急进高原环境对血管内皮功能的影响及其与急性高原病的关系

2015-06-28邱友竹余洁王连友梁逍杨杰张恩浩黄岚

解放军医学杂志 2015年5期

邱友竹，余洁，王连友，梁逍，杨杰，张恩浩，黄岚

·军事医学·

邱友竹，余洁，王连友，梁逍，杨杰，张恩浩，黄岚

目的观察人群急进高原后血管内皮功能相关指标的变化，并探讨其与急性高原病(AMS)的关系。方法在平原地区招募32名受试者，以汽车方式急进高原(海拔3900m)。进入高原第5天根据路易斯湖量表评分，将受试者分为AMS+组(n=14)和AMS–组(n=18)。ELISA法检测人群血清一氧化氮(NO)、内皮素-1(ET-1)、血管内皮生长因子(VEGF)、血管内皮钙黏蛋白(VE-cadherin)、丙二醛(MDA)及超氧化物歧化酶(SOD)等指标的变化。采用Pearson相关法分析上述指标与AMS的关系。结果急进高原后第5天时32名受试者中AMS的发生率为43.8%。与平原相比，受试者急进高原后血清NO、SOD水平明显降低(P<0.05，P<0.01)，ET-1和MDA水平明显升高(P<0.05)。与AMS–人群比较，AMS+人群NO、VEGF和VE-cadherin、SOD水平均明显降低(P<0.05，P<0.01)，ET-1水平明显升高(P<0.01)。相关性分析显示，急性高原暴露第5天人群血清NO、VEGF、VE-cadherin、SOD水平与AMS呈显著负相关，ET-1水平与AMS呈显著正相关。结论急进高海拔环境可能导致血管内皮功能受损，血管内皮功能相关指标的变化可能为AMS的预警及诊断提供参考。

高原病；一氧化氮；内皮素-1；血管内皮生长因子类

急性高原病(acute mountain sickness，AMS)是指人员由平原进入高原或由高原进入更高海拔地区，在短期内(数小时至数日)发生的各种临床症候群，其发病率高、危害大，是影响快速进入高海拔地区者身体健康和生命安全的主要疾病。低氧是初入高原时最先被机体感受、也是对机体影响最为严重的环境因子。低氧环境使血管内皮细胞处于病理状态下，功能发生紊乱，分泌的各种调节因子失衡。国外有文献报道，高原低氧环境可能引起一氧化氮(NO)[1-2]和前列环素(epoprostenol，PGI2)[3]的合成和释放量减少，内皮素-1(endothelin-1，ET-1)[4-5]、血栓素A2(thromboxane A2，TXA2)[6]和炎性因子[7]表达量升高，导致血管通透性增高，抗氧化能力降低，最终可能引发高原肺动脉高压、高原肺水肿、高原脑水肿[8]。因此，血管内皮细胞功能的变化可能作为重要的预警及诊断指标，在高原病的发生、发展过程中发挥重要作用[9]。但目前的研究多针对低氧环境中反映血管内皮功能的部分指标进行观察，全面研究急进高原环境血管内皮功能多指标变化及其与AMS发生相关性的报道较少。本研究通过观察急进高原人群血管内皮功能相关指标的变化，探讨了急性高原暴露对血管内皮功能的影响及其与AMS的关系。

1 资料与方法

1.1 受试对象 2013年5月在重庆市内按照下列标准招募受试者：①年龄18～40岁的健康青年男性；②双上肢健全，无周围血管疾病病史；③近期无上呼吸道感染病史；④无高原暴露、预适应干预史；⑤无精神、神经系统疾病史；⑥依从性良好。挑选其中32名受试者参与本研究，所有受试者均签署知情同意书。本研究经第三军医大学伦理委员会审查通过，受试者的个人信息和检查结果严格保密，并由第三军医大学第二附属医院心血管内科实验室妥善保管。32名受试者年龄24.4±4.3岁，身高171.8±5.2cm，体重65.0±6.5kg，体重指数22.0±1.9。其中11名有吸烟史或正在吸烟，10名有饮酒史或正在饮酒。

1.2 主要试剂人血清NO、ET-1、血管内皮生长因子(VEGF)、血管内皮钙黏蛋白(VE-cadherin)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)的ELISA检测试剂盒均购自上海蓝基生物科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 试验设计 32名受试对象由重庆(海拔400m)乘汽车急进至理塘地区(海拔3900m)，分别于急进高原前5d和急进高原后第5天现场填写高原反应症状问卷表(CRF)，并采集受试者血清标本冻存。

1.3.2 AMS判定通过对受试者发放CRF表，依据国际路易斯湖(Lake Louise)量表诊断标准进行评分判定。评分≥3分且存在头痛症状者列入为AMS人群(AMS+)，评分<3分列入非AMS人群(AMS–)。

1.3.3 血标本采集及指标测定分别于急进高原前5d和急进高原后第5天用真空采血管采集受试对象静脉血标本，每人每次抽血约5ml，3000r/min离心10min，吸取血清存于无菌干燥冻存管中。用ELISA法检测NO、ET-1、VEGF、VE-cadherin、MDA、SOD等指标的含量，具体操作按试剂盒说明书进行。

1.4 统计学处理采用SPSS 19.0软件进行统计分析。急性高原暴露对基本生命体征和血管内皮功能相关指标的影响采用配对样本t检验进行分析，AMS+和AMS–人群在平原与高原血管内皮功能相关指标的组内差异采用配对样本t检验进行分析；AMS+和AMS–人群在高原时血管内皮功能相关指标的组间差异比较采用独立样本t检验；血管功能相关指标与AMS发病率之间的关系采用Pearson法进行分析。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 AMS发病情况发放CRF表32份，回收32份，经研究者指导所有问卷内容填写合格。32名受试对象由平原急进至海拔3900m高原后的症状评分显示，14名判定为AMS+人群，18名为AMS–人群，AMS发病率为43.8%。

2.2 急进高原血管内皮功能相关指标的变化受试者急进海拔3900m后第5天，血清NO、SOD水平较平原时明显降低，ET-1、MDA水平明显升高，差异有统计学意义(P<0.05或P<0.01)。急进高原后人群血清VEGF较平原有降低趋势，VE-cadherin水平有升高趋势，但差异均无统计学意义(表1)。

2.3 AMS+与AMS–人群血管内皮功能相关指标的差异急进3900m高原第5天，AMS+人群血清NO、VEGF、VE-cadherin及SOD水平不但较平原状态时明显降低，较AMS–人群也明显降低；ET-1水平较平原及AMS–人群则明显升高。而急进高原后的AMS–人群除VE-cadherin水平明显升高外，其他血管内皮功能指标与平原时比较无明显差异(表2)。

2.4 血管内皮功能血液指标与AMS的相关性根据上述检测结果进行相关性分析，结果表明：受试对象由平原急进至高原后血管内皮功能相关指标NO、VEGF、VE-cadherin、SOD与AMS呈明显负相关，ET-1与AMS呈显著正相关，而MDA与AMS无显著相关性(表3)。

表1 受试对象由平原急进至高原后血管内皮功能相关指标的变化(±s, n=32)Tab.1 Changes of vascular endothelial function indexes in subject from the plain to the plateau (±s, n=32)

NO. Nitric oxide; ET-1. Endothelin-1; VEGF. Vascular endothelial growth factor; VE-cadherin. Vascular endothelial cadherin; MDA. Malondialdehyde; SOD. Superoxide dismutase. (1)P<0.05, (2)P<0.01 compared with plain

I n d e x P l a i n ( 4 0 0 m) P l a t e a u ( 3 9 0 0 m ) N O ( μ m o l / L) 3 6 . 3 4 ± 1 0 . 4 9 3 0 . 6 0 ± 8 . 0 5(1)E T -1 ( n g / L) 3 7 . 9 8 ± 1 1 . 8 8 4 6 . 1 7 ± 1 1 . 0 0(1)V E G F ( n g / L) 6 8 . 0 4 ± 2 0 . 6 6 6 2 . 4 2 ± 2 0 . 9 7 V E -c a d h e r i n ( n g / m l) 2 . 1 8 ± 0 . 5 8 2 . 2 4 ± 0 . 7 0 M D A ( n g / m l) 3 . 2 2 ± 0 . 8 9 3 . 7 3 ± 1 . 0 1(1)S O D ( U / m l) 8 8 . 6 9 ± 2 2 . 2 7 7 3 . 0 8 ± 2 1 . 5 6(2)

表2 AMS–与AMS+受试对象由平原急进至高原后血管内皮功能相关指标的变化(±s)Tab. 2 Changes of vascular endothelial function indexes in AMS–and AMS+subject from the plain to the plateau (±s)

表3 血管内皮功能相关指标与AMS的相关性Tab.3 Correlation between vascular endothelial function and change of AMS index

3 讨论

AMS是影响快速进入高海拔地区者身体健康和生命安全的重要疾病，但由于其发生和发展机制尚未完全阐明，导致目前尚缺乏有效的诊断和预测指标。前期国外学者在动物及细胞水平的研究中发现，氧分压迅速降低可导致肺血管和脑微血管内皮细胞结构及功能损伤[10-12]。Boos等[13]发现急性缺氧暴露可使血管内皮功能降低。这些研究结果表明血管内皮功能与AMS存在重要联系。为此，本研究拟通过高原现场研究，明确血管内皮功能相关指标在急性高原暴露后的变化及其与AMS发生的关系。

NO是血管的重要舒张因子，NO降低可导致血管舒张功能降低，引起血压升高和心率上升[14]。Bailey等[15]通过检测在常氧(21% O2)条件下的18名受试者转移至低氧(12% O2)条件下6h后血液中的NO含量，发现AMS+与AMS–两组人群在低氧条件下NO含量均明显降低，而AMS+与AMS–组在低氧时血NO含量无明显差异。本研究中，急进高原(海拔3900m)环境同样导致受试人群血清NO水平明显下降。但与AMS–人群相比，AMS+人群血清NO水平下降更明显，这与Bailey等[15]的研究存在差异。Bailey等[15]的研究是在低氧状态下模拟高原环境，而本研究是在高原现场进行。另外，相较于模拟研究中低氧暴露6h，本研究在急进高原后5d再进行观察，可能是导致相关差异的原因。虽然二者的实验结果存在一定差异，但高原或低氧造成受试者血液中NO含量减少，导致NO及其他相关的血管舒缩调节因子平衡状态受到破坏，可能是AMS发生的潜在机制之一。

与NO相反，ET-1是最重要的血管收缩因子，ET-1升高可导致血管收缩功能增强，进而引起血压升高[16-17]，同时，较高水平的ET-1可通过活化内皮细胞上的B型内皮素受体而升高局部NO浓度，进一步导致高原肺水肿病情加重[18]。Sartori等[19]通过检测16名高山肺水肿倾向登山者和16名非高山肺水肿倾向者在4559m海拔暴露48h后血浆中ET-1的浓度发现，肺水肿倾向者血浆中ET-1的浓度明显高于非肺水肿倾向者，并且血浆中ET-1的浓度与肺动脉压呈明显正相关，与本研究获得的结果一致。由此可见，从平原快速进入高原后，由于低氧刺激，血管舒缩因子NO、ET-1等的合成与分泌平衡受到影响，会导致或加重缺氧性肺动脉高压，如机体不能及时代偿性适应，或缺氧不能及时纠正，则可能导致AMS的发生。

目前，关于VEGF与AMS关系的研究结论不一。Schommer等[20]的研究发现，在低海拔(110m)及高海拔(4559m)条件下，AMS+与AMS–人群VEGF水平无明显变化；但是，与低海拔相比，正常气压缺氧条件下AMS+与AMS–两组中VEGF水平均有所降低。Dorward等[21]的研究结果提示，与平原相比，在高海拔取样血清中的VEGF含量明显升高，但急进3650m与习服后再急进更高的5200m海拔对受试对象血清中VEGF含量没有明显影响。本研究中急进高原(海拔3900m)后第5天，AMS+组VEGF水平较其平原状态及AMS–人群均有明显降低，且VEGF与AMS呈负相关。在不同研究中之所以出现不同的结论，可能与血清中VEGF浓度受多种因素影响有关。首先标本选择影响VEGF测定结果，如血清及血浆中VEGF浓度存在明显差异，此外影响外周血VEGF浓度的因素很多，如种族、海拔高度及进入高原时间和方式等。由于本研究样本量相对较少，有关VEGF变化在AMS发生中的作用尚有待进一步深入研究。

VE-cadherin是内皮细胞特异性钙黏蛋白，不仅是内皮细胞黏附连接的主要黏附蛋白，而且在维持血管内皮细胞的生理功能、血管发生和形成、稳定血管内环境等多方面起着重要作用[22]。检测VE-cadherin表达可间接推断微血管内皮细胞损伤程度。目前研究表明，血清VE-cadherin含量升高可能与血管内皮损伤程度相关，但其与AMS关系的研究报道较少。本研究结果显示，与平原相比，急进高原导致AMS+人群VE-cadherin明显降低，而AMS–人群VE-cadherin明显升高，VE-cadherin变化与AMS呈负相关。在高原环境下得到不同结论，可能与低氧环境下的血管应激反应有关，其机制尚不明确。由于本研究样本量相对较少，VE-cadherin作为AMS的预测指标还需进一步深入研究验证。

Himadri等[23]与Bailey等[15]在研究中均发现，血管内皮细胞氧化应激水平升高可使血脑屏障紊乱，进而导致高原脑水肿。因此，本研究检测了反映血管内皮细胞氧化应激水平的重要指标SOD和MDA，结果表明，与平原相比，急进高原(海拔3900m)后第5天，血清SOD水平明显降低，MDA水平明显升高，说明急进高原初期血管内皮细胞的氧化应激水平即明显升高[24]。与AMS–人群相比，AMS+人群血清SOD水平明显降低，该结果与以往模拟条件下或现场研究的结果一致，表明SOD及MDA的异常变化可能通过反映血管内皮细胞的异常氧化应激提示AMS的发生。

综上所述，急性高原暴露(3900m)可明显影响反映血管内皮功能的相关指标，VE-cadherin、VEGF、ET-1、NO、SOD等指标的异常变化可能通过反映血管舒缩、渗透性和氧化应激水平提示AMS的发生。但将血管内皮功能相关指标作为AMS的重要预警指标还需要进行大量深入、系统的研究来提供充分的理论依据。

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Effects of rapid entrance into plateau area on the vascular endothelial function and the relationship to acute mountain sickness

QIU You-zhu, YU Jie, WANG Lian-you, LIANG Xiao, YANG Jie, ZHANG En-hao, HUANG Lan*
Department of Cardiology, Xinqiao Hospital, Institute of Cardiovascular Diseases of PLA, Third Military Medical University, Chongqing 400037, China
*

, E-mail: huanglan260@126.com
This work was supported by the Scientific Research Foundation of Ministry of Health of China (201002012)

ObjectiveTo observe the changes in the vascular endothelial function indexes in subjects who enter plateau areas expeditiously, and investigate the relationship between their changes and acute mountain sickness (AMS).MethodsThirtytwo healthy young male lowlands residents were recruited as subjects, and they were sent by bus to an area of altitude of 3900m. According to the score of Lake Louise questionnaire, the subjects were divided into AMS+and AMS–group at the 5th day after the entrance into plateau. The changes in the vascular endothelial function indexes (NO, ET-1, VEGF, VE-cadherin, MDA and SOD) in serum of the subjects were detected by ELISA. Pearson correlation analysis was performed to identify the relationship of AMS to the changes of the indexes mentioned above.ResultsOn the 5th day after being exposed to high altitude, the incidence of AMS was 43.8% (14/32). The serum levels of NO and SOD in subjects were significantly lowered (P<0.05 and P<0.01, respectively) compared with those before the entrance into high altitude area, while the levels of ET-1 and MDA were obviously elevated (P<0.05). However, the levels of VEGF and VE-cadherin showed no obvious change in the subjects as compared before and after the entrance into plateau area. After the entrance into the plateau, the levels of NO, VEGF, VE-cadherin and SOD were lowered obviously and ET-1 level increased significantly in AMS+group as compared with those in AMS‒group (P<0.05 and P<0.01, respectively). Correlation analysis showed that the serum levels of NO, VEGF, VE-cadherin and SOD were negatively correlated with AMS after a 5-day high altitude exposure, while serum level of ET-1 was positively correlated with AMS.ConclusionsRapid entrance into plateau area mayinduce damage to vascular endothelial function of the subjects, and it affects the serum levels of NO, ET-1, VEGF, VE-cadherin and SOD. The changes in these indexes may provide the potential basis for prewarning and diagnosis of AMS.

altitude sickness; nitric oxide; endothelin-1; vascular endothelial growth factors

R594.3

0577-7402(2015)05-0415-05

10.11855/j.issn.0577-7402.2015.05.18

2014-12-31；

2015-02-27)

(责任编辑：张小利)

国家卫生部卫生行业科研专项基金(201002012)

邱友竹，医学学士，医师。主要从事心血管疾病及急性高原病的预警和早期诊断研究

400037 重庆第三军医大学新桥医院心血管内科、全军心血管病研究所(邱友竹、余洁、王连友、梁逍、杨杰、张恩浩、黄岚)

黄岚，E-mail：huanglan260@126.com