摘要
目前正在调查雾化高渗盐水作为治疗粘膜疾病的粘液间隙受损的新试剂。已经提出了甘露醇气溶胶,特别是干粉吸入器,作为盐水的替代处理,提供了与其他益处相同的渗透载荷。然而,这些高渗气溶胶对气道上皮离子传输过程的影响尚未在人类受试者中进行测试在活的有机体内.本报告使用鼻电位差(PD)技术研究了这些溶液对气道离子运输的影响。
研究了七个健康的成人志愿者。在不同的日子中,为将盐水构建的剂量 - 反应曲线为加入克雷布N- [2-羟乙基]哌嗪-N' - [2-乙磺酸](HEPES)稀释剂。测量该盐效应的可逆性,并对额外的盐水(500mM)和甘露醇(1M)的反应进行比较。
食盐水减少鼻PD剂量,与指(sem)减少PD(更少的消极的)6.6(1.5),7.6(1.6),10.0(2.0),13.1(2.9)和14.8 (3.2)mV (n = 4)为150毫米,250毫米,500毫米,1200毫米和2000毫米氯化钠克雷布斯消息灵通的稀释剂,分别。高渗盐水的作用是完全可逆的,冲洗3分钟(前盐水15.9 (0.5)mV,后冲洗15.8 (1.1)mV, (n=4))。高渗盐水反应起时迅速,持续至少4分钟,使PD从13.7 (1.7)mV降低到5.1 (1.3)mV (n=7, p<0.001)。相比之下,灌注液中添加甘露醇没有显著改变鼻腔PD, PD增加的趋势不显著(更负),(甘露醇前13.9 (1.6)mV,甘露醇后15.3 (2.0)mV, n=7)。
由于1米甘露醇的渗透刺激与500mM氯化钠的渗透刺激类似,发散的鼻电位差应响应表明,对盐水的反应是特异于氯化钠本身,而不是同时变化渗透压。这证明了人类气道上皮在活的有机体内可以应对独立于改变的渗透压的局部高渗盐水。
PGM是一名应用健康科学研究员,该研究由澳大利亚囊性纤维化协会、政府雇员医学研究基金和新南威尔士州哮喘基金会支持。
人类气道被薄薄的流体覆盖,气道表面液体(ASL),它保护底层上皮细胞免受干燥,并且陷阱吸入空气颗粒和细菌。ASL被认为包括含水的渗透层或溶胶层,其漂浮凝胶或粘膜层。虽然目前讨论了这两层的确切组成和体积,但是ASL被认为在气道上皮上的离子输送过程大大调节,即钠吸收和氯化物分泌。ASL的最佳功能是最大化粘液间隙(MCC),防止粘液和吸入颗粒的积累。保留的粘液和颗粒是细菌感染的部位,然后可以导致气流限制,慢性咳嗽和气道损坏。
由于MCC受损被认为参与了许多呼吸系统障碍的发病机制,已经设计了治疗,通过物理去除保留的分泌物或药理剂的使用来改善MCC。胸部物理疗法是一个物理清除分泌物的一个例子,非常有效,但长期昂贵且耗时。因此,已经开发了许多药理学疗法来增加MCC。
最近,兴趣侧重于利用雾化治疗,特别是高渗盐水和甘露醇,作为增加MCC的潜在新疗法。高渗盐水的局部应用通过已显示雾化器以增加囊性纤维化患者的MCC(CF)1和2周的临床试验表明,10毫升的6%盐水改善症状和肺功能2.同样,吸入甘露醇已被证明可增加CF患者的MCC3.和特发性支气管扩张4..然而,高渗盐水和甘露醇的作用机制仍然是推测的。虽然已经假设气溶胶为ASL提供渗透负荷,但没有研究检测高渗盐水和甘露醇对人体气道上皮离子转运的影响。
鼻势差(PD)技术,涉及沿着鼻梁的小探索电极通过允许在活的有机体内通过人类气道上皮的离子传输的测量,绕过的困难在体外技巧。鼻PD技术以前用于研究局部抗生素对人气道上皮离子运输的影响5.,并研究潜在的治疗CF的新型气溶胶疗法6..在目前的研究中,局部应用高渗生理盐水和甘露醇对鼻PD的影响已经被研究,证明生理盐水,而不是甘露醇,能迅速、可逆地降低正常人的鼻PD。
方法
鼻PD测量采用前面描述的方法5.那7.那8..简而言之,探索电极由双腔硅橡胶管由具有同一部位的两个流明的开口,距尖端3mm。一个腔填充有盐水和心电图电极霜的相同混合物,连接到高阻抗电压表通过银/氯化银电极。使用蠕动泵使用下面概述的第二个腔用不同的溶液灌注,该泵提供连续的4ml·min的连续泵-1整个灌注期。参比电极由第二银/酰氯电极组成,该第二银/酰氯电极放置在前臂上的磨损面积上,再次连接到电压表。在录制之前,测量电极的偏移,并对记录值进行适当的校正。在所有情况下,使用标准克雷斯N-[2-羟乙基]哌嗪-N- [2-乙磺酸](HEPES)溶液,试验开始初始稳定期。在鼻Pd稳定下,稀释剂如下所示改变为各种高渗溶液,在不同的日子中以随机顺序测量不同的高渗反应。
灌流开始用组成(mM): Na的Krebs HEPES溶液+140年,K+6,2+2毫克2+1,cl.-152,葡萄糖10和HEPES 10,滴定至pH7.4。高渗溶液体积大量产生,使NA的总浓度产生+和Cl.-在Krebs+500 mM生理盐水中分别为640 mM和652 mM。在剂量反应试验中,按指示顺序灌注溶液。由于灌注系统有3ml的死腔,新的灌注液在溶液改变后大约45秒到达导管尖端。每天准备新鲜的原液,并按要求稀释。所有溶液在室温(21-23℃)下灌注。
主题
从医院工作人员招募了没有呼吸系统历史的Nonsmoking控制受试者(4名女性和3岁男性,年龄18-40岁)进行测试。没有受试者经历过鼻腔手术,并且在上呼吸道感染后至少4周进行所有测试。该研究得到了医院伦理委员会的批准,所有主题都提供了书面知情同意书。
统计分析
采用双尾配对t检验进行比较,在p<0.05时拒绝零假设。为了方便讨论,增加和减少是指PD的绝对大小,它是腔负的。
结果
最初的研究测量了鼻上皮对添加不同浓度NaCl的反应。在Krebs HEPES稀释剂中稳定PD后,用以下每种溶液灌注鼻部3分钟:Krebs+150、Krebs+250、Krebs+500、Krebs+ 1200和Krebs+ 2000 mM NaCl。这与6.6(1.5)、7.6(1.6)、10.0(2.0)、13.1(2.9)和14.8 (3.2)mV的平均(sem)鼻部PD显著降低(p<0.05)相关(n=4)(图1)⇓).由于Krebs+ 1200和Krebs+ 2000 mM NaCl中存在较高浓度的盐水,也会导致鼻腔在测试过程中出现主观不适,因此我们选择了Krebs+500 mM NaCl溶液进行进一步研究。这在没有引起任何不适的情况下,提供了大约70%的最大反应。本文后续的高渗盐水研究均采用Krebs+500 mM NaCl进行。
额外盐水对四个正常受试者鼻电位差(PD)的影响。在灌注液改变后,每种新溶液达到约45秒,反映了系统的死区。测试的解决方案在图表顶部的条形条中表示。数据表示为平均值+ SEM。PD表达绝对术语,并且是阴性阴性。箭头表示以下浓度的Krebs + NaCl解决方案;A:150 mm NaCl;B:20毫米;C:500毫米;D:1.2米; E: 2.0 M.
为了确定该响应是否可能与上皮毒性有关,测量高渗盐水响应的可逆性。如图1所示。 2⇓,随后用克雷布+ 500mM NaCl灌注,3分钟后逆转响应(穗前15.9(0.5)MV,后洗涤15.8(1.1)mV,(n = 4))。
将另外的盐水(500mm)加入到克雷斯HEPES N-[2-羟乙基]哌嗪-N' - [2-乙磺酸]的效果在四个正常受试者中的鼻电位差(PD)上。在灌注液改变(由箭头表示)后,新溶液达到约45秒,反映了系统的死区。在用高渗盐水溶液灌注1分钟后,灌注液返回Krebs Hepes DiluentB,以评估冲洗的作用。数据用平均值±sem表示。PD以绝对术语表示,并且腔阴性。
在7个受试者中,克雷布+ 500mM NaCl的变化与来自13.7(1.7)MV至5.1(1.3)MV的鼻Pd的显着降低相关(P <0.001)。这种反应在发起迅速并持续至少4分钟。相反,甘露醇(1,000mm)加入灌注液并没有显着改变鼻腔Pd,Pd增加趋势(Premannitol 13.9(1.6)MV,酿酒尼醇15.3(2.0)mV,n = 7,p = 0.14)),如图3所示⇓.
在Krebs HEPES N-[2-羟乙基]哌嗪-[N ' -[2-乙基磺酸]中加入额外的生理盐水(500 mM)或甘露醇(1 M)对7名正常人的鼻电位差(PD)的影响。新溶液在灌注液改变后大约45秒到达鼻部,反映了系统的死区。数据用平均值±sem表示。PD以绝对值表示,腔内阴性。▪:生理盐水;○:甘露醇。* * *: p≤0.001与基线高峰;#: p≤0.0001与甘露醇。
讨论
本研究表明,局部应用高渗生理盐水,Krebs+500 mM NaCl,对应于~ 3%生理盐水的刺激,可减少鼻电位差。对高渗盐水的反应是快速的、可逆的,并且与剂量有关,表明是直接的离子传输效应而不是非特异性的上皮毒性。相比之下,通过高渗甘露醇应用类似的渗透负荷并没有降低鼻腔PD,并没有显著增加(更负)。这表明盐的离子组成,而不是渗透负荷,参与了盐的反应。由于阿米洛利预处理可以阻断正常受试者的生理盐水反应(未发表的数据),Cl的被动扩散-静脉曲位途径下的离子不会解释鼻腔PD的变化。因此,假设盐水直接改变在正常人体气道上皮上的离子输送过程。这是人类受试者的第一个演示在活的有机体内增加表面上的NaCl浓度改变了气道上皮离子转运,与渗透压的任何效果无关。
以前的研究测量高渗溶液对上皮细胞的影响在体外找到了不同的结果。在犬齿轮的早期研究,这主要是Cl-分泌上皮,已经表明,额外的腔NaCl(75mm)降低了短路电流(一世SC.)和增加组织电导9..减少一世SC.主要反映了粘膜到浆膜Cl的增加-运动,与增加的CL增加成比例-粘膜表面的浓度。有趣的是,在管腔表面添加(150 mM)甘露醇会降低钠含量+两种Cl均无显著变化-运动或组织电导。男人等等。10.结果显示,在管腔液中加入100 mM甘露醇可使犬气管PD降低3.9 mV,与之相似一世SC..有趣的是,与Yankaskas发现的电导率增加相反,组织电阻有一个小的增加等等。9..
在培养人鼻息肉细胞的单层中,卷心等等。11.测量了提高管腔和浆膜渗透压的影响。在管腔表面添加150mm甘露醇与两个根尖的减少(负性更小)相关(V.一种)基石运动(V.B.),对经上皮膜电位的影响虽小但各不相同(V.T.)在不同的单层。向腔溶液添加75mM NaCl也降低了两者V.一种和V.B.,但没有改变V.T.11..目前研究中发现的鼻PD的无显着性增加对应于可变效应V.T.在鼻息肉单层中发现;V.一种和V.B.不能通过鼻PD技术进行评估。同样,鼻息肉培养中上皮细胞体积的变化也不能用目前的技术测量。还需要进一步的研究来确定luminal甘露醇是否会改变离子的转运在活的有机体内,具有相似但相反的效果,没有显著的整体反应。
然而,两项研究对腔内盐水的反应似乎有所不同,在本研究中鼻腔PD显著降低,而在本研究中则没有变化V.T.发现由Willumsen.等等。11..这可以简单地反映各种研究中使用的不同剂量 - 威廉森中唯一报道的剂量等等。研究是75毫米,而目前研究中使用的最小剂量为150毫米。对两项研究之间的差异的另一种可能的解释是使用鼻息肉细胞,其已知将离子转运过程表现出与正常气道上皮细胞中发现的离子传输过程不同12..鼻PD还避免了细胞培养技术的困难,特别是浸没培养方法和在可行状态下维持细胞所需的激素和抗生素。最后,另一种替代方案可能是可能控制离子传输的激素因子的存在在活的有机体内,但当细胞长成单层细胞时,就不能维持在体外.不考虑两者差异的基础在活的有机体内和在体外研究,目前的报告提供了有关人类气道上皮的离子传输反应的重要新信息在活的有机体内.
目前研究中,对增加NaCl浓度的鼻部Pd反应对应于盐水对粘液间隙的剂量相关的影响。罗宾逊等等。1发现,0.9%,3%,7%和12%盐水的气溶胶分别与同位素间隙有关的90分钟,分别为13%,20%,24%和26%。虽然MCC响应可能与当前研究中所示的鼻PD效应有关,但存在许多其他可能性,包括增加的睫状拍频率在活的有机体内13.并直接对痰的影响14..此外,高渗甘露醇和盐水对鼻腔PD的发散作用与各种临床情况中MCC的类似增加不相似3.那4.那15..
过氧化量也是一种可靠的刺激刺激,以刺激易感对象的支气管中。高渗盐水溶液长期以来在实验室中使用,作为间接挑战剂,最近由安德森研究等等。16.研究吸入甘露醇的影响虽然对大多数受试者来说,生理盐水和甘露醇产生了定性相似的结果,但一些受试者确实对一种药物表现出了10倍的高敏感性。此外,埃申巴赫等等。17.比较相同渗透压不同溶液对哮喘患者气道的影响。他们证明,4%的盐水溶液比18.3%的葡萄糖在1%的盐水溶液中更有效地诱导支气管收缩,尽管两种溶液具有相同的渗透压。同样的马札尔人的等等。18.报道称为1.3米KCl比1.7米的NaCl更有效,(两种溶液以10%重量/体积制备)。这表明和渗透刺激,离子组合物也可参与支气管电机反应。
众所周知,气溶胶的渗透性和离子组成在诱导咳嗽方面都很重要。在一系列优雅的实验中,埃申巴赫等等。表明,无论离子组合物如何,都诱导支气管混合物和咳嗽17..等渗盐水既不引起支气管收缩或咳嗽,但等渗葡萄糖与低氯-浓度,在没有支气管的情况下诱导咳嗽17..这表明,在某些情况下,高渗和离子组成可以刺激不同的反应。这与本研究中鼻PD反应之间的关系还需要进一步的研究。
最后,对高渗盐水和甘露醇的不同鼻腔PD反应可能对肺病的新治疗产生重要意义。临床试验将是单独调查每个高渗溶液的临床试验,因为高渗盐水和甘露醇的结果并不总是可互换的。
总之,本研究表明,局部应用高渗生理盐水可引起鼻电位差的快速和可逆的降低在活的有机体内,最有可能反映过人类气道上皮的改变的离子输送。高渗甘露醇所见的鼻势差的不显着增加表明,这两种解决方案对上皮施加不同的影响,依赖于血管组合物。进一步的研究是有必要投资于这些反应中涉及的机制。
致谢
作者想要感谢参与这项研究的受试者,以及E. Alton和S. Anderson的有益讨论。
- 已收到2000年5月15日。
- 公认2000年8月18日。
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