第一部分：氢气对肺氧化损伤的保护效应研究肺氧化损伤是一种很常见的病理过程。很多因素,如过度吸氧、大气污染、吸烟、放射、重金属离子等等都可以造成肺氧化损伤。需要长期吸氧的病人,他一方面需要吸氧,一方面又面临着肺氧化损伤的危险。这对矛盾常常难以解决,导致病人最后呼吸衰竭而死。另外,近来研究证明,大气污染和吸烟使肺组织直接暴露在有害因素中,引起肺脏严重的氧化损伤。放射引起的机体损伤也主要是氧化损伤,并且60%-70%的损伤是由羟自由基引起的。一些重金属离子如镉、铬和汞等也可以引起肺氧化损伤。肺氧化损伤非常常见,因此,如果能找到一种安全、有效的药物来防治肺氧化损伤,对人类健康具有重大意义。在医学领域中,氢气的应用长久以来仅限于呼吸氢氧混合气进行大深度潜水,一般认为它不会和体内物质发生反应。1975年,Malcolm Dole等人首次报道,高压氢气(8atm)可能可以通过清除羟自由基治疗癌症。2001年,Bouchra Gharib等人发现高压氢气(8atm)有对抗寄生虫引起的肝炎作用,其机制也和清除羟自由基有关。但如此高压的氢气在临床上难以应用,他们的研究并没有引起广泛的关注。直到2007年,Ikuroh Ohsawa等人首次发现,普通压力的氢气也能发挥抗氧化作用,并且认为其机制为选择性清除毒性氧自由基,氢气的抗氧化作用才得以被广泛关注。随后,有人又用肝和心肌缺血动物模型,证明呼吸2%的氢气可治疗肝和心肌缺血再灌注损伤。呼吸2%的氢气可治疗小肠移植引起的炎症损伤,新生儿脑缺血缺氧损伤等。采用饮用饱和氢气水可治疗应激引起的神经损伤、人类Ⅱ型糖尿病、化疗药顺铂引起的肾损伤和帕金森病,改善新生儿脑缺血缺氧损伤后神经功能和学习记忆能力等等。这些研究表明,氢气能够减轻氧化损伤。肺氧化损伤的机理还不是很清楚,但是有很多研究表明它和超氧阴离子、过氧化氢和羟自由基密切相关。既然氢气可以通过选择性清除氧自由基发挥抗氧化作用,那么它对肺氧化损伤有没有疗效呢?我们教研室的前期研究证明氢气可以减轻高分压氧气导致的成年大鼠的肺损伤。但是高压氧只是众多造成肺氧化损伤的因素的一种,且这种因素平常并不常见。因此,我们通过构建从细胞到动物的两种不同的肺的氧化损伤模型,通过不同方式给予氢气处理。结果表明,氢气可以有效防止肺氧化损伤,很可能成为防治肺氧化损伤的重要治疗手段。实验第一部分,我们用过氧化氢造成更具代表性的氧化损伤,通过细胞实验研究氢气能否减轻Ⅱ型肺泡上皮细胞的氧化损伤。结果发现,氢气可以有效降低氧化损伤A549细胞的死亡率和凋亡率,有效抑制A549细胞氧化损伤后MDA、8-OHdG的升高和SOD、GSH的下降,并提高A549细胞氧化损伤后的清除羟自由基能力。结果表明,氢气可以有效防止肺氧化损伤。实验第二部分,我们采用腹腔注射百草枯造成大鼠肺氧中毒模型,并通过口服给予大鼠饱和含氢水治疗。百草枯进入机体后主要聚集于肺部,经过单电子还原形成自由基,然后与分子氧反应生成联吡啶阳离子和超氧阴离子,后者歧化形成H202,再在Fe2+存在下形成羟自由基,引发链式脂质过氧化反应损伤细胞膜,使膜受体、膜蛋白酶和离子通道的脂质微环境改变,引起肺组织的氧化损伤。研究结果发现,口服给予饱和含氢水显著减少大鼠的胸腔积液、肺湿干比重、支气管肺泡灌洗液中的蛋白质含量和总细胞计数、乳酸脱氢酶,以及肺组织中的MDA含量。苏木精伊红(H&E)和TUNEL染色显示氢水组的肺组织损伤和细胞凋亡显著减轻。结果表明,口服含氢水可以抑制氧化损伤,改善百草枯中毒引起的肺生化和组织学改变。第二部分：依达拉奉及替普瑞酮对氧惊厥的预防效应及机制研究氧惊厥又名惊厥型氧中毒或氧惊厥,是人体吸入高分压氧气(高于200kPa)一定时间后,神经细胞兴奋性增加导致的临床表现类似癫痫大发作的一种疾病。氧惊厥多发生在潜水活动中,发作时潜水员可出现全身强直性收缩以及阵发性痉挛,意识丧失,并伴有尿便失禁,潜水员往往失去控制而引起溺水或放漂等潜水事故,严重影响潜水员安全。因此,有效预防氧惊厥,最大限度地安全用氧,对军事和民用潜水作业以及临床高压氧治疗都具有重要意义。实验第一部分：全氟化碳(perfluorocarbon,PFC)由于治疗减压病的良好效果而极可能被用于援潜救生,但由于其强大的携氧能力,可能在后继的高压氧治疗中促进氧惊厥的发生,而依达拉奉作为一种强效抗氧化剂,可能通过减少ROS和N0抑制氧惊厥的发生。本实验采用大鼠氧惊厥模型,通过观察大鼠氧惊厥潜伏期,监测脑组织中NO和H2O2含量的变化,检测大脑皮层和海马中丙二醛(MDA)含量和SOD,CAT,GPx等含量变化,研究全氟化碳和依达拉奉对氧惊厥的影响,并探索其作用机制,为全氟化碳和依达拉奉的军事实践应用提供理论依据。结果发现,注射全氟化碳即刻和1小时后进行高压氧暴露,氧惊厥潜伏期显著缩短,而注射全氟化碳3小时(其血液半衰期)后再进行高压氧暴露,这种效应消失,表明全氟化碳确实对氧惊厥有促进效应,而若待其部分代谢后再进行高压氧暴露,则可能不再促进氧惊厥的发生。而依达拉奉可有效降低脑组织中N0和H202和MDA含量,提高SOD, CAT, GPx等抗氧化酶的含量,减轻氧惊厥,并对抗全氟化碳对氧惊厥的促进作用。实验第二部分：HSP70是HSP家族中最保守、最主要、含量最丰富的一种,具有抗氧化、抗凋亡等多种功能,是一种非特异性细胞保护蛋白。HSP70可分为应激诱导的Hsp70(又称为Hsp72或Hsp70I)、结构型热休克蛋白Hsc70(Hsp73)、线粒体Hsp75(mtHsp75)和位于内质网的Grp78(BiP)。近来研究证明,HDP70对多种因素诱发的癫痫发作有预防作用。氧惊厥也是一种类型的癫痫发作,与普通癫痫具有共同的病理基础,Arieli等人的实验发现,适当的热应激可以显著抑制氧惊厥,且抑制效果和体内HSP70的水平呈线性相关关系。我们的研究发现,单次给予替普瑞酮(HSP70诱导剂)灌胃后,大鼠脑组织内的HSP70含量显著增加,大鼠的氧惊厥潜伏期显著延长,而给予槲皮素(HSP70拮抗剂)后,大鼠脑组织内的HSP70含量降至正常水平,大鼠氧惊厥的潜伏期则恢复至正常值,证明了替普瑞酮可以有效对抗氧惊厥,并揭示了HSP70在其中的重要作用。第三部分：高压氧的镇痛效应及机制研究疼痛是一种复杂的生理心理活动,是临床上最常见的症状之一,可造成器官功能障碍,剧烈和长期的疼痛会影响到人体各器官系统的功能,如引起睡眠障碍,消化功能受抑制,血压升高,心率加快(有心脏病者可致心率失常),呼吸急促(胸、腹部疼痛时通气受限),植物神经功能紊乱,关节功能下降和心理障碍,造成药物滥用、自杀等社会问题。如何进行安全、有效的镇痛,对减轻病人痛苦、提高患者生活质量具有重大意义。虽然高压氧(HB02)尚未用于临床镇痛,但已有多个临床观察发现HBO的镇痛效应,包括复杂区域疼痛综合征、纤维肌痛、慢性骨髓炎、偏头痛和丛集性头痛等。本课题重点研究高压氧对急慢性疼痛的效应及机制。我们对小鼠进行腹腔注射0.6%的乙酸诱导急性疼痛模型,注射后马上给予小鼠11min、不同压力的高压氧暴露,暴露第6分钟后开始记录小鼠背部疼痛收缩的次数,共记录5分钟,计算疼痛指数。结果发现,高压氧暴露显著抑制乙酸诱导的急性疼痛,其效应和高压氧的压力成正相关。并且,高压空气和常压纯氧处理皆无镇痛效应,说明只有高压力的氧气才能导致镇痛效应,两个因素缺一不可。我们进一步研究GABA受体是否在高压氧的镇痛作用发挥作用。我们于高压氧暴露前对小鼠进行侧脑室或脊髓内注射GABA摄取抑制剂哌啶酸、GABAA受体拮抗剂SR95531和GABAB受体拮抗剂CGP35348,然后对小鼠进行腹腔注射醋酸诱发疼痛反应,再进行3.5ATA,11min的高压氧暴露。疼痛评估结果表明,侧脑室或脊髓内注射GABA摄取抑制剂哌啶酸皆可提高高压氧的镇痛效应,说明GABA在镇痛中的作用。GABAA受体拮抗剂SR95531显著抑制高压氧的镇痛效应,说明GABAA受体在短时高压氧的镇痛效应中的重要作用。本实验室既往研究表明,对小鼠进行连续4天、每天1小时的高压氧暴露,可导致双相镇痛效应,第一次于暴露后即刻出现,持续若干小时；第二次于暴露后1周左右出现,持续数周。在此基础上,我们研究了GABA受体在多次高压氧处理的双相镇痛效应中的作用。结果发现,GABAA受体拮抗剂和GABAB受体拮抗剂对第一次镇痛效应皆无影响,而GABA。受体拮抗剂显著抑制第二次的镇痛效应,说明GABAB受体在后者中的重要作用。此实验揭示不同的6ABA受体在不同高压氧处理方案导致的镇痛效应中的不同机制。