一氧化氮对红细胞携氧特性的影响及其意义

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缺氧是缺血、炎症、早产、癌症、高原暴露等情况下所共有的病理生理学过程。对组织的氧供不足、组织氧需过多均可引起缺氧,缺氧可导致细胞功能障碍、结构受损,引起组织损伤,甚至器官衰竭。缺氧时,机体发生一系列的变化以适应缺氧,其中基于红细胞在氧运输和传送中的重要作用,红细胞(RBC)数量与质量的变化在缺氧适应中发挥重要作用。高原环境下,由于大气压降低,氧分压随之降低。高原暴露时,氧气从外界环境进入血液趋动力减小,造成组织氧供不足,打破氧的供需平衡,形成缺氧。机体围绕氧再平衡,启动多种代偿机制,包括增加红细胞数量,调整红细胞血红蛋白氧亲和力等。一氧化氮(Nitric oxide,NO)在机体的生理和病理条件下发挥重要作用,NO的平滑肌舒张效应在低氧适应、低氧损伤过程中的重要作用研究较多。NO还可以进入红细胞与血红蛋白结合,在脑、肌肉等组织毛细血管NO从血红蛋白、红细胞中释放出来。基于NO与氧分子在红细胞中的入双出对的伴侣关系,我们认为NO对红细胞的携氧功能可能具有重要的调控作用。但是NO对红细胞携氧特性的影响及其在缺氧适应、或缺氧耐受中的作用,目前尚无研究报道。本研究从NO对红细胞携氧特性这一方面展开研究,并进一步研究NO的这一特性与机体缺氧耐受能力之间的关系。目的:研究NO对红细胞携氧能力、小鼠缺氧耐受的影响及两者之间的关系。方法:采集小鼠外周血液,置于氧解离曲线测绘仪的反应池中,通入氮气使血红蛋白充分脱氧,然后通入含有不同浓度NO(0、100、200ppm)的空气,使血红蛋白充分氧合,绘制氧平衡曲线(OEC),并用OEC软件计算不同条件下曲线的P50和Hill。通过调整pH,观察OEC对酸碱的敏感性,并根据P50变化的幅度计算敏感指数(SI),SI=(P50HCL-P50NAOH)/P50CON×100%,P50HCL、P50CON、P50NAOH分别是pH=7.15、7.40、7.65时的P50值。将小鼠随机分为五组(常氧组、缺氧组、缺氧+5ppm NO组、缺氧+10ppm NO组、缺氧+20ppm NO组)。向自制的密闭箱中通入三种气体(N2、O2、NO),调节各气体的流量计阀门以达到所需气体浓度:常氧组:21%O2,0ppm NO。缺氧各组的氧浓度为5%O2。小鼠麻醉后放入玻璃箱,将尾巴留于玻璃箱外,秒表记录小鼠存活时间,并用血氧仪检测小鼠尾巴处血氧饱和度。将小鼠随机分为四组:常氧组、常氧+NO(20ppm)组、缺氧(5%O2)组、缺氧+NO(20ppm)组。小鼠腹腔注射缺氧探针1h后放入调试好气体浓度的玻璃箱,在出现明显抽搐前从箱内取出,脱颈处死,取出大脑组织,免疫组化法检测缺氧探针的水平、用免疫印迹检测缺氧诱导因子1α水平反映脑组织的缺氧程度。结果:1.NO增加血红蛋白氧亲和力吸入NO可使氧合曲线发生左移,并呈浓度依赖性,吸入NO可降低氧合曲线P50,而对Hill系数没有明显影响。与对照组(0 ppm NO)组相比,100 ppm NO组和200 ppm NO组氧合曲线发生明显左移,NO浓度越高,左移的越明显。与0 ppm NO组相比,100 ppm NO组和200ppm NO组氧合曲线的P50降低,其差异具有显著性意义(P<0.05),但Hill系数变化不明显,其差异不具有显著性统计学意义(P>0.05)。2.NO增强波尔效应与对照组(0 ppm NO)组相比,100 ppm NO组氧合曲线SI增加,其差异具有显著性统计学意义(P<0.05);而200 ppm NO组氧合曲线SI的增加不具有显著性统计学意义(P>0.05)。3.NO延长小鼠缺氧环境下存活时间NO可延长缺氧(5%O2)条件下小鼠的存活时间,并呈浓度依赖性。在缺氧条件下,与对照组(0 ppm NO)相比,5、10、20 ppm NO组小鼠存活时间延长,其差异具有显著性统计学意义(P<0.05),且NO浓度越高,延长作用越明显。NO对存活率产生相同的作用。4.NO减轻小鼠缺氧环境下氧饱和度的降低NO可减轻缺氧(5%O2)条件下小鼠血氧饱和度的降低,并呈浓度依赖性。与常氧组相比,单纯缺氧组小鼠血氧饱和度显著降低,其差异具有显著性意义(P<0.05)。缺氧时,与对照组(0 ppm NO)相比,5、10、20 ppm NO组小鼠的血氧饱和度降低程度减少,其差异具有显著性统计学意义(P<0.05),且NO浓度越高,减轻作用越明显。5.缺氧环境下吸入NO时,血氧的改善与缺氧耐受力增强相关缺氧环境(5%O2)中,NO对缺氧耐受力的增强作用,由吸入NO小鼠存活时间与未吸入NO组小鼠存活时间平均值的差值(△RT)表示。NO对血氧的改善作用,由吸入NO小鼠与未吸入NO小鼠血氧饱和度的差值(△SO2)表示。△RT与△SO2呈显著正相关(P<0.05),其回归直线的斜率随着NO浓度的增加而增加。6.NO对小鼠缺氧环境下脑组织缺氧程度的影响缺氧时,NO可增加动静脉氧差理论值,削弱脑组织中缺氧诱导因子水平1α增高。与常氧组相比,缺氧组脑组织中缺氧探针的着色明显增强,缺氧条件下,吸入NO组,脑组织缺氧探针的着色较对照组(未吸入NO组)较浅。结论:NO可以提高红细胞血红蛋白氧亲和力,增加氧合曲线对酸碱的敏感性,增强红细胞的携氧能力。吸入NO可减轻小鼠低氧环境下血氧饱和度降低,改善脑组织缺氧程度,提高小鼠的缺氧耐受能力。
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