抽象
老年人经常分类为特别容易受到空气污染。这增加的敏感性的基础尚不清楚,但它很可能是它与肺的年龄相关的功能受损。然而,由于这种不确定性,增加了社区的这部分空气污染的影响,有必要探讨所涉及的机制。
气态空气污染物如臭氧和二氧化氮,或许多吸附到吸入颗粒的表面上的部件,或者是强氧化剂或能够产生自由基的。如果不减,氧化剂可能导致伤害到该行呼吸道细腻细胞。小分子量抗氧化剂防御存在于呼吸道衬液(RTLF)表示抵御一定范围的输入肺氧化剂的第一行。数量和RTLF呼吸道抗氧化剂网络的质量都,因此,很有可能成为氧化剂挑战的底层呼吸道上皮细胞的影响的重要决定因素。
到目前为止,对呼吸道衬液抗氧化防御系统的分布和变化的综合信息只在年轻的时候,主要是健康的志愿者提供。患者的各种呼吸系统疾病的进行的研究表明,在呼吸道衬液抗氧化剂的分布发生明显变化,可能会发生。信息目前不适用于呼吸道衬液抗氧化防御网络上老化的影响。正如一些呼吸道衬液抗氧化剂是膳食的起源,老人,谁往往有不同的饮食方式对年轻的人的,可能有重要的抗氧化剂的可用性降低。鉴于这些可能性,更好地了解老年人肺部呼吸道衬液抗氧化防御系统是有道理的。
随着年龄的增长,肺功能逐渐衰退。这可以通过一秒钟用力呼气量(FEV)的减少来测量1)与用力肺活量(FVC)。这样的变化经常接受衰老过程中不可避免的迹象。肺功能的损失率可能是由一些外部或环境因素,包括个体的饮食质量的影响。由于在他们的肺部功能衰退,老年人面临同样的挑战,年轻人,尽管有损害呼吸系统的结果。也许并不奇怪,老人有一段时间被认为是“高危人群”,从空气污染的影响。证据支持这一想法在全国发病率最近报道,死亡率和空气污染的研究1。结果发现,除老年人,心血管问题住院中的颗粒每次10微克增加而增加1%,而心肺招生上涨2%。
目前尚不清楚肺中发生的与年龄有关的变化中,哪一种会使老年人有这种倾向。大多数老年人的肺活量确实降低了,空气污染进一步降低肺功能可能会导致他们超过临界值。同样,正如流行病学研究表明,空气污染导致老年人原有心肺疾病的发病率和死亡率增加,这与此类疾病是否以及如何进一步损害已经易感的肺有关。显然,这些患者的基础炎症增加,在暴露于空气污染后,这种情况会进一步恶化。迄今为止,很少有人致力于对老年人空气污染毒性的机制性理解。为了填补这一知识空白,需要开展研究,解决暴露于空气污染的老年受试者的肺功能和炎症反应等问题。此外,考虑饮食是否以及如何影响老年人的肺功能,特别是他们的呼吸道衬液(RTLF)抗氧化防御,也可能是有益的。
肺和饮食抗氧化剂
肺是氧气和各种氧化剂进入人体的主要门户。因此,这是不可避免的,在认识到氧的新陈代谢会产生一些高度活性的氧自由基之后2,即肺的抗氧化防御系统将受到密切关注。正如一些小分子量的抗氧化剂是从饮食中获得,这也是不可避免的饮食和肺功能之间的联系将被追捧。
对膳食抗氧化剂的兴趣最早出现在20世纪80年代的肺病领域,当时的回顾性观察研究表明,膳食抗氧化剂摄入量低的人肺功能下降。研究Tockmanet al。3和Morabiaet al。4表明日粮维生素A水平是肺功能的重要预测指标。也就是说,具有较高的维生素A摄入量的个体往往有更好的肺功能。1990年,Schwartz和WEISS五报告的第一个全国健康和营养调查(NHANES I),这表明饮食中摄取的维生素C是积极而显著与FEV相关的调查结果1。在1991年代trachan等。6报告说,新鲜水果和果汁摄入量高的吸烟者有较高的FEV1than those with low intake of these foods (table 1⇓)。1993年,在Zutphen研究中7水果摄入量与慢性非特异性肺病发病率呈负相关。然而,没有观察到β-胡萝卜素、维生素C或硒等几种抗氧化剂的估计摄入量有关联。荷兰风险因素与健康监测项目(MORGEN)研究8,大量摄入维生素C和β胡萝卜素,但不是维生素E,与较高的FEV相关联1和FVC比低摄入这些抗氧化剂的,这表明它们对肺功能有保护作用。
除了这些流行病学研究外,还有一些横断面研究,在这些研究中,饮食抗氧化剂的血液浓度与肺功能和/或呼吸症状之间存在关联。1986年,T艾勒等。9报道慢性阻塞性肺疾病患者FEV异常1/ FVC比例已经降低血浆抗氧化剂水平。1994年,Schwartz和WEISS10报道了NHANES II研究的发现,提示支气管炎和喘息都与血清维生素C水平呈负相关。1996年,N字母S等。11报道,血浆维生素C浓度相关都与FEV1以及雄性的FVC,但雌性没有。最近,米udway等。12表明FEV1在健康、维生素C充足的受试者中补充维生素C不受影响。
因此,越来越多的证据体连接的维生素和维生素原β胡萝卜素与肺功能的摄入量。即,高的进这些膳食成分与更高FEV相关联1和FVC比低摄入量,大概是作为改进抗氧化剂储量的结果来处理在活性氧的必然增加。此方案已被证明在囊性纤维化(CF)患者,谁因为生产胰液的下降,不能有效地分解和吸收脂溶性维生素抗氧化剂,如维生素E和A13。这个问题,反复呼吸道感染和中性粒细胞增加活动,是不是意味着CF患者忍受增加氧化应激的定期发作沿15。此外,随着年龄的增长,CF患者的肺功能和抗氧化能力都在下降16,这两个事件有可能是联系在一起的,尽管还没有长期的前瞻性研究解决这一有趣的可能性。令人鼓舞的是,短期干预研究表明β-胡萝卜素的补充降低了CF患者脂质过氧化的循环标志物17。
呼吸道内膜液抗氧化池
过去十年的工作已经帮助确认呼吸道上皮细胞的氧化损伤被RTLF最小化,RTLF是一层薄薄的液体覆盖层,富含抗氧化防御19-21。RTLF含有酵素(如。超氧化物歧化酶,过氧化氢酶),金属结合蛋白(如。和一系列的小分子,包括谷胱甘肽(谷胱甘肽),尿酸,半胱氨酸,蛋氨酸,维生素C和维生素e,虽然人们认识到,RTLF抗氧化剂池大小在正常人群中显著不同22对于这一点的原因,或者这些差异背后的机制,人们几乎没有认识到。事实上,几乎完全不了解血液/空气屏障的抗氧化动力学。
作为其高水溶性的结果,维生素C广泛整个身体的水性区室分布。由于这种抗氧化剂可能是自由扩散很可能是饮食中摄入在决定RTLF维生素C浓度的重要作用。已经在豚鼠,这就像人类不能合成维生素C,研究表明,维生素C的饮食不足迅速转化为血压下降和RTLF维生素C含量24. 因此,饮食摄入的差异可能部分解释了人类支气管肺泡灌洗液(BAL)维生素C浓度的广泛性25. 相反,RTLF尿酸的来源尚不清楚。包括本报告作者在内的几位研究人员怀疑,大多数RTLF尿酸是以与维生素C几乎相同的方式从循环中获得的。然而,这并不是上呼吸道,特别是鼻腔中尿酸的唯一来源,在鼻腔中RTLF的尿酸浓度比下呼吸道中的尿酸浓度高得多23。新创由于黄嘌呤脱氢酶在鼻上皮内的浓度和活性较低,因此在鼻上皮内合成尿酸似乎不太可能26。很可能,在上呼吸道高浓度的尿酸是通过呼吸道内膜细胞分泌的尿酸来达到的。RTLF为两层结构,包括较低的水溶胶相和较高的粘液凝胶相。P伊甸园等。26研究表明,在鼻腔内,RTLF溶胶相尿酸浓度增加后,胆碱能刺激气道。此外,他们证明尿酸的增加与乳铁蛋白浓度呈正相关,但与白蛋白无关。由于乳铁蛋白主要来源于粘膜腺体分泌物(凝胶相),这支持了上气道中RTLF尿酸部分来源于腺体分泌物的论点。因此,这个腔室对尿酸分泌的控制可能与粘液分泌密切相关。
Alveolar RTLF contains high concentrations (400 µmol·L-1)还原型GSH,这是约100倍,存在于血浆中27。这个巨大的GSH池的来源尚不清楚,但被动扩散显然并不重要。如上所述,被动扩散不能解释高RTLF GSH浓度和细胞分泌可能参与,加上差再吸收的机制。许多细胞类型,包括单核吞噬细胞,淋巴细胞和成纤维细胞的,是已知的出口GSH28。此外,细胞表面酶负责减少谷胱甘肽的吸收从细胞外空间,γ量谷酰基转肽酶,存在肺部浓度远低于在其他器官三十。此外,RTLF的补充相对缓慢,因此出口到RTLF的任何谷胱甘肽都可能在那里停留很长一段时间,这也可能有助于在该隔室内积累减少的谷胱甘肽浓度32。
呼吸道衬液抗氧化剂和空气污染
都在体外和体内实验证据能表明RTLF维生素C,尿酸和GSH是在暴露于臭氧,二氧化氮和颗粒消耗33。These reactions are sacrificial in that both the pollutant (or reactive component on the particle surface) and antioxidants are consumed (fig. 1⇓)。在这样的事件之后,很明显,重要的是要尽快补充失去的抗氧化剂。这些事件是如何发生的,以及它们是否受到监管,目前仍不清楚。尽管这些信息对于理解RTLF抗氧化剂提供保护的能力至关重要,但即使在健康的年轻志愿者中也没有这些数据。
有人提出,RTLF内抗氧化剂的组成和数量可能是个体对臭氧等空气污染物反应的重要决定因素19。尽管有证据表明,良好的肺功能与饮食中富含水果和蔬菜相关35在受控条件下,很少有数据表明基础的肺或血液抗氧化水平与个体对氧化剂气体的反应有关36。然而可以设想,增强这些抗氧化剂高于正常范围的血浆抗氧化浓度可以有一定的保护作用,如果这导致增强RTLF抗氧化剂水平。
为了支持这一论点,最近的实地研究表明,增加营养性抗氧化剂的摄入量可以减少职业性接触高臭氧剂量的受试者肺功能减退的程度(墨西哥城的鞋店清洁剂38)和消遣(荷兰的自行车手39)。在这些研究中观察保护经过长时间的补充(75毫克维生素E, 650毫克维生素C, 15毫克β胡萝卜素,应承担每天1.5个月在墨西哥城的研究;在荷兰自行车研究中,每天摄入100毫克维生素E, 500毫克维生素C,持续15周),平均臭氧含量分别为每十亿分之67.3 (ppb)和每十亿分之38.5 (ppb)。值得注意的是,在墨西哥城的研究中只记录了显著的臭氧事件,许多每小时的臭氧事件超过110 ppb。
这些发现协作已在多个控制室的研究提供了。Chathamet al。40reported protection against ozone-induced (300 ppb for 2 h, with intermittent exercise) decrements in FVC in subjects supplemented with 800 IU (528 mg) vitamin E for 14 days with a single 1 g vitamin C dose taken immediately before challenge. Notably, in this study, no protection was seen with vitamin C alone, and no protection against FEV1,用力呼气中段流量(FEF25-75)并观察到特异性气道电导下降。最近的一项(双盲)研究检查了两组15-16名受试者在400 ppb臭氧下暴露2小时(分钟通气,20 L·min)的反应终点的更大范围-1·米-2)服用安慰剂和补充维生素(250毫克维生素C, 50国际单位(33毫克)维生素E,以及12盎司富含类胡萝卜素的蔬菜鸡尾酒,每天服用14天)41。在这项研究中一个小的,但显著钝化在FEV臭氧引起的减量1(P = 0.05)在补充组中观察到与在FVC响应观察到类似的趋势(p = 0.06)。报道对臭氧引起的气道炎症无保护。在这项研究中的受试者最初放置在受限制的抗氧化剂饮食7天前进入安慰剂或维生素预给药期,使得它们的初始维生素C,维生素E,和β-类胡萝卜素浓度为低:34.2,13.3和1。4 µmol·L-1(意味着组)。在已观察到保护作用的现场研究中,测量到的基础血液抗氧化水平处于正常范围的上端38。虽然这些研究用T检验的反应在健康受试者,最近的一项研究rengaet al。43是否补充维生素(500毫克维生素C;每天400iu(264毫克)维生素E,持续4周,可保护哮喘患者免受臭氧诱导(120磅/分,45分钟,轻度运动)肺功能下降和随后的二氧化硫刺激(SO2) (100 and 250 ppb). No difference between the pre- and post ozone lung function decrements (FVC, FEV1,FEF25-75和补充组和安慰剂组之间观察到的最大呼气流量)中的溶液。同样,也没有差异被认为在SO后观察到的肺功能减量2。事实上,整体的反应似乎确实是维生素接收组的大。
疾病对呼吸道衬液抗氧化剂的影响
A range of lung diseases have been linked with oxidative stress (table 2⇓)。流行病学证据表明,与现有的心肺疾病的个体对空气污染物的影响特别敏感。鉴于RTLF抗氧化防御系统对抗污染的气道的防御起到了至关重要的作用,它要考虑疾病对这种抗氧化剂池的影响是很重要的。迄今为止,RTLF抗氧化剂的分析仅限已在吸烟者进行27,特发性肺纤维化44、哮喘45,成人呼吸窘迫综合征46,CF47和肺癌48。不幸的是,这些研究大部分只有一种抗氧化剂被认为是,而且现在在任何这些疾病的整体抗氧化防御网络几乎没有欣赏能力。唯一的例外是哮喘,其中详细的研究目前已开展49。Interestingly, RTLF vitamin C and E concentrations were found to be low in patients with mild asthma, even though their blood levels were normal or increased (fig. 2⇓)。这一重要发现表明,血浆测量的依赖本身并不是气道抗氧化状态的充分指标,并强调一个事实,即血浆和RTLF抗氧化池之间的关系是未知的。在哮喘患者的气道低抗氧化维生素浓度的发生是尤其令人担忧,尤其是作为用于此基础是未知的。近几十年来,新鲜水果和蔬菜的消费量减少51是不太可能的解释,由于这些血液水平在这些患者没有改变。更可能的解释包括在哮喘肺和/或从血液舱这些抗氧化剂的转印不良增加的氧化应激。
老龄化对呼吸道衬液抗氧化防御系统的影响
关于RTLF抗氧化防御系统的大部分信息是从目前得到的纤维支气管镜检查,或诱导痰基础研究,在相对年轻,健康的志愿者进行,或年轻,中年轻症患者气道疾病。由于血液舱的抗氧化状态中老年被改变,这是可行的,这也是RTLF抗氧化剂的情况。如果RTLF的抗氧化能力是在老年人中确实受到影响,即使在没有气道疾病,这可能增加对空气污染敏感。因此,这个重要的宿主防御机制更好地了解需要的老人。
对于RTLF的抗氧化能力是中老年人改变了观念的支持是从动物研究明显,表明GSH,最丰富的细胞内外的非蛋白巯基,随着年龄下降52。在GSH的降低可能发生是由于降低的合成能力,很可能由于在克谷氨酰半胱氨酸合成酶活性的降低。底层在GSH合成途径中的关键酶这种年龄相关的下降的机制尚不清楚。在无症状的老年人中气道的研究表明,炎性细胞数在比较年轻的志愿者增加53。这种低度炎症可通过呼吸道增加自由基通量影响RTLF抗氧化剂的浓度。
老化还与肺部感染的易感性增加有关。BAL对不同年龄的临床正常人的研究显示,老年受试者的细胞数量、白细胞介素- 6浓度和超氧化物生成均有所增加。这些发现被解释为低级别炎症确实存在于许多无症状的、临床正常健康的高龄志愿者的下呼吸道。鉴于此,在代偿性抗氧化改变的缺失情况下,RTLF抗氧化状态在老年人中受损是可能的。
结论和研究的领域推荐
RTLF抗氧化防御系统作为第一个,也可能对灵感的污染物防守的最重要的水平。RTLF抗氧化防御系统的网络高度进化和动态的,在网络的某些方面的缺陷可以通过其他的上调所抵消。例如,低RTLF维生素C浓度的触发器的存在增加细胞外超氧化物歧化酶,尿酸盐和还原型GSH的水平36。
中老年人RTLF抗氧化防御网络中的任何变化可以解释其明显的易感性增加了空气污染。这可以作为降低维生素摄入的结果,增加的基础的氧化应激(因此更大的抗氧化剂的需求)最重要的发生,并且可能的是,在他们的适应能力的降低。
目前,在健康的年轻志愿者中,仅能获得呼吸道内膜抗氧化防御的综合信息。因此,需要进行研究,以确定是否以及以何种方式在有或无心肺疾病的老年人中发生这些防御功能的改变。
- 收到2002年4月12日。
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