摘要
颗粒物(PM)污染会对呼吸道产生不利影响,哮喘患者被认为尤其敏感。作者假设暴露在柴油废气(颗粒物的主要来源)中会导致健康受试者气道中性粒细胞增多,而这些反应在轻度过敏性哮喘患者中会被夸大,或者柴油废气会加剧先前存在的过敏性气道。
将健康和温和的哮喘受试者暴露于2小时的德(颗粒,50%切断空气动力直径为10μm的颗粒(PM)10.) 108µg·m-3)、肺功能和气道炎症。
两组接触DE后气道阻力均有相似程度的增加。健康受试者在接触DE 6小时后出现气道炎症,气道中性粒细胞增多和淋巴细胞增多,灌洗液中白细胞介素- 8 (IL - 8)蛋白升高,支气管黏膜中IL - 8信使核糖核酸表达增加,内皮粘附分子上调。在哮喘受试者中,DE暴露不会诱导中性粒细胞反应或加剧他们原有的嗜酸性气道炎症。哮喘组DE后细胞因子IL - 10的上皮染色增加。
在本研究中,已经在本研究中观察到对当前世界卫生组织空气质量标准的健康受试者的健康受试者和50%截止空气动力直径为10μm的颗粒哮喘的差异效应。需要进一步的工作来阐明这些差异反应的重要性。
本研究得到了健康效果研究所,剑桥,马,美国,美国国家哮喘活动,英国,卫生,英国,瑞典心肺基金会,瑞典大学和惠康信托。
许多流行病学研究表明了普通人群中增加的环境颗粒物质(PM)浓度和肺和心脏病发病率和死亡率之间的明确关联1.这些不良影响在已有呼吸道疾病(如哮喘)的人群中似乎被放大2.在PM污染发作期间,哮喘受试者表现出增加呼吸道症状,支气管混凝土,药物使用,支气管高度反应性和紧急护理访问2那3..这种差异的机制仍不清楚。
暴露在空气动力学直径50%为10µm (PM10.),其浓度高于美国国家空气质量标准150µg·m-3(24小时平均值)由于车辆交通和工业过程的组合,在全世界的许多城市中经常发生。运输部门,尤其是柴油动力车辆,是城市PM污染的主要来源。柴油排气(DE)是含有碳质颗粒,氧化氮,一氧化碳,醛和其他挥发性有机碳物质的复杂混合物。此外,De颗粒可以作为递送到有毒物质的肺的载体,包括重金属离子,烃和过敏原4.那5..
作者之前已经证明了健康志愿者在PM暴露于DE时的气道炎症反应10.浓度为300μg·m-36.那7..在目前的研究中,轻度哮喘(MA)和健康对照(HC)成人对较低的、环境更相关的DE (PM)浓度的气道反应10.108µg·m-3已经评估了2小时,以间歇性运动为环境下午污染的替代品。作者假设短期暴露于环境的环境水平将在健康受试者中诱导中性气动气道炎症,并且这些反应将被夸大在轻度过敏性哮喘的受试者中,或者柴油会加剧出存在的过敏气道。
材料和方法
研究科目
共有25个健康的非特征受试者(九个女性;平均24 YRS(范围19-42))和15名受试者轻度哮喘8.,仅使用吸入β2招募了一名以上的人(五个女性;平均年龄为30 YRS(22-52级))。哮喘学反应至少一个空气传播的过敏原皮肤测试,并显示出气道高反应性与甲素(几何平均挑衅剂量,导致20%在一秒钟内(FEV)1) 1.6 mg·毫升-1;0.3 mg·6毫升范围-1).在整个研究之前6周,所有受试者都没有气道感染。受试者永远不会吸烟,并具有正常的基线肺活量测定法。在研究期间没有允许抗炎或其他药物,在花粉季节之外进行。所有参与者都提供了知情同意,当地伦理委员会批准了这项研究。
研究设计
所有受试者暴露于过滤空气和DE (PM10.100μg·m-3,0.7份百万(ppm)氮二氧化氮(没有2))在两个不同的场合。暴露至少间隔3周,并以随机单盲方式进行。在暴露期间,志愿者轮流进行适度运动和休息。在暴露前、暴露期间和暴露后立即评估肺功能反应。每次暴露后6小时进行支气管镜检查以获得粘膜活检和气道灌洗。
方法
DE由怠速沃尔沃柴油发动机(沃尔沃,哥德堡,瑞典)产生。超过90%的排气被丢弃;剩余的空气稀释并送入曝光室6.那9..照射是随机进行的;受试者和调查人员对暴露顺序是盲目的,但监督室的工程人员知道暴露细节。暴露期间,志愿者轮流在自行车测功器上运动(通气/灌注比= 15-20 L·min)-1·M.-2),休息15分钟。
使用计算机化全身容积描记仪(System 2800, Sensor Medics Corp., CA, USA)评估肺功能反应。强迫肺活量(FVC)和FEV1在暴露之前和立即测量。具体的气道阻力(sR.aw)分别在暴露前、暴露后1小时和暴露后立即测量。
如前所述,在停止暴露后进行核对镜检查6小时6..哮喘患者在接受支气管镜检查前吸入0.2 mg沙丁胺醇干粉。支气管活检取自近端嵴。对侧肺行支气管洗((BW) 2×20 mL)和支气管肺泡灌洗((BAL) 3×60 mL)。分析BW和BAL的差异细胞计数、白蛋白、总蛋白、IL‐6、IL‐8、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(GM‐CSF)、甲基组胺、髓过氧化物酶(MPO)和嗜酸性粒细胞阳离子蛋白(ECP)。
将粘膜活检加工成乙醇甲基丙烯酸酯树脂,使用针对特异性细胞标记物的单克隆抗体切割和染色,血管内皮粘附分子(P-选择素,E-SELECTIN,血管粘附分子(VCAM)-1和细胞内粘附分子(ICAM)-1)细胞因子和转录因子(GM-CSF,生长相关的癌基因α(GRO-α),IL-6,IL-8,IL-10,核因子(NF)-κB,调节在激活,正常的T细胞上表达和分泌(咆哮)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α))6.那7..在上皮细胞和粘膜下染色炎症细胞,不包括腺体,血管和肌肉。计数表示为细胞·mm-1在上皮细胞和细胞中·mm-2在粘膜下。使用计算机辅助图像分析仪(彩色视觉软件,即兴系统,英国)计算上皮和粘膜区域的长度。通过表达用单克隆抗体染色的血管的比例作为诸如相邻的2μm部分中的内皮标记En4染色的血管总数的百分比来定量血管中的内皮粘附分子。从支气管活组织检查中提取总核糖核酸,并进行逆转录酶聚合酶链反应酶联免疫测定酶EMG电摩卡图以定量IL-1β,IL-5,IL-8,TNF-α,干扰素γ(IFN-γ)的相对变化。(IFN-γ)和细胞因子信使核糖核酸(mRNA)基因转录物10..在将治疗(暴露于空气和暴露于DE)之前,将细胞因子转录物的水平标准化为腺嘌呤磷酸酯基转移酶(APRT),并表达ASA百分比(细胞因子产品水平/ APRT产品×100水平)。
分析
使用Wilcoxon配对等级测试分析了组内更改。通过Mann-Whitney U-Test比较了组差异之间的差异。FEV.1与植被覆盖度反应比较采用重复测量两种方差分析。事后分析采用Student-Newman-Kuels检验。用未配对t检验比较HC和MA的反应。年代R.aw用一般的线性方法测试响应,重复测量R.aw曝光期间的测量作为依赖变量。S.R.aw曝光期间的结果被认为是依赖性变量。这些值在组内比较,空气与柴油,以及群体之间,健康与哮喘的主题。P‐值<0.05被认为是显著的。
结果
稳态PM10.曝光室中的气态浓度为:PM10.108 ug·m-3(94-124)(平均值(范围)),一氧化碳1.7 ppm(0.6-2.5),一氧化氮0.6 ppm(0.5-0.6),不20.2 ppm(0.1-0.3),碳氢化合物1.4 ppm(1.3-1.8)和甲醛43.5 ug·m-3[33-53]。微分迁移率粒度仪测量的DE得到了粒子数、粒子表面和粒子体积的几何平均电迁移率等效直径分别为0.073、0.12和0.28µm。
肺功能
预先空气FEV没有显着差异1在组之间注意到FVC,并且De暴露在任一组中没有影响这些参数。马集团的SR.aw(平均值±sd) MA 0.547±0.202 kPa与在HC 0.408±0.122;p < 0.01。在健康受试者中,暴露于DE导致s显著增加R.aw4.1%,与空气曝光相比,P <0.01,而哮喘组的增加为6.5%,P <0.01。组之间的响应程度没有统计学差异。
健康对照组
在HC组中,DE暴露引起BW中性粒细胞比例增加(p<0.05)。支气管活检染色显示DE后粘膜中性粒细胞呈下降趋势(43.4(15.6-94.6)(中位数(四分位范围))细胞·mm-2post-air与24.6(16.8-57.1)细胞·mm-2后DE,虽然这没有达到统计学意义(图1⇓).经DE后,BAL样本的相对(p<0.05)和总淋巴细胞数均显著增加(1.5 (1.2-1.8)×104.细胞·ml.-1post-air与2.0(1.3-2.6)后DE;P <0.05),支气管上皮的CD3 +淋巴细胞平行降低(3.0(1.5-6.1)细胞·mm-1post-air与1.7(0.4 - -3.1)发布量德;p < 0.05)。
中性粒细胞在近端气道募集的同时,促炎细胞因子IL - 6和IL - 8蛋白浓度显著升高(表1)⇓).这与近端支气管组织中IL - 8 mRNA基因转录本的增加有关(51.0 (13.4-65.1)% APRT后与65.7(30.7-84.5)%APRT后DE;P <0.05)和DE(表2⇓).在MPO、GM - CSF、总蛋白或白蛋白的BW或BAL浓度中没有DE诱导的变化。
轻度哮喘组
与他们的哮喘状态一致的是,MA组在暴露于空气后获得的样本与HC组的相应样本相比有一些差异(表3)⇓).这包括体重中嗜酸性粒细胞增多(p<0.001)和支气管粘膜中嗜酸性粒细胞增多(p<0.001),同时体重ECP水平升高(p<0.05)。哮喘患者的BW肥大细胞数量(p<0.05)和甲基组胺浓度(p=0.001)显著增加,但基线BAL淋巴细胞数量(p<0.05)较低,支气管上皮中CD3+淋巴细胞较少(p<0.01)。柴油暴露对两组体重或BAL中的ECP或甲基组胺浓度均无影响。MA组IL - 8 mRNA水平升高(p<0.05), ICAM - 1和VCAM - 1表达改变(表2)⇑).
在曝光后,MA受试者在空气后的BW嗜酸性粒细胞(0.9(0.2-1.55)%下降与0.4(0.0-0.85)%后,P <0.05)但BAL或支气管粘膜中的嗜酸性粒细胞数没有变化。De暴露在MA中的BW或BAL中不会影响嗜中性粒细胞或淋巴细胞数,也不会影响支气管活组织检查中的VCAM-1或P-SELETIN表达(表2⇑).
评估几种炎症和调节细胞因子,对气道炎症过程的可能贡献,包括IL-10(图2和3⇓⇓).在MA组中存在较高的TNF-α基线表达(中位数(中位数范围):0.18(0.0-0.70)%与0.0(0.0-0)在HC;P <0.05)和MA中的IL-10表达的较低密度(0.22(0.14-0.68)%与1.29(0.45-2.51)在HC;p = 0.001)(图2A⇓).在曝光后,MA组(0.22(0.14-0.68)%后,IL-10染色显着增加与0.99(0.63-1.08)后德;P <0.01)(图2B⇓).暴露于DE后,两组中IL‐6、IL‐8、GM‐CSF、Gro‐α、RANTES、TNF‐α或NF‐κB的上皮细胞染色均无显著变化。
讨论
在本研究中,健康和轻度哮喘受试者暴露于DE PM10.浓度低于美国国家空气质量标准。两组都显示出s的增加R.aw正如作者假设的那样,DE诱发了健康受试者的气道炎症。这包括轻度BW中性粒细胞增多和BAL淋巴细胞增多,同时灌洗液中IL - 6和IL - 8蛋白增加,支气管黏膜IL - 8 mRNA表达增加,内皮粘附分子P -选择素和VCAM - 1上调。MA组在基线时表现出嗜酸性气道炎症,但与作者的假设相反,接触DE既没有加重这种炎症,也没有引起急性中性粒细胞内流。然而,MA组在DE暴露后IL - 10上皮染色显著增加,而HC组IL - 10染色减少。
与之前使用更高浓度DE的研究一致6.那11.那12.,De曝光在HC受试者中诱导中性气动气道炎症。在支气管活组织检查中同时观察到粘膜性嗜中性粒细胞的降低,表明细胞从气道壁移入气道内腔。患嗜中性粒细胞和T细胞通常取决于血管内皮粘附分子的上调。VCAM-1和P-SELETIN的脱诱导的上调表明,早期炎症细胞从血管募集到支气管粘膜中。与前以前使用较高浓度的DE的研究6.,观察到粘膜中性粒细胞的增加。这表明较低浓度de诱导致突诱导无粘膜中性粒细胞或气道炎症的速度较慢。重要的是,主要在近端航空公司检测到所有炎症作用,这表明这是DE的主要影响部位。在远端气道中看到的唯一反应是Bal淋巴细胞增加。
在MA科目中,作者预计会看到一种嗜酸性反应或对嗜酸性嗜酸性通气道炎症的加剧,但实际上也没有发生。在流行病学环境中观察到的增强的哮喘敏感性,例如支气管混凝土和气道症状,似乎在该亚贫困中的放大急性气道炎症反应似乎似乎都不解释。这有几种可能的解释。首先,选择的时间点可能已经过早以检测MA受试者的细胞响应。选择6小时后的时间点与过敏原攻击研究中的峰细胞反应相对应13..MA组可能在较晚的时间点出现了对DE的细胞反应,即使HC组在6小时时出现了对DE的反应。哮喘受试者对DE的反应可能比HC受试者慢,这是由于内源性的抗炎和免疫调节机制可能在炎症的哮喘气道中起作用,可能抑制或延迟对DE/PM挑战的急性炎症反应。前列腺素E2, IL‐10和IFN‐γ已被确定为这种潜在的抑制机制14..IL - 10抑制许多促炎细胞因子和趋化因子的合成,如IL - 6和IL - 8,哮喘患者的基线水平较低14.-17..在MA组中,DE暴露后出现的IL - 10反应可能代表了一种下调反应,从而解释了MA组中中性粒细胞、IL - 6或IL - 8反应的缺乏。其次,尽管测量了传统上认为在过敏性气道炎症中重要的细胞、细胞因子和趋化因子,但气道反应的其他方面可能与DE暴露更相关。PM对哮喘患者的不良气道影响可能是通过提高非特异性支气管高反应性或增强对过敏原的反应18.,在本研究中未评估的指数。第三,虽然S的等同量增加了R.aw在HC和MA受试者中观察到柴油暴露后,这可能对开始有更高基线气道阻力的MA受试者有更多的临床影响。
MA和HC对DE响应的最明显的差异是IL-10的反应。虽然已经表明IL-10可能是抗炎细胞因子14.,IL-10还具有一些可以促进过敏气道炎症的性质。例如,IL-10增强了B细胞的IgE产生19.并且是肥大细胞的生长因素20..因此,DE诱导IL‐10可能有助于使气道黏膜中的免疫系统倾斜,从而增强哮喘性气道炎症。
总而言之,虽然微小,但对健康受试者和哮喘患者气道的影响存在差异,这些影响是由低于当前世界卫生组织(who)空气质量标准的50%空气动力学直径10µm浓度的颗粒造成的。这与流行病学观察相一致,即颗粒物浓度的微小变化可能对健康产生重大影响。这些数据表明,柴油尾气对白细胞介素- 8的产生有直接影响,通过上调内皮粘附分子和健康人气道中性粒细胞招募,而轻度哮喘则通过诱导上皮白细胞介素- 10产生反应。需要进一步的工作来阐明这些差异反应的重要性。⇑
致谢
作者希望感谢J. Cameron,J.Pinazar,A-B。Lundström,L. Skebedrant,M-C。Ledin,G.Lindén,B.Rudell和H.Bertilsson的专家技术援助。
- 收到了2003年1月14日。
- 公认2003年7月28日。
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