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睡眠呼吸暂停细胞培养模型中,间歇性缺氧频率幅度对内皮伤口愈合的调节作用

更新时间:2021-11-17      点击次数:1058

 






阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)是一种非常普遍的呼吸系统疾病,具有潜在的不良神经认知、代谢、肿瘤和心血管后果。间歇性缺氧(Intermittent hypoxia-IH)是由阻塞性睡眠呼吸暂停患者上呼吸道反复塌陷和重新开放引起的,是这种夜间呼吸系统疾病的主要原因之一,并与阻塞性睡眠呼吸暂停的许多发病率有关。

然而,IH也被认为是一种通过诱导、促进细胞和器官的预处理的潜在保护因子。事实上,关于IH在心血管上的具体作用仍存在持续的争议。而IH诱导活性氧和炎症介质的释放,易导致动脉粥样硬化,从而损害血管内皮功能,IH也可能发挥心脏保护作用,并通过激活聚焦于诱导预处理的适应性反应发挥治疗作用。





 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

细胞培养是研究IH潜在影响的一种有价值的实验方法,鉴于研究控制良好的IH模拟OSA对细胞的影响和合适的实验设置的可用性。有研究验证了这样一 个假设:在睡眠呼吸暂停细胞培养模型中,间歇性缺氧的频率和幅度对内皮伤口愈合有调节作用。

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实验目的









为了研究间歇性缺氧的频率和幅度对主动脉内皮伤口愈合的影响。
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实验方法









对单层人类原代内皮细胞进行损伤,然后进行供氧以进行细胞氧合(分别以氧分压1%、4%、13%、20%的实验组进行),和以不同频率的间歇低氧实验组进行实验(0.6、6、60个循环周期/小时),幅度范围(浓度13-4%或20-1%),使用新型实验仪器,24小时后测量创面愈合情况。

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细胞培养示意图:PDMS透气薄膜、进气口、出气口、培养皿、培养基
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实验过程









 

 


得益于技术的开发,实验的技术瓶颈已看见了曙光,方法是在一层透气薄膜上培养内皮细胞,然后在透气薄膜下方提供高速供氧,从而让氧气扩散到细胞,完成氧合作用。

实验组(氧分压13%-4%):常用于用于典型研究的实验组

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实验组(氧分压13%-4%)
实验组(氧分压20%-1%):此实验组更贴近真实的阻塞型睡眠呼吸暂停病人的情况,更能模拟和反映阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)病人主动脉内皮细胞的氧张力值。

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实验组(氧分压20%-1%)
确实,在无呼吸暂停的正常通气和气体交换条件下,动脉血氧分压(PaO2)为~100mmhg(即13% O2)。
 假设在严重OSA事件中,动脉血氧饱和度(SaO2)可达到~60%的低点,相应的PaO2为~30 mmHg,相当于只有4% O2。

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持续氧分压为13%和4%,分别24小时后的伤口愈合情况
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实验结果









 


氧分压为4%的实验组创面愈合情况显著比对照组(氧分压13%)高很多

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间歇低氧实验组方面,低频间歇低氧实验组(0.6循环周期/小时)创面愈合显著加快,模拟严重阻塞性睡眠呼吸暂停OSA的间歇低氧实验组(60循环周期/小时)则没有显著的创面愈合反应。
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总结









间歇性缺氧的频率和幅度显著改变伤口愈合的反应,尤其可以对主动脉内皮伤口愈合起关键作用,并成为决定细胞在阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)中如何反应的关键因素。

 


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· 温度控制范围:30〜40℃,精度为0.1℃;可选配低温功能

· 二氧化碳浓度控制范围:0.1%-20%,调节精度为0.1%





 


 

参考文献

1. Allen CB, Schneider BK, White CW. Limitations to oxygen diffusion and equilibration in in vitro cell exposure systems in hyperoxia and hypoxia. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 281: L1021–L1027, 2001.

2. Almendros I, Montserrat JM, Torres M, Bonsignore MR, Chimenti L,Navajas D, Farré R. Obesity and intermittent hypoxia increase tumor growth in a mouse model of sleep apnea. Sleep Med 13: 1254 –1260, 2012. doi:10.1016/j.sleep.2012.08.012.

 

 

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