(diào)趨勢(shì),而誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞凋亡時(shí),它表現(xiàn)為下調(diào)趨勢(shì)[5-7],一些化療藥物和抑制增殖及誘導(dǎo)凋亡的藥物如特異性環(huán)氧化酶2抑制劑也通過(guò)下調(diào)PKC活性而抑制胃癌細(xì)胞生長(zhǎng)[8-9]。CyclinE是細(xì)胞周期G1/S期轉(zhuǎn)移調(diào)控的一個(gè)正性調(diào)控因子,在細(xì)胞周期中含量是呈周期性變化的細(xì)胞周期調(diào)控蛋白[10]。異常情況下CyclinE蛋白失去周期性表達(dá),而在整個(gè)細(xì)胞周期中表達(dá)水平高,則可使細(xì)胞發(fā)生異常增殖[11],從而參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展。
本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,以MNNG為主的多因素聯(lián)合攻擊法誘發(fā)的大鼠胃癌前病變(自然恢復(fù)組)黏膜PKC、CyclinE蛋白表達(dá)明顯增高,益氣化瘀中藥治療組能使PKC蛋白表達(dá)及CyclinE蛋白陽(yáng)性例(率)明顯下降,與自然恢復(fù)組比較,P
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[關(guān)鍵詞] 生物蛋白膠;高位肛周膿腫
[中圖分類號(hào)] R657.1+5 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673-9701(2009)36-95-02
Goligher[1]認(rèn)為高位肛周膿腫包括高位肌間膿腫、直腸后膿腫、骨盆直腸窩膿腫等。因其膿腔位置高、創(chuàng)面大,故愈合時(shí)間較長(zhǎng)。尤其術(shù)后換藥時(shí)沖洗膿腔,給患者帶來(lái)較大的疼痛。我科于2006年5月~2008年12月采用生物蛋白膠Ⅱ期封堵術(shù)治療高位肛周膿腫30例有較好的效果,能縮短傷口愈合時(shí)間,減輕換藥時(shí)的疼痛,現(xiàn)總結(jié)如下。
1資料與方法
1.1一般資料
從2006年5月~2008年12月抽取觀察組和對(duì)照組均30例,入選病例均符合高位肛周膿腫的診斷標(biāo)準(zhǔn)。觀察組30例,男18例,女12例;年齡22~48歲,平均(35.4±1.9)歲;病程5~14d,平均(7.9±1.1)d;均為1個(gè)外口;術(shù)前均行腔內(nèi)B超檢查,結(jié)合術(shù)中探查,其中診斷為骨盆直腸窩膿腫22例,高位后馬蹄形膿腫8例。對(duì)照組30例,男17例,女13例;年齡26~50例,平均年齡(34±2.3)歲;病程4~8d,平均(3.5±1.5)d;均為1個(gè)外口;其中診斷為骨盆直腸窩膿腫18例,高位后馬蹄形膿腫12例。
1.2診斷標(biāo)準(zhǔn)及病例選擇
西醫(yī)診斷標(biāo)準(zhǔn)采用2000年4月中華醫(yī)學(xué)會(huì)外科學(xué)分會(huì)肛腸外科學(xué)組成都會(huì)議“暫行標(biāo)準(zhǔn)”[2,3]。
1.3納入標(biāo)準(zhǔn)
①符合西醫(yī)診斷標(biāo)準(zhǔn);②符合中醫(yī)診斷標(biāo)準(zhǔn)。
1.4排除標(biāo)準(zhǔn)
①排除特異性感染、急性感染者和嵌頓型混合痔者;②排除有嚴(yán)重全身合并癥(如血液病、心肺肝腎功能嚴(yán)重不全等)者;③排除瘢痕體質(zhì)、過(guò)敏體質(zhì)及多種藥物過(guò)敏者。
1.5手術(shù)方法
觀察組和對(duì)照組術(shù)前腸道準(zhǔn)備、術(shù)后抗生素使用均一致。術(shù)前清潔灌腸,鞍麻或硬外麻,封堵左側(cè)膿腔采用左側(cè)臥位,封堵右側(cè)膿腔采用右側(cè)臥位。先行膿腫切開(kāi)根治術(shù),盡可能在齒狀線附近找到內(nèi)口并切開(kāi)內(nèi)口,術(shù)中須盡可能用刮匙搔扒膿腔內(nèi)腐爛組織,完全切除膿腔壁硬結(jié)組織。術(shù)后換藥時(shí)創(chuàng)面填塞油紗,使創(chuàng)面充分引流,術(shù)后使用敏感抗生素積極抗感染治療,待創(chuàng)面肉芽新鮮、分泌物少時(shí),可擇期行生物蛋白膠Ⅱ期封堵術(shù)。Ⅱ期封堵術(shù)仍采用鞍麻或硬膜外麻醉,麻醉滿意后,先用無(wú)醇型安爾碘消毒液沖洗創(chuàng)面,再用生理鹽水棉球或紗布徹底清洗整個(gè)創(chuàng)面,然后用配置好的豐聯(lián)纖維蛋白封閉劑10mL從高位膿腔頂部注入創(chuàng)面,使之充分充滿空腔,封堵創(chuàng)面,術(shù)畢后,外敷生理鹽水紗布。對(duì)照組采取傳統(tǒng)切開(kāi)掛線術(shù),以球頭探針自人造外口沿主管道向肛內(nèi)探查,于內(nèi)口拉出肛外,先將通過(guò)內(nèi)括約肌、外括約肌皮下部、淺部的低位管道部分作放射狀切開(kāi),切除外口周圍組織,搔刮腐敗壞死組織,瘢痕組織一并切除。對(duì)波及外括約肌深部和恥骨直腸肌的高位管道則通過(guò)探針掛入橡皮筋并拉緊結(jié)扎,其余支管一并切除,修剪切口成V形。
1.6觀測(cè)指標(biāo)
術(shù)后疼痛程度(采用視覺(jué)模擬評(píng)分法)、創(chuàng)面愈合時(shí)間、治愈率。
2結(jié)果
根據(jù)1992年全國(guó)肛腸學(xué)會(huì)制定的療效標(biāo)準(zhǔn),超過(guò)半年隨訪,觀察組治愈28例,2例復(fù)發(fā),治愈率93.3%;對(duì)照組治愈27例,3例復(fù)發(fā),治愈率90.0%。觀察組傷口愈合時(shí)間及疼痛程度優(yōu)于對(duì)照組,見(jiàn)表1。
3討論
醫(yī)用生物蛋白膠也稱為纖維蛋白封閉劑,是從血液中提取相關(guān)成分、,模擬人體凝血過(guò)程的最后階段、最終形成乳白色凝膠物而在外科手術(shù)中發(fā)揮各種臨床功能的一種高科技醫(yī)用生物材料。通常用于手術(shù)過(guò)程中術(shù)野滲血及小靜脈出血的局部止血;封閉缺損組織;防止組織粘連,促進(jìn)創(chuàng)傷愈合。國(guó)內(nèi)外已將此材料廣泛用于臨床各類瘺管,如腸瘺[4]、腸吻合口瘺、食管胃吻合口瘺、胰瘺、淋巴瘺、消化道外瘺等,并取得良好的效果。國(guó)內(nèi)暫未見(jiàn)醫(yī)用生物蛋白膠治療肛瘺及膿腫的文獻(xiàn)。當(dāng)它與膿腔創(chuàng)面接觸時(shí),能迅速形成凝塊,有效地填堵、封閉缺損的組織――膿腔。組織生物相容性好,無(wú)局部異物反應(yīng)[5],且在2周左右可被組織吸收,不需從膿腔中排出。生物蛋白膠經(jīng)自帶的導(dǎo)管系統(tǒng)被輸送到膿腔的頂端,在膿腔頂端深部混合形成凝塊,發(fā)揮填堵效應(yīng)。隨著導(dǎo)管系統(tǒng)邊注膠邊退出,使膿腔由深至淺完全填堵封閉。其方法簡(jiǎn)便易行、效果確切,適用范圍廣,為高位膿腫的治療提供了一種新方法。為達(dá)到理想的治療效果,行生物蛋白膠Ⅱ期封堵術(shù)的時(shí)機(jī)選擇在膿腫切開(kāi)排膿根治術(shù)后,膿腔創(chuàng)面肉芽組織新鮮,且分泌物少。封堵前,應(yīng)盡量將膿腔用生理鹽水清洗干凈,然后用干紗布吸凈膿腔內(nèi)液體,盡可能填充所有的膿腔,不留殘腔。因纖維蛋白封堵劑的主要成分為蛋白質(zhì),與酒精、碘和重金屬接觸會(huì)引起蛋白質(zhì)變性;因此,應(yīng)避免與上述物質(zhì)接觸,術(shù)后僅用生理鹽水紗布外敷創(chuàng)面即可。術(shù)后3日內(nèi)控制排大便,以防排便時(shí)肛旁肌肉組織收縮而引起膿腔內(nèi)所填塞的凝膠外漏。
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