480米氦氧飽和潛水時粘附分子及腺苷的表達變化*

包曉辰,方以群,馬 駿,孟 淼,肖衛(wèi)兵

(中國人民解放軍海軍醫(yī)學研究所,上海 200433)

飽和潛水是指潛水員在某一深度的高氣壓環(huán)境下,持續(xù)停留至惰性氣體在體內(nèi)各組織中達到飽和的潛水方式。飽和潛水的優(yōu)點在于可以提高潛水作業(yè)效率,潛水者可在較大深度下進行長時間的有效作業(yè)。本實驗室在前期進行了480 m氦氧飽和潛水的實驗,旨在通過大深度模擬飽和潛水的方式,獲取大深度飽和潛水的經(jīng)驗,發(fā)掘大深度下潛水員的工作潛力。本論文通過檢測參加實驗的4名潛水員血清中細胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)、E-選擇素(E-selectin)、P-選擇素(P-selectin)、L-選擇素(L-selectin)、及環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)、環(huán)磷酸鳥苷(cyclic guanosine monophosphate,cGMP)的表達變化,探討實驗加減壓方案的合理性及對潛水員生理指標的影響。

1 材料與方法

1.1 主要試劑

人 ICAM-1、P-selectin、E-selectin、L-selectin、cAMP、cGMP酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)試劑盒購自美國RD公司。

1.2 潛水程序

模擬潛水實驗在海軍醫(yī)學研究所500 m飽和系統(tǒng)進行。系統(tǒng)包括可供4人生活的居住艙和衛(wèi)生間,可單獨加壓進行巡回潛水的過渡艙和水艙。由控制臺和環(huán)控系統(tǒng)對居住艙等環(huán)境參數(shù)進行調(diào)控。4名潛水員達到的飽和深度為480 m,飽和逗留期間巡潛到493 m,高壓暴露時間約447 h。其中,加壓96 h,飽和逗留49 h,減壓302 h。加壓初期,先用20%He-O2混合氣加至10 m,使艙內(nèi) PO2達到40 kPa。后續(xù)加壓使用純He。加壓過程和飽和逗留期間維持O2分壓35～45 kPa,減壓時維持O2分壓48～52 kPa,減壓至12 m后,維持O2濃度在21%～23%;CO2分壓始終限制在0.5 kPa以內(nèi),偶爾瞬間(數(shù)小時)在1 kPa以內(nèi);相對濕度 76.8%±3.5%。高壓暴露期間溫度(30.5±1.7)℃。

1.3 ELISA法測定粘附分子的改變

在進艙前及出艙后,各抽取靜脈血5 ml,室溫下靜置2 h后,3 000 r/min離心 10 min后,吸取血清,-20℃凍存。按照ELISA試劑盒說明書,測定血清中 ICAM-1、P-selectin、E-selectin、L-selectin、cAMP、cGMP的含量。

1.4 統(tǒng)計學分析

結果采用SPSS 11.5軟件處理,觀察數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差(±s)表示,2個以上樣本均數(shù)的比較采用方差分析。

2 結果

2.1 粘附分子的表達變化

4名潛水員經(jīng)480 m飽和潛水后,和進艙前的基礎值比較,血清中ICAM-1的表達水平由進艙前(1032.26±362.14)ng/L升高為(1508.85±295.94)ng/L、P-selectin由進艙前(495.69±524.89)ng/L降低為(292.42±302.63)ng/L、E-selectin由進艙前(187.04±87.39)ng/L降低為(101.2±74.32)ng/L、L-selectin由進艙前(355.16±124.51)ng/L降低為(339.91±113.24)ng/L(P＞0.05,表1)。

2.2 cAMP與cGMP的表達變化

和進艙前的基礎值比較,4名潛水員血清中cAMP的表達水平由進艙前66.72±83.15 nmol/L增高為629.91±75.01 nmol/L(P＜0.05);cGMP的表達水平由進艙前的(325.76±115.26)nmol/L增高為(421.73±154.78)nmol/L(P＞0.05,表2)。

Tab.1 Change of adhesion molecules in divers post 480 heliox saturation diving(ng/L, ±s,n=4)

Tab.1 Change of adhesion molecules in divers post 480 heliox saturation diving(ng/L, ±s,n=4)

ICAM-1:Intercellular adhesion molecule-1

Group ICAM-1 P-selectin E-selectin L-selectin Before compression 1032.26±362.14 495.69±524.89 187.04±87.39 355.16±124.51 Post decompression 1508.85±295.94 292.42±302.63 101.20±74.32 339.91±113.24

Tab.2 Changes of cAMP and cGMP in divers post 480 heliox saturation diving(nmol/L,±s,n=4)

Tab.2 Changes of cAMP and cGMP in divers post 480 heliox saturation diving(nmol/L,±s,n=4)

cAMP:Cyclic adenosine monophosphate;cGMP:Cyclic guanosine monophosphate*P＜0.05 vs before compression

Group cAMP cGMP Before compression 66.72±83.15 325.76±115.26 Post decompression 629.91±75.01* 421.73±154.78

3 討論

飽和潛水是指潛水員在水下某深度或相當于該深度水壓的高氣壓環(huán)境中,持續(xù)逗留24 h以上,致使呼吸氣體中的惰性氣體在機體各類組織中達到完全飽和的潛水方式。在這一深度無論停留多久,其減壓時間不會因潛水時間延長而再增加,潛水員可在較大深度下進行長時間的有效作業(yè)。因此,飽和潛水具有廣闊的發(fā)展前景。

本實驗室為獲取大深度飽和潛水的經(jīng)驗,在前期進行了480 m氦氧飽和潛水的實驗。為探索大深度潛水對人體生理指標的影響,我們對參加480 m氮氧飽和潛水的4名潛水員,潛水前后血清中的粘附分子進行了測定,結果發(fā)現(xiàn)潛水前后ICAM-1、P-selectin、E-selectin、L-selectin的表達無統(tǒng)計學差異。我們在前期的動物實驗中發(fā)現(xiàn)不安全減壓過程中產(chǎn)生的氣泡可聚集在血管,導致血管阻塞及增加內(nèi)皮細胞間的縫隙連接[1,2]。血管長時間的阻塞,可導致內(nèi)皮組織缺血缺氧,內(nèi)皮細胞激活,表面粘附因子表達增加,同時激活炎癥介質(zhì)的釋放,因此動物血清及肺組織中炎性因子及粘附分子的表達上調(diào)[3-5]。在本實驗中,4名潛水員血清中粘附分子表達在減壓前后無差異,對該結果我們考慮如下:雖然有的潛水員的指標改變較大,但是總體來看,經(jīng)統(tǒng)計學處理差異不顯著,說明本次實驗采用的減壓程序是符合安全減壓規(guī)范的,潛水員未出現(xiàn)減壓障礙的病理生理反應,這和實際減壓過程中潛水員無減壓障礙癥狀是一致的。

同時在本實驗中,我們檢測了腺苷cAMP及cGMP的表達變化。cAMP和cGMP的變化實質(zhì)上是在分子水平上反映了機體在應激狀態(tài)下的生理病理狀況。cAMP主要作為兒茶酚胺、胰高血糖素、加壓素及促腎上腺皮質(zhì)激素的第二信使發(fā)揮作用。血清中cAMP的含量增高直接反映了這些激素分泌的增加[6,7]。文獻報道,各種不同應激狀態(tài)下大鼠血漿中的cAMP值可隨機體承受刺激強度的增減,呈現(xiàn)顯著增高的狀況。cGMP增高主要與心臟承受手術操作和體外循環(huán)刺激有關[8,9]。在本實驗中,潛水員血清中cAMP含量在減壓后上升顯著,考慮和應激有關,大深度飽和潛水引起機體應激水平增強。

綜上所述,480 m氦氧飽和潛水加減壓程序是合理的,未引起潛水員出現(xiàn)減壓病病理生理的改變,但機體應激水平增強。

[1]Vann R D,Thalmann E D.Decompression physiology and practice.In:Bennett PB,Elliott DH(editors):The physiology and medicine of diving[M].London:WB Saunders,1993.376-432.

[2]Madden L A,LadenG.Gasbubblesmay not be the underlying cause of decompression illness The at-depth endothelial dysfunction hypothesis[J].Med Hypotheses,2009,72(4):389-392.

[3]Madden L A,Chrismas B C,Mellor D,et al.Endothelial function and stress response after simulated dives to 18 msw breathing air or oxygen[J].AviatSpace EnvironMed,2010,81(1):441-445.

[4]Eckmann D M,Armstead S C.Influence of endothelial glycocalyx degradation and surfactants on air embolism adhesion[J].Anesthesiol,2006,105(6):1220-1227.

[5]Brodsky S V,Zhang F,Nasjletti A,et al.Endothelium-derived microparticles impair endothelial function in vitro[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2004,286(5):1910-1915.

[6]Schwede F,Maronde E,Genieser H,et al.Cyclic nucleotide analogs as biochemical tools and prospective drugs[J].Pharmacol Ther,2008,87(2-3):199-266.

[7]Erdoqan S,Aslantas O,Celik S,et al.The effects of increased cAMP content on inflammation,oxidative stress and PDE4 transcripts during Brucella melitensisinfection[J].Res Vet Sci,2008,84(1):18-25.

[8]Ramachandran C,Patil R V,Sharif N A,et al.Effect of elevated intracellular cAMP levels on actomyosin contraction in bovine trabecular meshwork cells[J].Invest Ophthalmol Vis Sci,2011,52(3):1474-1485.

[9]EvansA N,Nunez B S.Regulation of mRNAs encoding the steroidogenic acute regulatory protein and cholesterol sidechain cleavage enzyme in the elasmobranch interregnal gland[J].Gen Comp Endocrinol,2010,168(1):121-132.