高浓度氧致新生儿肺损伤的研究进展

?444?

?综述?

高浓度氧致新生儿肺损伤的研究进展

许峰　霍泰辉

　　目前抢救新生儿呼吸窘迫综合征(RDS)最有效的方法之一是应用高浓度氧(简称高氧)进行机械通气治疗。这一措施虽可挽救患儿生命,但却因高氧肺损伤而导致另一并发症———支气管肺发育不良(bronchopulmonarydysplasis,BPD)的产生[1]。自1967年Northwarry首次报道BPD以来,至今详尽的发病机制仍不清楚。由于从临床收集标本受到伦理和实际工作的限制,很难有稳定的肺组织供系统的病理生理研究,因而采用动物实验模型进行BPD的研究日趋迫切。高氧肺损伤后,动物在临床病理生理和肺形态学改变上与早产儿长时间使用正压通气和高氧肺损伤后而导致的BPD非常相似,因而大多数学者利用高氧肺损伤动物模型来研究

BPD[1],本文就此方面的研究进展作一概述。

自由基大量产生,超过机体正常抗氧化清除能力,从而导致肺损伤。如果机体有能力提高抗氧化酶活性和增加抗氧化酶表达,迅速纠正氧化和抗氧化不平衡,将减轻和耐受高氧肺损伤,反之则表现进行性肺损伤[4]。例如成年鼠暴露在体积浓度为1.00的氧气中3d,可因高氧肺损伤而死亡;而预先将成年鼠暴露在体积浓度为0.85的氧气中5～7d,然后再暴露在体积浓度为1.00的氧气中,其存活率明显提高;预先给成年鼠气管内吹入含有铜锌超氧化歧化酶(CuZnSOD)和过氧化氢酶(CAT)的物质或静脉注射含有抗氧化酶的物质,动物对氧耐受力明显提高;在高氧暴露前注射内毒素的成年动物,肺组织抗氧化酶活性和对高氧的耐受明显提高。这些实验结果的共同点是,动物经过预处理后,机体抗氧化酶活性迅速提高,从而对高氧产生耐受。同时还发现暴露在相同高氧条件下,新生动物较成年动物对高氧耐受能力强;新生动物能迅速增加抗氧化酶活性和抗氧化酶mRNA表达,而成年动物较少有抗氧化酶活性和抗氧化酶mRNA增加,新生动物虽然其抗氧化酶基础水平较成年动物低,但在高氧应激情况下能迅速增加抗氧化酶活性和抗氧化酶mRNA表达,而对高氧相对易感的新生仓鼠、豚鼠,暴露于高氧下较少有抗氧化酶活性和抗氧化酶mRNA表达增加。因而动物是否对氧耐受,并不在于动物本身抗氧化酶基础水平高低,而在于高氧应激时机体是否能迅速增加抗氧化酶活性和抗氧化酶mRNA表达[5]。研究发现,随着胎儿的逐渐成熟,其肺表面活性物质含量和抗氧化酶活力逐渐增加。暴露于高氧下,足月兔较早产兔在高氧应激情况下更易迅速增加抗氧化酶

AOE活性和抗氧化酶mRNA表达,对高氧相对耐受,因而可

一、高氧肺损伤动物模型的建立

使用未成熟动物肺来研究BPD具有重要意义,因为它既与人类肺疾病有关,发育又不同于成年动物的肺结构,但成功的报道甚少,原因是动物来源困难和早产动物存活率低,有的甚至需要昂贵的心肺复苏设备。现在只有几种动物可用于高氧肺损伤动物实验研究[1]。采用140d(185d为足月)的早产狒狒和137d(168d为足月)的早产猩猩给予长时间高氧机械通气可成功复制BPD动物模型,虽然狒狒和猩猩的肺组织学结构与人类极其类似,被认为是最好的BPD动物模型,但却受到来源和昂贵复苏设备的限制。有学者对早产兔和豚鼠进行高氧肺损伤研究发现,早产兔存活率低、喂养困难、产仔数少;而豚鼠怀孕期较长、产仔数少、肺组织学结构与人类差异也较大,因此均不适合进行大样本的动物实验研究。Chen等[2]和Xu等[3]采用21d娩出的早产大白鼠(22d为足月)建立高氧肺损伤动物模型,并证实21d娩出的早产鼠其肺表面活性物质和抗氧化酶系统发育不成熟,在高氧暴露后,肺损伤的病理形态学变化类似于新生儿BPD。此外大白鼠廉价易得,怀孕周期较短,产仔数量多,出生后

6h内存活率可达86%[3]。大白鼠的这些特性非常适合于做

以解释临床上常见的早产儿较足月儿更易发生BPD的原因,目前认为,早产儿肺表面活性物质和抗氧化酶不成熟是易致高氧肺损伤的重要因素。研究还发现,虽然早产鼠的抗氧化酶基础水平较足月鼠低,但在高氧应激情况下仍能迅速增加抗氧化酶活性,说明早产鼠和足月鼠同样对高氧有一定的耐受能力[5],因而提示我们在临床工作中只要注意防止高氧肺损伤,仍能大大降低早产儿BPD的发生率。

三、高氧肺损伤和肺表面活性物质

肺表面活性物质主要由脂质和肺表面活性物质蛋白

(SP,其中特异性蛋白质主要包括SP2A、SP2B、SP2C、SP2D等)

早产和高氧所致急慢性肺损伤疾病的研究。

二、高氧肺损伤和抗氧化酶防御系统

虽然BPD的发病机制不甚清楚,但未成熟肺暴露在高氧环境中,通过氧毒作用所致的肺损伤被普遍接受。目前认为这种损伤主要是由于氧自由基参与而导致细胞酶被灭活,

DNA损伤和酯膜过氧化所致。正常情况下机体氧自由基产

组成,SP2A、SP2D是亲水性糖蛋白,主要作用是调节磷酯的分泌和摄取,SP2A还具有免疫防御功能。SP2B、SP2C是疏水性糖蛋白,主要作用是促进磷酯吸附和分布到肺泡气2液交界面促进磷酯单分子层的形成[6]。由于肺泡表面活性物质仅含磷酯并不能明显降低表面张力,只有在SP同时存在时,肺

生和抗氧化酶的清除能力处于平衡状态,当暴露于高氧时,

作者单位:400014重庆医科大学儿童医院ICU(许峰);香港中文大学儿科系(霍泰辉)

© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

内容需要下载文档才能查看

?445?

表面活性物质才能产生有效降低表面张力的效果,因而高氧对肺表面活性物质的影响,特别是对SP影响成为近年颇为活跃的研究领域[628]。Woods等[8]发现未成熟羊高氧机械通气10h其肺组织SP2AmRNA,SP2BmRNA增加。我们的实验也显示,经过7d的高氧暴露未成熟鼠肺组织SP2AmRNA,

SP2BmRNA增加。目前推测导致SP向上调节的机制,一是

在高氧情况下,NO可产生高活力有害物质如二氧化氮

(NO2)、过氧化亚硝基阴离子(ON00-等),这对尚未成熟的新

生儿肺又可造成不同程度的毒性损伤[15]。高氧情况下,NO体系的变化是机体的保护性反应,还是损伤性因素,目前尚有争论,特别是临床上典型的NO吸入治疗常结合高浓度氧机械通气,因而开展这方面的研究将是今后的热点。

高氧所致的肺损伤是NICU最常见的并发症,并有较高的病死率,通过动物模型来探讨这些病理生理机制,对于我们更好地理解和掌握高氧肺损伤,防治BPD发生具有重要指导意义。

参

考

文

献

高氧损伤了肺泡血管导致血浆蛋白漏出而灭活肺表面活性物质,为了维持正常的肺表面活性物质功能,而反馈性刺激肺泡Ⅱ型细胞导致SPmRNA水平增加;另一种原因可能是

SP对肺损伤和炎症反应的保护性反应,如SP2A具有免疫调

理功能,它可以调节炎症细胞和细胞因子[6]。因而高氧暴露下,动物SP表达的增加可能是机体一种应激性保护反应,有利于机体的防御功能[7,8]。临床研究发现,RDS新生儿如

SP水平增加,常预示康复并较少发展为慢性肺疾患,SP较低

患儿常易致BPD[8]。目前高氧机械通气和外源性肺表面活性物质替代治疗是抢救新生儿RDS最有效的方法,高氧虽可诱导SP增加,但长时间使用可引起肺损伤,由于SP具有增强肺防御功能和调节磷酯代谢的作用,采用基因重组SP和磷酯组成的肺表面活性物质制剂是今后临床治疗RDS的有效途径。

四、一氧化氮(NO)在高氧肺损伤中的作用

NO作为近年来临床和基础医学研究的热点,其中十分

重要的进展是认识到在高氧情况下NO也参与了肺循环调节和肺损伤的病理生理过程。大多数哺乳动物胎儿在产前和产后短时期,随着胎儿不断成熟和肺泡氧浓度增加,一氧化氮合酶(NOS)mRNA表达明显增强,并与调节肺血管阻力功能相平衡,说明高氧可影响NO产量和NOS活性,并有利于胎儿向新生儿成熟转化[9]。Black等[10]的研究发现,用体积浓度为1.00的氧气给胎羊机械通气8h,可增加内皮细胞型一氧化氮合酶(eNOS)mRNA和蛋白的表达,NO产量增加,同时肺血管阻力减少,肺血流量增加,由此推测肺血管阻力降低可能是氧刺激血管内皮细胞产生内源性NO增多所致。

North等[11]发现胎羊动脉内皮细胞暴露在高氧环境下48h,

其eNOS活性、eNOSmRNA及蛋白表达均不同程度增加。

Potter等[12]的实验显示新生鼠暴露于高氧下8d,出现严重

肺损伤,但同时也发现内源性NO含量、肺组织eNOS、诱生型一氧化氮合酶(iNOS)蛋白表达明显增加,这些结果证明NO体系参与了高氧肺损伤的病理生理过程,但详尽的机制仍不清楚[10212]。目前推测高氧导致NOS基因表达的向上调节可能是由于高氧增加了NOS转录和转录后效应而导致NOS表达增加。高氧导致eNOS表达增加可能系高氧刺激了特殊转移因子,如核因子2KB(NF2KB)、活性蛋白21(AP21),从而诱导内皮细胞eNOS表达旺盛[11]。iNOS通常是由炎症细胞因β(IL21β)、α)在子诱发,如白细胞介素21肿瘤坏死因子α(TNF2高氧情况下,肺组织严重损伤而产生炎症反应,从而释放大量的炎性介质而诱导iNOS表达增加[12]。NO一方面可以调节血管张力和血压,传导神经信息,介导细胞免疫[13,14],但

1CoalsonJJ.ExperimentalmodelsofBronchopulmonarydyspasia.Biol

Neonate,1997,71(Suppl)1:35238.

2ChenY,MartinezMA,FrankL.Prenataldexamethasoneadministrationtoprematureratsexposedtoprolongedhyperoxia:anewratmodelofpulmonaryfibrosis(bronchopulmonarydysphasia).JPediatr,1997,130:4092416.

3XuF,FokTF,YinJ.Hyperoxia2inducedlunginjuryinprematurerat:descriptionofasuitablemodelforthestudyoflungdiseaseinnewborns.ChinMedJ,1998,111:6192624.

4HoYe2Shih,DeyMS,CrapoJD,etal.Antioxidantenzymeexpressioninratlungduringhyperoxia.AmJPhysiol,1996,270:8102818.

5ChenY,WhitneyPL,FrankL,http://wendang.chazidian.comparativeresponsesofprematureversusfull2termnewbornratstoprolongedhyperoxia.PediatrRes,1994,35:2332237.6CreuwelsLAJM,VanGoldeLMG,HaagsmanHP.Thepulmonarysurfactantsystem:biochemicalandclinicalaspects.Lung,1997,175:1239.7D′angioCT,FinkelsteinJN,LomonacoMB,etal.Changesinsurfactantproteingeneexpressioninaneonatalrabbitmodelofhyperoxia2inducedfibrosis.AmJPhysiol,1997,272:7202730.

8WoodsE,OhashiT,PolkDetal.SurfactanttreatmentandventilationeffectsonsurfactantSP2A,SP2BandSP2CmRNAlevelsinpretermlamblungs.AmJPhysiol,1995,269:2092214.

9KawaiN,BlochDB,FilippovG,etalConstitutiveendothelialnitricoxidesynthasegeneexpressionisregulatedduringlungdevelopment.AmJphysiol,1995,268:5892595.10BlackSM,JohengenMJ,MaZhi2Dong,etalVentilationand

oxygenationinduceendothelialnitricoxidesynthasegeneexpressioninthelungsoffetallambs.JClinInvest,1997,100:144821458.

11NorthAJ,LauKS,BrannonTS,etal.Oxygenupregulatesnitricoxide

synthasegeneexpressioninovinefetalpulmonaryarteryendothelialcell.AmJPhysiol,1996,270:6432649.

12PotterCF,KuoNT,FarverCF,etal.Effectsofhyperoxiaonnitricoxide

synthaseexpression,nitricoxideactivity,andlunginjuryinratpups.PediatrRes,1999,45:8213.

13NelinLD,WeltySE,MorriseyJF,etal.Nitricoxideincreasesthe

survivalofratswithahighoxygenexposure.PediatrRes,1998,43:7272732.14KinsellaJP,ParkerTA,GalanHetal.Effectsofinhalednitricoxideon

pulmonaryedemaandlungneutrophilaccumulationinsevereexperimentalhyalinemembranedisease.PediatrRes,1997,41:4572463.15KinsellaJP,AbmanSH.Inhalednitricoxideintheprematureinfant:

animalmodelsandclinicalexperience.SeminPerinatol,1997,21:4182425.

(收稿日期:2000203203)

(本文编辑:魏均民)

© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.