哮喘（Asthma）作为一种慢性呼吸道疾病,正日益成为严重威胁人类健康的重大问题。令人遗憾的是,科学界对哮喘病的病因和发展过程至今还没有完全认识清楚,其病理机制也一直是医学上的重要难题。随着环境的不断恶化,大气中的污染物,包括二氧化硫（SO₂）与哮喘病的关系也日益受到关注。SO₂是大气中最常见的污染物之一,其对呼吸健康的危害早在上个世纪就引起了人们的重视。通过流行病学、免疫学等方面的大量研究,发现SO₂与哮喘病中包括免疫、炎症、氧化应激和氧化损伤等在内的多种病理机制有关。而有关SO₂对哮喘病中气道的生物力学特性的影响至今尚未见报道。与此对照的是,越来越多的研究表明,哮喘病人的气道组织,特别是气道平滑肌在病变过程中的结构与功能变化会导致其生物力学行为的改变,使其在受到外来刺激时发生过度收缩反应（AHR）,从而引起气道过度狭窄和随之而来的呼吸阻碍,这是导致哮喘病成为高度危险疾病的共同的最终途径。由此,气道平滑肌收缩功能变异作为这一现象的终极原因成为目前研究的重点。因此,研究SO₂对于气道平滑肌生物力学特性的影响及其机理将有助于全面的认识和理解大气污染与哮喘病发生、发展的关系,为治理环境和有效防治哮喘病提供重要的参考依据。鉴于此,本文以四周龄Sprague Dawley（SD）大鼠为模型动物,以卵清蛋白（OVA）为致敏剂,建立了哮喘动物模型。在此基础上,以浓度为2 ppm（5.6 mg/m3）的SO₂对正常和哮喘模型动物进行长时间暴露刺激,并分别在个体、组织和细胞水平,研究了SO₂对气道平滑肌的影响,特别是SO₂对气道平滑肌细胞的生物力学行为的影响及其细胞骨架动力学机理。主要研究内容和结果如下:1)根据模拟SO₂单因素大气污染环境的要求,设计并制作了内部空间SO₂浓度可控制的动物实验装置。该装置由气路管道系统、传感检测系统和智能控制等部分构成,不仅能够实现在局部封闭空间中模拟低浓度SO₂污染的大气环境,并具有操作性强和可靠性高的优点。经测试和较长时间的实际使用,结果表明该装置能够较好地模拟SO₂单因素大气污染环境,SO₂暴露刺激后的动物出现明显的生理病理变化,证明该装置为研究大鼠长时间暴露于低浓度SO₂环境后其生理病理变化过程和机制提供了一种可靠的技术平台。2)研究了SO₂刺激对哮喘模型SD大鼠肺功能与气道组织结构的影响。首先以卵清蛋白（OVA）为致敏剂,刺激四周龄雄性SD大鼠,诱导其出现气道高反应性（AHR）,并作为后续研究的哮喘动物模型。在此基础上,利用上述动物实验装置,对正常和哮喘模型SD大鼠进行长时间、低浓度的SO₂暴露刺激,并观察动物受SO₂刺激后的肺功能（Penh）和气道组织病理学变化。实验结果表明,与正常SD大鼠相比,哮喘模型SD大鼠在经受SO₂刺激后其Penh值显著提高（P<0.01）,说明SO₂能显著地增强哮喘模型SD大鼠的气道高反应性,对正常SD大鼠的气道反应性则没有明显的作用。同时,肺组织病理切片苏木精-伊红（HE）染色观察和炎症因子检测结果均表明,SO₂能显著的恶化哮喘模型SD大鼠气道组织的炎症反应。3)考察了SO₂刺激对SD大鼠气道平滑肌细胞收缩性的影响。首先采用酶消化法与组织块贴壁法相结合,获取SD大鼠原代气道平滑肌细胞,经细胞免疫化学方法鉴定并证明所获得原代气道平滑肌细胞的纯度较高,原代细胞经传代至2-5代时用于实验。结果证明,该方法具有高效、快捷、简单易操作、耗费低、细胞获取量高和纯度高等优点,为后续实验提供了充足的细胞来源。在此基础上,运用磁微粒扭转细胞测量系统（OMTC）测量SD大鼠原代气道平滑肌细胞的生物力学特性。气道平滑肌细胞分别取自正常SD大鼠（正常对照组）,经受SO₂刺激的正常SD大鼠（SO₂组）,哮喘模型SD大鼠（OVA组）,经受SO₂刺激的哮喘模型SD大鼠（OVA+SO₂组）。细胞生物力学特性包括:细胞硬度、细胞硬度与频率的关系、细胞硬度对平滑肌收缩激动剂（氯化钾或组胺）的响应。实验结果表明,与正常对照组比较,其他三组SD大鼠（OVA组,OVA+SO₂组,SO₂组）的气道平滑肌细胞的硬度（G0）都显著增高（P<0.001,P<0.001和P<0.01）,细胞硬度与频率之间呈较好的幂率关系且幂指数相差不大。更重要的是,在各实验组中只有OVA+SO₂组SD大鼠的气道平滑肌细胞对氯化钾（KCl）或组胺（histamine）作用的响应显著提高。4)研究了SO₂衍生物在体外对正常SD大鼠气道平滑肌细胞生物力学特性的影响。由于大气中的SO₂在体内最终都是以其衍生物的形式作用于体内组织细胞,鉴于此,本文在体内实验的基础上,进一步研究了不同浓度下,SO₂衍生物（亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合物,二者摩尔比为3:1）对体外培养的正常SD大鼠气道平滑肌细胞生物力学特性的效应。实验表明,在10-4¹0-1 mmol/L的浓度范围内,SD大鼠气道平滑肌细胞的增殖能力、迁移能力、细胞收缩性都随SO₂衍生物浓度的增高而增强,同时细胞骨架蛋白F-actin的表达量也随之增加,并且这四者之间存在一定的相关性。这些实验结果提示,SO₂有可能通过增强气道平滑肌细胞的增殖能力、迁移能力和收缩性,引发气道组织的重构和气道高反应性,进而加剧哮喘症状的恶化。综上所述,本课题针对大气污染物SO₂对正常或哮喘模型SD大鼠气道平滑肌生物力学行为的影响,分别在个体、组织和细胞水平上进行了研究。结果表明,SO₂刺激对于正常SD大鼠作用不大,但对哮喘模型SD大鼠气道平滑肌却有显著的影响,主要表现为哮喘模型SD大鼠在受到SO₂刺激时出现气道高反应性加剧,气道平滑肌组织增生,气道平滑肌细胞收缩性增强等症状。此外,体外培养的SD大鼠气道平滑肌细胞在受到SO₂衍生物直接刺激时,出现平滑肌细胞增殖、迁移和收缩能力增强的现象。这些结果提示,除了炎症反应外,SO₂有可能通过改变气道平滑肌的生物力学行为,特别是气道平滑肌细胞对收缩激动剂的响应来加剧气道高反应性等哮喘典型症状,这为从生物力学角度认识大气污染在哮喘病病理机制中的作用提供了有价值的参考依据,为提高哮喘病的防治水平提供了新的思路。