大氣污染物二氧化硫?qū)Υ笫笙∧Ｐ蜌獾榔交∩锪W(xué)行為影響的研究.pdf

1、哮喘(Asthma)作為一種慢性呼吸道疾病，正日益成為嚴(yán)重威脅人類健康的重大問題。令人遺憾的是，科學(xué)界對(duì)哮喘病的病因和發(fā)展過程至今還沒有完全認(rèn)識(shí)清楚，其病理機(jī)制也一直是醫(yī)學(xué)上的重要難題。隨著環(huán)境的不斷惡化，大氣中的污染物，包括二氧化硫(SO2)與哮喘病的關(guān)系也日益受到關(guān)注。SO2是大氣中最常見的污染物之一，其對(duì)呼吸健康的危害早在上個(gè)世紀(jì)就引起了人們的重視。通過流行病學(xué)、免疫學(xué)等方面的大量研究，發(fā)現(xiàn)SO2與哮喘病中包括免疫、炎癥、氧化應(yīng)激

2、和氧化損傷等在內(nèi)的多種病理機(jī)制有關(guān)。而有關(guān)SO2對(duì)哮喘病中氣道的生物力學(xué)特性的影響至今尚未見報(bào)道。與此對(duì)照的是，越來越多的研究表明，哮喘病人的氣道組織，特別是氣道平滑肌在病變過程中的結(jié)構(gòu)與功能變化會(huì)導(dǎo)致其生物力學(xué)行為的改變，使其在受到外來刺激時(shí)發(fā)生過度收縮反應(yīng)(AHR)，從而引起氣道過度狹窄和隨之而來的呼吸阻礙，這是導(dǎo)致哮喘病成為高度危險(xiǎn)疾病的共同的最終途徑。由此，氣道平滑肌收縮功能變異作為這一現(xiàn)象的終極原因成為目前研究的重點(diǎn)。因此，研

3、究SO2對(duì)于氣道平滑肌生物力學(xué)特性的影響及其機(jī)理將有助于全面的認(rèn)識(shí)和理解大氣污染與哮喘病發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系，為治理環(huán)境和有效防治哮喘病提供重要的參考依據(jù)。鑒于此，本文以四周齡Sprague Dawley(SD)大鼠為模型動(dòng)物，以卵清蛋白(OVA)為致敏劑，建立了哮喘動(dòng)物模型。在此基礎(chǔ)上，以濃度為2 ppm(5.6 mg/m3)的SO2對(duì)正常和哮喘模型動(dòng)物進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間暴露刺激，并分別在個(gè)體、組織和細(xì)胞水平，研究了SO2對(duì)氣道平滑肌的影響，特別

4、是SO2對(duì)氣道平滑肌細(xì)胞的生物力學(xué)行為的影響及其細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　 1)根據(jù)模擬SO2單因素大氣污染環(huán)境的要求，設(shè)計(jì)并制作了內(nèi)部空間SO2濃度可控制的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置由氣路管道系統(tǒng)、傳感檢測(cè)系統(tǒng)和智能控制等部分構(gòu)成，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)在局部封閉空間中模擬低濃度SO2污染的大氣環(huán)境，并具有操作性強(qiáng)和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)測(cè)試和較長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)際使用，結(jié)果表明該裝置能夠較好地模擬SO2單因素大氣污染環(huán)境，SO2

5、暴露刺激后的動(dòng)物出現(xiàn)明顯的生理病理變化，證明該裝置為研究大鼠長(zhǎng)時(shí)間暴露于低濃度SO2環(huán)境后其生理病理變化過程和機(jī)制提供了一種可靠的技術(shù)平臺(tái)。
　　 2)研究了SO2刺激對(duì)哮喘模型SD大鼠肺功能與氣道組織結(jié)構(gòu)的影響。首先以卵清蛋白(OVA)為致敏劑，刺激四周齡雄性SD大鼠，誘導(dǎo)其出現(xiàn)氣道高反應(yīng)性(AHR)，并作為后續(xù)研究的哮喘動(dòng)物模型。在此基礎(chǔ)上，利用上述動(dòng)物實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)正常和哮喘模型SD大鼠進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、低濃度的SO2暴露刺激，并

6、觀察動(dòng)物受SO2刺激后的肺功能(Penh)和氣道組織病理學(xué)變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與正常SD大鼠相比，哮喘模型SD大鼠在經(jīng)受SO2刺激后其Penh值顯著提高(P<0.01)，說明SO2能顯著地增強(qiáng)哮喘模型SD大鼠的氣道高反應(yīng)性，對(duì)正常SD大鼠的氣道反應(yīng)性則沒有明顯的作用。同時(shí)，肺組織病理切片蘇木精-伊紅(HE)染色觀察和炎癥因子檢測(cè)結(jié)果均表明，SO2能顯著的惡化哮喘模型SD大鼠氣道組織的炎癥反應(yīng)。
　　 3)考察了SO2刺激對(duì)SD大

7、鼠氣道平滑肌細(xì)胞收縮性的影響。首先采用酶消化法與組織塊貼壁法相結(jié)合，獲取SD大鼠原代氣道平滑肌細(xì)胞，經(jīng)細(xì)胞免疫化學(xué)方法鑒定并證明所獲得原代氣道平滑肌細(xì)胞的純度較高，原代細(xì)胞經(jīng)傳代至2-5代時(shí)用于實(shí)驗(yàn)。結(jié)果證明，該方法具有高效、快捷、簡(jiǎn)單易操作、耗費(fèi)低、細(xì)胞獲取量高和純度高等優(yōu)點(diǎn)，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供了充足的細(xì)胞來源。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用磁微粒扭轉(zhuǎn)細(xì)胞測(cè)量系統(tǒng)(OMTC)測(cè)量SD大鼠原代氣道平滑肌細(xì)胞的生物力學(xué)特性。氣道平滑肌細(xì)胞分別取自正常SD大

8、鼠(正常對(duì)照組)，經(jīng)受SO2刺激的正常SD大鼠(SO2組)，哮喘模型SD大鼠(OVA組)，經(jīng)受SO2刺激的哮喘模型SD大鼠(OVA+SO2組)。細(xì)胞生物力學(xué)特性包括：細(xì)胞硬度、細(xì)胞硬度與頻率的關(guān)系、細(xì)胞硬度對(duì)平滑肌收縮激動(dòng)劑(氯化鉀或組胺)的響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與正常對(duì)照組比較，其他三組SD大鼠(OVA組，OVA+SO2組，SO2組)的氣道平滑肌細(xì)胞的硬度(G0)都顯著增高(P<0.001，P<0.001和P<0.01)，細(xì)胞硬度與頻率

9、之間呈較好的冪率關(guān)系且冪指數(shù)相差不大。更重要的是，在各實(shí)驗(yàn)組中只有OVA+SO2組SD大鼠的氣道平滑肌細(xì)胞對(duì)氯化鉀(KCl)或組胺(histamine)作用的響應(yīng)顯著提高。
　　 4)研究了SO2衍生物在體外對(duì)正常SD大鼠氣道平滑肌細(xì)胞生物力學(xué)特性的影響。由于大氣中的SO2在體內(nèi)最終都是以其衍生物的形式作用于體內(nèi)組織細(xì)胞，鑒于此，本文在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了不同濃度下，SO2衍生物(亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的混合物，二者摩爾

10、比為3:1)對(duì)體外培養(yǎng)的正常SD大鼠氣道平滑肌細(xì)胞生物力學(xué)特性的效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，在10-4～10-1mmol/L的濃度范圍內(nèi)，SD大鼠氣道平滑肌細(xì)胞的增殖能力、遷移能力、細(xì)胞收縮性都隨SO2衍生物濃度的增高而增強(qiáng)，同時(shí)細(xì)胞骨架蛋白F-actin的表達(dá)量也隨之增加，并且這四者之間存在一定的相關(guān)性。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示，SO2有可能通過增強(qiáng)氣道平滑肌細(xì)胞的增殖能力、遷移能力和收縮性，引發(fā)氣道組織的重構(gòu)和氣道高反應(yīng)性，進(jìn)而加劇哮喘癥狀的惡化。

11、r>　　 綜上所述，本課題針對(duì)大氣污染物SO2對(duì)正常或哮喘模型SD大鼠氣道平滑肌生物力學(xué)行為的影響，分別在個(gè)體、組織和細(xì)胞水平上進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，SO2刺激對(duì)于正常SD大鼠作用不大，但對(duì)哮喘模型SD大鼠氣道平滑肌卻有顯著的影響，主要表現(xiàn)為哮喘模型SD大鼠在受到SO2刺激時(shí)出現(xiàn)氣道高反應(yīng)性加劇，氣道平滑肌組織增生，氣道平滑肌細(xì)胞收縮性增強(qiáng)等癥狀。此外，體外培養(yǎng)的SD大鼠氣道平滑肌細(xì)胞在受到SO2衍生物直接刺激時(shí)，出現(xiàn)平滑肌細(xì)胞增殖、