陳寶元慢性間歇低氧的實驗性研究北京

1、慢性間歇低氧的實驗性研究,天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院 呼吸科 陳寶元,,,,,間歇低氧的概念和特點 慢性間歇低氧的實驗性研究,,間歇低氧的概念和特點,間歇低氧是對持續(xù)低氧而言，任何低氧與正常氧的交替出現(xiàn)都可以被稱為間歇低氧。急性間歇低氧（Acute intermittent hypoxia, AIH）： 持續(xù)數(shù)分鐘或數(shù)小時。慢性間歇低氧（Chronic intermittent hypoxia, CIH）：持續(xù)數(shù)天或

2、數(shù)周，乃至數(shù)年。睡眠呼吸暫停模式的低氧屬于典型的慢性間歇低氧。,間歇低氧的概念,持續(xù)低氧與間歇低氧模式的比較,,,,正常氧和低氧交替出現(xiàn)，不管低氧程度多么嚴(yán)重，低氧 解除后都會恢復(fù)到正常氧水平。發(fā)生頻率很高，一般在每小時5-100次之間，平均每2-5 分鐘發(fā)生一次。低氧程度嚴(yán)重、血氧變化幅度大，最低血氧飽和度可至 20%，正常氧與低氧間動脈血氧飽和度之差達(dá)30-70%。OSAHS特有，其它低氧性疾病所不具備和不能

3、達(dá)到。,睡眠呼吸暫停低氧模式間歇低氧的特點,變異性很大，至少有十幾種不同具體模式變異因素有：時間范圍2-90天一天為1-12小時每次低氧持續(xù)的時間為30-120s伴或不伴高二氧化碳,實驗性間歇低氧,經(jīng)典的實驗性間歇低氧的輸氣模式,不同實驗性間歇低氧的模式,慢性間歇低氧，或睡眠呼吸暫停模式間歇性低氧睡眠結(jié)構(gòu)的破壞，睡眠剝奪胸腔壓力的異常變化主要和關(guān)鍵的損害機(jī)制為慢性間歇低氧,阻塞性睡眠呼吸暫停主要病理損傷機(jī)制,睡眠

4、呼吸暫停模式間歇低氧的實驗性研究,間歇低氧是否可以引發(fā)系統(tǒng)性損害？間歇低氧如何引發(fā)系統(tǒng)性損害？如何從系統(tǒng)損害的機(jī)制中發(fā)現(xiàn)干預(yù)措施？,間歇低氧試驗性研究需要回答的問題,,1992年 Fletcher 首次制造鼠的間歇低氧模型，證實間歇低氧引起平均動脈壓的持續(xù)升高。每天8小時、持續(xù)35天間歇低氧環(huán)境，Wistar 鼠平均動脈壓升高13.7mmHg, 對照組平均動脈壓未見改變。 之后十幾年中，間歇低氧導(dǎo)致動物血壓持續(xù)升高被多

5、個實驗證實。多數(shù)試驗設(shè)有對照組、證據(jù)可靠、重復(fù)性好。,Fletcher E. J Appl Physiol,2001;90:1600-1605,實驗性間歇低氧導(dǎo)致血壓持續(xù)升高,42天間歇低氧大鼠平均動脈壓變化,圖. 導(dǎo)管法所測大鼠平均動脈壓變化,*△▲,*,與實驗前自身比較： *P<0.01；與UC比較：△P< 0.01；與SC比較：▲P<0.05,袁志明等. 中華結(jié)核和呼吸雜志,2003,26:569.袁志明等.

6、中華結(jié)核和呼吸雜志,2004,27:577.,頸動脈體對低氧的敏感性增強(qiáng)頸動脈體對低氧敏感性和興奮性增強(qiáng)的長期易化中樞和外周神經(jīng)的長期易化交感神經(jīng)和呼吸系統(tǒng)的興奮性增強(qiáng)的偶聯(lián)作用,間歇低氧如何引起血壓升高的？,間歇低氧對頸動脈體的影響,交感神經(jīng)興奮性增強(qiáng)和血管內(nèi)皮功能異常。交感神經(jīng)興奮性增強(qiáng)主要是通過頸動脈體感受器 實現(xiàn)的，藥物阻斷或切除頸動脈體對間歇低氧的 反應(yīng)性減低后消失。,42天間歇低氧血漿腎上腺素水平變化,圖.

7、 大鼠血漿腎上腺素水平變化,△▲,△▲,與UC比較：△P<0.01；與SC比較：▲P<0.01,,袁志明等. 中華結(jié)核和呼吸雜志,2003,26:569.袁志明等. 中華結(jié)核和呼吸雜志,2004,27:577.,42天間歇低氧血漿去甲腎上腺素變化,圖. 大鼠血漿去甲腎上腺素水平變化,△▲,△▲,與UC比較：△P<0.01；與SC比較：▲P<0.01,袁志明等. 中華結(jié)核和呼吸雜志,2003,26

8、:569.袁志明等. 中華結(jié)核和呼吸雜志,2004,27:577.,各組大鼠動脈收縮壓水平隨時間變化趨勢,不同程度間歇低氧條件下大鼠血漿NE隨時間變化,不同程度間歇低氧大鼠動脈收縮壓/血漿去甲腎上腺素（NE）變化趨勢,天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院呼吸科實驗室,Peng, YJ. et al. J Appl Physiol 2004; 96: 1236-1242.,,頸動脈體交感神經(jīng)活動(imp/s)比較,10天間歇低氧引發(fā)頸動脈體對低氧的興奮性

9、增強(qiáng),,每天4小時一次性低氧,每小時9次/每天8小時間歇低氧,,,,CH,IH,,,間歇低氧使頸動脈體的化學(xué)反射增強(qiáng)/壓力反射減弱,Lai, CJ. et al. J Appl Physiol 2006;100: 1974.,,平均壓,化學(xué)感受器,壓力感受器,Time (day),Cutler MJ. J Appl Physiol 2004，96: 754-761.,20 min 間歇低氧 MSNA 和 180 min后的MSNA,間歇

10、低氧導(dǎo)致肌肉交感神經(jīng)(MSNA)增強(qiáng)的長期易化（LTF),,,,急性低氧刺激后在體與離體頸動脈體興奮性延續(xù)時間的觀察,間歇低氧導(dǎo)致頸動脈體敏感性增強(qiáng)的長期易化（LTF),,Peng JY, et al. Proc Natl Acad Sci USA. 2003; 100: 10073–10078.,Dick, TE. et al. Exp Physiol 2007;92:87-97,,間歇低氧交感神經(jīng)和膈神經(jīng)延持興奮的偶聯(lián)作用,,

11、暴露間歇低氧后鼠腎上腺髓質(zhì)兒茶酚胺類物質(zhì)的內(nèi)流,Kumar GK, et al. J Physiol. 2006;575, 229.,,,藥物或手術(shù)阻斷或切除頸動脈體、腎上腺髓質(zhì)和腎動脈,間歇低氧引發(fā)交感神經(jīng)興奮性增強(qiáng)和血壓升高反應(yīng)消失。,Bao G, et al. J Appl Physiol 1997, 83: 95-101.,,間歇低氧的內(nèi)皮功能損害是系統(tǒng)性的，是OSAS患者心腦血管合并癥的重要病理學(xué)機(jī)制間歇低氧引發(fā)的氧化

12、應(yīng)激和炎性反應(yīng)對血管內(nèi)皮的直接損傷間歇低氧損害血管舒縮功能，導(dǎo)致動脈粥樣硬化形成,間歇低氧導(dǎo)致內(nèi)皮功能系統(tǒng)性損害,,圖 間歇低氧暴露鼠血漿NO含量變化,△▲,△▲,與UC比較：△P<0.01；與SC比較：▲P<0.01,間歇低氧對鼠血管舒縮功能的影響,,天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院呼吸科實驗室,★*,△▲,△★,與UC比較：*P<0.05， △P<0.01；與SC比較：★P<0.05，▲P<0.0

13、1,間歇低氧對鼠血管舒縮功能的影響,圖 間歇低氧暴露鼠血漿ET-1含量變化,,天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院呼吸科實驗室,Tahawi Z et al. J Appl Physiol. 2001. 90: 2007–2013.,間歇低氧導(dǎo)致鼠的血管擴(kuò)張作用減低,,Foster, G. E. et al. Exp Physiol 2007;92:51.,間歇低氧導(dǎo)致高血壓發(fā)病機(jī)制示意圖,,,,,,,系統(tǒng)性高血壓,動脈粥樣硬化的形成 間歇低

14、氧對心肌組織的直接損傷,間歇低氧對心臟的損傷,,,A: 間歇空氣+ 正常飲食 C:間歇空氣+ 高膽固醇飲食 B: 間歇低氧+ 正常飲食 D:間歇低氧+ 高膽固醇飲食,Savransky V，et al. Am J Respir Crit Care Med 2007,175: 1290-1297.,12周間歇低氧加高膽固醇飲食，鼠主動脈根部和降主動脈出現(xiàn)粥樣硬化病變損害,,,,,,間歇低氧暴露后，離體心臟 30-min 缺血，1

15、20-min 在灌注，2組比較,35天間歇低氧暴露后鼠心肌梗塞面積增加,,Joyeux-Faure M. J Appl Physiol 2005，98: 1691-1696.,*P < 0.001.,,Park AM , et al. J Appl Physiol 2007, 102: 1806-1814.,Effects of intermittent hypoxia induced myocardial damage in

16、mice,,(mmHg/s),** P<0.01,+dp/dt和Vmax是反映心肌收縮能力的力學(xué)指標(biāo)，+dp/dt和Vmax均降低，顯示左心室收縮功能下降。,**,6周間歇低氧暴露對鼠心臟收縮功能的影響,+dp/dt,Vmax,**,,(muscle length/s),天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院呼吸科實驗室,-dp/dt和T值是反映心肌舒張能力的力學(xué)指標(biāo)，-dp/dt的減低和T值的增高顯示心肌舒展功能減退,( ms ),**,6周間歇低

17、氧暴露對鼠心臟舒張功能的影響,(mmHg/s),-dp/dt,T值,**,** P<0.01,,天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院呼吸科實驗室,4周和8周間歇低氧暴露鼠心臟和心肌結(jié)構(gòu)的改變,,Chen LM, et al. Exp Physiol 2007, 92:409–416.,,LPO: An index of myocardial tissue oxidative stress, total lipid peroxides .,Figur

18、e ：Relationship between LPO and LV function (LV fractional shortening [LVFS]).,Chen L, et al. Am J Respir Crit Care Med. 2005;172:915.,,氧化應(yīng)激反應(yīng)與心臟損害的相關(guān)性,Sing et al. 發(fā)現(xiàn)在190位轉(zhuǎn)氨酶增高、影像學(xué)與病理診

19、斷NAFLD患者中87人（46 %）有 OSA 臨床癥狀。以肝臟活檢證實病情嚴(yán)重者伴有OSA癥狀的比率高達(dá)63% .一項163 確診的 OSA患者中，20%肝臟酶升高。 AHI>50 是一個可靠地指標(biāo)預(yù)測肝臟酶升高(OR 5.9) ，而BMI (OR 1.13)。.,Singh H, et al. Dig Dis Sci 2005;50:2338-43. Tanne F, et al. Hepatology 2005

20、;41:1290-6,間歇低氧對肝臟的損傷,表. 不同頻率間歇低氧組血漿AST、ALT活性（ ）,a示與IA組比較P<0.01,b示與IH10組比較P<0.01,c示與IH20組比較P<0.01。,間歇低氧大鼠血漿AST和ALT增高，具有頻率依賴性,天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院呼吸科實驗室,,圖.不同間歇低氧程度大鼠血清ALT結(jié)果變化趨勢圖,間歇低氧導(dǎo)致的大鼠ALT升高具有低氧程度依賴性,,天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院呼吸科實驗

21、室,方差分析示F=111.275，P=0.00,,單純慢性間歇低氧8周出現(xiàn)大鼠肝細(xì)胞損傷,圖.肝臟病理HE染色（400倍放大），A：示正常肝組織。B：示5%間歇低氧組第8周時出現(xiàn)肝損傷，肝細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)較正常減少，肝細(xì)胞核染色加深，有核固縮，細(xì)胞凋亡的趨勢。,天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院呼吸科實驗室,CIH caused liver injury with an increase in serum ALT (461 ± 58 U/l vs.

22、 103 ± 16 U/l in the control group; P < 0.01) and AST (637 ± 37 U/l vs. 175± 13 U/l in the control group; P < 0.001).Histology revealed hepatic steatosis in both groups, with mild accentuation of f

23、at staining in mice exposed to CIH. Animals exposed to CIH exhibited lobular inflammation and fibrosis in the liver, which were not evident in control mice. CIH caused significant increases in lipid peroxidation in s

24、erum and liver tissue; significant increases in hepatic levels of MOP and proinflammatory cytokines IL-1_, IL-6, and TNF-a.,Savransky V et al. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol .2007,293: G871–G877.,,A. 對照組6周：正常鼠肝細(xì)

25、胞。 B. 對照組 9 周： 正常鼠肝細(xì)胞。C. 髙脂組6周： 鼠肝細(xì)胞脂肪變性，細(xì)胞水腫。D. 髙脂組9周： 鼠肝細(xì)胞外周膠原纖維輕度增生. E. 髙脂間歇低氧組9周： 鼠肝細(xì)胞脂肪變性，細(xì)胞水腫。炎細(xì)胞浸潤、局灶性壞死. F. 髙脂間歇低氧組9周： 鼠肝細(xì)胞外周膠原纖維增生。,Sleep Breath，DOI 10.1007/s11325-010-0370-3.,A.對照組：鼠

26、正常電鏡下肝細(xì)胞結(jié)構(gòu)B. 髙脂膳食組： 6 周，肝細(xì)胞漿內(nèi)大量脂肪滴，部分脂肪滴融合。C. 髙脂膳食加間歇低氧組：6周, 肝細(xì)胞漿內(nèi)大量脂肪滴, 一些脂肪滴可見髓樣結(jié)構(gòu)，肝細(xì)胞核變小且不規(guī)則。 D.髙脂膳食加間歇低氧組：9 周, 肝竇周間隙可見大量膠原纖維素.,實驗性間歇低氧加速與認(rèn)知、覺醒、記憶功能相關(guān)部位神經(jīng)細(xì)胞凋亡腦神經(jīng)細(xì)胞凋亡的機(jī)制與間歇低氧引發(fā)的過氧化損傷和炎性損傷相關(guān),間歇低氧對腦組織的損傷,Joo EY, et

27、al. SLEEP 2010;33:235-241.,Ayalon L, et al. SLEEP 2009;32:373- 381.,Patients with OSA showed decreased brain activation compared with control subjects during an attention task. The alertness and reaction times show gre

28、ater correlations with measures of sleep disruption than with measures of hypoxia.,間歇低氧導(dǎo)致與認(rèn)知功能相關(guān)腦細(xì)胞損傷,2天間歇低氧造成鼠大腦CA1海馬區(qū)細(xì)胞凋亡增加7倍，皮質(zhì)區(qū)增加8倍。鼠水迷宮逃脫時間和睡眠時間顯著延長。,Gozal1 D，et al. J Neurosci 2001, 21:2442-2450.,,6周間歇低氧大鼠 Morris水迷

29、宮定位航行實驗,UC組第6周1.MPG,10%CH組 第6周,10%CIH組 第6周,5%CIH組 第6周2.MPG,圖. 各組大鼠于第6周定位航行實驗軌跡,,天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院呼吸科實驗室,6周間歇低氧大鼠海馬區(qū)CA1區(qū)形態(tài)學(xué)變化--光鏡 HE染色(×400),A：UC組 B： 10% CH組,D： 5%CIH組,C： 10%CIH組,腫脹明顯排列紊

30、亂,正常神經(jīng)元,染色變淺細(xì)胞輕度水腫,稀疏核固縮壞死,天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院呼吸科實驗室,正常神經(jīng)元,10%CIH組核膜斷裂,10%CH 組染色質(zhì)色淺不均,5%CIH 組細(xì)胞器消失，核仁消失,6周間歇低氧大鼠海馬CA1區(qū)細(xì)胞形態(tài)變化—電鏡(×25000),,天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院呼吸科實驗室,Gozal E, et al. Am J Physiol Cell Physiol 2005, 288: C535-C542.,間歇低氧加

31、速腦細(xì)胞凋亡,,,Altay T，et al. J Appl Physiol 2004; 96: 1223.,,間歇低氧引發(fā)腦血管炎性反應(yīng)增強(qiáng),間歇低氧暴露24小時腦血循環(huán)白細(xì)胞黏附活性增加3.4倍,30天間歇低氧暴露導(dǎo)致鼠的腦皮質(zhì)氧化應(yīng)激反應(yīng)，蛋白、脂質(zhì)過氧化水平增加。,Xu W. et al. Neuroscience 2004,126 313–323.,蛋白過氧化,脂質(zhì)過氧化,,臨床、動物和細(xì)胞學(xué)研究都證實了睡眠呼吸暫?；蚵蚤g歇

32、低氧可以引發(fā)系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)。炎癥物質(zhì)包括粘附因子、細(xì)胞因子、化學(xué)驅(qū)動因子等。研究證實炎性因子存在和水平與慢性間歇低氧程度有關(guān)。炎癥反應(yīng)與心腦血管疾病的形成和加重有關(guān)。,間歇低氧炎癥損傷機(jī)制,,正常氧條件:線粒體消耗約90%的氧，剩余足夠的氧用于HIF-1降解。持續(xù)低氧條件:幾乎所有氧被線粒體消耗，HIF-1迅速增加并固定，導(dǎo)致如促紅細(xì)胞生成素基因等轉(zhuǎn)錄激活增加。間歇低氧條件:低氧程度不足以固定HIF-1，通過線粒體應(yīng)激，將導(dǎo)致

33、NF-kB的激活， NF-kB激活下游效應(yīng)是炎性物質(zhì)基因激活，產(chǎn)生TNFa等炎性物質(zhì)。,正常氧、持續(xù)低氧和間歇低氧的細(xì)胞內(nèi)分子反應(yīng),,,Ryan S, et al. Circulation.2005;112:2660.,ROS,,TNFα and EPO 水平 in OSAS,Ryan, S. et al. Circulation 2005;112:2660.,,Greenberg H, et al. Bio Biophy Res Co

34、mmun 2006, 343 :591–596.,NF-kB活性隨間歇低氧時間延長而增加,三組間X2為21.416，P<0.01。組間兩兩相比采用Mann-Whitney U檢驗，U均為=25.000，P均<0.05。,,,不同間歇低氧水平NF-kB細(xì)胞內(nèi)濃度比較,天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院呼吸科實驗室,三組間X2為35.632，P<0.01。組間兩兩相比采用Mann-Whitney U檢驗，U均為=25.000，P均<

35、;0.05。,,不同間歇低氧頻率NF-kB細(xì)胞內(nèi)濃度比較,天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院呼吸科實驗室,Lavie Neurol Clin，2005,23:1059–1075,間歇低氧內(nèi)皮功能損傷的分子學(xué)機(jī)制,,,,,,,,NOET-1,,,,? OSA患者血中氧化應(yīng)激生物標(biāo)志物水平增高。動物CIH歇低氧造成腦、心臟、腎臟、血管氧化應(yīng)激標(biāo)志物的沉積。器官功能損害程度與氧化應(yīng)激反應(yīng)程度相關(guān)。? CIH低氧相當(dāng)缺血再灌注損傷，反復(fù)缺氧/再氧合產(chǎn)生

36、ROS。ROS影響CIH介導(dǎo)的全身和細(xì)胞反應(yīng)，即氧化應(yīng)激反應(yīng)。?解除CIH 、應(yīng)用抗氧化劑和阻斷氧化應(yīng)激酶系統(tǒng)降低血液中氧化應(yīng)激標(biāo)志物水平，降低反射性交感神經(jīng)興奮和血壓升高。,間歇低氧的氧化應(yīng)激損傷機(jī)制和抗氧化策略,,Prabhakar et al.Biol Chem. 2004,385:217-221Griendling KK, et al. Circulation, 2003, 108: 1912.,,氧化應(yīng)激損傷機(jī)制,①RO

37、S來源于線粒體電子傳遞鏈與氧化酶有關(guān)。②IH使細(xì)胞線粒體復(fù)合體I活性下調(diào)。③復(fù)合體I作為IH靶點，參與產(chǎn)生ROS。,,ROS,,,Chen L，et al. Am J Respir Crit Care Med. 2005, 172: 915-920.,間歇低氧導(dǎo)致心肌組織氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)/抗氧化能力下降,LOP,SOD,,間歇低氧引發(fā)鼠海馬區(qū)過氧化反應(yīng)為抗氧化劑阻斷,Row BW，et al. 2003,167: 1548-1553

38、.,,* p<0.01,6周間歇低氧大鼠抗氧化干預(yù)后血漿AST和ALT水平下降,天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院呼吸科實驗室,T1：4周后干預(yù)T2：全程干預(yù),AST：谷草轉(zhuǎn)氨酶ALT：谷丙轉(zhuǎn)氨酶,6周間歇低氧大鼠抗氧化干預(yù)后血漿TG和TCT水平下降,TC：總膽固醇TG：甘油三酯,天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院呼吸科實驗室,T1：4周后干預(yù)T2：全程干預(yù),,對OSAS氧化應(yīng)激損傷的治療策略,CPAP治療可以改善OSAS患者內(nèi)皮依賴性血管擴(kuò)張作用。提出

39、對OSAS相關(guān)性心血管疾病的抗氧化治療策略。 Grebe M.et al. Am J Respir Crit Care Med. 2006;173:897.CPAP 治療可以有效地減低OSAS患者的氧化應(yīng)激反應(yīng)。 Hernández C,  et al. Arch Bronconeumol 2006;42:125- 129. CPAP治療可以逆轉(zhuǎn)OSAS患者抗氧化