肺气肿合并间歇低氧大鼠内皮功能障碍及抗氧化干预的研究

摘要

背景与目的:慢性阻塞性肺疾病(COPD)和阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)均是心血管疾病的独立危险因素,低氧是两者共同的病理生理特征.两者并存,称为重叠综合征(OS).同单纯COPD或OSA相比,OS会引起更加严重的夜间低氧血症、高碳酸血症和肺动脉高压,心血管疾病的发生更早更严重,死亡风险明显增加.血管内皮损伤是动脉粥样硬化疾病的始动环节,继而导致心血管事件的发生.目前对于OS与心血管疾病并发症之间潜在的作用机制尚不十分明确,可能与诱导内皮损伤的低氧引起的炎症反应、细胞凋亡等有关.因此,我们建立了肺气肿合并间歇低氧大鼠模型,研究其系统炎症状态及内皮细胞凋亡水平的变化,并探讨抗氧化剂干预是否可以通过抑制炎症反应和内皮细胞凋亡起到保护血管内皮的作用,为OS患者心血管疾病的防治提供新的策略和实验依据. 实验方法:将66只成年雄性Wistar大鼠随机分成6组:常氧对照组(NC组)、间歇低氧组(IH组)、熏烟暴露组(CH组)、熏烟暴露重叠IH组(OS组)、重叠暴露NaCl干预组(OSN组)、重叠暴露Tempol干预组(OST组),按照上述不同方式暴露8周.实验结束前两天,每组随机抽取3只大鼠进行动脉血气分析预实验,检测动脉血氧分压(PaO2)、动脉血二氧化碳分压(PaCO2)、动脉血氧饱和度(SaO2)、PH值等指标.8周暴露结束后,每组大鼠均获得肺脏组织行苏木素-伊红染色(HE)染色,观察肺组织的病理形态改变并计算肺平均肺泡数(MAN)、平均内衬间隔(MLI);收集每只大鼠的血清,酶联免疫吸附法(ELISA)检测大鼠血清循环炎性标志物细胞间粘附分子-1(ICAM-1)和血管细胞粘附分子-1(VCAM-1);收集每只大鼠新鲜血液,采用流式细胞术检测大鼠循环血内皮细胞(CECs)凋亡率. 结果:(1)各组大鼠检测的动脉血气分析PH值均在正常范围内,IH组、OS组、OSN组和OST组大鼠低氧阶段PaO2分别为56.83±2.10,50.92±1.58,51.01±1.27和65.45±2.17mmHg,复氧阶段PaO2分别为91.78±1.12,79.58±0.62,80.12±1.12和84.27±1.97mmHg,其PaO2随压缩空气、N2循环交替充入呈现周期性地降低与恢复正常,基本符合IH状态;CH组、OS组、OSN组和OST组大鼠出现明显的肺气肿样改变及炎症细胞浸润,OST组较OS组、OSN组低氧状态及病理形态有所改善;OS组大鼠MAN最低,NC组最多,IH组较CH组MAN增多(均P<0.001);OS组大鼠MLI最高,NC组最低,CH组较IH组MLI增多(均P<0.001);OST组大鼠MAN高于OS组,MLI低于OS组(均P<0.001). (2)不同暴露条件下各组大鼠外周血ICAM-1、VCAM-1水平差异明显(F=573.934和634.521,P=0.000).OS组大鼠外周血ICAM-1、VCAM-1水平最高(21.06±0.82pg/ml和419.43±17.57ng/ml,P<0.001),NC组水平最低(8.01±0.59pg/ml和128.40±9.17ng/ml,P<0.001),IH组水平(14.65±0.52pg/ml和299.33±12.39ng/ml)明显高于CH组(11.14±0.56pg/ml和221.99±14.80ng/ml,P<0.001). (3)不同暴露条件下各组大鼠外周血CECs凋亡率差异明显(F=450.073,P=0.000).OS组大鼠外周血CECs凋亡率最高(30.44±1.19%,P<0.001),NC组CECs凋亡率最低(13.01±0.86%,P<0.001),IH组凋亡率(24.34±1.01%)高于CH组(18.56±0.92%,P<0.001). (4)抗氧化剂tempol干预后,不同组别大鼠外周血ICAM-1、VCAM-1水平差异明显(F=405.942和876.975,P=0.000).OST组与OS组、OSN组相比,大鼠外周血ICAM-1水平降低(14.35±1.05VS21.06±0.82pg/ml和14.35±1.05VS20.96±0.97pg/ml,均P<0.05),大鼠外周血VCAM-1水平降低(273.56±13.53VS419.43±17.57ng/ml和273.56±13.53VS411.09±10.55ng/ml,均P<0.001);OST组与NC组相比,大鼠外周血ICAM-1水平升高(14.35±1.05VS8.01±0.59pg/ml,P<0.001),大鼠外周血VCAM-1水平升高(273.56±13.53VS128.40±9.17ng/ml,P<0.001);OS组和OSN组相比,两者差异均无统计学意义(P>0.05). (5)抗氧化剂tempol干预后,不同组别大鼠CECs凋亡率差异明显(F=196.657,P=0.000).OST组与OS组、OSN组相比,大鼠外周CECs凋亡率降低(27.15±1.49VS30.44±1.19%和27.15±1.49VS31.13±2.70%,均P<0.001);OST组与NC组相比,大鼠CECs凋亡率增加(27.15±1.49VS13.01±0.86%,P<0.001);OS组和OSN组相比,差异无统计学意义(P>0.05). 结论:(1)光镜下肺脏病理及血气分析结果表明,肺气肿合并IH大鼠模型初步建立成功,两者重叠后肺组织损伤及低氧程度更重. (2)熏烟暴露重叠IH组大鼠系统性炎症反应和内皮细胞凋亡率较单纯CH组或IH组明显加重,提示肺气肿合并IH在炎症和内皮细胞凋亡水平可能存在协同效应,进而导致更加严重的血管内皮损伤. (3)抗氧化剂tempol干预后大鼠外周血ICAM-1、VCAM-1水平和CECs凋亡率较OS组显著降低,提示抗氧化剂可以减弱肺气肿合并IH诱导的炎症反应并减缓内皮细胞凋亡,继而起到保护血管内皮的作用. (4)抗氧化剂tempol干预后大鼠外周血ICAM-1、VCAM-1水平和CECs凋亡率较常氧对照组明显升高,提示肺气肿合并IH可能是通过多种途径诱导炎症反应和内皮细胞凋亡,tempol只能部分改善肺气肿合并IH诱导的内皮损伤.

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