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海拔高于3000米的地区在医学上定义为高原地区。高原地区寒冷干燥、多风少雨、紫外线强、大气中氧含量和氧分压均低于平原地区,且随着海拔高度增加而递减。因高原低氧环境引起的肺部疾病统称为高原肺部疾病,通常有胸闷、气短、头痛、失眠等生理反应[1],严重的造成肺水肿,危及生命。我国高原地区广阔,占国土总面积1/6以上[2],因此,高原肺部疾病对高原人民的生存和发展带来严峻挑战。本文综述近年来在高原肺部疾病方面的研究进展。
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高原肺水肿(HAPE)是指从平原急进高原后,由于低压缺氧环境导致肺动脉压突然升高、肺毛细血管容量增加、膜通透性改变,使血管中液体渗出至肺间质及肺泡,从而引起的特发性疾病,是一种可危及生命的非心源性肺水肿[3]。HAPE是高原病中较常见的急性病,临床上会出现头痛、呼吸困难、咳嗽、活动受限等一系列症状,病情发展迅速,严重威胁进入高原人员的生命安全[4]。HAPE 发病主要取决于上升速度、运动强度和绝对海拔高度。假如上升速度过快、海拔过高,每个人都可能患HAPE[5]。
HAPE病理特征[6]主要为:肺动脉压和肺血管阻力增加,毛细血管通透性改变,血管内液体流入胞间。治疗后临床症状改善,血流动力学恢复正常,细胞因子数量恢复正常。
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HAPE 患者缺氧后,血管内压力增加,导致微循环过度充盈,毛细血管压力增加,非炎性介质致毛细血管损伤,气血屏障通透性升高,膜通透性功能改变,使蛋白和红细胞漏出到肺间质和肺泡,导致O2和CO2在肺泡和肺毛细血管间交换时受到阻碍,血液得不到充足氧气,支气管肺泡液中红细胞数量及蛋白浓度增加。炎症是否是HAPE的主要机制还不明确。有研究证明IL-1、TNF-α、IL-8、前列腺素E2 和白三烯B4等炎性因子含量增加,说明炎症反应参与了肺水肿形成[7];但也有研究发现早期HAPE特征表现为肺动脉压升高,导致肺间质及肺泡中富含液体并有轻度出血的水肿,但白细胞、细胞因子等水平正常[4, 6]。笔者认为HAPE是一种急性反应,主要由肺动脉压力升高所致,炎症反应是其结果,反过来可进一步加重HAPE。
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水通道蛋白(AQP)广泛分布于大部分生物的细胞膜上,其中肺组织AQP有6种,包括AQP1、3、4、5、8、9。AQP1主要位于肺毛细血管内皮细胞和II型肺泡上皮细胞上,可主动重吸收肺血管及间质的体液,可调节肺间质水肿[8]。AQP5主要位于I型肺泡上皮细胞,可清除肺泡腔内液体,主要调节肺泡水肿。AQP3位于II型肺泡上皮细胞。AQP4位于肺泡上皮细胞[9]。肺水肿的形成和消除包括被动和主动机制:被动机制由肺组织、体液及滤过机制等物理特性决定;主动机制是机体主动清除肺泡聚集的体液,其中AQP可能起到主要作用[10],见图1。
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在低氧环境下,氧化应激引起自由基增加,可抑制肺组织细胞膜Na+-K+-ATP酶功能。正常Na+-K+-ATP 酶将胞内Na+转移到胞外,如果功能受到抑制将引起Na+的胞内蓄积,缺氧时肺内液体的清除能力下降,导致肺水肿[11]。
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预防高原病的最好方法是渐进性缓慢上升到高海拔地区[12-14],但在特殊情况下,如急进高原或乘坐飞机直达高海拔地区,无法做到逐渐上升。此时如发生肺水肿,最有效的方法是高压氧治疗,吸入氧气可迅速提高血氧饱和度和动脉血氧分压,缓解肺血管收缩,降低肺动脉压,从而改善机体缺氧状态。高原病药物可分为预防和治疗用药,高原病的预防重于治疗。预防药物主要包括乙酰唑胺、地塞米松和银杏提取物等。
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乙酰唑胺是预防急性高原病的首选药物。它是一种碳酸酐酶抑制剂,能增加重碳酸盐的排出,促进利尿,同时刺激呼吸道,增加动脉氧分压,并减少脑脊液生成,促进血脑屏障的离子转运[12]。乙酰唑胺可能是通过抑制缺氧状态下肌浆网释放Ca2+,进而影响平滑肌收缩发挥作用[15]。预防性使用乙酰唑胺可增加低压低氧情况下血清和肺组织中一氧化氮合酶的活性,促进NO合成和释放,降低肺动脉压力,达到预防高原肺水肿的目的[16]。
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地塞米松是一种强效长效皮质类固醇药物[17],用于防治大鼠高原肺水肿可能包括以下机制[16, 18-20]:①减轻氧化应激所致的急性肺损伤;②减轻炎症反应;③增强肺组织Na+-K+-ATP 酶活力,进而增强肺内液体清除能力,防止蛋白渗出;④增加肺组织内皮型一氧化氮合酶表达,进而增加NO合成及释放;⑤调节肺组织 AQP1 表达,促进体液重吸收。
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布地奈德是一种具有抗炎作用的糖皮质激素,属于长效三环类抗组胺药物,起效快、作用强,能竞争性结合组胺H1受体,起到抗外周H1受体的作用,增强平滑肌细胞、内皮细胞和溶酶体膜的稳定性,抑制免疫反应,抑制支气管收缩物质的合成与释放,有效拮抗白三烯、前列腺素和血小板激活因子,减少组胺、细胞生长因子和趋化因子等过敏活性介质的释放并降低活性,缓解抗原抗体结合时激发的酶促过程,达到减轻平滑肌收缩反应和改善临床症状的目的[21-22]。目前,临床上布地奈德主要用于治疗哮喘,提高哮喘患者的肺功能,也用于预防高原肺水肿。
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硝苯地平是一种钙通道阻滞剂,可与Ca2+竞争Ca2+载体系统,从而阻滞心肌和血管平滑肌细胞外Ca2+通过细胞膜上Ca2+通道进入细胞内,并可干扰Ca2+利用,直接舒张血管平滑肌,扩展外周小动脉,使外周阻力降低[21]。
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银杏叶提取物主要成分是黄酮类、萜类内酯、氨基酸、微量元素等多种化学成分,具有抗氧化、保护微血管平滑肌细胞、抑制血小板聚集和血栓形成、改善微循环的药理作用,定喘止咳、益肾润肺,补心养气疗效显著[23]。银杏叶提取物可抑制TNF-α、IL-6表达[24];同时作为一种抗氧化成分,可清除氧自由基,阻断血小板活化因子,起到预防急性高原病的作用[25]。银杏内酯B是银杏叶提取物中一组具有较强生物活性的萜类化合物,是一种强血小板活化因子拮抗剂,有神经保护作用,可改善急性高原缺氧致大鼠认知功能损伤[26]。
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血管活性肠肽(VIP)是肺组织和鼻黏膜中最丰富的神经多肽之一。它可直接作用于血管平滑肌细胞。VIP 由血管壁外膜与肌层之间的神经释放,与平滑肌VIP受体结合后,使细胞内环状单磷酸腺苷、环磷酸鸟苷增加,导致平滑肌舒张。VIP还可抑制肺内肥大细胞释放多种细胞因子,与T淋巴细胞相互作用参与气道局部免疫调节。同时,VIP可清除肺内自由基,预防肺水肿造成的肺部损伤[11]。
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肺动脉高压(PAH)是一种进行性疾病,特征是肺小动脉重塑导致肺动脉压升高。该疾病的血液动力学定义是静息时平均肺动脉压≥25mmHg,运动时正常左心室充盈压≥30mmHg。PAH是由于不受控制的肺血管重塑,导致肺血管阻力增加, 高肺血管阻力会导致肺动脉压进行性升高和持续血管收缩,导致适应性差的右心室肥大,最终会因心力衰竭而死亡[27]。
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2013年第五届世界肺动脉高压研讨会将PAH分为5类,其中高原肺动脉高压(HAPH)属于第3类[28]。HAPH是由于高原低压低氧条件下,生理代偿性增加肺换气、肺动脉压力增加引起的高原地区特有疾病[29],其发病率、死亡率在世居人群、长期移居高原人群中均较高,且男性高于女性。随海拔高度的升高及居住年限延长而增加,在同一海拔地区,移居汉族人的发病率显著高于藏族[30]。
在长期慢性缺氧条件下,肺血管重构会逐渐发展,成为导致肺动脉高压的主要因素,其病理特征主要表现为:①血管内皮细胞损伤及增殖;②血管平滑肌细胞的增殖与表型转换;③无肌性小动脉肌化;④外膜成纤维细胞增生及胞外基质沉积[10]。这些改变都会导致肺血管管腔狭窄、顺应性下降、阻力升高,最终因右心负荷增加、右心衰竭而死亡。
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前列环素即前列腺素I2,是血管内皮花生四烯酸通过前列环素合酶的作用得到的产物[31],是一种全身性和肺血管扩张剂,通过促进细胞内cAMP生成,引起肺血管平滑肌舒张,抑制平滑肌生长及血小板聚集[31-32]。前列环素在抗增殖、抗血栓形成、抗有丝分裂和免疫调节中发挥重要作用[33]。从PAH患者体内分离出的肺动脉PGI2合酶活性及其代谢产物均减少[34]。因此前列环素类似物可用于PAH患者。依泊汀醇是1995年被FDA批准用于治疗PAH的首个前列环素类似物。其他前列环素类似物还有伊洛前列素、曲前列环素等。
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内皮型一氧化氮是在内皮型一氧化氮合酶(eNOS)作用下将L-精氨酸转化为瓜氨酸得到。随后 NO结合并激活可溶性鸟苷酸环化酶,生成cGMP,cGMP则通过激活cGMP蛋白激酶导致血管松弛,抑制肺动脉平滑肌细胞增殖和血小板聚集,充当调节平滑肌收缩力的第二信使[35-36]。
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磷酸二酯酶(PDEs)可通过水解将cGMP转化为5′-GMP并使其失活,导致肺动脉血管收缩[11]。磷酸二酯酶抑制剂通过抑制cGMP裂解,增加血管平滑肌细胞内cGMP含量使血管扩张。磷酸二酯酶3、4、5型是在肺动脉收缩细胞中发现的三种主要类型,其中 PDE-5是肺循环中表达最丰富的同工型。西地那非于2005年在欧洲上市,是口服PDE-5抑制剂,在加拿大和美国已获许可用于II~IV级PAH患者。其他PDE-5抑制剂还有他达拉非、伐地拉非等。
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内皮素(ET)是一种有效的肺血管收缩剂,与ET受体(ETR)相互作用后,对血管平滑肌细胞具有增生作用。ETRA主要位于肺动脉平滑肌细胞;ETRB主要分布于血管肺动脉上皮细胞,而在肺动脉平滑肌细胞上较少分布[37]。ETA激活会诱导血管平滑肌细胞的血管收缩和增殖[13]。ETB拮抗剂则可能通过从上皮细胞释放NO和前列环素来诱导血管舒张[38]。PAH患者血浆和肺动脉ET-1表达较高,这与疾病严重程度(包括血管重塑程度)直接相关[39]。波生坦是第一个被批准用于PAH治疗的口服ETRA和ETRB拮抗剂。安立生坦是一种口服选择性ETRA拮抗剂。马西替坦是FDA新批准的口服ETRA、ETRB拮抗剂。此外, VIP也是肺动脉高压的重要靶标(图2)。
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酪氨酸激酶是一种普遍存在的蛋白质家族。某些血小板源性生长因子(如血小板衍生生长因子、成纤维细胞生长因子2、血管内皮生长因子等)与其受体结合后会诱导细胞内酪氨酸残基自磷酸化,继而作用于信号转导途径,诱导肺动脉平滑肌的异常增殖和迁移,使肺血管重塑,从而导致肺动脉高压[40]。抑制酪氨酸激酶可逆转肺血管重塑、降低肺血管阻力,成为治疗PAH的新策略,代表药物有伊马替尼[41]。
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Rho激酶(ROCK)是调节血管收缩和细胞增殖的重要细胞内信号分子。 ROCK有两种亚型:ROCK1主要分布于肺和肝,而ROCK2主要分布于心脏、大脑[42]。慢性缺氧致大鼠肺动脉高压模型和野百合碱致严重肺动脉高压患者中肺组织和肺动脉中Rho激酶活性均显著增高[43-44]。因此可通过抑制Rho激酶来治疗PAH。法舒地尔是目前唯一临床使用的Rho激酶抑制剂,它可渗透进入血管平滑肌细胞,在正常或病理条件下与ATP竞争Rho激酶催化区的ATP结合位点,特异性阻断Rho激酶活性获得治疗(图3)。
治疗肺动脉高压常用药物及其优缺点见表1。
表 1 治疗肺动脉高压药物的分类及主要优缺点
药物类别 代表药物 优点 缺点 NO 气态NO 全身性副作用最小,仅用于住院的PAH儿科患者 成本高,与血红蛋白结合后快速失活,可产生有毒代谢产物 磷酸二酯酶抑制剂 西地那非 改善心脏衰竭症状,达到纽约心脏功能第II、III度患者的 6 min步行距离,肺血流动力学和生存率 半衰期短,不良反应包括头痛、消化不良及全身性血管舒张等;儿科患者使用受限,单次给药剂量大,给药间隔短 ETR拮抗剂 波生坦 改善患者运动能力及血流动力学 肝药酶增加,因此需要对服用波生坦的患者每月进行肝转氨酶监测 血管活性肠肽 VIP PAH治疗的新靶标 易被内源蛋白酶降解,半衰期短 Rho激酶抑制剂 法舒地尔 改善肺动脉高压患者的血流动力学 仅有极少数蛛网膜下腔出血和局部缺血性休克病例中出现肝功能异常和低血压 -
高原脱适应症也称为“氧中毒综合征”或“低海拔反应”。急进高原后再次重返平原,因氧气含量增高,机体对高原的适应被打乱,机体重新调节,产生一系列生理反应和临床表现,即为高原脱适应或高原脱习服[21]。久居高原者进入平原时,大概50%~80%人群会出现一系列临床症状,如心悸、头昏、嗜睡、乏力、腹泻、心慌、胸部紧缩、心律失常等,恢复至正常的过程极慢[22, 25],这对于需要快速适应新环境的职业带来不便。因此,迅速改善高原脱适应症状亦十分重要。
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当进入低压低氧高原环境时,机体通过加深加快呼吸频率、增加肺通气量、调整通气血流比等变化满足对氧的需求;当返回大气压、氧分压高的平原时,不能立即适应该环境,机体通过负反馈机制和皮肤表面氧张力感受器调节,反射性引起脏器血管收缩,使重要脏器血供减少,会出现胸闷、气短甚至缺氧状态,引起咳嗽、哮喘、胸闷甚至低氧血症等症状[28, 45]。
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高原脱适应症最有效的治疗方式是高压氧治疗,它对组织缺血缺氧性损伤具有明显保护作用[46-47]。高压氧治疗高原脱适应症的机制可能与以下因素有关[48-49]:①高压氧可提高红细胞携氧能力,增加血氧含量,红细胞需求减少,数量和黏度降低,有利于改善微循环;②增加神经细胞对葡萄糖的利用,有助于维持神经细胞的能量代谢,减轻炎症反应,减少缺血组织的细胞死亡,实现神经保护作用[27];③改善血流动力学,可明显提高右心室功能、改善冠状动脉循环、保护心肌结构[50]。但该疗法只能短暂改善患者的高原脱适应症状,不能彻底恢复机体功能及生活能力。
除了高压氧治疗外,有很多中药可用于治疗高原脱适应症,如三七、银杏叶提取物和红景天等。它们可以清除自由基,改善炎症反应,从而改善高原脱适应症状[51]。
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治疗高原肺部疾病常见给药途径为口服和注射,缺乏针对肺部疾病的靶向性。肺部给药系统作为非侵入性药物递送技术已成为新的研究热点,是治疗肺部疾病最直接有效的给药途径。肺部约有3~4亿个肺泡,总面积可达70~100 m2,吸收面积大,有丰富的毛细血管,血流量大,药物易通过肺泡表面快速吸收。肺部的化学降解和酶降解反应能力弱,对药物破坏性小。药物经肺吸收后直接进入血液循环,可避免肝脏首过效应,提高药物生物利用度[20]。更重要的是,肺吸入的药物大部分沉积在肺部,可避免或减少对其他组织的毒副作用。相反,通常口服或注射途径到达肺的实际药量较低,以致肺中药物与血浆中药物比例较低,导致药效不足[52]。肺部给药剂型主要有三种:气雾剂、雾化吸入剂、干粉吸入剂或粉雾剂。脂质体、纳米粒、胶束、仿生载体等新技术可进一步制备成上述三种肺部给药制剂,实现局部靶向给药,提高药物的选择性和特异性,进而改善患者预后和提高治疗效果(表2)。
表 2 高原肺部疾病治疗用药剂型
药物载体 药物 模型及给药途径 与游离药物相比优势 参考文献 脂质体 伊洛前列素 体外吸入 雾化过程中脂质体稳定 [53] 法舒地尔 气管 PASMC的摄取增加 [54] 伊马替尼 体外和离体研究 适合肺部药物递送 [55-56] 聚合物纳米粒 PGE1 静脉注射 延长半衰期,增加血液药物积累 [57] 贝前列素 静脉注射 延长半衰期,增加血药积累,可治疗MCT和低氧诱导的肺动脉重塑和右心室肥厚 [58] 西地那非 体外吸入 雾化对粒径、粒径分布和载药率无影响 [59] 伊马替尼 气管内 通过抑制PASMC增殖,抑制MCT诱导的PAH [60] 红细胞膜纳米载体 法舒地尔 气管内 体外细胞摄取量增加,半衰期延长 [61] 注: PASMC. 肺动脉平滑肌细胞;PGE1.前列腺素E1 ; MCT.野百合碱
Mechanisms and therapeutic drugs of high-altitude lung diseases
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摘要: 高原低压、低氧、寒冷、干燥及强紫外线的恶劣环境严重威胁急进高原人员的身心健康。肺是高原损伤敏感器官,高原肺部疾病可分为急性高原肺部疾病(高原肺水肿)、慢性高原肺部疾病(高原肺动脉高压)和高原脱适应肺部疾病。本文在总结最新研究进展基础上,阐明上述高原肺部疾病的发病机制及其主要治疗药物,简要概述高原肺部疾病常用剂型及给药途径,希望为高原肺部疾病的诊断与治疗提供理论依据和参考。Abstract: The heavily harsh plateau environment including low pressure, hypoxia, cold, dryness and strong ultraviolet radiation, seriously threatens the physical and mental health of those who quickly enter the plateau area. Lungs are the sensitive organs for high altitude injury. High-altitude lung diseases include the acute high-altitude lung disease (i.e., high-altitude pulmonary edema), the chronic high-altitude lung disease (i.e., high-altitude pulmonary artery hypertension) and the high-altitude de-adapted reaction. This review summarizes the pathogenic mechanisms and the main therapeutic drugs of high-altitude lung diseases based on the recent research. Moreover, the related formulations and administration routes are also reviewed here. It will provide support and counsel for the diagnosis and treatment of high-altitude lung diseases.
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随着社会经济发展和饮食结构改变,功能性便秘(FC)发生率逐年攀升,并具有顽固性、复发性的特点,无根治特效药[1],目前临床上对于便秘的干预措施主要包括药物、按摩、膳食调理等,但都存在依从性低、副作用明显、疗效不可靠等弊端[2],新型抗便秘产品的研发具有迫切需求。黑蒜是一种发酵大蒜,在高温高湿条件下发酵一定时间制得[3]。黑蒜主要化学成分包括多糖、类黑精、蛋白质、多酚、含硫化合物等[4],研究表明其具有显著的抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗肥胖[5-9]等作用,近年,黑蒜在通便相关的药食同源产品研发领域应用较多,但关于黑蒜抗便秘作用的研究较少,抗便秘功效成分更不明确,相关产品进一步研发与推广缺乏足够的科学依据。且黑蒜用于抗便秘每日需服用20 g以上[10],易导致依从性差,难以长期坚持等问题。有研究发现大蒜多糖具有一定抗便秘作用[11],而大蒜在加工成黑蒜的过程中糖类物质含量可增加数倍[12-13],可合理推测黑蒜多糖可能具有更显著的抗便秘作用,是黑蒜抗便秘作用的物质基础之一,但目前还没有相关的研究。因此,本文建立复方地芬诺酯(CO.D)诱导的小鼠FC模型,探究黑蒜多糖的抗便秘作用,为新型抗便秘产品的研发提供科学依据。
1. 材料与仪器
1.1 实验材料
黑蒜(批号:20231030,上海明可名生物科技有限公司);乳果糖口服液(规格:667 mg/ml,批号:22110047,北京韩美药品有限公司);复方地芬诺酯片(2.5 mg/片,批号:210804,仁和堂医药连锁股份有限公司)。
1.2 实验试剂
D-无水葡萄糖(批号:S22J12H137237,源叶生物);无水乙醇(批号:P2708277,泰坦科技);生理盐水(批号:230327042,雷根生物);4%多聚甲醛(批号:HP184401,博光生物);浓硫酸(批号:
20230420)、 丙酮(批号:20230807 )、石油醚(批号:20220507 )均购自国药集团;三氯乙酸(批号:C14990699)、活性炭粉(批号:C14853603)、阿拉伯树胶粉(批号:C15109301)、苯酚(批号:C15031044)均购自麦克林生化;所有水均为超纯水机所制一级水。1.3 实验仪器
鼓风干燥箱DAG-924(满贤经贸);循环水式多用真空泵SHB-III(明杰仪器);万分之一天平JA1003(恒平仪器);电热恒温水浴锅HWS-12(一恒仪器);高速离心机M18G(创宜生物);旋转蒸发器RE-52AA(亚荣仪器);超纯水机Smart-S(和泰仪器)。
1.4 实验动物
SPF级C57雄性小鼠,体重18 ~22 g,许可证号: SCXK(浙)2019-00004,杭州子源实验动物科技有限公司。
2. 方法
2.1 黑蒜多糖的提取
取10 g黑蒜,按下列步骤处理: ①脱脂:剥去外壳,研磨成泥,85%乙醇水溶液(V/V)浸渍,常温静置8 h,抽滤,滤渣用85%乙醇水溶液洗涤2次,置于烘箱60℃挥干至无醇味,充分研磨获得脱脂黑蒜粉。②水提:所得脱脂黑蒜粉用80℃热水浸提1 h,料液比为1∶50,抽滤,滤液减压浓缩至原体积1/2。③脱蛋白:在浓缩液中加入等体积10%三氯乙酸水溶液,充分混匀,4℃静置10 h,离心取上清液。④醇沉:上清液加入无水乙醇,调节乙醇水溶液浓度为80%,充分混匀,4℃静置12 h,离心取沉淀。⑤干燥:挥干有机溶剂,烘箱60℃干燥,去除残留溶剂,得黑蒜多糖干燥粉末。
2.2 多糖含量的测定
采用苯酚-硫酸法[14]测定多糖含量。
2.2.1 葡萄糖标准曲线绘制
精密称取D-无水葡萄糖适量,配置为0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mg/ml的葡萄糖标准溶液,分别吸取250 μl于离心管中,依次加入6%苯酚溶液150 μl、浓硫酸625 μl,迅速振摇,静置反应30 min,吸取200 μl于96孔板,设置3个复孔,测量490 nm处吸光度。绘制葡萄糖标准曲线,求得回归方程。
2.2.2 样品测定
精密称取适量黑蒜多糖干燥粉末,加入蒸馏水配制成一定浓度的多糖溶液,根据酶标仪检测范围进行稀释。吸取250 μl多糖溶液于96孔板中,按照2.2.1项下方法进行测定,计算样品中多糖的含量,进一步计算黑蒜多糖的得率和纯度。
计算公式:黑蒜多糖得率(%)=
$ \dfrac{W2}{W1}\times 100\text{%} $ 黑蒜多糖纯度(%)=
$ \dfrac{C\times V\times D}{W2}\times 100\text{%} $ 式中:
$ W $ 1为黑蒜质量(g);$ W $ 2为黑蒜多糖粉末质量;$ C $ 为样品中多糖的质量浓度(mg/ml);$ V $ 为提取溶剂体积(ml);$ D $ 为样品稀释倍数。2.3 动物实验给药剂量及配置
乳果糖口服液:乳果糖含量为667 mg/ml,正常成人用药量15 ml/d[15],换算可得小鼠的用药剂量为4 g/(kg·d)。量取乳果糖口服液6 ml,加蒸馏水14 ml,配置成200 mg/ml的乳果糖口服液。
CO.D混悬液:参考贾红慧等[16]研究结果,选用5 mg/kg剂量CO.D造模,模型稳定、灵敏。取CO.D 4片,研磨成细粉,加蒸馏水20 ml,配置成0.5 mg/ml的 CO.D混悬液,使用前需充分混匀。
黑蒜多糖低、中、高剂量溶液:参考胡淼等[17]研究结果,黑蒜多糖低、中、高剂量组剂量分别选用0.25、0.5、1 g/kg。称取0.5、1、2 g黑蒜多糖干燥粉末,分别加蒸馏水20 ml,配置成25、50、100 mg/ml的黑蒜多糖溶液。
墨汁[18]:阿拉伯树胶于蒸馏水中加热至完全溶解,料液比为1∶8。加入5 g活性炭粉末,混合均匀,重复煮沸3次,冷却后定容至100 ml,使用前需充分混匀。
含药墨汁:取适量受试药,加入墨汁,配制成与上述受试药剂量相同的含药墨汁。
2.4 实验动物分组及给药方法
2.4.1 小鼠小肠墨汁推进实验
小鼠60只,适应性饲养1周,正常饮食饮水。给药前按照体重随机分为空白组、模型组、阳性组、黑蒜多糖低、中、高剂量组,每组10只。
按照0.1 ml/10 g灌胃给药。①给药:空白组和模型组小鼠给予蒸馏水,阳性组和黑蒜多糖组小鼠分别给予乳果糖口服液和黑蒜多糖溶液。1次/d,连续给药1周,观察并记录小鼠体重变化及一般状态。②造模:末次给药后禁食12 h,自由饮水,空白组小鼠灌胃蒸馏水,其余各组小鼠灌胃CO.D溶液。③给药:30 min后空白组、模型组灌胃墨汁,其它组小鼠灌胃相应含药墨汁。25 min后处死,剖取小鼠小肠(幽门至盲肠上端),平铺成直线,测量小肠总长度和墨汁推进距离,避免拉伸小肠,影响实验结果。
计算公式:小肠墨汁推进率(%)=墨汁推进距离(cm)/小肠总长度(cm)×100%
2.4.2 小鼠排便实验
分组、给药剂量及方法同“2.4.1”项下实验方法,给药后,记录每只小鼠首次排出黑便的时间、6 h内排出黑便的数量及重量,并进行粪便含水量测定,同时观察粪便性状。含水量测定方法为:将小鼠新鲜粪便置于提前干燥、称重的容器中,称重,于烘箱中干燥至重量不再变化,计算粪便含水量。
计算公式:粪便含水量(%)=
$ \dfrac{M1-M2}{M1}\times 100\text{%} $ 式中:M1为干燥前粪便质量(g),M2为干燥后粪便质量(g)。
2.5 统计学方法
采用SPSS 24统计软件进行数据分析,以均数±标准差(
$ \bar{X} $ ±S)表示计量资料。两两比较采用LSD-t检验,多组比较采用单因素方差分析,P<0.05表示差异有统计学意义,P<0.01表示差异显著,P<0.001表示差异极显著。3. 结果与分析
3.1 黑蒜多糖的得率和纯度
精密称量所得黑蒜多糖干燥粉末质量为0.832 g,代入公式计算可得黑蒜多糖的得率为8.32%。以葡萄糖浓度(mg/ml)为横坐标,吸光度为纵坐标,可得回归方程为Y=
2.2829 X+0.0764 ,相关系数r=0.9982 ,线性关系较好,代入回归方程计算可得黑蒜多糖的纯度为58.23%。3.2 黑蒜多糖对小鼠体重的影响
从表1可以看出,与空白组相比,各组小鼠体重均正常增长,无显著性差异,表明黑蒜多糖不会对正常小鼠体重产生影响。实验过程中,各组小鼠饮食正常,状态良好,无腹泻等不良反应,为后续实验提供前提保证。
表 1 黑蒜多糖对小鼠体重的影响组别 小鼠小肠墨汁推进实验 排便实验 初始体重
(m/g)最终体重
(m/g)初始体重
(m/g)最终体重
(m/g)空白组 21.28±1.15 22.23±1.19 21.80±1.02 22.90±0.61 模型组 21.20±1.36 22.24±1.22 21.58±1.00 22.64±0.84 阳性组 21.17±1.18 22.31±1.28 21.42±1.01 22.81±0.91 黑蒜多糖
低剂量组21.44±1.32 22.38±1.54 21.98±1.20 23.02±1.20 黑蒜多糖
中剂量组21.06±1.13 22.16±0.77 21.59±1.10 22.38±1.08 黑蒜多糖
高剂量组21.42±1.15 22.54±1.26 21.79±1.29 22.85±0.98 3.3 黑蒜多糖对小鼠小肠墨汁推进的影响
从表2可以看出,与空白组相比,模型组墨汁推进率极显著减小,表明本实验小鼠FC模型造模成功。与模型组相比,黑蒜多糖组小鼠墨汁推进率均显著增大,分别增大了24.75%、56.95%、95.25%,表明黑蒜多糖对FC模型小鼠小肠运动具有促进作用,且成剂量依赖性。
表 2 黑蒜多糖对小鼠小肠墨汁推进的影响组别 碳末推进距离
(l/cm)小肠总长度
(l/cm)墨汁推进率
(%)空白组 28.86±3.25 34.87±1.60 82.90±9.97 模型组 9.60±0.73*** 34.09±2.31 29.50±1.35*** 阳性组 26.94±3.55### 34.15±1.60 79.00±9.92### 黑蒜多糖
低剂量组12.58±1.15### 34.35±1.67 36.80±4.42# 黑蒜多糖
中剂量组16.01±2.06### 34.48±3.18 46.30±4.19### 黑蒜多糖
高剂量组19.95±1.60### 34.66±1.96 57.60±4.06### 注:*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001,与空白组比较;#P<0.05,##P<0.01, ###P<0.001,与模型组比较。 3.4 黑蒜多糖对小鼠排便的影响
从表3可看出,与空白组相比,模型组小鼠首次排出黑便时间极显著延长,6 h排便粒数显著减少,6 h排便重量极显著减少,粪便含水量极显著降低,粪便呈球形或短椭圆形,部分串联,质地干硬,颜色普遍偏黑,表明本实验小鼠FC模型造模成功。与模型组相比,黑蒜多糖组小鼠首次排出黑便时间均极显著缩短,分别缩短了42.55%、44.99%、45.81%;6 h排便重量显著增加,分别增加了68.42%、78.95%、78.95%;粪便含水量极显著增大,分别增大了29.96%、32.78%和35.82%,粪便呈长椭圆形,质地较软,颜色为深棕色,无腹泻现象;除黑蒜多糖低剂量组外,中、高剂量组小鼠6 h排便粒数有统计学差异,分别增加了31.45%和32.52%。表明黑蒜多糖可能通过增大FC模型小鼠粪便含水量发挥促排便作用,各剂量组间效果差异不明显。
表 3 黑蒜多糖对小鼠排便及粪便含水量的影响组别 首黑便时间
(t/min)6 h排便数
(粒)6 h排便湿重
(m/g)6 h排便干重
(m/g)含水量
(%)空白组 111.50±8.98 16.50±3.51 0.46±0.10 0.22±0.04 52.16±2.53 模型组 241.50±19.54*** 11.13±2.75** 0.19±0.02*** 0.13±0.01*** 32.58±2.35*** 阳性组 121.50±110.81### 15.13±4.09# 0.41±0.12### 0.20±0.06## 50.06±1.83### 黑蒜多糖低剂量组 138.75±10.79### 13.75±2.71 0.32±0.08## 0.19±0.42# 42.34±2.27### 黑蒜多糖中剂量组 132.88±8.34### 14.63±3.66# 0.34±0.10## 0.19±0.05## 43.26±2.68### 黑蒜多糖高剂量组 130.88±9.09### 14.75±3.73# 0.34±0.12## 0.19±0.05## 44.25±6.72### 注:*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001,与空白组比较;#P<0.05,##P<0.01,###P<0.001,与模型组比较。 4. 讨论
CO.D是一种止泻药,可通过抑制肠道平滑肌上的肠黏膜感受器抑制肠道运动,减慢排便进程,减少排便次数,同时肠内容物与肠粘膜接触时间延长,可促进肠内容物水分的重吸收,降低粪便含水量,是常用的FC小鼠模型造模药[19]。因此,本研究建立CO.D诱导的小鼠FC模型,探究黑蒜多糖的抗便秘作用。实验结果表明,黑蒜多糖可显著促进CO.D诱导的FC模型小鼠小肠蠕动,缩短排便时间,增加粪便含水量,从而发挥抗便秘作用。有研究显示成人每日服用约2 g黑蒜多糖便可达到较好疗效,用量仅为黑蒜的1/10[10]。给药期间小鼠状态良好、体重正常,未产生腹泻等副作用。因此,黑蒜多糖用于FC治疗可有效规避依从性差、副作用明显、疗效不可靠等弊端,前景广阔。此外,有相关研究发现,采用CO.D 10 mg/kg和15 mg/kg灌胃造模(大鼠)都存在停药后恢复的情况[20],提示我们使用CO.D进行慢性便秘造模,在造模成功后的治疗给药阶段也需要持续用药,以维持药效。目前该便秘模型的建立没有统一标准,后续可对造模时间、造模剂量进行优化,为更深入的黑蒜多糖抗便秘机制研究提供基础。
FC是典型的胃肠动力障碍性疾病,现代研究普遍认为,其发病机制主要与卡哈尔间质细胞(ICCs)数量、功能以及分布异常、肠神经递质水平异常、水通道蛋白表达异常、氧化应激指标失衡、肠道菌群紊乱等有关[21-22]。大蒜多糖主要为果聚糖,占干重的65%,在发酵生成黑蒜的过程中,果聚糖因高温作用大量降解为低聚果糖(FOS)、果糖等小分子糖[23]。FOS在国际营养学界被称作“具有优良难消化性的水溶性膳食纤维”,还是典型的“超强双歧因子”。因其无法被肠道吸收,可被双歧杆菌等益生菌分解利用,短时间内促进双歧杆菌增殖10~100倍,分解生成的有机酸,可有效调节肠道pH,刺激肠道蠕动,促进排便[24]。双歧杆菌还可抑制有害肠道病菌生长、抵抗病原菌感染、产生维生素并促进矿物质吸收以维持肠道健康,有研究表明人体双歧杆菌含量随年龄增长逐渐减少,是老年人易发生便秘的主要原因[25]。因此,需要进一步明确黑蒜多糖的单糖组成、相对分子质量以及结构,为后续抗便秘机制研究提供依据。此外,便秘成因复杂,可结合具体的证型如脾虚、血虚、阳虚、津亏等便秘模型进一步探究黑蒜多糖抗便秘作用的有效性。
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表 1 治疗肺动脉高压药物的分类及主要优缺点
药物类别 代表药物 优点 缺点 NO 气态NO 全身性副作用最小,仅用于住院的PAH儿科患者 成本高,与血红蛋白结合后快速失活,可产生有毒代谢产物 磷酸二酯酶抑制剂 西地那非 改善心脏衰竭症状,达到纽约心脏功能第II、III度患者的 6 min步行距离,肺血流动力学和生存率 半衰期短,不良反应包括头痛、消化不良及全身性血管舒张等;儿科患者使用受限,单次给药剂量大,给药间隔短 ETR拮抗剂 波生坦 改善患者运动能力及血流动力学 肝药酶增加,因此需要对服用波生坦的患者每月进行肝转氨酶监测 血管活性肠肽 VIP PAH治疗的新靶标 易被内源蛋白酶降解,半衰期短 Rho激酶抑制剂 法舒地尔 改善肺动脉高压患者的血流动力学 仅有极少数蛛网膜下腔出血和局部缺血性休克病例中出现肝功能异常和低血压 表 2 高原肺部疾病治疗用药剂型
药物载体 药物 模型及给药途径 与游离药物相比优势 参考文献 脂质体 伊洛前列素 体外吸入 雾化过程中脂质体稳定 [53] 法舒地尔 气管 PASMC的摄取增加 [54] 伊马替尼 体外和离体研究 适合肺部药物递送 [55-56] 聚合物纳米粒 PGE1 静脉注射 延长半衰期,增加血液药物积累 [57] 贝前列素 静脉注射 延长半衰期,增加血药积累,可治疗MCT和低氧诱导的肺动脉重塑和右心室肥厚 [58] 西地那非 体外吸入 雾化对粒径、粒径分布和载药率无影响 [59] 伊马替尼 气管内 通过抑制PASMC增殖,抑制MCT诱导的PAH [60] 红细胞膜纳米载体 法舒地尔 气管内 体外细胞摄取量增加,半衰期延长 [61] 注: PASMC. 肺动脉平滑肌细胞;PGE1.前列腺素E1 ; MCT.野百合碱 -
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