氧化应激和肺功能

文摘

氧化应激造成的不平衡活性氧化剂和抗氧化剂(1,2)扮演了一个角色在许多疾病过程包括肺功能受损(3,4)。肺组织尤其容易受到氧化损伤,因为在环境空气直接接触氧化剂(5,6)。个人减轻氧化应激的能力组织依赖于内源性酶和非酶的途径,以及外生因素包括抗氧化营养素的摄入量(1)。

虽然有充足的证据表明,氧化应激增加许多肺部疾病(7- - - - - -12),以人群为基础的有限证据表明氧化应激生物标志物的关系肺功能。我们之前分析这种关系的初步研究132不吸烟者从一般人群(主要是男性),找到了一个逆协会等离子体硫代巴比土acid-reactive物质(TBARS),脂质过氧化作用的生物标志物,在1秒用力呼气量(FEV₁),这表明氧化损伤与低肺功能(3)。

而氧化应激可能是一个因素,肺功能受损,身体的能力来对抗氧化应激可能是同样重要的。因此,暴露在抗氧化营养素,可淬火氧化自由基(13),将重要的考虑。我们和其他人已经报道积极的协会的抗氧化维生素状态(包括类胡萝卜素)与普通人群肺功能(4,14- - - - - -18),在特定的类胡萝卜素。积极联系个人抗氧化维生素与肺功能表明,底层是氧化应激机制。

在本文中,我们扩展我们的初步观察和调查是否更高水平的氧化应激相关生物标志物与肺功能较差人群样本。我们进一步假设这些联系时可能会减毒抗氧化营养状态被认为是。

材料和方法

我们随机选择的参与者(n= 4041)从一般人群在纽约州西部伊利和尼亚加拉县1995年和2000年之间(如前所述)(4)。我们排除了个人从示例报告诊断慢性肺疾病(n= 348),缺失或不能接受的肺功能测试(n= 1047),失踪的氧化应激生物标记(n= 117),协变量和失踪(n= 183),导致1197名男性和1149名女性的分析。我们比较的人排除在外,但因为一些数据可供分析的年龄、教育、吸烟情况、肺功能、氧化应激标志物。我们没有发现不同年龄、身体质量指数、终身吸烟久,FEV₁(左),在1秒钟用力呼气量的百分比(FEV的预测价值₁%),TBARS、谷胱甘肽或6-hydroxy-2, 5, 7, 8-tetramethylchroman-2-carboxylic酸(Trolox)等效抗氧化能力(问题)(p> 0.05)。然而,排除个人多年的教育较少和较低的用力肺活量(FVC) (l)、用力肺活量(FVC %)比例的预测价值,以及更高浓度的谷胱甘肽过氧化物酶(p< 0.05)。然而,我们没有额外的数据对于我们联系了但那些拒绝透露更多信息。根据慢性肺疾病的分类,我们使用积极回答问题并被肺病。

肺功能测试

我们计算FEV的相关性₁和FVC作为预测的百分比值与预测方程发表的全国健康和营养调查(19FEV)和获得系数为0.97₁%和0.98 FVC %。

血决定

协议规定,一个训练有素的抽血者收集血液样本上午7点半到九点半后通宵禁食。样本存储在冰和处理30分钟内谷胱甘肽在2小时内测量和其他氧化应激生物标记。我们存储的样品−70°C到批量测量。

我们测量以下血液参数:等离子TBARS (nmol /毫升的丙二醛等价物)(20.);红细胞的谷胱甘肽(包装红细胞的mg / dl) (21);血浆谷胱甘肽过氧化物酶使用Cobas米拉自动化学分析仪(22);和脂溶性维生素(μg /毫升)用日本岛津公司LC-7A高压液相色谱系统SPD-M6A光电二极管阵列(日本岛津公司科学仪器有限公司,布伦特里,马萨诸塞州)(23)。Intraassay TBARS变异系数,谷胱甘肽,谷胱甘肽过氧化物酶,和问题是7.55,3.26,4.35和8.5%,分别。Interassay TBARS变异系数,谷胱甘肽,谷胱甘肽过氧化物酶,和问题是9.20,3.97,8.57,和9.95%,分别为(3)。

面试

面试官收集统计信息,吸烟行为,和物理测量在面对面的采访。我们分类个人当前吸烟者如果他们吸烟的时候学习,从不吸烟者如果他们一生中吸烟少于100支。我们把受访者列为前吸烟者如果他们吸烟超过100支,但目前没有吸烟。我们也收集了一生吸烟史十年来计算寿命久(年吸烟的数量乘以每天抽烟的数量除以20)。培训面试官根据严格的协议测量身高和体重。

统计分析

我们为所有相关变量均值和标准差计算和测试为线性预测变量和互动。氧化应激变量正态分布除了TBARS测量,这表现出略微偏离正常。我们进行了二元关系和线性回归分析,没有改变TBARS但没有观察到重要的差异。因此,我们提出了使用是非突变TBARS所有结果。

偏相关系数是用来评估氧化应激之间的关系参数,调整性别、吸烟、和年龄。下列变量协变量被认为是在多变量模型中,因为他们是与肺功能:吸烟状态、终身吸烟久,教育,重量,嗜酸性粒细胞。我们使用的建模吸烟吸烟状态作为三级变量和终身久的连续变量。我们认为在10%的显著性水平显著的交互。

因为谷胱甘肽的生物通路作为谷胱甘肽过氧化物酶的底物和预期的相关性可能导致共线性的两个变量,我们单独进入每个氧化应激生物标志物在多变量模型。先天决定分层样品由吸烟状态,虽然吸烟状态的交互项与氧化应激标志物和总久未达到统计上的显著水平(p> 0.10)。我们基于FEV的回归模型₁和FVC作为预测的百分比值包括调整高度。因此,重量是一个更合适的词来调整与身体质量指数。然而,当我们取代了体重和身体质量指数回归模型来探索调整身体质量指数是否会改变结果,我们没有发现不同的氧化应激生物标记与肺功能的关系。

我们使用原始FEV₁和FVC值探讨改性的氧化应激和肺功能协会性别和身体质量指数,同时调整了年龄、身高、种族和其他协变量。我们分析了FEV的趋势₁%和FVC %在氧化应激四分位使用一般线性模型和协变量调整前面提到的。使用多元线性回归分析,我们调查了协会FEV的氧化应激的生物标志₁%和FVC %。可用的子样品血清维生素数据(n= 1605),我们检测了血清抗氧化剂和抗氧化剂的影响的差异与肺功能协会的氧化应激。我们使用软件SPSS, Inc .(芝加哥,伊利诺斯州)、分析(24)。

结果

表1显示了个人的特征包括在这项研究中。女性比男性略大(p< 0.001)。示例包含男性略多于女性和一些非洲裔美国人。大约有56.6%是现任或前任吸烟者,吸烟的13.4包年平均的人。生FEV₁和FVC值为男性高于女性(p< 0.001)。然而,一旦我们调整了年龄、身高、和种族,女性有更高FEV的价值观₁%和FVC %比男性(p< 0.01)。男性有更高的血清水平TBARS,低水平的谷胱甘肽和更高的问题(p< 0.001)。我们没有发现氧化应激生物标记的差异由吸烟状态(数据未显示)。血清浓度的原始和triglyceride-adjustedβ-cryptoxanthin和维生素E是高于女性(p< 0.001)(数据没有显示)。

偏相关系数(r)在氧化应激生物标记范围从0.064−−0.210。我们观察到最强的逆相关的谷胱甘肽,谷胱甘肽过氧化物酶(r=−0.210;p< 0.001)和TBARS最弱的逆相关性和问题(r=−0.064;p< 0.002)(数据没有显示)。

我们探讨了性别和氧化应激的交互使用FEV生物标志物₁%和FVC %。我们发现统计上显著的性别因素交互作用和生物标志物的每个FVC模型而不是FEV₁模型。因此,我们按性别分层进一步的分析。

表2总结趋势肺功能的四分位数氧化应激生物标志物在男性和女性。我们发现在谷胱甘肽和FEV borderline-significant负面趋势₁(p_趋势< 0.04)和负TBARS协会和FVC (p_趋势< 0.02)。我们没有观察到显著的趋势肺功能对任何氧化应激生物标志物(所有的女性p_趋势> 0.14)。

表3总结了线性回归系数对氧化应激生物标记单独进入到基线模型中。我们确定了逆TBARS协会和FEV谷胱甘肽₁%与FEV谷胱甘肽过氧化物酶和积极的协会₁%(所有p< 0.02)。同样,与FVC TBARS也负相关,谷胱甘肽过氧化物酶FVC %在男性(呈正相关p< 0.01)。在女性中,我们没有发现任何的显著关联与FEV氧化应激生物标记₁%或FVC %(所有p> 0.21)。

表4显示了与FEV TBARS协会₁由吸烟和FVC分层地位和性别。FEV的逆TBARS协会₁从不吸烟的男性是最强的,而谷胱甘肽过氧化物酶与FEV的协会吗₁前吸烟者和FVC最强。在女性中,我们没有观察到显著关联的氧化应激生物标志物与吸烟后的肺功能分层的地位。

表5总结结果子样品,用于调查同时血清β-cryptoxanthin的协会,维生素E,氧化应激生物标志物与肺功能。之间没有重要的共线性血清抗氧化剂和氧化应激生物标记。当我们进入β-cryptoxanthin FEV₁模型对于男人来说,逆协会和TBARS谷胱甘肽,而减毒,还在同一个方向。在其他模型调整的血清抗氧化剂,TBARS是一个显著的负面预测FVC、谷胱甘肽过氧化物酶是一个统计上显著的积极的FVC预测指标。在女性中,我们发现显著β-cryptoxanthin和TBARS之间的互动。在模型调整的血清抗氧化剂,有很少或根本没有协会的谷胱甘肽,谷胱甘肽过氧化物酶,或与肺功能在女性问题。

身体质量指数和TBARS交互条款,以及重量和TBARS FVC的女性具有统计学意义。当我们分层女性身体质量指数进一步研究这种交互,我们发现了一个逆TBARS协会FVC在女性的身体质量指数超过30公斤/米²没有达到统计学意义。所有其他交互方面男性和女性和其他氧化应激标记未达到统计上的显著水平。

当我们分层妇女绝经情况,我们发现在肺功能没有差异,高TBARS和问题在绝经后妇女(p< 0.02),borderline-significant降低谷胱甘肽浓度在绝经后妇女(p< 0.05)。然而,我们没有发现显著关联的氧化应激生物标志物与肺功能分层后更年期状态(数据未显示)。

讨论

在这个以人群为基础的研究中,我们发现性别差异在协会的氧化应激与肺功能。我们确定了逆协会TBARS谷胱甘肽和肺功能和积极的协会的谷胱甘肽过氧化物酶在人肺功能。我们没有观察到显著的氧化应激生物标记与肺功能的关系。

“氧化应激”是一个术语,用来描述一个不平衡的抗氧化剂和prooxidants青睐prooxidants。我们选择研究氧化应激的关系在本研究中使用标记对脂质过氧化(TBARS)、谷胱甘肽通路成员(减少谷胱甘肽,谷胱甘肽过氧化物酶)和抗氧化能力(问题)外周血作为氧化应激的生物标志物。

类似于我们之前的观察分析,观察在这个分析包括逆与FEV TBARS协会₁和FVC在没有慢性肺病的人从普通人群中随机选出的。其他调查人员测量TBARS患有慢性气流限制。一项研究报告了更高层次的TBARS在慢性阻塞性肺疾病恶化,接近低水平类似的健康受试者出院的时候(25)。在另一项研究中,调查人员发现更高浓度的TBARS呼出的气息凝结的哮喘病患者与健康对照组相比26)。在一起,增加氧化应激的结果在慢性阻塞性肺疾病和哮喘和逆TBARS协会与一般人群肺功能支持公认认为氧化应激中扮演着重要角色在阻塞性肺疾病的病因和肺损伤(27)。

谷胱甘肽氧化还原系统的变化可能表明枯竭的抗氧化能力和氧化应激(28,29日)。我们发现了一个与FEV -谷胱甘肽协会₁在这项研究中,类似于我们之前的研究(3)。一些研究表明,细胞谷胱甘肽浓度减少氧化应激反应(30.,31日)。然而,血浆谷胱甘肽浓度的增加可能被解读为一种信号,让枯竭的谷胱甘肽在组织从肝脏谷胱甘肽释放(29日)。谷胱甘肽氧化还原系统的另一个指标是浓度的过氧化氢酶,谷胱甘肽过氧化物酶,它可以使用过氧化氢和催化谷胱甘肽的反应为氧化谷胱甘肽(32,33)。在这项研究中,我们观察到一个积极的协会与肺功能的谷胱甘肽过氧化物酶,谷胱甘肽的耗竭是一致的在氧化应激和气道损伤(3)。

问题是抗氧化活性的生物标志物在外周血(28,34)。样品的总抗氧化能力的数量可以抑制自由基的测定,相比与一种水溶性的维生素E,称为Trolox。拉赫曼et al。(8)报道问题水平较低在健康的吸烟者和慢性阻塞性肺疾病患者与健康不吸烟者相比,但是他们没有发现显著相关性FEV的问题₁或FVC吸烟者或慢性阻塞性肺疾病患者。同样,在这项研究和不吸烟者的初步研究,我们发现没有显著关联FEV的问题₁或FVC (3)。

一个发现在这项研究中指出性别差异在协会的氧化应激与肺功能。TBARS水平在我们的研究中,男性高于女性,表明氧化应激增加或减少抗氧化能力。我们发现逆协会TBARS谷胱甘肽和肺功能和积极的协会与肺功能问题。妇女在我们的样例最好肺功能,低水平的TBARS,更高的谷胱甘肽水平,降低外周血比男人的问题。尽管有这些差异,我们发现没有显著关联的氧化应激与肺功能在女性。一个可能的解释TBARS低水平的女性,女性有更高的血清水平的抗氧化剂维生素C和E,β-carotene,β-cryptoxanthin,这可能是防止氧化应激,通过淬火的氧自由基。女性显著更高水平的triglyceride-adjusted血清β-cryptoxanthin,但是β-cryptoxanthin协会并不强的女性。我们也可以假定,性别差异在氧化应激通过激素调节机制,即雌激素的抗氧化活性35)。我们通过绝经情况分层后,我们发现高水平的TBARS在绝经后妇女,但我们没有观察氧化应激与肺功能显著关联。我们不能完全控制通过调整更年期雌激素水平状态,我们没有关于激素替代疗法的信息。据我们所知,有非常有限的数据对雌激素与氧化应激在一般人口。唯一的研究,研究氧化应激和雌激素在绝经前妇女认为血浆雌激素不能解释性别差异在氧化应激(TBARS) (36)。证据表明,一些形式的雌激素可能作为抗氧化剂(35),进一步研究雌激素的作用及其与氧化应激是十分必要的。

当我们调查了影响改性的身体质量指数,我们发现了一个统计上显著的交互项的身体质量指数和TBARS女性。一旦我们分层的身体质量指数(分层在30公斤/米²),我们发现了一个逆协会TBARS FVC的女性的身体质量指数30公斤/米²或多或少。然而,这估计TBARS模型中没有达到统计学意义。这些结果表明体重指数可能修改协会的氧化应激与肺功能在女性,但没有确凿的证据。

我们分析了吸烟作为氧化应激因素和潜在影响修饰符,香烟中含有大量的氧化剂(37)。有趣的是,我们没有发现任何氧化应激标志物浓度的差异由吸烟状态。然而,我们发现强关联的氧化应激(TBARS和谷胱甘肽过氧化物酶)从来没有和前吸烟者的肺功能。一个可能的解释是不受控制的混杂,被动吸烟暴露,我们没有考虑。另一种解释可能是TBARS脂质过氧化的标记不衡量吸烟造成的氧化应激。在另一个相关的研究中,我们发现一个逆TBARS协会和葡萄糖和积极的谷胱甘肽过氧化物酶和葡萄糖协会(38)。胰岛素抵抗,这被认为是一个炎症条件(39,40),可能与氧化应激有关,从不吸烟者的肺功能。这些结果支持这一观点,还有其他因素与氧化应激有关。

一旦我们认为是血清中抗氧化剂β-cryptoxanthin测量,我们之前报道了积极的协会与肺功能(41),逆TBARS协会和FEV谷胱甘肽₁男性不再显著。然而,逆TBARS FVC和协会的积极的协会的谷胱甘肽过氧化物酶与肺功能在男性仍然显著。在女性中,我们发现了一个显著的逆协会TBARS一旦β-cryptoxanthin进入模型,表明可能有更强的TBARS协会与肺功能较低水平的血清β-cryptoxanthin的女人。然而,一旦我们分类女性β-cryptoxanthin血清浓度,我们减少了样本容量在地层,因此缺乏统计能力检测氧化应激与肺功能的重要关联。

当我们调查血清抗氧化剂浓度由吸烟状况的差异,我们发现低水平的维生素C,β-cryptoxanthin,β-carotene吸烟者与不吸烟者相比。然而,这些差异并不能解释差异之间的关联强度氧化应激标记和FEV₁或FVC。

并发的调查抗氧化剂和氧化应激生物标记构成了挑战,因为他们可能会反对成员相同的途径。另一方面,我们调查的抗氧化剂和氧化应激生物标记可能只代表一小部分氧化剂体内平衡。我们指出,氧化应激和抗氧化剂之间的关系的复杂性,不同的氧化/抗氧化体内平衡调节的可能的解释低标记和强度的差异之间的相关性肺功能之间的联系,每个氧化应激标记。

本研究的主要力量是使用高度标准化程序测量氧化应激生物标志物。另外,我们可以控制的因素,影响肺功能,包括抗氧化维生素血清水平,使用一个大样本的男性和女性。

本研究的限制与横断面设计,我们不能确定是否氧化应激产生负面影响肺功能,反之亦然。我们收集血液氧化应激在肺量测定法的测量。因此,在这一分析,我们研究协会与肺功能氧化现状,和这些测量可能不代表长期氧化应激状态的组织。纵向研究将更好地阐明氧化应激和肺功能是如何相关的。抗氧化剂/氧化剂状态是由一个人的能力淬火氧化反应,很可能是遗传因素和其他生活方式因素,我们也没有考虑授予对氧化损伤的易感性。此外,适度的参与率和缺失数据离开选择性偏差的可能性。因为这些限制,提醒泛化是十分必要的。

证据关于再现性随着时间的氧化应激的标记在流行病学研究是稀疏的。同样,几乎没有证据表明之间的相关性血液标记和标记终末器官组织。因此,我们的结果应该被在这个缺乏证据。此外,周边血药浓度的相关性和肺组织不是很好理解42,43)。目前还不清楚这外围组织将是最具代表性的组织水平。例如,红细胞谷胱甘肽可能不是肺衬液中的谷胱甘肽水平的代表。

总之,我们发现谷胱甘肽的负面联想和TBARS肺功能和积极的协会的谷胱甘肽过氧化物酶在人肺功能。我们并没有发现显著关联的氧化应激与肺功能在女性,这可能是由于女性血清抗氧化水平较高。这些结果加强证据表明,抗氧化剂和氧化剂的平衡与肺功能下降有关,但他们需要进一步调查性别差异在氧化应激。

这项工作被授予AA支持部分09802年从美国国家酒精滥用与酒精中毒研究所和格兰特Holger Schunemann博士从美国肺脏协会。

作者感谢人事中心的预防医学,布法罗大学而言,他们对这项研究的贡献。

利益冲突:没有宣布。

引用