患有哮喘或COPD的个体中抗氧化剂，氧化应激和肺功能

摘要目的:

本研究的目的是研究慢性气流受限患者的抗氧化营养素和氧化应激标志物与肺功能之间的关系。

设计:

横断面研究探索抗氧化营养物质和氧化应激标志物与第一秒用力呼气量(FEV)的关系₁%)和强迫肺活量(FVC%)。

设置/主题：

该研究数据包括218人，慢性气流限制从美国纽约州纽约州伊利和尼亚加拉县的一般人口随机征收。

结果:

调整协变量后，多元线性回归分析显示血清β-cryptoxanthin，叶黄素/玉米黄素和视黄醇，以及膳食β胡萝卜素,β-隐黄质、叶黄素/玉米黄质、维生素C和番茄红素与FEV呈正相关₁% (P< 0.05,所有关联)。血清维生素β-隐黄质，叶黄素/玉米黄质，番茄红素，膳食β玉米黄质,β-Carotene，维生素C和叶黄素/玉米黄质与FVC％正相关（P< 0.05,所有关联)。红细胞谷胱甘肽与FEV呈负相关₁%，而血浆硫代巴比妥酸反应物质(TBARS)与FVC%呈负相关(P<0.05).

结论:

这些结果支持了以下假设:抗氧化/氧化状态的不平衡与慢性气流限制有关，饮食习惯和/或氧化应激起了作用。

由反应性氧化物种和抗氧化剂的不平衡产生的氧化胁迫有助于各种生理变化，包括慢性气流限制（马克尼2000；Schünemann等。，2001A）.抗氧化维生素通常被认为保护来自氧化细胞损伤的组织，部分通过它们淬灭反应分子的能力（海夫纳和雷佩因，1989年，Palace等，1999年）.基于人群的研究支持这一观点，因为大多数研究报告了肺功能和抗氧化维生素的正相关性。大多数作者测量血清中的抗氧化状态或通过膳食摄入评估(布里顿等人，1995；格里芬克等人，2000年；Schünemann等。，2001B，2002年）.在我们之前的研究中，在一般人群样本中，氧化应激的生物标志物与肺功能相关(Schünemann等，1997）.其他研究报道血清和呼出呼吸氧化应激标志物与哮喘相关(纳迪姆等，2003年)、慢性阻塞性肺病(Montuschi等，2000年)和COPD加重(Dekhuijzen等，1996年；Rahman等人，1996年，1997）.

如果氧化应激导致和/或导致气流受限，与主要由健康人群组成的普通人群相比，抗氧化剂和肺功能之间的关联在COPD或哮喘患者中可能特别明显。如果这是真的，这可能是由于患有肺病的人缺乏营养，或者由于疾病本身引起的更高水平的氧化应激而增加了对抗氧化剂的需求。因此，抗氧化状态在这些疾病的进展中可能是重要的。

在慢性气流受限患者中，支持抗氧化营养素和氧化应激生物标志物与肺功能相关的基于人群的证据有限。据我们所知，没有大型研究调查抗氧化营养素、氧化应激生物标志物和肺功能参数之间的联合联系。由于抗氧化维生素可猝灭炎症过程中产生的活性氧，它们被推测是肺部抗氧化防御的主要成分。因此，我们假设，在慢性气流受限患者中，抗氧化维生素与肺功能呈正相关，而氧化应激标志物与肺功能呈负相关。

主题和测量

如前所述，我们从美国纽约州西部的伊利县和尼亚加拉县随机选择了参与者(Schünemann等。，2001B）.大约59.4%的被随机挑选、联系并符合研究条件的个体同意参与。在2537名进行肺功能测试和未缺失协变量的参与者中，68名患者报告诊断为哮喘，121名报告为慢性阻塞性肺病(包括慢性支气管炎和肺气肿)，29名报告为哮喘和慢性阻塞性肺病。因此，该样本包括218名患有慢性气流限制的患者。

面试

采访者在现场采访中收集了人口统计、吸烟行为和身体测量等信息。

肺功能测试

训练有素的人员在0630到0930之间进行肺活量测定。我们使用多元线性回归来推导FEV₁和FVC预测值，基于从不吸烟者没有呼吸疾病的预测值百分比（N=694)根据性别、年龄、身高和种族调整(Schünemann等，2002）.我们还使用从NHANES III的预测方程计算预测值的百分比（汉金森等人，1999年）.

血液测定

脂溶性维生素(μ.采用岛津LC-7A高压液相色谱系统，采用SPD-M6A光电二极管阵列(岛津科学仪器公司，Braintree, MA)，按布朗和阿姆斯特朗(1998a)．使用二硝基苯肼法稳定在偏磷酸稳定后测量维生素C在肝素化血浆中（麦考密克和格林，1994年）.通过使用国家标准和技术研究院的标准参考资料以及参与微量营养素测量质量保证计划来控制脂溶性维生素测定。

血浆TBARS (TBARS)和红细胞谷胱甘肽(red blood cell glutathione)的测定方法参照Browne和Armstrong (阿姆斯特朗和布朗，1994；布朗和阿姆斯特朗，1998b）.谷胱甘肽过氧化物酶的测定使用自动Cobas Mira化学分析仪(Pippenger等人，1998年）.我们还测定了Trolox等效抗氧化能力(TEAC) (米勒和赖斯-埃文斯，1993年）.对每个氧化应激生物标志物的分析内重复性(%变异系数)进行了评估，其值如下:TBARS 7.6%，谷胱甘肽3.3%，谷胱甘肽过氧化物酶4.4%，TEAC 8.5%。试验间变异系数为:TBARS 9.2%，谷胱甘肽4.0%，谷胱甘肽过氧化物酶8.6%，TEAC 10.0%。

营养摄入

我们评估了从访谈前24个月开始到访谈前12个月结束的12个月期间的饮食情况，使用了自我管理的100项健康习惯和历史饮食频率问卷(Block等，1986年).我们使用DietSys计算个人平均每日营养素摄入量(Block等，1993年)，并使用最新的美国农业部信息进行更新(霍尔登等人，1999年；美国农业部，1999）.

统计分析

我们计算了所有相关变量的平均值和标准差，并检验了线性、共线性和相互作用的预测变量。我们分析了血清抗氧化剂和氧化应激标志物的差异，吸烟状态和慢性气流限制类型(哮喘和COPD)T.测试。然后，我们计算偏相关系数，以评估抗氧化剂与氧化应激参数之间的关系，并根据年龄、性别、种族和体重进行调整。然后我们分析了血清抗氧化剂和氧化应激标志物之间的相关性，同时对性别、甘油三酯和吸烟包年进行了调整。

在多变量分析中考虑了下列所有的协变量，因为它们与肺功能有关:吸烟状态、一生包年、体重、教育程度和嗜酸性粒细胞。其他调整包括血清维生素浓度的甘油三酯，以及膳食抗氧化剂估计的总能量摄入。

我们使用多元线性回归分析来研究抗氧化维生素和氧化应激标志物与FEV的个体关联₁%和FVC%和FEV₁/抗氧化营养素和氧化应激标记物不是正态分布，因此数值进行对数转换。每个对数转换的维生素以s.d.形式输入多变量模型，以研究相对重要性。

最后，我们分析了含有血清抗氧化剂的线性回归模型，这些模型与肺功能独立且统计学上显著相关和氧化应激标志物，以确定是否包括抗氧化维生素和氧化应激标志物可以解释肺功能变异的更大比例相比，单独进入。我们使用NHANES的预测值(汉金森等人，1999年）.在所有分析中，我们使用了社会科学统计软件包(SPSS, 2001）.

表1显示具有慢性气流限制的个体的特征。该样品包括更多的女性，而不是男性和一小部分非洲裔美国人。目前和前卷烟吸烟者占人口的约66.5％，平均吸烟24.4包。基于平均BMI值，个人超重。

有关医生诊断的COPD的报道，而不是哮喘。我们分析了该样本中的个体如何根据哮喘或COPD诊断不同。被诊断患有COPD的个体具有更大的卷烟暴露和较高水平的谷胱甘肽，但我们观察到肺功能或抗氧化剂摄入没有差异。哮喘学循环较高β玉米黄质(P<0.009)，但所有其他血清维生素无统计学差异(数据未显示)。

偏相关系数(R.)，范围为0.16 ~ 0.44。我们观察到最强的相关性β-cryptoxanthin和叶黄素/玉米黄嘌呤（R.=0.43,P<0.001)和维生素Eβ-Carotene（R.= 0.42,P< 0.001)。维生素C与血清类胡萝卜素相关性较弱(范围:−0.08至0.20)。在膳食维生素中，我们发现膳食与β-胡萝卜素和叶黄素(R.= 0.70,P<0.001）。膳食维生素C和类胡萝卜素之间的偏相关系数在0.35到0.59之间。

此外，我们还测定了血清和膳食抗氧化指标之间的相关性。我们发现血清和膳食中维生素C含量之间的相关性最高(R.= 0.29,P< 0.001),β玉米黄质(R.= 0.22，P<0.002)和叶黄素/玉米黄质(R.= 0.18，P< 0.009)。类胡萝卜素之间最小的相关性为0.12，但这种相关性没有统计学意义。

当我们研究血清抗氧化剂和氧化应激标志物与吸烟状态(当前吸烟者或不吸烟者)的差异时，我们发现平均氧化应激标志物没有显著差异。吸烟者血清中维生素C和β-胡萝卜素。吸烟者也有较低的维生素C摄入量，β胡萝卜素、叶黄素、玉米黄质和β-隐黄质(数据未显示)。

表2显示血清抗氧化剂和氧化应激指标的偏相关系数。我们发现番茄红素和谷胱甘肽呈负相关，和谷胱甘肽过氧化物酶呈正相关。β-胡萝卜素与TBARS呈负相关，且β- 与谷胱甘肽 - 过氧化物酶呈正相关。

表3显示回归系数的协变量包括在基线模型和每个抗氧化剂维生素进入单独的模型。我们提出了单独的模型，因为维生素之间有中度到高度的相关性。血清和膳食摄入β-隐黄质和叶黄素/玉米黄质与FEV呈正相关₁%和FVC %。维生素C和β-胡萝卜素与FEV呈正相关₁%血清视黄醇和番茄红素摄入量与FEV呈正相关₁％，而血清番茄红素与FVC％有关。血清视黄醇，维生素C和叶黄素/玉米蛋白，以及膳食β-胡萝卜素、叶黄素/玉米黄质和维生素C与FEV相关₁/FVC%。

当我们分析维生素补充剂的使用时，我们没有观察到使用维生素C、E或β-胡萝卜素一旦考虑饮食摄入我们使用NHANES III肺功能预测方程，结果没有重大变化。

表4显示肺功能与氧化应激标记的关联，以及包括抗氧化剂和氧化应激标记物的模型。我们确定了谷胱甘肽与fev的负联想₁％，与FVC％的TBARS（P<0.035）。我们的最终模型含有抗氧化维生素和氧化应激标记物，没有证据表明它们之间的统计相互作用。解释FEV中最大比例方差的模型₁%包括基线变量，三种正相关抗氧化剂之一(叶黄素/玉米黄质，视黄醇，或β-隐黄质)和负相关的谷胱甘肽。FVC%模型解释了最大比例的变异，包括基线变量，正相关血清抗氧化剂(番茄红素，叶黄素/玉米黄质，或β-隐黄质)，与TBARS呈负相关。

表5显示抗氧化剂和氧化应激标志物的差异，根据金类（第0-阶段）（Pauwels等人。，2001年）.我们根据支气管扩张剂前肺活量测定法对个体进行分类，并以0类为参照组，比较不同类别中脂调抗氧化浓度和能量调膳食摄入量。我们在第二类中发现了较低浓度的血清维生素C，在第IV类中发现了较低浓度的视黄醇β-胡萝卜素在II类和III类中显著降低。同时,β-隐黄质摄入量在最严重的类别中最低。II类患者血浆TBARS较低，而TEAC在最严重的类患者中显著较高。

当我们对哮喘和COPD状态进行分层，分析抗氧化剂和氧化应激标志物与肺功能的相关性时，我们发现回归系数具有相同的方向。番茄红素与哮喘患者的肺功能有更强的相关性，而叶黄素/玉米黄质和视黄醇在COPD患者中有更强的相关性。

在基于群体的研究中，我们分析了抗氧化维生素（膳食摄入和血清水平）和氧化胁迫与具有慢性气流限制的个体肺功能的氧化胁迫。我们发现血清和膳食抗氧化维生素和氧化应激标记物的阳性关联与FEV₁%和FVC%。我们的发现为抗氧化剂和氧化剂参与慢性气流受限个体肺功能降低提供了证据。

对我们的发现有几种可以理解的解释。患有慢性气流受限的人可能有较低的抗氧化剂摄入量，影响他们的肺功能，或者可能在医生诊断后改变了他们的摄入量。然而，我们没有发现在有和没有慢性气流限制(Schünemann等，2002）.然而，我们发现血清中叶黄素/玉米黄质，番茄红素，β玉米黄质、维生素a和β-胡萝卜素在CAL组男性和女性中的含量与没有CAL组相比(P< 0.05)(Schünemann等。，2001B）.因此，类似的摄入量和外周血中较低的浓度表明，疾病过程可能通过氧化应激(泰勒等人，1986)，或通过其他与全身性炎症相关的代谢过程(Andreassen和Vestbo, 2003年）.进一步支持抗氧化剂消耗的证据来自本研究中血清和膳食抗氧化剂测量值之间的低相关性;类胡萝卜素的系数范围为0.12 ~ 0.22。先前发表的血清和饮食中类胡萝卜素的相关系数(在没有慢性气流限制的个体中)更大，从0.24到0.53 (Forman等人，1993年；塔克等人，1999年）.然而，血清和膳食维生素之间的低相关性也可能是由于测量之间的时间间隙，因为血液测量前12-24个月的时间估计膳食摄入量。

我们以前报道过，在这一人群中，血清抗氧化剂和肺功能之间的关系仅限于不受慢性气流限制的个体。我们发现血清维生素C和E之间存在正相关，β-隐黄质，叶黄素/玉米黄质₁%,β-隐黄质和叶黄素/玉米黄质，含FVC%(Schünemann等。，2001B）.在这个慢性气流受限个体的样本中，我们发现肺功能与β玉米黄质和叶黄素和玉米黄质。唯一重要的区别在于维生素C和E的结合;我们没有发现血清维生素C或维生素E与FEV有统计学意义的关联₁或患有慢性气流受限的FVC患者。这种差异可能部分是由于我们对慢性气流限制患者的独特样本，或者是因为类胡萝卜素可能对慢性气流限制的炎症过程具有特异性。

在我们对没有慢性气流限制的普通人群中抗氧化剂的饮食摄入与肺功能之间关系的分析中，我们发现膳食维生素E、叶黄素/玉米黄质和维生素C与FEV呈正相关₁%和FVC%(Schünemann等，2002）.同样，在目前对慢性气流受限个体的分析中，维生素C和叶黄素/玉米黄质摄入量与肺功能呈正相关。其他与肺功能相关的膳食抗氧化剂包括β玉米黄质,β-胡萝卜素和番茄红素。两篇关于抗氧化剂和肺功能的综合综述指出，有限的证据表明抗氧化剂和肺功能有关β-Carotene（罗米尤和特伦加，2001年；Schünemann等。，2001A)，但除了β-胡萝卜素尚未被详细研究。这项研究和我们之前的分析表明β- 与肺功能更强烈的肺功能和叶黄素和叶黄素/玉米素比肺功能更强烈β-Carotene（Schünemann等。，2001B，2002年）.虽然β-胡萝卜素和其他类胡萝卜素之间高度相关，β-隐黄质和叶黄素/玉米黄质可能对组织产生不同于β-Carotene（奥尔森，1999年）.唯一的其他研究调查除了以外的类胡萝卜素β-胡萝卜素与肺功能的关系格里芬克等人，2000年荷兰老年人的样本作者描述了血清之间的联系β-Carotene和FEV.₁和FVC，番茄红素与FEV₁．我们发现FVC和番茄红素有类似的关联，但没有β-胡萝卜素。研究人群的差异可以解释这些矛盾的结果。我们的样本包括具有慢性气流限制的个人，谁年轻，卷烟烟雾暴露。β- 在该样品中显示出较强的关联，表明这些特定抗氧化剂可能在慢性气流限制中对氧化应激的反应作用起作用。

哮喘和COPD状态的分层分析显示回归系数方向一致。虽然番茄红素与哮喘患者的肺功能有更强的相关性，而COPD患者的叶黄素/玉米黄质和视黄醇与肺功能有更强的相关性，但我们对这些结果的解释要谨慎，因为这一层的样本量有限。我们没有发现吸烟对药物有效的证据，这可能是由于目前吸烟者很少(N= 48）在样品中。

我们此前还分析了不含呼吸道疾病的非莫克马者样本中的氧化应激和肺功能的关系。我们发现了FEV的负面关联₁%和脂质过氧化标记物TBARS (Schünemann等，1997）.在目前的分析中，我们发现tbar与FVC呈负相关，但与FEV没有关系₁．调查人员批评了TBARs缺乏敏感性和特异性作为脂质过氧化的标志物。尽管有了这一限制，我们发现与肺功能有关。

谷胱甘肽是一种有效的细胞内和细胞外抗氧化剂，在肺上皮内壁液中大量发现(Cantin等，1989年）.在这个慢性气流受限患者的样本和我们之前对健康个体的研究中，我们发现了统计学上的显著性逆谷胱甘肽和FEV的协会₁（Schünemann等，1997）.我们推测反向选择是有意义的，因为在更严重的疾病期间，身体试图弥补组织中谷胱甘肽水平的降低。如果血清抗氧化能力下降，谷胱甘肽浓度增加是合理的假设。

我们发现血浆谷胱甘肽过氧化物酶与肺功能呈正相关，但没有达到统计学意义。谷胱甘肽过氧化物酶是谷胱甘肽氧化还原途径中的重要酶(托马斯,1999）.目前尚不清楚该酶如何在慢性炎症等慢性气流限制的状态下调节。这种酶的差异调节可以解释我们缺乏统计上重要的关联。

Trolox等效抗氧化能力(TEAC)是测定血清抗氧化活性的指标;因此，我们假设与肺功能呈正相关。尽管COPD患者的TEAC水平低于不吸烟者(Rahman等人，1996年，2000年)，本研究和另一项在COPD患者中发现TEAC与肺功能无显著相关性(Rahman等人，2000年）.

这项工作的主要优势在于同时测量血清抗氧化维生素水平，氧化应激标记物，膳食抗氧化摄入量，以及其他一些潜在的混杂因素。我们使用血清生物标记物来调查抗氧化剂可能到达组织的关联，并通过食物频率问卷来估计长期的营养暴露。我们发现血清和饮食结果一致，特别是β玉米黄质和叶黄素和玉米黄质。测量类型与肺功能关系的差异可能是由于使用食物频率问卷收集和估计摄入量的内在不准确。另一方面，血清抗氧化水平与测量误差有关，尚不清楚它们是否较好的抗氧化状态指标。因此，将这些测量方法结合起来，并与不同的暴露测量方法达成一致，将增强研究结果的可信度。

氧化应激标记物中固有的问题是氧化应激指示剂的有效性和再现性。当我们调查血清抗氧化剂和氧化应激标记物的相关性时，我们发现它们之间的弱且统计学上有显着的相关性，表明它们可能是氧化稳态的相对介质。

最令人意想不到的发现是，不同吸烟类型之间的氧化应激水平没有差异。这可能部分是由于我们的CAL患者样本，由于疾病过程或烟草烟雾对我们在分析中考虑的生物标志物没有影响，这些人可能已经有了高水平的CAL。

横断面性质是我们研究的局限性，就像任何其他横断面研究一样，它没有提供有关时间序列的信息。在本研究设计中，我们无法评估患者在被诊断为气流受限后是否增加了维生素摄入量。如前所述，抗氧化剂的摄入量类似于没有慢性气流限制的一般人群样本;然而，我们不能排除这种可能性。这种摄入量的变化会使观察到的关联倾向于零。我们识别慢性气流受限个体的方法有局限性。我们从一般人群中确定了自我报告患有哮喘或慢性阻塞性肺病的个体，因此，他们可能不能完全代表这些患者在一般人群中的代表性。

另一个可能的限制是从中等参与率为59.4％的选择偏差。此外，我们将抗氧化维生素单独调查，以评估与肺功能的维生素特异性关联。然而，与此处描述的抗氧化剂高度相关的食品中的无表征或未测量的抗氧化剂可以负责观察到的关联。

总之，我们发现血清抗氧化剂和氧化应激标记物的相关性，表明它们可以作为抗氧化剂/氧化剂途径的相对构件作用。我们观察到之间的积极协会β- 具有肺功能的晶状体和叶黄素/玉米蛋白，谷胱甘肽和TBAR的阴性关联，具有肺功能。在考虑抗氧化维生素后，后一种关联持续存在。这些结果进一步加强了抗氧化/氧化平衡与肺功能相关的证据以及除此之外的类胡萝卜素β-Carotene可能发挥作用。

这项工作是由美国肺协会到霍尔格·施南纳姆和AA-0902的批准者支持的，从国家酒精滥用和酗酒研究所获得。作者感谢在布法罗大学预防医学中心的人员，为他们对研究的贡献。

从属关系

1. 美国纽约州布法罗市布法罗大学公共卫生和卫生职业学院社会和预防医学系

   H M Ochs Balcom、B J B Grant、P Muti、C T Sempos、J L Freudenheim、M Trevisan和H J Schünemann

2. 流行病学与生物统计学系，案例西方储备大学，俄亥俄州克利夫兰

   H M Ochs-Balcom

3. 克利夫兰大学医院的爱尔兰综合癌症中心，凯利夫兰，俄亥俄州克利夫兰

   H M Ochs-Balcom

4. 肺部，关键护理和睡眠医学的部分，退伍军人管理医疗中心，水牛，纽约，美国

   B J B补助金

5. 美国纽约州布法罗大学医学与生物医学学院，内科，肺科，重症护理和睡眠医学部

   B J B Grant & H J Schünemann

6. 美国纽约州布法罗大学医学与生物医学学院临床检验学系

   r w browne.

7. 纽约州罗斯韦尔公园癌症研究所癌症预防与人口科学分部流行病学系

   S E麦肯

8. 营养科学，康奈尔大学，伊萨，纽约，美国

   p a cassano.

9. 生物医学科学高科技研究与教育中心，天主教大学，意大利坎波西萨索

   L维

10. 意大利罗马，雷吉娜·埃琳娜国家癌症研究所流行病学部

    H J Schunemann

11. 加拿大汉密尔顿麦克马斯特大学临床流行病学和生物统计学系

    H J Schunemann

相应的作者

联系H J Schünemann。

担保人: HJ Schünemann和HM Ochs-Balcom。

贡献者：HMO-B参与了数据采集、数据分析、数据解释和手稿准备。BJBG参与了数据解释、统计监督和最终草案审查。PM参与了最终草案的设计、资助、数据解释和审查。CTS参与了统计监督、数据分析和最终草案审查解释和审查最终草案。JLF参与设计、资助，帮助数据解释和审查最终草案。RWB测量氧化应激和抗氧化剂生物标记物，帮助解释和审查最终草案的数据。SEM帮助分析膳食抗氧化剂摄入量，数据解释和审查最终草案保留和审查最终草案。MT参与了最终草案的设计、资助、数据解释和审查。PAC参与了手稿准备和数据解释。LI参与了最终草案的数据解释和审查。HJS参与了研究设计、数据采集、资助、数据分析，资料解释和稿件准备。

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