間歇低氧的大鼠模型體內的氧化應激、炎癥反應導致代謝紊亂發生的機制

徐永紅 賈曉民 趙杰 李海泉 王海清 杜永亮

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome,OSAHS)是臨床上常見的較為復雜的呼吸系統疾病, 表現為在睡眠過程中反復間斷缺氧(chronic intermittent hypoxia, CIH) 以及再氧合, 發生氧化應激, 形成體內的慢性低度系統性炎癥(chronic low-grade systemic inflammation, CLGSI), 是OSAHS主要的病理生理特征,與OSAHS導致的靶器官損害密切相關［1,2］, 而且CLGSI很可能是OSAHS發生代謝紊亂的主要因素［3］, 本研究通過測定間歇缺氧的大鼠模型體內中超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、hs-CRP的水平, 以及與代謝紊亂相關指標的關系,探討OSAHS發生代謝紊亂可能的機制。

1 材料與方法

1.1. 慢性間歇缺氧的大鼠模型的建立 隨機將50只體質量為l90～200 g的8周齡雄性健康SD大鼠, 分為空白對照組10只、CIH組40只, 自制密閉的間歇低氧動物艙內, 按氣體流動方向設置進氣孔、出氣孔, 用數字測氧儀檢測缺氧艙中的氧濃度, 調節氣流流量, 目的是使每一個循環缺氧箱內的最低氧濃度能達到7%～8%,持續約5～7 s, 然后逐漸恢復到2%～21%左右, 持續約5～7 s。間歇低氧刺激總時間8 h/d(9AM～5PM), 每周7 d, 持續12周。正常對照組大鼠置于相同規格的艙內, 給予空氣脈沖供氣。

1.2 實驗方法 分別于間歇缺氧2、4、8、12周檢測大鼠尾動脈收縮壓以及抽取血樣。①大鼠尾動脈收縮壓的測定：大鼠尾動脈血壓測量方法參照大鼠尾壓測量儀使用說明書,用心電圖機替代二導生理記錄儀。連續監測測3次收縮壓,取平均值為大鼠尾動脈血壓。②血液的采集和處理：用3%戊巴比妥鈉(40 mg/kg)腹腔注射麻醉大鼠成功后, 游離SD大鼠一側后肢股動脈, 遠端結扎, 近端接套管針取血, 結束后同樣結扎, 一次最大可以取血 5 ml左右。抽血結束后在結扎血管前, 應補充與抽取量等量的晶體液, 以防術后發生低血容量性休克導致大鼠急性死亡。檢測代謝紊亂相關指標如空腹血糖, 甘油三酯, 膽固醇, 稱體質量。以ELISA法分別測定血清中超氧化物歧化酶(SOD)及丙二醛(MDA)濃度、高敏C反應蛋白(hs-CRP)水平。

1.3 統計學方法 采用SPSS 13.0軟件進行統計分析。測定符合正態分布的數據結果用均數±標準差(±s) 表示, 對于計數資料, 采用秩和檢驗,P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

如下表1, 在第12周實驗結束時, 按照危險因素進行分組, 納入低危組8例, 高危組12例, 代謝綜合征組20例。隨著代謝紊亂危險因素的增加, 超氧化物歧化酶(SOD)活性降低, 丙二醛(MDA), hs-CRP的水平逐漸增高, 與空白對照組比較有較差異有統計學意義(P<0.05, 表1)。

通過比較飼養2周與12周的間歇缺氧實驗大鼠模型,其中發生代謝紊亂發生的危險因素逐漸增加, 而且隨著飼養時間的延長, 其發生代謝紊亂的危險因素亦增加。

表1

表2 間歇缺氧大鼠的代謝綜合癥發病率的比較

3 討論

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(OSAHS)是一種復雜的呼吸系統疾病, 睡眠時上呼吸道反復塌陷阻塞引起的呼吸暫停和低通氣, 伴有睡眠結構改變和睡眠時血氧飽和度下降,導致全身各系統、多臟器功能受損, 對人體健康造成嚴重危害, 目前已引起國內外學者的廣泛重視。OSAHS患者多存在高血壓、糖耐量減低和高脂血癥等疾病, 而這些因素都是代謝綜合征的組成成分。許多研究發現, 代謝綜合征(metabolic syndrome MS)與高血壓、糖尿病、心腦血管疾病的相關性已受到醫學界的高度關注［4,5］。目前, 對OSAHS與代謝綜合征的相關性研究成為近年來的熱點, 國內學者報道, 老年代謝綜合征患者的OSAHS患病率為89.1%, 而國外學者報道為95.8%。有關OSAHS患者中MS的發病率及與代謝紊亂相關性指標如高血壓、高血糖和高脂血癥等的研究報道逐漸增多［6］。本研究旨在通過間歇缺氧的大鼠模型, 模擬阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征睡眠中發生的慢性低氧/再氧合病理生理過程, 探討OSAHS發生代謝紊亂的機制。

國內外學者研究發現, 在OSAHS患者中存在間歇缺氧,這種缺氧一復氧方式可以出現類似缺血一再灌注過程中的病理變化, 產生大量的活性氧(ROS), 進而能引起機體發生氧化應激反應, 間歇低氧程度越重, 所引起的氧化應激反應越強［7］。丙二醛(MDA)是生物膜中的多不飽和脂肪酸受到氧自由基堆攻擊后, 引發脂質過氧化作用形成的最終分解產物, 其含量的高低反應機體受氧自由基攻擊的程度。SOD是機體抗氧化防御御體系中一類重要的金屬酶類, 它能使氧自由基產生歧化反應, 使有毒的氧自由基在SOD和過氧化氫酶的作用下,變成無毒性的H2O和O2。本研究發現隨著間歇缺氧時間的延長, 氧化應激的反應程度越強烈, 而且代謝紊亂發生的危險因素增加。

氧化應激還與炎癥存在一定的相關性, OSAHS患者的間歇性低氧可引起氧化應激反應, 從而促使氧化還原敏感基因的表達和黏附分子的表達, 黏附分子進而增加炎癥細胞與內皮細胞的親和力。高敏感C反應蛋白(hs-CRP)和IL-6在炎癥中具有多種生物學功能, 是機體炎癥重要的標記物。Vgontzas等［8］比較了OSAHS患者IL-6和hs-CRP的水平,發現IL-6和hs-CRP的水平在OSAHS患者中明顯升高。近幾年的研究發現這些炎癥細胞和炎癥因子在形成胰島素抵抗和心腦血管疾病中具有重要作用。hs-CRP是炎癥過程的重要標志, 是反映體內炎癥水平最敏感和最常用的標志。Yokoe等人對30例男性OSAHS患者的hs-CRP與14例肥胖男性進行了比較, 發現與對照組相比, OSAHS患者外周血hs-CRP水平明顯升高, 形成體內慢性低度系統性炎癥(CLGSI),而應用nCPAP治療糾正夜間低氧, 一月后OSAHS患者單核細胞hs-CRP水平均明顯降低。應用hs-CRP檢測方法發現,hs-CRP不僅在OSAHS中升高, 而且合并冠心病的OSAHS患者其hs-CRP與單純的OSAHS患者相比明顯增高。本研究發現hs-CRP水平隨著代謝紊亂危險因素的增加而升高,故慢性低度系統性炎癥可能是OSAHS患者導致代謝紊亂的重要機制［9］。

總之, 通過本實驗研究發現, 間歇缺氧的大鼠模型存在氧化應激, 而且與體內的慢性炎癥有關, 慢性低度系統性炎癥可能是OSAHS患者導致代謝紊亂的重要機制, 改善OSAHS患者體內慢性低度系統性炎癥, 抗氧化治療能否減緩代謝紊亂的發生, 值得進一步探討。

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