论文部分内容阅读
减压诱导肺损伤（decompression-induced lung injury,DILI）是威胁潜水人员健康的重要医学问题。有研究指出,反复进行潜水活动的潜水员,经过安全减压后即使不发生减压病（Decompression sickness,DCS）也会出现的肺损伤。气泡是公认的引发DCS的主要病因,然而体内气泡的数量并不与DCS的临床表现成正相关,气泡很有可能在不引发DCS的前提下对机体造成损伤。气泡更容易生成在静脉系统,这些气泡会经过静脉循环,最终被肺过滤,肺脏成为了气泡的第一个靶器官,气泡对于肺脏的损伤可以逐渐积累,从而引发DILI。目前,有关DILI的致病机制尚不清楚,也缺乏现有的动物模型来模拟这种损伤。本实验以小鼠作为研究对象,通过制定连日减压方案,模拟DILI的发病过程,建立稳定的动物模型。实验研究发现,连日减压方案可以在小鼠体内生成气泡,并且可以在不损伤其他重要脏器的条件下引发肺损伤,排除了DCS发生的可能性。反复减压导致小鼠肺脏结构与功能的改变,引发肺水肿、肺毛细血管通透性增加等病理生理改变,值得注意的是,连续4日进行每日减压的小鼠出现了适应现象,即肺损伤不再继续加重。有研究指出,连日潜水的潜水员也会出现类似的适应现象,表现为机体对于压力变化的敏感性降低。本研究进一步机制探讨发现,发生DILI后肺内炎症反应激活,炎症因子与抑炎因子协同升高,血管内皮损伤因子和黏附趋化因子也显著升高,这些因子的改变极有可能引发其他免疫细胞的参与。肺内的巨噬细胞（Macrophage）作为免疫应答和炎症反应的重要参与者,也在DILI发生后出现了明显的改变。分化后的巨噬细胞根据其标记物与分泌功能的不同,可以分为两种亚型,即经典活化型（M1）与选择活化型（M2）,这一过程又被称为巨噬细胞极化（polarization）。M1亚型巨噬细胞具有清除病原体的功能,但同时也会造成组织损伤。相反,M2亚型巨噬细胞可以促进组织损伤的修复并抑制炎症反应。巨噬细胞极化在诸多疾病中都发挥了重要作用,本次实验的结果也表明,巨噬细胞可能在炎症反应的不同阶段发挥不同的生理功能。氢气（hydrogen）在诸多疾病中已经被证实具有保护作用,其机制主要与抗氧化、抗炎、抗凋亡有关。吸入高浓度（67%H2+33%O2）氢气（high concentrations of hydrogen,HCH）也已经在临床使用,我们先前的研究也表明,HCH可以在体外调控巨噬细胞极化从而发挥抗炎的作用。本次研究发现,吸入HCH可以在小鼠体内降低炎症因子的表达,提高炎症抑制因子的表达,改善小鼠肺脏的病理结局,在一定程度上恢复肺的功能,减轻DILI引发的病理生理过程,通过其抗炎作用从而发挥对DILI的治疗效果。第一部分DILI小鼠模型的建立及DILI与减压次数的关系研究方法:制定连续4日反复加减压方案（每日一次）,检测小鼠体内是否产生气泡,评价小鼠肝脏、肾脏、脑的结构与功能。检测每次减压后不同时间点内肺功能的变化,选取变化最明显的时间点进行病理生理学指标检测。研究结果:根据本实验的减压方案,可以在小鼠体内检测到气泡生成。小鼠肝脏、肾脏、脑的结构与功能并没有明显改变。单次减压并不会引起小鼠肺功能的明显改变,每次反复减压后6 h小鼠肺功能指标肺总量（total lung capacity,TLC）、肺顺应性（chord compliance,Cchord）、功能余气量（functional residual capacity,FRC）达到最低值,随着减压次数的增多,指标降低越明显,连续4日减压处理后出不再继续降低。小鼠肺组织含水量（lung water content,LWC）、肺泡灌洗液中伊文思蓝（Evans Blue）含量在反复减压后增加,连续4日减压处理后不再继续增加。结论:通过选择减压方案,我们成功构建DILI小鼠模型,在小鼠体内观测到气泡,可以在不影响其他重要脏器的前提下引发肺损伤,DILI会随着减压次数的增多而加重,然而会出现适应现象。第二部分DILI的炎症反应机制与吸入HCH对于DILI的治疗作用研究方法:运用简单的生物信息学检测手段,检测DILI发生后小鼠肺内差异基因的富集功能。检测反复减压后小鼠肺内炎症因子、抑炎因子和黏附趋化因子表达水平,检测巨噬细胞标记蛋白表达水平,检测反复减压后吸入HCH干预对小鼠肺结构与功能的影响,并检测HCH对于肺内炎症因子、抑炎因子和黏附趋化因子、巨噬细胞标记蛋白表达水平的影响。研究结果:GO分析结果显示,DILI发生后肺内免疫应答、免疫调控相关基因出现明显的差异性表达。反复减压引起小鼠肺内肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α,TNF-α）、白介素-1β（interleukin-1β,IL-1β）、IL-10和转化生长因子-β（transforming growth factor-β,TGF-β）升高,连续4日减压处理后不再继续增加。HCH干预后,TNF-α和IL-1β显著降低,而IL-10和TGF-β显著升高。细胞内粘附因子-1（intracellular adhesion factor-1,ICAM-1）、单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemotactic protein-1,MCP-1）和内皮素-1（endothelin-1,ET-1）表达升高,在3次减压后达到最大值。吸入HCH后,这些指标均明显降低。巨噬细胞标记蛋白F4/80、i NOS、CD11c、CD206和Arg-1在反复减压后均升高,但是不同亚型巨噬细胞的标记蛋白升高的时间并不同步。吸入HCH治疗后,小鼠肺内F4/80、i NOS和CD11c的表达显著下降,而CD206和Arg-1的表达量明显上升。此外,小鼠肺结构与功能都在吸入HCH后明显改善。结论:DILI的发生过程与炎症反应的激活密切相关,巨噬细胞作为免疫系统重要的组成部分,在DILI发生和损伤修复过程中发挥了重要作用。氢气可以通过抗炎作用发挥对DILI的保护。