摘要
本研究的目的是确定低剂量一氧化氮(NO)吸入期间高血压肺血管重构与平均肺动脉压(mPAP)变化之间的关系。
将大鼠暴露于慢性低压缺氧(空气50.5 kPa (380 mmHg),含10%氧,持续5-29天)诱导慢性肺动脉高压(PH),并发肺血管结构改变。慢性低氧暴露后,大鼠留置肺动脉导管,一氧化氮mPAP改变与肺血管变化的形态计量学分析相关。
所有吸入NO浓度(百万分之0.1–2.0)均降低了PH大鼠的mPAP,与基线mPAP相比降低了相似的百分比,而在对照大鼠中未观察到任何变化。在PH大鼠吸入NO期间,mPAP下降的绝对值(而非mPAP下降的百分比)与基线mPAP、肺泡壁水平和肺泡导管水平的肌化动脉百分比以及肌化动脉的内侧壁厚度百分比显著相关。
在慢性低氧性肺动脉高压模型中,肺血管重构的严重程度不会改变肺动脉对一氧化氮的反应性,并且可能部分决定一氧化氮诱导的平均肺动脉压绝对降低的幅度。
这项研究得到了日本文部科学省科学研究补助金0947326、12470319和13877256的部分支持,以及厚生省的儿科研究补助金。
在所有导致肺动脉高压(PH)的情况下,血管变化包括正常非肌肉性外周肺动脉的新肌层化和正常肌肉性动脉的内侧肌肥厚。异常的肌肉肺血管系统可能具有较高的反应性1.,2.,这可能解释了在高血压肺疾病中吸入一氧化氮(NO)的作用,因为NO会扩张收缩肺血管。虽然吸入NO可以扩张这些结构重塑的肺动脉,但对吸入NO的反应程度在先天性心脏病患者中相当不同1.、原发性肺动脉高压(PPH)3.,有限硬皮病和分离PH4.和严重急性呼吸窘迫综合征(ARDS)5.. 肺血管结构变化严重程度的差异可能解释了吸入NO导致患者肺动脉压(PAP)降低的差异。
慢性缺氧诱导大鼠肺动脉高压和PH值变化6.–8..随着暴露于缺氧的增加,高血压肺血管变化的严重程度逐渐增加7..这些发现使得作者可以制作大鼠不同程度的PH值和高血压肺血管变化的实验模型。为探讨高血压肺血管变化与吸入NO反应的关系,采用不同时间慢性低氧暴露引起的慢性PH大鼠模型进行NO吸入实验。定量形态学分析用于确定高血压肺血管的严重程度8.–10.选择≤2 ppm的低剂量NO吸入,因为较低的剂量有利于最大限度地减少任何可能的毒性。
材料和方法
40只雄性Sprague-Dawley大鼠,体重250-400 g (Clea,志贺,日本)。将大鼠暴露于50.5 kPa (380mmhg)、10%氧气的低气压缺氧环境中5天(n=12)、10天(n=6)、11-20天(n=9)和21-29天(n=5)。8只对照组大鼠保持在无缺氧暴露的室内空气中。缺氧暴露期结束后,给予戊巴比妥钠(45 mg·kg)麻醉−1.)腹腔注射的。肺动脉导管(硅橡胶管,0.31 内径(内径)mm和0.64 mm 插入外径(OD)mm通过如前所述,右颈外静脉通过闭胸技术进入肺动脉8.,10.然后在大鼠肩胛骨中部皮下穿管并取出导管。导尿后,大鼠只放在室内空气中。后24 - 48 h后catheterisation,老鼠完全清醒,每个大鼠呼吸一系列没有和空气混合物,包含0.1,0.25,0.5,0.75,1.0,1.5和2.0 ppm的15分钟没有曝光室(没有的环境浓度是0.01 ppm的实验室空气),在此期间延长管(胸乡;日本东京夏姆斯)将肺动脉导管连接到肺动脉导管上,通过橡胶帽传递到腔室外部。Nihon Kohden,东京,日本),在NO吸入之前,期间和之后,其中平均肺动脉压(mPAP)被电子获得。当大鼠安静时,记录下了压力。每一水平的NO暴露后仅进行15分钟的空气呼吸。得到mPAP减少的绝对值: 还计算了与基线mPAP相比的减少百分比: 在另一组大鼠中,主动脉导管也从左颈动脉进入升主动脉,并获得平均系统动脉压(mSAP)。
一氧化氮暴露室
NO从日本千叶的Sumitomo Seika (Sumitomo Seika, Japan)以89.1 ppm的纯氮混合物获得2..该混合物被引入连接到塑料暴露室(容量为2l)的管中,其中3l·min−1.发展了恒定气流。空压机(0.4 OP-7S;日立,东京,日本)和流量计。因此,在NO被引入暴露室之前,气体在暴露室的上游被新鲜空气稀释,并将NO氧化成NO2.尽量避免暴露在室内。使用化学发光分析仪(CLA-510SS;Horiba,京都,日本)。化学发光分析仪分辨率的局限性取决于选择的测量范围:0.01 ppm范围为0-l ppm, 0.1 ppm范围为0-10 ppm。压力表连接在NO和N上2.调整气缸,以在暴露室中获得最终所需的NO浓度。
用于结构分析的肺组织制备
在血流动力学测量后,在戊巴比妥钠麻醉下通过气管切开对大鼠进行机械通气。进行胸骨中线切开以暴露心脏和肺。从心脏采集红细胞压积血样。用聚乙烯管(SP-110;夏目漱石,东京,日本)插管主肺动脉,并在20%的压力下灌注生理盐水 cmH2.O清除血液。然后在100 cmH的压力下向肺动脉注射热的(60°C)辐射不透明的钡-明胶混合物2.O、 直到肺表面出现雪花。夹紧肺动脉插管,取出心脏和肺全体.气管插管灌注10%福尔马林,36 cmH压力,扩张固定肺2.0处理72 h。从左肺中段平行于肺门处取一块组织,经石蜡包埋进行光镜检查。用Van Gieson法对切片进行弹性蛋白染色。将心脏右心室(RV)从左心室+室间隔(LV+S)中剥离,分别称重。计算RV/(LV+S)。
光学显微镜载玻片使用前面描述的技术进行分析8.–10. 每个组织切片中的所有钡填充动脉均在×400放大镜下检查,平均为320条动脉−1.(172–502动脉·截面图)−1.)根据伴随的气道,首先确定每条动脉与终末细支气管、呼吸细支气管、肺泡管或肺泡壁有关。每个动脉也被确定为两种结构类型之一:肌肉化(肌肉化,具有完整的肌肉内侧被膜或部分肌肉化,具有不完整的被膜,只有一个新月形的肌肉存在)和非肌肉化(没有明显的肌肉)。计算肺泡壁(%AW)和导管(%AD)水平的肌化动脉百分比。对于100到100之间的所有肌肉动脉 µm和200 直径为µm(每个截面发现4–33条动脉),通常伴有终末或呼吸性细支气管,沿最短曲率测量中膜的壁厚(外部和内部弹性层之间的距离),并计算内侧壁厚的百分比(%MWT)8..
在不了解低氧暴露持续时间、基线PAP和NO吸入反应的情况下进行形态学分析。只有在完成对所有标本的独立形态学分析后,才与低氧暴露时间和PAP测量结果相关联。
统计分析
所有值均以平均值±sem表示。采用线性回归分析法分析低氧暴露时间与mPAP、RV/LV+S、%AW、%AD和%MWT之间的关系。重复测量的方差分析(ANOVA)用于分析有无吸入的mPAP。通过单因素方差分析和Scheffe检验分析NO对mPAP降低百分比的浓度依赖性影响。采用线性回归分析法分析NO诱导的mPAP变化与形态学参数(%AW、%AD和%MWT)之间的关系。p值<0.05被认为具有统计学意义。
后果
肺动脉高压的诱发
在室内空气中饲养的大鼠中,获得无慢性低氧暴露的对照值:mPAP为19.3±0.6 mmHg(n=8);RV/(LV+S)为0.26±0.03(n=8);%AW和%AD水平分别为11.3±1.5%(n=8)和19.3±2.0%(n=8);%MWT为2.03±0.23%(n=8);红细胞压积为41.5±3.04%(n=6)。
暴露于慢性缺氧与mPAP、RV/(LV+S)、%AW、%AD、%MWT和红细胞压积水平显著升高相关。随着缺氧暴露时间的增加,mPAP、RV/(LV+S)、%AW、%AD、%MWT和红细胞压积严重程度增加。mPAP与RV/(LV+S) (r=0.66, p<0.0001)、%AW (r=0.81, p<0.0001)、%AD (r=0.81, p<0.0001)、%MWT (r=0.73, p<0.0001)呈显著正相关。
一氧化氮吸入
短期吸入NO可显著降低PH大鼠在缺氧5天(n=12)、10天(n=6)、11-20天(n=9)和21-29天(n=5)时的mPAP,所有浓度的最小浓度为0.1 ppm,但不在对照组大鼠中(重复测量方差分析)(图。 1.⇓)。在这四个实验组中,每种吸入NO浓度下mPAP的降低百分比没有显著差异,因此,将相同吸入浓度下所有大鼠的数值结合起来,以确定吸入NO的剂量依赖性效应(0.1、0.25、0.5、0.75、1.0、1.5和2.0 ppm)比基线mPAP减少百分之十。在0.1-2.0范围内,吸入no浓度对mPAP减少百分比没有显著的剂量依赖性 ppm(ANOVA),因此每只大鼠吸入NO期间mPAP下降的绝对值表示为所有NO浓度变化的平均值。吸入NO期间mPAP下降的绝对值与基线mPAP显著相关(r=0.58,p=0.0005)(图。 2.⇓).
形态计量学和吸入一氧化氮引起的平均肺动脉压变化的比较
mPAP的降低百分比与%AW、%AD和%MWT之间没有相关性。NO诱导的mPAP降低的绝对值与周围肺动脉肌化的百分比呈显著正相关(%AW,r=0.58,p=0.0009;%AD,r=0.45,p=0.015)(图。 2.⇑).no诱导的mPAP降低与肌肉动脉内侧肥大之间也有轻微但显著的微弱正相关(r=0.38, p=0.04)(图2)⇑).
主动脉压
5例患者的主动脉压无变化 PH大鼠吸入ppm NO(n=4)(12.40±0.98 千帕(93.3±7.4 mmHg)不含NO;12.40±0.88 千帕(93.3±6.6 (毫米汞柱)没有)。
讨论
吸入NO后mPAP下降的绝对值,而不是mPAP下降的百分比,与基线mPAP和血管变化的形态学值(AW %、AD %和MWT %)显著相关。基线mPAP越高,NO吸入时mPAP降低的绝对值越大。平滑肌向外周动脉的异常扩张越大,吸入NO时mPAP绝对值降低越大。
血压取决于血流和血管阻力。虽然PAP依赖于心输出量,但在吸入NO时测量意识大鼠的心输出量是困难的。作者通过留置主动脉导管测量了一些大鼠在5ppm一氧化氮吸入期间和之后的mSAP。因为no吸入时mSAP无明显变化,而且吸入no是一种选择性肺血管扩张剂1.,3.–5.,假设不吸入时心输出量不受影响,即使本实验中未测量心输出量。先前对PH患者的研究也报告了在吸入NO期间心输出量和SAP值没有变化11.
吸入NO可显著降低PH大鼠mPAP,但对正常大鼠无显著影响。正常大鼠肺血管可能最大程度扩张。mPAP减少的绝对值和基线mPAP减少的百分数低于早期临床报告12,13,提示可逆成分在慢性缺氧ph下PAP的增加中起次要作用。固定的血管结构改变可能有助于mPAP的增加。由于在脱离慢性缺氧暴露后24小时以上在室内空气中进行NO吸入,应该很少有缺氧肺血管收缩。虽然内在张力(可逆成分)很小,但这一成分与血管变化显著相关。吸入NO可降低高血压肺血管系统固有的血管张力。
一般来说,慢性低氧暴露后出现红细胞增多症,在大鼠和人类的低氧PH值中起着重要作用。作者测量了红细胞压积值,发现随着低氧暴露的增加,红细胞压积逐渐增加(0天:41.5%;10天:58.0%;11-20天:60.1%;21-29天:68.6%)研究还发现,在0.1–2.0的NO吸入期间,mPAP的降低百分比相似 因此,本研究推测红细胞增多症不会降低NO对大鼠的舒张作用。
MWT显示平滑肌细胞肥大和增生。一项研究表明,肺动脉平滑肌肥大和增生与肺血管收缩有关1.。正常非肌肉性外周动脉的新肌层化显示周细胞和中间细胞分化为成熟的平滑肌细胞。这些新肌层化动脉对外源性血管收缩剂的收缩能力尚未得到广泛研究。Davieset al。14据报道,与同样大小的正常外周动脉相比,新肌化动脉对血管收缩剂的反应降低。由于没有诱导的mPAP降低与周围肺动脉的异常肌层化水平呈正相关,新肌层化的动脉将具有固有的血管张力,因此,总血管收缩面积将随着平滑肌延伸至周围肺动脉的水平而增加。异常PAP与肌肉向外周动脉的异常延伸相关性最好8.,这与目前的调查结果是一致的。一项新发现是,外周动脉的异常肌层化程度也与吸入NO引起的mPAP绝对降低显著相关。
在该模型中,肺血管阻力(PVR)降低的百分数可以最好地评估NO反应性的增加。然而,由于PVR未被测量,而且假定心输出量未受影响,因此反应性是通过PAP的百分比下降而不是PAP与NO的绝对变化来评估的。结论:平滑肌向外周动脉的异常扩张并不会增加肺动脉对NO的反应性。许多研究表明,在慢性缺氧大鼠肺动脉中,内皮依赖性舒张和非依赖性舒张均降低15.相反,Dinh-Xuanet al。16和奥尔顿et al。17证明对硝普钠的内皮非依赖性血管扩张剂反应没有改变。
因为异常的肌性肺血管可能有高度的反应性18这表明,由于吸入NO导致的mPAP降低百分比将随着血管变化严重程度的增加而增加。然而,本研究并非如此。在非刺激条件下,无论血管变化的严重程度如何,高血压肺血管系统可能具有相似的基线血管张力,导致无吸入导致mPAP相似的降低%。由于各浓度NO的减少百分比相似,基线mPAP越高,mPAP减少的绝对值越大。尽管由于平滑肌细胞数量的增加,绝对主动力产生能力增加,但高血压肺动脉每截面积的收缩力降低19.
据估计,在慢性低氧ph中,较少的no诱导反应表明血管改变较轻。然而,在伴有内膜改变的高血压肺血管疾病的临床情况中,这可能不是这种情况,内膜改变表明高血压肺血管疾病的严重程度较高。目前的模型没有发生内膜细胞和纤维化增生。一旦内膜发生变化,血管对血管扩张剂的反应开始减弱。中膜面积与内膜面积呈负相关,提示尽管ph升高,内侧壁厚度仍会下降。因此,本研究的一个缺点是该结果适用于选择性很强的模型,难以推广到临床观察。对于一个有PH的患者,吸入NO不能降低PAP,这并不意味着在这个特定的病例中肺血管重构较低。因此,高基线PAP和吸入NO的小反应可能提示固定的血管变化,如细胞和纤维内膜增生。高基线PAP和对吸入NO的良好反应可能提示血管病变而无内膜改变。在PPH患者的肺活检标本中,肺动脉中膜面积越大,静脉或口服血管扩张剂引起的PAP变化越大20..
NO吸入时mPAP降低与ARDS无NO时mPAP水平相关12,13,21,慢性阻塞性肺疾病22先天性心脏病18,但不是在PPH中3.还有一组ARDS5..对吸入NO的反应程度差异很大1..虽然肺血管对吸入NO的反应可能比单纯依赖肌肉化程度更为复杂,但一种可能的解释可能是患者血管重塑的不同程度。
吸入一氧化氮用于降低肺动脉高压和改善氧合。除治疗外,在心导管术前评估中使用一氧化氮吸入,以确定肺血管床严重受限和受限的患者18.由于一氧化氮在原发性肺动脉高压中的急性反应与前列环素等血管扩张剂类似,吸入一氧化氮的反应也可以用来预测口服这些药物的效果3.. 本研究表明,在大鼠慢性低氧性肺动脉高压的选择性模型中,肺血管重构的严重程度可能部分决定一氧化氮诱导的平均肺动脉压降低的程度。
- 收到了2001年6月1日。
- 认可的二○○二年一月十四日。
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