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高氧疗法在临床上被广泛用来治疗各种全身或局部疾病,但其也常会引起眼局部的并发症,如白内障,早产儿视网膜病变等。眼局部氧的分布和梯度的变化,也是导致玻璃体切割术后晶状体混浊的重要起始原因之一。这些并发症严重的影响了视功能。研究其发病机制和防治策略,具有重要的意义。高氧引起的晶状体混浊的发病机制尚不明确,氧化损伤被认为是高氧诱导眼部疾病的重要原因。本研究从高氧诱导离体兔晶状体的混浊出发,研究其防治策略,寻求可能阻断高氧诱导氧化损伤途径的方法,这为阐明高压氧治疗后晶状体混浊及玻璃体切割术后白内障发生发展的关键环节,以及用药物治疗白内障奠定基础,也为研究年龄相关性白内障的发病机制提供重要的理论依据。目的:探讨高氧诱导晶状体变化的机制,研究N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine,NAC)、肌肽(Carnosine,Car)、阿司匹林(Aspirin,ASA)和牛磺酸(Taurine,Taur)对高氧诱导离体兔晶状体混浊的保护作用,确定N-乙酰半胱氨酸抑制高氧诱导晶状体混浊的最佳浓度,进一步揭示高氧环境下晶状体抗氧化系统的变化及抗氧化药物的作用机制。方法:(1)高氧诱导离体兔晶状体混浊模型的建立及抗氧化药物治疗作用的研究:取4月龄新鲜兔晶状体42只,随机分为对照组、高氧组、NAC处理组、Car处理组、ASA处理组和Taur处理组。除对照组常规培养外(37℃,5%CO2),其余各组每天在1个标准大气压(atmosphere absolute,ATA)、浓度>80%的氧气环境中培养4 h。每天观察并记录各组晶状体混浊程度的进展。晶状体混浊分级标准参考Geraldine等离体晶状体混浊的分级方法。培养7 d后每组各取1只晶状体进行HE染色,观察晶状体形态学改变;同时,测定各组晶状体还原型谷胱甘肽(Glutathione,GSH)和水溶性蛋白含量及Na+-K+-ATPase、过氧化氢酶(Catalase,CAT)和谷胱甘肽还原酶(Glutathione reductase,GR)活性。所得数据进行统计学分析。(2)不同浓度的NAC防治高氧诱导晶状体混浊的研究:根据第一部分实验结果,将36只新鲜离体兔晶状体随机分为对照组、高氧组、5mM NAC处理组、10 mM NAC处理组、20 mM NAC处理组和40 mM NAC处理组,进行离体培养。培养条件及各项生化检测指标同上。所得数据进行统计学分析。结果:实验一:四种药物对高氧诱导晶状体混浊的研究1晶状体透明性的观察:(1)高氧组与对照组比较:培养到第3d时,高氧组33%(2/6)的晶状体出现轻度皮质混浊,对照组6个晶状体均保持透明;第4d时,高氧组可见17%(1/6)的晶状体出现中度混浊,33%(2/6)的晶状体为轻度混浊,对照组仅有33%(2/6)出现轻度混浊,其余均保持透明,两组间比较有统计学差异(P<0.05);培养7 d后,高氧组83%(5/6)的晶状体出现重度混浊,而对照晶状体组17%(1/6)保持透明,67%(4/6)为轻度混浊,仅17%(1/6)为中度混浊,两组间统计学差异P<0.01;晶状体组织形态观察发现对照组晶状体上皮细胞规整,排列整齐紧密,层次分明,大小均匀一致;高氧组晶状体细胞排列紊乱,形态不规则,晶状体纤维崩解。(2)高氧组与4种药物处理组比较:培养3 d,除高氧组33%(2/6)的晶状体出现轻度皮质混浊外,其余各组晶状体均保持透明;第4d时,Taur组和ASA组均有17%(1/6)的晶状体出现轻度皮质混浊,而NAC组和Car组晶状体均保持透明;培养7d后,高氧组83%(5/6)的晶状体出现重度皮质混浊, NAC组仅有17%(1/6)的晶状体出现中度混浊,50%(3/6)为轻度,33%(2/6)仍保持透明,Car组ASA组和Taur组的平均混浊度为中度,各个组之间相比较,仅NAC组与高氧组有明显统计学差异(P<0.05)。各药物组晶状体部分上皮细胞排列紊乱,形态不规则,但NAC组仅见部分纤维肿胀,仍可见部分细胞形态规则。2晶状体各项生化指标比较:培养7d,高氧组与对照组相比较,各项检测指标均有下降。水溶性蛋白含量下降10.4%(22.3 g/L,P<0.05),GSH含量下降37.3%(6.7 mgGSH/g晶状体蛋白,P<0.05),Na~+-K+-ATPase活性下降了53.5%(0.03 U/mg晶状体蛋白,P<0.05),CAT活性下降了32.2%(1.76 U/mg晶状体蛋白,P<0.05),GR活性下降12.8%(2.13 U/g晶状体蛋白,P>0.05)。而NAC明显的抑制了这种变化的发生。培养7d后,与高氧组相比较,NAC组晶状体水溶性蛋白含量升高9.95%(24.5 g/L,P<0.05),GSH含量升高38.4%(9.2 mgGSH/g晶状体蛋白,P<0.05),Na~+-K+-ATPase活性升高59.1%(0.05 U/mg晶状体蛋白,P<0.05),CAT活性升高31.9%(2.34 U/mg晶状体蛋白,P<0.05);Car组晶状体的GSH含量升高了20.9%(8.10 mgGSH/g晶状体蛋白,P<0.05),Na~+-K+-ATPase活性升高48.6%(0.048 U/mg晶状体蛋白,P<0.05),CAT活性升高26.8% (2.24 U/mg晶状体蛋白,P<0.05);ASA组仅CAT活性升高23.8%(2.2 U/mg晶状体蛋白,P<0.05),并具有统计学差异。其他药物处理组各项生化指标也有提高,但各个药物处理组间没有统计学差异(P>0.05)。实验二不同浓度NAC对高氧诱导晶状体混浊的研究1晶状体透明性的观察:培养到第3 d时,除高氧组有33%(2/6)的晶状体出现轻度雾状混浊(格子少部分雾状影可见)外,其余各组晶状体均透明;第4 d时高氧组50%(3/6)的晶状体出现轻度皮质混浊,对照组、20 mM和40 mM NAC处理组分别有67%(4/6)、83%(5/6)和83%(5/6)的晶状体保持透明,高氧组与对照组、20 mM和40 mM NAC处理组相比,有明显的统计学差异(P<0.05);培养7 d后,高氧组83%(5/6)的晶状体出现重度皮质混浊(格子完全不可见),20 mM NAC处理组仅有67%(4/6)的晶状体出现轻度皮质混浊,33%(2/6)仍保持透明(P<0.05);40 mM NAC处理组晶状体除50%(3/6)有轻度混浊外,50%(3/6)的晶状体仍保持透明(P<0.05);而20 mM NAC和40 mM NAC处理组之间的兔晶状体混浊程度并没有统计学差异(P>0.05)。2晶状体各项生化指标比较:与对照组相比,高氧组水溶性蛋白含量,GSH含量,Na~+-K+-ATPase,CAT及GR活性分别下降了13.1%(22.1 g/L,P<0.05),33%(7.1 mgGSH/g晶状体蛋白,P<0.05) ,38.2%(0.037 U/mg晶状体蛋白,P<0.05),39.9%(1.74 U/mg晶状体蛋白,P<0.05)和18%(1.77 U/mg晶状体蛋白,P<0.05),这与实验一结果相近;各浓度NAC处理组晶状体生化指标均有不同程度的提高,尤其是20 mM和40 mM NAC处理组,20 mM NAC处理组水溶性蛋白含量,GSH含量,Na~+-K+-ATPase及CAT活性分别比高氧组升高10.6%(24.4 g/L,P<0.05),28.2%(9.1 mgGSH/g晶状体蛋白,P<0.05),53.9%(0.0569 U/mg晶状体蛋白,P<0.05),34.7%(2.344 U/mg晶状体蛋白,P<0.05);40 mM NAC处理组比高氧组升高11.9%(24.73 g/L,P<0.05),23.9 %(8.8 mgGSH/g晶状体蛋白,P>0.05),56.0%(0.058 U/mg晶状体蛋白,P<0.05),37.5%(2.39 U/mg晶状体蛋白,P<0.05)。各NAC处理组GR活性平均升高了8%(1.83 U/mg晶状体蛋白),各个处理组之间各项检测指标没有统计学差异。结论:1.高氧能够诱导离体兔晶状体皮质混浊;2. NAC、肌肽、阿司匹林、牛磺酸对高氧诱导的离体兔晶状体的皮质混浊有不同程度的抑制作用;3. NAC(20 mM-40 mM)可更有效的抑制高氧诱导的离体兔晶状体的皮质混浊,其作用机制可能与NAC作为GSH的前体物质补充了晶状体GSH及其保护抗氧化酶和Na~+-K+-ATPase有关。创新点:首次探讨了NAC在高氧环境下对离体兔晶状体混浊的保护作用及机制。