間歇低氧的大鼠模型體內(nèi)的氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)導(dǎo)致代謝紊亂發(fā)生的機(jī)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(fù)雜的呼吸系統(tǒng)疾病, 表現(xiàn)為在睡眠過程中反復(fù)間斷缺氧(chronic intermittent hypoxia, CIH) 以及再氧合, 發(fā)生氧化應(yīng)激, 形成體內(nèi)的慢性低度系統(tǒng)性炎癥(chronic low-grade systemic inflammation, CLGSI), 是OSAHS主要的病理生理特征,與OSAHS導(dǎo)致的靶器官損害密切相關(guān)［1,2］, 而且CLGSI很可能是OSAHS發(fā)生代謝紊亂的主要因素［3］, 本研究通過測(cè)定間歇缺氧的大鼠模型體內(nèi)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(guān)指標(biāo)的關(guān)系,探討OSAHS發(fā)生代謝紊亂可能的機(jī)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(jī)將50只體質(zhì)量為l90～200 g的8周齡雄性健康SD大鼠, 分為空白對(duì)照組10只、CIH組40只, 自制密閉的間歇低氧動(dòng)物艙內(nèi), 按氣體流動(dòng)方向設(shè)置進(jìn)氣孔、出氣孔, 用數(shù)字測(cè)氧儀檢測(cè)缺氧艙中的氧濃度, 調(diào)節(jié)氣流流量, 目的是使每一個(gè)循環(huán)缺氧箱內(nèi)的最低氧濃度能達(dá)到7%～8%,持續(xù)約5～7 s, 然后逐漸恢復(fù)到2%～21%左右, 持續(xù)約5～7 s。間歇低氧刺激總時(shí)間8 h/d(9AM～5PM), 每周7 d, 持續(xù)12周。正常對(duì)照組大鼠置于相同規(guī)格的艙內(nèi), 給予空氣脈沖供氣。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法 分別于間歇缺氧2、4、8、12周檢測(cè)大鼠尾動(dòng)脈收縮壓以及抽取血樣。①大鼠尾動(dòng)脈收縮壓的測(cè)定：大鼠尾動(dòng)脈血壓測(cè)量方法參照大鼠尾壓測(cè)量?jī)x使用說明書,用心電圖機(jī)替代二導(dǎo)生理記錄儀。連續(xù)監(jiān)測(cè)測(cè)3次收縮壓,取平均值為大鼠尾動(dòng)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(cè)后肢股動(dòng)脈, 遠(yuǎn)端結(jié)扎, 近端接套管針取血, 結(jié)束后同樣結(jié)扎, 一次最大可以取血 5 ml左右。抽血結(jié)束后在結(jié)扎血管前, 應(yīng)補(bǔ)充與抽取量等量的晶體液, 以防術(shù)后發(fā)生低血容量性休克導(dǎo)致大鼠急性死亡。檢測(cè)代謝紊亂相關(guān)指標(biāo)如空腹血糖, 甘油三酯, 膽固醇, 稱體質(zhì)量。以ELISA法分別測(cè)定血清中超氧化物歧化酶(SOD)及丙二醛(MDA)濃度、高敏C反應(yīng)蛋白(hs-CRP)水平。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。測(cè)定符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)結(jié)果用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s) 表示, 對(duì)于計(jì)數(shù)資料, 采用秩和檢驗(yàn),P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

如下表1, 在第12周實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí), 按照危險(xiǎn)因素進(jìn)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(xiǎn)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(duì)照組比較有較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05, 表1)。

通過比較飼養(yǎng)2周與12周的間歇缺氧實(shí)驗(yàn)大鼠模型,其中發(fā)生代謝紊亂發(fā)生的危險(xiǎn)因素逐漸增加, 而且隨著飼養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng), 其發(fā)生代謝紊亂的危險(xiǎn)因素亦增加。

表1

表2 間歇缺氧大鼠的代謝綜合癥發(fā)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(fù)雜的呼吸系統(tǒng)疾病, 睡眠時(shí)上呼吸道反復(fù)塌陷阻塞引起的呼吸暫停和低通氣, 伴有睡眠結(jié)構(gòu)改變和睡眠時(shí)血氧飽和度下降,導(dǎo)致全身各系統(tǒng)、多臟器功能受損, 對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害, 目前已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)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(fā)現(xiàn), 代謝綜合征(metabolic syndrome MS)與高血壓、糖尿病、心腦血管疾病的相關(guān)性已受到醫(yī)學(xué)界的高度關(guān)注［4,5］。目前, 對(duì)OSAHS與代謝綜合征的相關(guān)性研究成為近年來(lái)的熱點(diǎn), 國(guó)內(nèi)學(xué)者報(bào)道, 老年代謝綜合征患者的OSAHS患病率為89.1%, 而國(guó)外學(xué)者報(bào)道為95.8%。有關(guān)OSAHS患者中MS的發(fā)病率及與代謝紊亂相關(guān)性指標(biāo)如高血壓、高血糖和高脂血癥等的研究報(bào)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(fā)生的慢性低氧/再氧合病理生理過程, 探討OSAHS發(fā)生代謝紊亂的機(jī)制。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn), 在OSAHS患者中存在間歇缺氧,這種缺氧一復(fù)氧方式可以出現(xiàn)類似缺血一再灌注過程中的病理變化, 產(chǎn)生大量的活性氧(ROS), 進(jìn)而能引起機(jī)體發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng), 間歇低氧程度越重, 所引起的氧化應(yīng)激反應(yīng)越強(qiáng)［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(fā)脂質(zhì)過氧化作用形成的最終分解產(chǎn)物, 其含量的高低反應(yīng)機(jī)體受氧自由基攻擊的程度。SOD是機(jī)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(chǎn)生歧化反應(yīng), 使有毒的氧自由基在SOD和過氧化氫酶的作用下,變成無(wú)毒性的H2O和O2。本研究發(fā)現(xiàn)隨著間歇缺氧時(shí)間的延長(zhǎng), 氧化應(yīng)激的反應(yīng)程度越強(qiáng)烈, 而且代謝紊亂發(fā)生的危險(xiǎn)因素增加。

氧化應(yīng)激還與炎癥存在一定的相關(guān)性, OSAHS患者的間歇性低氧可引起氧化應(yīng)激反應(yīng), 從而促使氧化還原敏感基因的表達(dá)和黏附分子的表達(dá), 黏附分子進(jìn)而增加炎癥細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的親和力。高敏感C反應(yīng)蛋白(hs-CRP)和IL-6在炎癥中具有多種生物學(xué)功能, 是機(jī)體炎癥重要的標(biāo)記物。Vgontzas等［8］比較了OSAHS患者IL-6和hs-CRP的水平,發(fā)現(xiàn)IL-6和hs-CRP的水平在OSAHS患者中明顯升高。近幾年的研究發(fā)現(xiàn)這些炎癥細(xì)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(biāo)志, 是反映體內(nèi)炎癥水平最敏感和最常用的標(biāo)志。Yokoe等人對(duì)30例男性O(shè)SAHS患者的hs-CRP與14例肥胖男性進(jìn)行了比較, 發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比, OSAHS患者外周血hs-CRP水平明顯升高, 形成體內(nèi)慢性低度系統(tǒng)性炎癥(CLGSI),而應(yīng)用nCPAP治療糾正夜間低氧, 一月后OSAHS患者單核細(xì)胞hs-CRP水平均明顯降低。應(yīng)用hs-CRP檢測(cè)方法發(fā)現(xiàn),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(fā)現(xiàn)hs-CRP水平隨著代謝紊亂危險(xiǎn)因素的增加而升高,故慢性低度系統(tǒng)性炎癥可能是OSAHS患者導(dǎo)致代謝紊亂的重要機(jī)制［9］。

總之, 通過本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn), 間歇缺氧的大鼠模型存在氧化應(yīng)激, 而且與體內(nèi)的慢性炎癥有關(guān), 慢性低度系統(tǒng)性炎癥可能是OSAHS患者導(dǎo)致代謝紊亂的重要機(jī)制, 改善OSAHS患者體內(nèi)慢性低度系統(tǒng)性炎癥, 抗氧化治療能否減緩代謝紊亂的發(fā)生, 值得進(jìn)一步探討。

［1］ 馮靖,陳宗元,郭美南,等.間歇低氧氣體環(huán)境模型的建立.天津醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào), 2006,l2:509-512,515.

［2］ 錢小順,劉長(zhǎng)庭,等. 阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征致慢性低度系統(tǒng)性炎癥的研究進(jìn)展.軍醫(yī)進(jìn)修學(xué)院學(xué)報(bào), 2009, 30(3).

［3］ Prevalence of metabolic syndrome in a north Indian hospital-based population with obstructive sleep apnoea Indian J Med Res. 2011 November,134(5): 639-644.

［4］ Metabolic syndrome, dyslipidemia, hypertension and type 2 diabetes in youth: from diagnosis to treatment Diabetol Metab Syndr,2010, (2):55.

［5］ 代謝綜合征對(duì)睡眠呼吸的影響.上海醫(yī)學(xué) 2010 ,33(8):737-739.

［6］ Drager LF, Lopes HF, Maki-Nunes C, et al. The impact of obstructive sleep apnea on metabolic and inflammatory markers in consecutive patients with metabolic syndrome. PLoS One 2010,5:12065.

［7］ Lim PS,Chen WC,Wu MY,et a1．Increased oxidative stress in hemodialysis patients with high risk for sleep apnea syndrome.Blood Purif,2009,28:144-149．

［8］ Vgontzas AN,Papanicolaou DA,Bixler EO,et a1.Sleep apneaand daytime sleepiness and fatigue:relation to visceral obesity,insulin resistance and hypercytokinemia. J Clin Endoerinol Metab, 2000,85(3): 1151-1158．

［9］ Korzh O, Krasnokutskiy S, LavrovaE, et a1. Role of low-inflammation Markers and soluble cell adhesionmolecules in patients withstruetive sleep apnea．Sleep Medicine, 2O07, 8:73．