COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展,動(dòng)物學(xué)論文

COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展,動(dòng)物學(xué)論文內(nèi)容摘要：慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一種呈持續(xù)進(jìn)行性發(fā)展,以氣流受限為特征,能夠預(yù)防和治療的疾病,表現(xiàn)為氣流受限的不完全可逆。根據(jù)WHO組織頒布的數(shù)據(jù),2020年,慢阻肺位居全球死亡原因的第3位,死亡人數(shù)在310萬(wàn)。根據(jù)2018年全球COPD防治(GOLD)執(zhí)行委員會(huì)公布的COPD新概念:COPD急性加重和合并癥對(duì)患者整體疾病的嚴(yán)重程度的影響,即COPD的肺外反響,也應(yīng)被重視。而營(yíng)養(yǎng)不良作為COPD常見(jiàn)的肺外反響之一,隨著COPD氣道阻塞的嚴(yán)重程度,其發(fā)病率也呈逐步升高的趨勢(shì)。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：COPD合并,營(yíng)養(yǎng)不良,動(dòng)物實(shí)驗(yàn),1COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良的發(fā)病機(jī)制COPD患者發(fā)生營(yíng)養(yǎng)不良的機(jī)制尚不完全清楚,當(dāng)前研究者以為較常見(jiàn)原因有:(1)持續(xù)存在的氣流受限,呼吸道阻力增加,肺泡彈性回縮力降低,呼吸肌收縮效率降低,負(fù)荷及耗氧量增加,增加了機(jī)體的基礎(chǔ)代謝率。除此之外,COPD患者在活動(dòng)時(shí)肌肉組織比一般患者更早進(jìn)入無(wú)氧代謝狀態(tài),使肌肉工作效率下降,消耗更多的能量,也會(huì)導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)不良的發(fā)生[1~2]。(2)長(zhǎng)期氧分壓降低、二氧化碳潴留以及肺動(dòng)脈高壓引起心功能不全,胃腸道瘀血等導(dǎo)致患者食欲和消化吸收障礙,出現(xiàn)電解質(zhì)代謝和消化功能的紊亂,不利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收和利用。各種人體所需的營(yíng)養(yǎng)素?cái)z入量低于正常需求量,導(dǎo)致能量處于負(fù)平衡。(3)長(zhǎng)期應(yīng)用抗生素、茶堿類(lèi)藥物對(duì)胃腸道的刺激作用,以及長(zhǎng)期使用糖皮質(zhì)激素使患者對(duì)藥物產(chǎn)生保衛(wèi)性的抵抗作用,使胃腸道黏膜屏障受損,菌群失調(diào),致使消化功能紊亂,使機(jī)體處于一種高分解代謝狀態(tài)[3]。(4)感染、缺氧、焦慮和恐懼等因素,引起COPD患者內(nèi)分泌紊亂(甲狀腺激素分泌異常、胰島素抵抗),使機(jī)體處于應(yīng)激及高代謝狀態(tài),能量消耗、尿氮排出顯著增加。(5)肺功能的漸進(jìn)性下降及缺乏必要的鍛煉,身體肌肉組織長(zhǎng)期處于松弛狀態(tài),造成因缺乏運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的萎縮,肌肉群相應(yīng)的減少。(6)細(xì)胞因子[4~11](如腫瘤壞死因子、白細(xì)胞介素、瘦素等)可引起患者食欲下降,使蛋白、脂肪組織分解代謝加快,肌蛋白合成抑制,最終導(dǎo)致患者體質(zhì)量下降。(7)也有研究[12]以為,高齡、性別、心理健康狀況及有創(chuàng)通氣等也有可能是導(dǎo)致COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良的因素。2當(dāng)下COPD動(dòng)物模型建立的常用方式方法研究國(guó)際上尚無(wú)理想的動(dòng)物模型能夠模擬人體COPD的所有病理生理表現(xiàn),也無(wú)公認(rèn)的模型建立方式方法,當(dāng)前國(guó)內(nèi)外常用的建模方式方法有[13~14]:(1)化學(xué)誘導(dǎo)COPD模型:多使用包括脂多糖、氯化鎘、二氧化氮和臭氧等在內(nèi)的化學(xué)藥物,其優(yōu)點(diǎn)是可短時(shí)間內(nèi)復(fù)制出與COPD所造成的類(lèi)似呼吸道損傷,但并不能復(fù)制出漸進(jìn)性慢性的病理經(jīng)過(guò)。(2)被動(dòng)吸煙誘導(dǎo)的COPD模型:建模周期較長(zhǎng),煙霧吸入劑量不易控制,其優(yōu)點(diǎn)是可獲得包括肺氣腫、氣道重構(gòu)和肺動(dòng)脈高壓等特點(diǎn)。(3)蛋白酶誘導(dǎo)的COPD模型:應(yīng)用較早,多使用胰彈性蛋白酶、中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶、木瓜蛋白酶、蛋白水解酶等,其特點(diǎn)是病變與人類(lèi)常見(jiàn)的由長(zhǎng)期吸煙引起的病變并不完全一致,且病變往往分布不均。鑒于上述特點(diǎn),當(dāng)前國(guó)內(nèi)外多使用復(fù)合因素復(fù)制COPD動(dòng)物模型,包括煙熏聯(lián)合反復(fù)氣道內(nèi)注入木瓜蛋白酶和脂多糖法、CaCl2聯(lián)合山黎豆類(lèi)制劑法、氣管內(nèi)注入彈性蛋白酶加常壓低氧法等。該方式方法建立的動(dòng)物模型病理生理改變與人類(lèi)COPD類(lèi)似,更符合COPD自然發(fā)病經(jīng)過(guò),其缺點(diǎn)是需要進(jìn)行創(chuàng)傷性的操作,會(huì)增加實(shí)驗(yàn)鼠感染的時(shí)機(jī),可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)鼠的死亡。3COPD營(yíng)養(yǎng)不良動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中相關(guān)指標(biāo)研究進(jìn)展作為研究人類(lèi)疾病的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律,探尋求索防治疾病方式方法的重要手段,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚩酥萍膊≡谌梭w內(nèi)發(fā)生發(fā)展緩慢,潛伏期長(zhǎng),發(fā)病原因多樣,排外其他疾病的干擾,用單一的病因,在較短時(shí)間內(nèi)復(fù)制出典型的動(dòng)物疾病模型,并進(jìn)行干涉。而在一系列的動(dòng)物試驗(yàn)中,有研究發(fā)現(xiàn)嚙齒類(lèi)動(dòng)物基因組與人類(lèi)極其相近,以為嚙齒類(lèi)動(dòng)物是建立COPD動(dòng)物模型最佳選擇。營(yíng)養(yǎng)不良作為COPD的常見(jiàn)并發(fā)癥,可對(duì)機(jī)體的各組織器官、系統(tǒng)造成不同程度的影響,與疾病的預(yù)后密切相關(guān)。因此COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良動(dòng)物模型相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇,對(duì)臨床和實(shí)驗(yàn)研究具有重要意義。當(dāng)前,營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)方式方法有很多種,各有優(yōu)缺點(diǎn),通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外營(yíng)養(yǎng)狀況評(píng)估工具應(yīng)用效果的總結(jié)和分析,陳博等[15]發(fā)現(xiàn),有針對(duì)性的選擇適宜的評(píng)估指標(biāo)才能對(duì)營(yíng)養(yǎng)狀況做出準(zhǔn)確、全面的評(píng)估,華而不實(shí)能夠應(yīng)用到COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中的,既有包括體質(zhì)量、血糖、血脂、淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)、血清白蛋白、前白蛋白等在內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo),也有包括腫瘤壞死因子、瘦素、白細(xì)胞介素等在內(nèi)的對(duì)COPD合并營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)可起到一定干涉作用的研究指標(biāo)。3.1體質(zhì)量及Lees指數(shù)作為一個(gè)全身性疾病,COPD可出現(xiàn)包括全身炎癥反響、呼吸衰竭、骨骼肌萎縮、功能不全、體質(zhì)量下降等在內(nèi)的多種并發(fā)癥。體質(zhì)量的變化,亦能夠在某種程度上反映其營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),臨床常用的BMI指數(shù),是反映機(jī)體體重與身高的關(guān)系及營(yíng)養(yǎng)狀況的重要指標(biāo)。體質(zhì)量下降和營(yíng)養(yǎng)不良在COPD進(jìn)展經(jīng)過(guò)中的關(guān)系嚴(yán)密,國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)表示清楚,10%~15%的輕中度COPD和50%伴有慢性呼吸衰竭的重度COPD患者都有體質(zhì)量下降和營(yíng)養(yǎng)不良等狀況存在。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中,有研究將BMI指數(shù)和Lees指數(shù)[16]作為反映大鼠肥胖程度和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的指標(biāo),華而不實(shí)Lees指數(shù)計(jì)算公式為L(zhǎng)eesinde。該研究發(fā)現(xiàn)COPD可導(dǎo)致大鼠體質(zhì)量增長(zhǎng)速度減緩,使大鼠的Lees指數(shù)及BMI較正常大鼠顯著降低,且單純依靠增加進(jìn)食量并不能使該狀態(tài)得到有相應(yīng)改善。3.2血糖、血脂、白蛋白、前白蛋白(三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì))三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì):即人和動(dòng)物體內(nèi)的包括糖類(lèi)、脂肪、蛋白質(zhì)在內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)總稱(chēng)。糖的主要功能是提供熱能、構(gòu)成機(jī)體組織和保衛(wèi)肝臟功能。脂類(lèi)則包括脂肪和類(lèi)脂,其功能有供應(yīng)機(jī)體能量、構(gòu)成組織以及發(fā)揮包括信號(hào)傳遞等在內(nèi)重要生物學(xué)作用。正常人體內(nèi),脂類(lèi)占體質(zhì)量的14%~19%;肥胖者可超過(guò)30%。蛋白的補(bǔ)充則依靠于動(dòng)植物類(lèi)食品,其功能包括維持機(jī)體正常的新陳代謝和對(duì)各類(lèi)物質(zhì)的輸送,構(gòu)造和修補(bǔ)人體組織。COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良狀態(tài)多伴有不同程度的能量代謝異常,詳細(xì)表現(xiàn)為糖代謝異常,脂肪氧化供能的增加和蛋白質(zhì)供能的減少。人體中血清總蛋白主要包括白蛋白和球蛋白,而血清白蛋白(ALB)和前白蛋白(prealbumin,PA)濃度是反映患者營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的敏感指標(biāo),可直接反映機(jī)體的營(yíng)養(yǎng)狀況,其水平的顯著降低表示清楚患者的營(yíng)養(yǎng)狀況到達(dá)一定的嚴(yán)重程度。趙亞麗等[17]通過(guò)氣管內(nèi)滴加內(nèi)毒素聯(lián)合被動(dòng)吸煙建立COPD大鼠模型,發(fā)現(xiàn)造模后大鼠營(yíng)養(yǎng)不良的發(fā)生率為43.8%,與人類(lèi)COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良發(fā)生率類(lèi)似。由于糖代謝異常、血胰島素水平下降、胰高血糖素升高,以及TNF-、IL-1等細(xì)胞因子的作用,使大鼠脂肪、蛋白質(zhì)大量分解,異生為糖,可導(dǎo)致COPD營(yíng)養(yǎng)不良大鼠血糖明顯升高。脂肪、蛋白大量消耗,體內(nèi)脂肪組織減少,血脂下降;蛋白減少導(dǎo)致機(jī)體組成成分改變,肌肉及內(nèi)臟蛋白減少,其血漿白蛋白水平也相應(yīng)降低。在另一研究中[18],COPD模型組大鼠的血清白蛋白、前白蛋白水平較對(duì)照組明顯降低,也證明了上述觀(guān)點(diǎn),該研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)對(duì)飲食中各種成分進(jìn)行恰當(dāng)?shù)呐浔?可在一定程度上改善這一狀況。3.3淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)淋巴組織的生理功能包括回收蛋白質(zhì)、運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、調(diào)節(jié)血漿、防御作用等,故血清中的淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)常能夠用來(lái)反映機(jī)體的營(yíng)養(yǎng)狀況,淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)1500提示營(yíng)養(yǎng)不良。COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良患者的營(yíng)養(yǎng)狀況、生活質(zhì)量和預(yù)后與機(jī)體免疫功能(T淋巴細(xì)胞亞群水平)密切相關(guān)。在相關(guān)動(dòng)物試驗(yàn)中,有研究發(fā)現(xiàn)[19],與正常大鼠相比,COPD大鼠存在淋巴細(xì)胞降低的情況,其外周血和BALF中CD3+、CD4+、CD8+、CD25+水平顯著降低,而合并有營(yíng)養(yǎng)不良的大鼠尤為明顯。在另一項(xiàng)針對(duì)COPD大鼠營(yíng)養(yǎng)狀況與氣道內(nèi)炎癥細(xì)胞水平的聯(lián)絡(luò)的研究中[20],COPD大鼠體重增長(zhǎng)速度減慢,支氣管黏膜增厚,黏膜下腺體增生肥大,管徑減小,形態(tài)不規(guī)則,管腔內(nèi)較多中性粒細(xì)胞聚集,而管壁內(nèi)則為淋巴和巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)。表示清楚煙霧刺激和內(nèi)毒素可使巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞聚集于氣道,介入氣道壁的炎癥、毀壞和構(gòu)造重塑。而炎性細(xì)胞的聚集和反復(fù)刺激導(dǎo)致支氣管和肺組織損傷,氣道防御力下降,反復(fù)感染,長(zhǎng)期消耗之下,加重COPD營(yíng)養(yǎng)不良的狀況。3.4細(xì)胞因子:腫瘤壞死因子、瘦素等3.4.1腫瘤壞死因子-(TNF-)是由活化后的單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞產(chǎn)生,其功能包括促進(jìn)細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,介入機(jī)體炎性反響、抗腫瘤,與發(fā)熱以及調(diào)節(jié)機(jī)體脂肪含量、蛋白質(zhì)的分解代謝密切相關(guān)。多項(xiàng)臨床研究表示清楚,在COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良的穩(wěn)定期患者中,其血清TNF-水平均有不同程度的升高,提示TNF-與COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良存在一定聯(lián)絡(luò)。在針對(duì)該結(jié)論的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面,國(guó)內(nèi)一研究發(fā)現(xiàn)[21],COPD模型組大鼠血清TNF-水平顯著高于對(duì)照組,低于COPD營(yíng)養(yǎng)不良組,與體質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān),與呼吸肌蛋白分解代謝率呈正相關(guān)。表示清楚TNF-可在一定程度上加重COPD模型大鼠的營(yíng)養(yǎng)不良狀況,提高其呼吸肌蛋白的分解代謝率。3.4.2瘦素是一種由白色脂肪組織產(chǎn)生的,對(duì)多種靶器官具有廣泛的功能的蛋白類(lèi)激素。通過(guò)下丘腦的代謝調(diào)節(jié)中樞,起到抑制食欲,減少攝入,增加消耗、抑制脂肪合成、調(diào)節(jié)機(jī)體能量代謝的作用,最終影響機(jī)體體質(zhì)量和營(yíng)養(yǎng)狀況。瘦素的分泌能夠促進(jìn)糖和脂肪的代謝,同時(shí)將體內(nèi)脂肪含量反應(yīng)給大腦,以這種方式來(lái)控制能量攝入和增加消耗,血中瘦素濃度可在一定程度上反映機(jī)體脂肪所占比例。在國(guó)內(nèi)一項(xiàng)對(duì)瘦素和COPD營(yíng)養(yǎng)狀況的研究中[22],COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良大鼠體重、血清白蛋白、血清瘦素水平均明顯低于正常大鼠,經(jīng)干涉后各項(xiàng)指標(biāo)有不同程度上升。結(jié)合相關(guān)臨床研究,表示清楚COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良患者體質(zhì)量下降時(shí),血清瘦素濃度改變較體質(zhì)量增加時(shí)更明顯,體質(zhì)量下降時(shí)(主要為脂肪水平),血清瘦素水平可降低50%,表示清楚血清瘦素水平與營(yíng)養(yǎng)狀況密切相關(guān)。3.4.3白細(xì)胞介素是一個(gè)多功能的促炎癥細(xì)胞因子家族,具有介導(dǎo)炎癥反響、促進(jìn)T細(xì)胞和B細(xì)胞的增殖與分化,介入免疫調(diào)節(jié)、影響代謝、刺激造血細(xì)胞及引起發(fā)熱等作用。在相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)[23],COPD大鼠體質(zhì)量明顯降低時(shí),伴有血清白細(xì)胞介素-6(IL-6)水平升高,表示清楚IL-6等細(xì)胞因子介導(dǎo)的炎癥反響可對(duì)COPD大鼠營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)造成一定影響。而采用抗氧化營(yíng)養(yǎng)支持經(jīng)行干涉,可在一定程度上改善COPD患者營(yíng)養(yǎng)狀況,控制COPD的疾病進(jìn)展。3.5相關(guān)信號(hào)通路對(duì)COPD營(yíng)養(yǎng)不良動(dòng)物體重及肌肉萎縮機(jī)制的影響慢性阻塞性肺疾病除牽涉呼吸系統(tǒng)外,對(duì)肺外各器官也會(huì)造不利成的影響,尤其是骨骼肌萎縮和功能障礙,嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量及預(yù)后。COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良骨骼肌萎縮機(jī)制尚不明確,有研究者以為多種細(xì)胞因子及代謝通路共同介入最終導(dǎo)致了骨骼肌的萎縮。在對(duì)相關(guān)影響因素的研究中,樊黎麗[24]發(fā)現(xiàn)COPD營(yíng)養(yǎng)不良大鼠的體質(zhì)量和趾長(zhǎng)伸肌重量顯著低于對(duì)照組和COPD營(yíng)養(yǎng)正常組,JNK(C-JunN-末端激酶,thec-JnuN-terminalkinases)主要表示出于肌肉組織細(xì)胞胞質(zhì)中,且在COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良組的表示出明顯強(qiáng)于營(yíng)養(yǎng)正常組和對(duì)照組;而ERK(細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶,ExtracellularsignalRegulatedKinases)則主要表示出于肌肉組織細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中,在COPD模型組中ERK的表示出水平較高,在正常對(duì)照組中ERK的表示出水平極低。證明COPD大鼠并發(fā)營(yíng)養(yǎng)不良和骨骼肌細(xì)胞的凋亡引起的骨骼肌萎縮與JNK和ERK兩條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路密切相關(guān)。在同期的另一項(xiàng)研究中[25],有研究者發(fā)現(xiàn)FOXO-1(Forkheadbox-1)的蛋白表示出在COPD營(yíng)養(yǎng)不良組和對(duì)照組大鼠間無(wú)明顯差異,但其mRNA表示出水平、趾長(zhǎng)伸肌中p-AKT(蛋白激酶)/t-AKT均高于對(duì)照組。同時(shí)Atrogin-1(muscleatrophyF-box)和MuRF1(MuscleRingFinger1)的mRNA及蛋白在COPD營(yíng)養(yǎng)不良大鼠趾長(zhǎng)伸肌中的表示出水平均顯著加強(qiáng),講明AKT/FOXOs/Atrogin-1/MuRF1信號(hào)通路與COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良患者骨骼肌消耗和萎縮存在一定聯(lián)絡(luò)。李艷利等[26]發(fā)現(xiàn)COPD營(yíng)養(yǎng)不良及對(duì)照組大鼠趾長(zhǎng)伸肌內(nèi),PI3K、t-4E-BP1、t-p70S6K1蛋白表示出水平無(wú)明顯差異;而t-mTOR、p-mTOR、t-GSK-3、p-GSK-3、p-4E-BP1、p-p70S6K1蛋白表示出水平明顯高于對(duì)照組。PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路傳導(dǎo)加強(qiáng),COPD營(yíng)養(yǎng)不良大鼠體內(nèi)骨骼肌蛋白合成增加,但是趾長(zhǎng)伸肌重量仍低于對(duì)照組,表示清楚在COPD大鼠體內(nèi),蛋白合成仍低于降解量,無(wú)法有效的逆轉(zhuǎn)骨骼肌萎縮,即COPD營(yíng)養(yǎng)不良骨骼肌萎縮的主要機(jī)制是骨骼肌蛋白降解的增加。綜上所述,營(yíng)養(yǎng)不良作為COPD患者常見(jiàn)的臨床異常感覺(jué)和狀態(tài)和影響預(yù)后的一個(gè)重要因素。其最明顯的特征就是體質(zhì)量、血液營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)下降及免疫力降低,加重感染。當(dāng)前以為機(jī)體的過(guò)度能量消耗、高代謝以及本身攝入缺乏是COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良的主要原因,有研究表示清楚甲狀腺素、血清瘦素以及炎癥因子可能是營(yíng)養(yǎng)狀況下降的另一原因。因而,建立可靠的COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良動(dòng)物模型,通過(guò)對(duì)COPD合并營(yíng)養(yǎng)不良的發(fā)生機(jī)制及影響因素、干涉措施做深切進(jìn)入的研究,明確其評(píng)價(jià)指標(biāo),能夠?yàn)楦纳艭