间歇低氧的大鼠模型体内的氧化应激、炎症反应导致代谢紊乱发生的机制

徐永红 贾晓民 赵杰 李海泉 王海清 杜永亮

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome,OSAHS)是临床上常见的较为复杂的呼吸系统疾病, 表现为在睡眠过程中反复间断缺氧(chronic intermittent hypoxia, CIH) 以及再氧合, 发生氧化应激, 形成体内的慢性低度系统性炎症(chronic low-grade systemic inflammation, CLGSI), 是OSAHS主要的病理生理特征,与OSAHS导致的靶器官损害密切相关［1,2］, 而且CLGSI很可能是OSAHS发生代谢紊乱的主要因素［3］, 本研究通过测定间歇缺氧的大鼠模型体内中超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、hs-CRP的水平, 以及与代谢紊乱相关指标的关系,探讨OSAHS发生代谢紊乱可能的机制。

1 材料与方法

1.1. 慢性间歇缺氧的大鼠模型的建立 随机将50只体质量为l90～200 g的8周龄雄性健康SD大鼠, 分为空白对照组10只、CIH组40只, 自制密闭的间歇低氧动物舱内, 按气体流动方向设置进气孔、出气孔, 用数字测氧仪检测缺氧舱中的氧浓度, 调节气流流量, 目的是使每一个循环缺氧箱内的最低氧浓度能达到7%～8%,持续约5～7 s, 然后逐渐恢复到2%～21%左右, 持续约5～7 s。间歇低氧刺激总时间8 h/d(9AM～5PM), 每周7 d, 持续12周。正常对照组大鼠置于相同规格的舱内, 给予空气脉冲供气。

1.2 实验方法 分别于间歇缺氧2、4、8、12周检测大鼠尾动脉收缩压以及抽取血样。①大鼠尾动脉收缩压的测定：大鼠尾动脉血压测量方法参照大鼠尾压测量仪使用说明书,用心电图机替代二导生理记录仪。连续监测测3次收缩压,取平均值为大鼠尾动脉血压。②血液的采集和处理：用3%戊巴比妥钠(40 mg/kg)腹腔注射麻醉大鼠成功后, 游离SD大鼠一侧后肢股动脉, 远端结扎, 近端接套管针取血, 结束后同样结扎, 一次最大可以取血 5 ml左右。抽血结束后在结扎血管前, 应补充与抽取量等量的晶体液, 以防术后发生低血容量性休克导致大鼠急性死亡。检测代谢紊乱相关指标如空腹血糖, 甘油三酯, 胆固醇, 称体质量。以ELISA法分别测定血清中超氧化物歧化酶(SOD)及丙二醛(MDA)浓度、高敏C反应蛋白(hs-CRP)水平。

1.3 统计学方法 采用SPSS 13.0软件进行统计分析。测定符合正态分布的数据结果用均数±标准差(±s) 表示, 对于计数资料, 采用秩和检验,P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

如下表1, 在第12周实验结束时, 按照危险因素进行分组, 纳入低危组8例, 高危组12例, 代谢综合征组20例。随着代谢紊乱危险因素的增加, 超氧化物歧化酶(SOD)活性降低, 丙二醛(MDA), hs-CRP的水平逐渐增高, 与空白对照组比较有较差异有统计学意义(P<0.05, 表1)。

通过比较饲养2周与12周的间歇缺氧实验大鼠模型,其中发生代谢紊乱发生的危险因素逐渐增加, 而且随着饲养时间的延长, 其发生代谢紊乱的危险因素亦增加。

表1

表2 间歇缺氧大鼠的代谢综合症发病率的比较

3 讨论

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(OSAHS)是一种复杂的呼吸系统疾病, 睡眠时上呼吸道反复塌陷阻塞引起的呼吸暂停和低通气, 伴有睡眠结构改变和睡眠时血氧饱和度下降,导致全身各系统、多脏器功能受损, 对人体健康造成严重危害, 目前已引起国内外学者的广泛重视。OSAHS患者多存在高血压、糖耐量减低和高脂血症等疾病, 而这些因素都是代谢综合征的组成成分。许多研究发现, 代谢综合征(metabolic syndrome MS)与高血压、糖尿病、心脑血管疾病的相关性已受到医学界的高度关注［4,5］。目前, 对OSAHS与代谢综合征的相关性研究成为近年来的热点, 国内学者报道, 老年代谢综合征患者的OSAHS患病率为89.1%, 而国外学者报道为95.8%。有关OSAHS患者中MS的发病率及与代谢紊乱相关性指标如高血压、高血糖和高脂血症等的研究报道逐渐增多［6］。本研究旨在通过间歇缺氧的大鼠模型, 模拟阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征睡眠中发生的慢性低氧/再氧合病理生理过程, 探讨OSAHS发生代谢紊乱的机制。

国内外学者研究发现, 在OSAHS患者中存在间歇缺氧,这种缺氧一复氧方式可以出现类似缺血一再灌注过程中的病理变化, 产生大量的活性氧(ROS), 进而能引起机体发生氧化应激反应, 间歇低氧程度越重, 所引起的氧化应激反应越强［7］。丙二醛(MDA)是生物膜中的多不饱和脂肪酸受到氧自由基堆攻击后, 引发脂质过氧化作用形成的最终分解产物, 其含量的高低反应机体受氧自由基攻击的程度。SOD是机体抗氧化防御御体系中一类重要的金属酶类, 它能使氧自由基产生歧化反应, 使有毒的氧自由基在SOD和过氧化氢酶的作用下,变成无毒性的H2O和O2。本研究发现随着间歇缺氧时间的延长, 氧化应激的反应程度越强烈, 而且代谢紊乱发生的危险因素增加。

氧化应激还与炎症存在一定的相关性, OSAHS患者的间歇性低氧可引起氧化应激反应, 从而促使氧化还原敏感基因的表达和黏附分子的表达, 黏附分子进而增加炎症细胞与内皮细胞的亲和力。高敏感C反应蛋白(hs-CRP)和IL-6在炎症中具有多种生物学功能, 是机体炎症重要的标记物。Vgontzas等［8］比较了OSAHS患者IL-6和hs-CRP的水平,发现IL-6和hs-CRP的水平在OSAHS患者中明显升高。近几年的研究发现这些炎症细胞和炎症因子在形成胰岛素抵抗和心脑血管疾病中具有重要作用。hs-CRP是炎症过程的重要标志, 是反映体内炎症水平最敏感和最常用的标志。Yokoe等人对30例男性OSAHS患者的hs-CRP与14例肥胖男性进行了比较, 发现与对照组相比, OSAHS患者外周血hs-CRP水平明显升高, 形成体内慢性低度系统性炎症(CLGSI),而应用nCPAP治疗纠正夜间低氧, 一月后OSAHS患者单核细胞hs-CRP水平均明显降低。应用hs-CRP检测方法发现,hs-CRP不仅在OSAHS中升高, 而且合并冠心病的OSAHS患者其hs-CRP与单纯的OSAHS患者相比明显增高。本研究发现hs-CRP水平随着代谢紊乱危险因素的增加而升高,故慢性低度系统性炎症可能是OSAHS患者导致代谢紊乱的重要机制［9］。

总之, 通过本实验研究发现, 间歇缺氧的大鼠模型存在氧化应激, 而且与体内的慢性炎症有关, 慢性低度系统性炎症可能是OSAHS患者导致代谢紊乱的重要机制, 改善OSAHS患者体内慢性低度系统性炎症, 抗氧化治疗能否减缓代谢紊乱的发生, 值得进一步探讨。

［1］ 冯靖,陈宗元,郭美南,等.间歇低氧气体环境模型的建立.天津医科大学学报, 2006,l2:509-512,515.

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