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1、 作者单位: 530027南宁,广西医科大学附属第一医院呼吸内科呼出气中一氧化氮的测定和意义苏 红 柳广南 钟小宁 陈一强一氧化氮(NO)是目前研究最为广泛的呼出气 标志物,有关哮喘呼出气中NO异常已有相当多的 文献报道。1 呼出气中NO的来源1. 1 NO合酶(NOS) 内源性NO是通过NO合酶NOS作用于底物L2精氨酸而成。NOS最少有3种 不同的同工酶,其中2种为结构性同工酶,常被细胞 内轻微的钙离子浓度升高而激活,神经性NOS(nNOS)主要位于神经系统,内皮细胞NOS(eNOS)则位于内皮细胞,另一种则为诱导型NOS(iNOS)。iNOS活性较高,不受钙离子浓度的影响,它可被炎 症时
2、所产生的白介素、 内皮素和病毒性感染所诱导, 在炎症性疾病时表达增强。1. 2 NO来源1. 2. 1 源于气道 源于气道上皮细胞NOS:对猪的研究表明,呼出气中NO来源于肺泡表面,而不是 肺循环,可能是由肺泡表面的NO3所合成。豚鼠灌 入游离钙离子后,豚鼠呼出气的NO明显减少,提示 其呼出气的NO是由结构型NOS合成,而且依赖钙 离子。气道的上皮细胞可以表达eNOS和nNOS。 因此,下呼吸道的NO亦可能有部分由它们所合成,但亦有研究表明,正常人气道的上皮细胞也能表达iNOS ,而在健康小鼠,iNOS则是NO合成的一种重 要同工酶。非酶合成的NO : NOS不是呼出气NO的唯一来源,因此不能
3、用呼出气中NO水平来判 断下呼吸道NOS活性。NO能与含有硫醇类分子物质如半胱氨酸和谷氨酸反应,形成S2亚硝基蛋白和S2硝基硫醇,约70 %90 %的NO来源于S2硫醇1, 因此机体组织的NO大部分由此而来。硫醇在机体 内对NO的分离、 释放和传递起重要的作用。NO也可从亚硝基质子化形成亚硝酸过程中产生,这种与pH值相关的形成NO的途径常见于哮喘 急性发作时,这时哮喘患者呼出气中冷凝物的pH值 下降。1. 2. 2 解剖来源 人体的整个气管都可合成NO ,通气管道合成的NO和肺泡所产生的NO混合在一 起形成了可测定到的呼出气NO浓度。来自上呼吸道(2001000ppb)和鼻窦(10003000
4、ppb)的NO水平是下呼吸道的100倍以上2。多个因素影响到鼻窦NO水平,在鼻窦的血管周围密布具有NOS免疫活性的神经纤维,不过,在鼻粘膜源于血管的NO不是主要来源,对于具有强大血管收缩功能的神经肽Y,可以使血流减少37 % ,但却只能使NO减少7 %。一些研究表明,在鼻粘膜存在着结构型iNOS 表达和NF2 B因子的转录。通过纤支镜在气管、 主支气管取样测到的NO水平与在口腔测到的相同,亦提示呼出气的NO来源于下呼吸道。由此可见,呼出气中NO最可能来源于上皮细胞而非内皮细胞,最可能来源气道而非 肺泡。2 NO的测定 呼出气气流、 软腭的低垂和死腔通气都会影响呼出气的NO水平。因此,呼出气NO
5、通常是在对着一障碍物作单口呼气时测定,以防止混有鼻腔的NO成分。然而,这种方法不适合儿童,因为儿童不能保持呼气的状态。最近,单口气测定呼出气NO 已经成功在新生儿施行,它是通过将一探针的头部置于下咽部来测定呼出气中NO水平。最通常的鼻气流中NO是使用化学发光分析仪从一侧鼻孔取气 体样来测定。3 肺部疾病呼出气中NO水平3.1 支气管哮喘 广泛的研究证实哮喘患者呼出气中NO水平增高,增高的NO可能主要由下呼吸道的上皮细胞和炎症细胞的iNOS所合成 。然而nNOS基因多态性已证实其与呼出气的NO水平密切相关,因此nNOS亦可能参与哮喘患者呼出气NO 的合成。3. 1. 1 诊断与流行病学 最近,有
6、报道通过测定呼出气中NO水平对有或无呼吸症状的健康人和哮喘患者进行鉴别3,发现如以NO 15ppb作为诊断哮喘的预测值,其特异性为90 % ,阳性率为95 %。呼出气和鼻腔中NO水平的测定亦可用于辨别哮喘患 者是否为过敏因素所致,因为非过敏因素所致者的呼出气NO水平正常4。轻度哮喘患者呼出气中16国外医学呼吸系统分册2005年第25卷第1期 Sect Respir Sys Foreign Med Sci ,Jan 2005 ,Vol. 25. No. 1NO水平与皮肤过敏试验记分、 总IgE和血嗜酸粒细 胞密切相关。对于无症状的哮喘患者,其鼻腔内NO 水平亦与过敏皮试的直径大小相关。因此,呼出
7、气中NO水平可提示亚临床状态患者气道炎症的程度。 那些无症状的青少年哮喘患者,可通过测定呼出气中NO水平来反映其亚临床气道炎症,同时通 过使用可的松治疗以预防其发展成有明显症状的哮 喘患者。通过收集人群中呼出气中NO作成数据 库,以用于流行病学的研究。对高危人群作气道激 发试验(PC20)时,同时测定呼出气中NO水平,结合两者的结果会提高过敏性哮喘诊断的特异性。最 近,挪威的一项对8000例青少年哮喘调查研究中, 证实了测定呼出气和鼻腔中NO这项无创性技术在 大样本人群研究的有效性和有用的价值5。3.1. 2 变应性反应和炎前物质接触 有过敏性哮喘的成人和儿童患者呼出气NO水平显著高于非过 敏
8、性哮喘者,这与其接触过敏原如草花粉季节和室 内过敏原后所致的迟发性过敏反应有关。对室尘过 敏者,其风团大小与呼出气和鼻腔的NO水平密切 相关6。呼出气中NO水平亦可作为评价个体是否处于 空气污染的地区的生物标志,这是由于即使是正常 人暴露在空气污染的环境,其呼出气中的NO水平 也增高,这可反映出对臭氧和二氧化氮所出现的气 道炎症反应。3.1. 3 哮喘监测 呼出气中NO测定已用于监测 哮喘患者抗炎治疗的疗效和哮喘的病情恶化,包括 自发性或因为激素减量所致的情况,目前缺乏一系 列长期的将呼出气NO和其它痰中炎症标志物、 呼 出气中冷凝物、 肺功能和症状结合在一起的研究。呼出气中NO可作为 “快速
9、反应” 的标志物,对激素 治疗极为敏感。当用激素雾化治疗后6小时或于吸 入激素治疗后23天,呼出气NO就明显降低,24周达最大效果7。 已证实在轻度哮喘患者使用小剂量激素治疗 后,其呼出气中NO水平呈剂量依赖性下降,症状也随之改善,但痰中嗜酸粒细胞要使用较大剂量的激 素治疗才获得同样效果。这提示呼出气中NO对激 素治疗过于敏感以致很难判断气道炎症是否得到适 当控制。 使用激素治疗后的中度哮喘发作患者,其呼出气的NO水平正常,但重度哮喘患者即使是口服了 激素,其呼出气的NO仍然增高,因此,应该建立NO 的个人数据和对其进行检测,以便当此值高于或低 于某一参考值时,指导激素治疗剂量是应该减少或增加
10、。 由于呼出气中NO常于其他参数如肺功能和嗜 酸粒细胞发生明显改变之前就出现增高,因此可作 为哮喘失控的早期警告指标。研究证实,在激素减 量治疗后2周和4周,患者呼出气中NO水平就会分别增高40 %和100 % ,在NO增高的同时,会伴有 肺功能的恶化和症状的出现。尽管痰中嗜酸粒细胞 高于一定基础值时可作为预告哮喘病情恶化的很好 指标,但其变化过于缓慢。3.1. 4 疾病的严重性和控制程度 出现症状的患儿呼出气中NO水平大部分高于无症状者的3倍以 上,哮喘发作时成人和儿童的NO水平会更高。实 际上,急性重度发作患儿的呼出气中NO水平常高 于严重度稍轻者的2倍以上,亦高于第一次出现喘 息者的4倍
11、以上。对于急性发作的儿童,当用激素治疗5天时,呼出气的NO水平下降65 %时,其临床 症状和FEV1都会得到改善。因此,呼出气中NO水 平已成为一种较血清阳离子蛋白和可溶性白介素22 受体更为敏感的标志物8。呼出气较高浓度的NO 与哮喘的症状和难治性重度哮喘的22受体兴奋剂使用密切相关。口服激素治疗但又存在不同程度的 激素拮抗者,其呼出气中NO增高。因此,呼出气中 的NO水平可用于监测患者是否有激素拮抗。 最近的研究表明,呼出气中NO水平明显与哮 喘控制的标志如症状、 呼吸困难分数、 日常是否需要紧急用药和气道阻塞的可逆性等相关,但与哮喘的 严重性标志如呼吸衰竭史、 健康护理和不可逆的气 道阻
12、塞无关9。因此,呼出气中NO水平最有可能 用于评估哮喘的控制程度,而不是用于哮喘严重性 的评估。3.2 COPD 稳定期COPD和慢性支气管炎患者 呼出气中NO水平显著低于吸烟或不吸烟哮喘患 者,与正常人无区别10。患者呼出气中NO水平的 下降是由吸烟所造成,后者通过下调eNOS的表达 从而减少呼出气中NO水平。这可能是导致吸烟者 容易患肺心疾病的主要原因。除了吸烟对人体的作用之外,COPD患者低水平的呼出气NO反映其较 哮喘患者有更为严重的外周炎症反应,同时,iNOS 的低水平表达和氧化应激的增加会在过氧化亚硝酸 盐形成过程中消耗NO。 非稳定期COPD患者呼出气中NO水平显著高于吸烟的稳定
13、期COPD或以前吸烟COPD者,考虑 这主要是由于中性粒细胞介导的炎症反应增强或者 是氧化/抗氧化失平衡所致,嗜酸粒细胞能表达NOS2和合成NO ,在COPD病情加重时会同时出26国外医学呼吸系统分册2005年第25卷第1期 Sect Respir Sys Foreign Med Sci ,Jan 2005 ,Vol. 25. No. 1现,酸中毒时常与COPD病情恶化有关,亦能使NO 的释放增加。肺动脉高压时有相反的情况,亦即COPD合并肺心病者其呼出气NO水平低下,考虑 是由于其内皮细胞受损使NO的合成下降所致11。 少部分COPD患者对激素治疗起反应,这些患者可能合并有支气管哮喘,因其痰
14、中的嗜酸粒细胞 所占的比例增高。这些患者呼出气中NO水平亦增 高。因此,可以通过测定呼出气中NO水平来预测 这些患者对可的松长期治疗反应情况。3. 3 囊性肺纤维化(CF) CF患者呼出气中NO水平显著低于正常人12。CF患者呼出气中NO水平 低下的原因可能有多个,首先,这些患者可能缺乏iNOS ,在正常人气道的上皮细胞和非CF小鼠iNOS 持续表达,但在CF者则缺乏气道上皮细胞。中性粒 细胞能增强正常人上皮细胞的iNOS表达,但CF者则无此作用,iNOS的低水平表达可能使呼出气和鼻 腔中NO水平下降,其次,最近的研究证实,CF患者 与nNOS基因重复多态性的长度密切相关,患者呼 出气中NO水
15、平之所以下降,是由于其两个等位基 因存在更多数目的重复片段。此外,令人感兴趣的是CF患者常合并绿脓杆菌感染,这亦可能是其呼出 气中NO水平低下的原因。3.4 支气管扩张 支气管扩张患者呼出气中NO 水平增高,其增高的程度与病变的范围密切相关。 哮喘患者常由于应用激素而使其呼出气中的NO水平不增高,这亦提示支气管扩张患者呼出气中NO 水平可用于反映其下呼吸道的活动性炎症。患者呼 出气中NO水平的增高是其iNOS表达增强所致。 另一研究表明,稳定期支气管扩张患者呼出气NO 水平与正常人的比较无显著差异。3.5 原发性纤毛功能障碍 原发性纤毛功能障碍 (PCD)是遗传造成患者缺乏活动性纤毛,患者呼出
16、气和鼻腔中NO水平显著低于正常人13,这在其它 疾病很少见。因此,测定呼出气中NO水平可作为 诊断那些反复感染或由于死精所造成的男性不育的 人群中PCD患者。NO在肺脏内起到杀菌的作用,同时对Na+、Cl-在鼻腔上皮细胞的运输以及纤毛的 摆动都起重要作用。所以,缺乏NO就会使PCD患 者容易反复肺部感染,用L2赖氨酸治疗可提升患者 呼出气中NO水平,从而改善纤毛功能。3. 6 鼻炎 上呼吸道的NO水平是下呼吸道的100倍以上,这主要是鼻旁窦iNOS的大量合成所致。正 常人鼻腔的iNOS可被L2NAME所抑制,从而引起 鼻腔气道的高反应性,正常人鼻腔的上皮细胞及粘 膜下腺体的eNOS免疫反应性强而iNOS的则弱,慢性鼻炎患者鼻粘膜的硝基酪氨酸免疫活性增高并与 其症状的严重性密切相关。在有症状的过敏性鼻炎 患者其粘膜的硝基酪氨酸免疫活性和鼻部NO水平 增高,这些嗜酸细胞趋化因子可产生嗜酸粒细胞趋 化作用。在狗鼻腔滴入L
