急進高原環境對血管內皮功能的影響及其與急性高原病的關系

邱友竹，余潔，王連友，梁逍，楊杰，張恩浩，黃嵐

·軍事醫學·

急進高原環境對血管內皮功能的影響及其與急性高原病的關系

邱友竹，余潔，王連友，梁逍，楊杰，張恩浩，黃嵐

目的 觀察人群急進高原后血管內皮功能相關指標的變化，并探討其與急性高原病(AMS)的關系。方法 在平原地區招募32名受試者，以汽車方式急進高原(海拔3900m)。進入高原第5天根據路易斯湖量表評分，將受試者分為AMS+組(n=14)和AMS–組(n=18)。ELISA法檢測人群血清一氧化氮(NO)、內皮素-1(ET-1)、血管內皮生長因子(VEGF)、血管內皮鈣黏蛋白(VE-cadherin)、丙二醛(MDA)及超氧化物歧化酶(SOD)等指標的變化。采用Pearson相關法分析上述指標與AMS的關系。結果 急進高原后第5天時32名受試者中AMS的發生率為43.8%。與平原相比，受試者急進高原后血清NO、SOD水平明顯降低(P<0.05，P<0.01)，ET-1和MDA水平明顯升高(P<0.05)。與AMS–人群比較，AMS+人群NO、VEGF和VE-cadherin、SOD水平均明顯降低(P<0.05，P<0.01)，ET-1水平明顯升高(P<0.01)。相關性分析顯示，急性高原暴露第5天人群血清NO、VEGF、VE-cadherin、SOD水平與AMS呈顯著負相關，ET-1水平與AMS呈顯著正相關。結論 急進高海拔環境可能導致血管內皮功能受損，血管內皮功能相關指標的變化可能為AMS的預警及診斷提供參考。

高原病；一氧化氮；內皮素-1；血管內皮生長因子類

急性高原病(acute mountain sickness，AMS)是指人員由平原進入高原或由高原進入更高海拔地區，在短期內(數小時至數日)發生的各種臨床癥候群，其發病率高、危害大，是影響快速進入高海拔地區者身體健康和生命安全的主要疾病。低氧是初入高原時最先被機體感受、也是對機體影響最為嚴重的環境因子。低氧環境使血管內皮細胞處于病理狀態下，功能發生紊亂，分泌的各種調節因子失衡。國外有文獻報道，高原低氧環境可能引起一氧化氮(NO)[1-2]和前列環素(epoprostenol，PGI2)[3]的合成和釋放量減少，內皮素-1(endothelin-1，ET-1)[4-5]、血栓素A2(thromboxane A2，TXA2)[6]和炎性因子[7]表達量升高，導致血管通透性增高，抗氧化能力降低，最終可能引發高原肺動脈高壓、高原肺水腫、高原腦水腫[8]。因此，血管內皮細胞功能的變化可能作為重要的預警及診斷指標，在高原病的發生、發展過程中發揮重要作用[9]。但目前的研究多針對低氧環境中反映血管內皮功能的部分指標進行觀察，全面研究急進高原環境血管內皮功能多指標變化及其與AMS發生相關性的報道較少。本研究通過觀察急進高原人群血管內皮功能相關指標的變化，探討了急性高原暴露對血管內皮功能的影響及其與AMS的關系。

1 資料與方法

1.1 受試對象 2013年5月在重慶市內按照下列標準招募受試者：①年齡18～40歲的健康青年男性；②雙上肢健全，無周圍血管疾病病史；③近期無上呼吸道感染病史；④無高原暴露、預適應干預史；⑤無精神、神經系統疾病史；⑥依從性良好。挑選其中32名受試者參與本研究，所有受試者均簽署知情同意書。本研究經第三軍醫大學倫理委員會審查通過，受試者的個人信息和檢查結果嚴格保密，并由第三軍醫大學第二附屬醫院心血管內科實驗室妥善保管。32名受試者年齡24.4±4.3歲，身高171.8±5.2cm，體重65.0±6.5kg，體重指數22.0±1.9。其中11名有吸煙史或正在吸煙，10名有飲酒史或正在飲酒。

1.2 主要試劑 人血清NO、ET-1、血管內皮生長因子(VEGF)、血管內皮鈣黏蛋白(VE-cadherin)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)的ELISA檢測試劑盒均購自上海藍基生物科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 試驗設計 32名受試對象由重慶(海拔400m)乘汽車急進至理塘地區(海拔3900m)，分別于急進高原前5d和急進高原后第5天現場填寫高原反應癥狀問卷表(CRF)，并采集受試者血清標本凍存。

1.3.2 AMS判定 通過對受試者發放CRF表，依據國際路易斯湖(Lake Louise)量表診斷標準進行評分判定。評分≥3分且存在頭痛癥狀者列入為AMS人群(AMS+)，評分<3分列入非AMS人群(AMS–)。

1.3.3 血標本采集及指標測定 分別于急進高原前5d和急進高原后第5天用真空采血管采集受試對象靜脈血標本，每人每次抽血約5ml，3000r/min離心10min，吸取血清存于無菌干燥凍存管中。用ELISA法檢測NO、ET-1、VEGF、VE-cadherin、MDA、SOD等指標的含量，具體操作按試劑盒說明書進行。

1.4 統計學處理 采用SPSS 19.0軟件進行統計分析。急性高原暴露對基本生命體征和血管內皮功能相關指標的影響采用配對樣本t檢驗進行分析，AMS+和AMS–人群在平原與高原血管內皮功能相關指標的組內差異采用配對樣本t檢驗進行分析；AMS+和AMS–人群在高原時血管內皮功能相關指標的組間差異比較采用獨立樣本t檢驗；血管功能相關指標與AMS發病率之間的關系采用Pearson法進行分析。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 AMS發病情況 發放CRF表32份，回收32份，經研究者指導所有問卷內容填寫合格。32名受試對象由平原急進至海拔3900m高原后的癥狀評分顯示，14名判定為AMS+人群，18名為AMS–人群，AMS發病率為43.8%。

2.2 急進高原血管內皮功能相關指標的變化 受試者急進海拔3900m后第5天，血清NO、SOD水平較平原時明顯降低，ET-1、MDA水平明顯升高，差異有統計學意義(P<0.05或P<0.01)。急進高原后人群血清VEGF較平原有降低趨勢，VE-cadherin水平有升高趨勢，但差異均無統計學意義(表1)。

2.3 AMS+與AMS–人群血管內皮功能相關指標的差異 急進3900m高原第5天，AMS+人群血清NO、VEGF、VE-cadherin及SOD水平不但較平原狀態時明顯降低，較AMS–人群也明顯降低；ET-1水平較平原及AMS–人群則明顯升高。而急進高原后的AMS–人群除VE-cadherin水平明顯升高外，其他血管內皮功能指標與平原時比較無明顯差異(表2)。

2.4 血管內皮功能血液指標與AMS的相關性 根據上述檢測結果進行相關性分析，結果表明：受試對象由平原急進至高原后血管內皮功能相關指標NO、VEGF、VE-cadherin、SOD與AMS呈明顯負相關，ET-1與AMS呈顯著正相關，而MDA與AMS無顯著相關性(表3)。

表1 受試對象由平原急進至高原后血管內皮功能相關指標的變化(±s, n=32)Tab.1 Changes of vascular endothelial function indexes in subject from the plain to the plateau (±s, n=32)

表1 受試對象由平原急進至高原后血管內皮功能相關指標的變化(±s, n=32)Tab.1 Changes of vascular endothelial function indexes in subject from the plain to the plateau (±s, n=32)

NO. Nitric oxide; ET-1. Endothelin-1; VEGF. Vascular endothelial growth factor; VE-cadherin. Vascular endothelial cadherin; MDA. Malondialdehyde; SOD. Superoxide dismutase. (1)P<0.05, (2)P<0.01 compared with plain

I n d e x P l a i n ( 4 0 0 m) P l a t e a u ( 3 9 0 0 m ) N O ( μ m o l / L) 3 6 . 3 4 ± 1 0 . 4 9 3 0 . 6 0 ± 8 . 0 5(1)E T -1 ( n g / L) 3 7 . 9 8 ± 1 1 . 8 8 4 6 . 1 7 ± 1 1 . 0 0(1)V E G F ( n g / L) 6 8 . 0 4 ± 2 0 . 6 6 6 2 . 4 2 ± 2 0 . 9 7 V E -c a d h e r i n ( n g / m l) 2 . 1 8 ± 0 . 5 8 2 . 2 4 ± 0 . 7 0 M D A ( n g / m l) 3 . 2 2 ± 0 . 8 9 3 . 7 3 ± 1 . 0 1(1)S O D ( U / m l) 8 8 . 6 9 ± 2 2 . 2 7 7 3 . 0 8 ± 2 1 . 5 6(2)

表2 AMS–與AMS+受試對象由平原急進至高原后血管內皮功能相關指標的變化(±s)Tab. 2 Changes of vascular endothelial function indexes in AMS–and AMS+subject from the plain to the plateau (±s)

表2 AMS–與AMS+受試對象由平原急進至高原后血管內皮功能相關指標的變化(±s)Tab. 2 Changes of vascular endothelial function indexes in AMS–and AMS+subject from the plain to the plateau (±s)

NO. Nitric oxide; ET-1. Endothelin-1; VEGF. Vascular endothelial growth factor; VE-cadherin. Vascular endothelial cadherin; MDA. Malondialdehyde; SOD. Superoxide dismutase. (1)P<0.05, (2)P<0.01 compared with plain; (3)P<0.05 compared with the AMS–group

表3 血管內皮功能相關指標與AMS的相關性Tab.3 Correlation between vascular endothelial function and change of AMS index

3 討 論

AMS是影響快速進入高海拔地區者身體健康和生命安全的重要疾病，但由于其發生和發展機制尚未完全闡明，導致目前尚缺乏有效的診斷和預測指標。前期國外學者在動物及細胞水平的研究中發現，氧分壓迅速降低可導致肺血管和腦微血管內皮細胞結構及功能損傷[10-12]。Boos等[13]發現急性缺氧暴露可使血管內皮功能降低。這些研究結果表明血管內皮功能與AMS存在重要聯系。為此，本研究擬通過高原現場研究，明確血管內皮功能相關指標在急性高原暴露后的變化及其與AMS發生的關系。

NO是血管的重要舒張因子，NO降低可導致血管舒張功能降低，引起血壓升高和心率上升[14]。Bailey等[15]通過檢測在常氧(21% O2)條件下的18名受試者轉移至低氧(12% O2)條件下6h后血液中的NO含量，發現AMS+與AMS–兩組人群在低氧條件下NO含量均明顯降低，而AMS+與AMS–組在低氧時血NO含量無明顯差異。本研究中，急進高原(海拔3900m)環境同樣導致受試人群血清NO水平明顯下降。但與AMS–人群相比，AMS+人群血清NO水平下降更明顯，這與Bailey等[15]的研究存在差異。Bailey等[15]的研究是在低氧狀態下模擬高原環境，而本研究是在高原現場進行。另外，相較于模擬研究中低氧暴露6h，本研究在急進高原后5d再進行觀察，可能是導致相關差異的原因。雖然二者的實驗結果存在一定差異，但高原或低氧造成受試者血液中NO含量減少，導致NO及其他相關的血管舒縮調節因子平衡狀態受到破壞，可能是AMS發生的潛在機制之一。

與NO相反，ET-1是最重要的血管收縮因子，ET-1升高可導致血管收縮功能增強，進而引起血壓升高[16-17]，同時，較高水平的ET-1可通過活化內皮細胞上的B型內皮素受體而升高局部NO濃度，進一步導致高原肺水腫病情加重[18]。Sartori等[19]通過檢測16名高山肺水腫傾向登山者和16名非高山肺水腫傾向者在4559m海拔暴露48h后血漿中ET-1的濃度發現，肺水腫傾向者血漿中ET-1的濃度明顯高于非肺水腫傾向者，并且血漿中ET-1的濃度與肺動脈壓呈明顯正相關，與本研究獲得的結果一致。由此可見，從平原快速進入高原后，由于低氧刺激，血管舒縮因子NO、ET-1等的合成與分泌平衡受到影響，會導致或加重缺氧性肺動脈高壓，如機體不能及時代償性適應，或缺氧不能及時糾正，則可能導致AMS的發生。

目前，關于VEGF與AMS關系的研究結論不一。Schommer等[20]的研究發現，在低海拔(110m)及高海拔(4559m)條件下，AMS+與AMS–人群VEGF水平無明顯變化；但是，與低海拔相比，正常氣壓缺氧條件下AMS+與AMS–兩組中VEGF水平均有所降低。Dorward等[21]的研究結果提示，與平原相比，在高海拔取樣血清中的VEGF含量明顯升高，但急進3650m與習服后再急進更高的5200m海拔對受試對象血清中VEGF含量沒有明顯影響。本研究中急進高原(海拔3900m)后第5天，AMS+組VEGF水平較其平原狀態及AMS–人群均有明顯降低，且VEGF與AMS呈負相關。在不同研究中之所以出現不同的結論，可能與血清中VEGF濃度受多種因素影響有關。首先標本選擇影響VEGF測定結果，如血清及血漿中VEGF濃度存在明顯差異，此外影響外周血VEGF濃度的因素很多，如種族、海拔高度及進入高原時間和方式等。由于本研究樣本量相對較少，有關VEGF變化在AMS發生中的作用尚有待進一步深入研究。

VE-cadherin是內皮細胞特異性鈣黏蛋白，不僅是內皮細胞黏附連接的主要黏附蛋白，而且在維持血管內皮細胞的生理功能、血管發生和形成、穩定血管內環境等多方面起著重要作用[22]。檢測VE-cadherin表達可間接推斷微血管內皮細胞損傷程度。目前研究表明，血清VE-cadherin含量升高可能與血管內皮損傷程度相關，但其與AMS關系的研究報道較少。本研究結果顯示，與平原相比，急進高原導致AMS+人群VE-cadherin明顯降低，而AMS–人群VE-cadherin明顯升高，VE-cadherin變化與AMS呈負相關。在高原環境下得到不同結論，可能與低氧環境下的血管應激反應有關，其機制尚不明確。由于本研究樣本量相對較少，VE-cadherin作為AMS的預測指標還需進一步深入研究驗證。

Himadri等[23]與Bailey等[15]在研究中均發現，血管內皮細胞氧化應激水平升高可使血腦屏障紊亂，進而導致高原腦水腫。因此，本研究檢測了反映血管內皮細胞氧化應激水平的重要指標SOD和MDA，結果表明，與平原相比，急進高原(海拔3900m)后第5天，血清SOD水平明顯降低，MDA水平明顯升高，說明急進高原初期血管內皮細胞的氧化應激水平即明顯升高[24]。與AMS–人群相比，AMS+人群血清SOD水平明顯降低，該結果與以往模擬條件下或現場研究的結果一致，表明SOD及MDA的異常變化可能通過反映血管內皮細胞的異常氧化應激提示AMS的發生。

綜上所述，急性高原暴露(3900m)可明顯影響反映血管內皮功能的相關指標，VE-cadherin、VEGF、ET-1、NO、SOD等指標的異常變化可能通過反映血管舒縮、滲透性和氧化應激水平提示AMS的發生。但將血管內皮功能相關指標作為AMS的重要預警指標還需要進行大量深入、系統的研究來提供充分的理論依據。

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Effects of rapid entrance into plateau area on the vascular endothelial function and the relationship to acute mountain sickness

QIU You-zhu, YU Jie, WANG Lian-you, LIANG Xiao, YANG Jie, ZHANG En-hao, HUANG Lan*
Department of Cardiology, Xinqiao Hospital, Institute of Cardiovascular Diseases of PLA, Third Military Medical University, Chongqing 400037, China
*

, E-mail: huanglan260@126.com
This work was supported by the Scientific Research Foundation of Ministry of Health of China (201002012)

ObjectiveTo observe the changes in the vascular endothelial function indexes in subjects who enter plateau areas expeditiously, and investigate the relationship between their changes and acute mountain sickness (AMS).MethodsThirtytwo healthy young male lowlands residents were recruited as subjects, and they were sent by bus to an area of altitude of 3900m. According to the score of Lake Louise questionnaire, the subjects were divided into AMS+and AMS–group at the 5th day after the entrance into plateau. The changes in the vascular endothelial function indexes (NO, ET-1, VEGF, VE-cadherin, MDA and SOD) in serum of the subjects were detected by ELISA. Pearson correlation analysis was performed to identify the relationship of AMS to the changes of the indexes mentioned above.ResultsOn the 5th day after being exposed to high altitude, the incidence of AMS was 43.8% (14/32). The serum levels of NO and SOD in subjects were significantly lowered (P<0.05 and P<0.01, respectively) compared with those before the entrance into high altitude area, while the levels of ET-1 and MDA were obviously elevated (P<0.05). However, the levels of VEGF and VE-cadherin showed no obvious change in the subjects as compared before and after the entrance into plateau area. After the entrance into the plateau, the levels of NO, VEGF, VE-cadherin and SOD were lowered obviously and ET-1 level increased significantly in AMS+group as compared with those in AMS?group (P<0.05 and P<0.01, respectively). Correlation analysis showed that the serum levels of NO, VEGF, VE-cadherin and SOD were negatively correlated with AMS after a 5-day high altitude exposure, while serum level of ET-1 was positively correlated with AMS.ConclusionsRapid entrance into plateau area mayinduce damage to vascular endothelial function of the subjects, and it affects the serum levels of NO, ET-1, VEGF, VE-cadherin and SOD. The changes in these indexes may provide the potential basis for prewarning and diagnosis of AMS.

altitude sickness; nitric oxide; endothelin-1; vascular endothelial growth factors

R594.3

A

0577-7402(2015)05-0415-05

10.11855/j.issn.0577-7402.2015.05.18

2014-12-31；

2015-02-27)

(責任編輯：張小利)

國家衛生部衛生行業科研專項基金(201002012)

邱友竹，醫學學士，醫師。主要從事心血管疾病及急性高原病的預警和早期診斷研究

400037 重慶 第三軍醫大學新橋醫院心血管內科、全軍心血管病研究所(邱友竹、余潔、王連友、梁逍、楊杰、張恩浩、黃嵐)

黃嵐，E-mail：huanglan260@126.com