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

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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

来源：上海塔望智能科技有限公司 2021年11月17日 17:37

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。

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。

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

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

实验结果

在氧气浓度为20%和13%时，细胞单层修复效果相似，但在氧气浓度为4%的持续缺氧条件下，细胞单层修复显著增强(约为原来的两倍)。
间歇低氧的幅度和频率显著影响创面的愈合：
循环周期范围为氧气浓度13% - 4% ，以低循环频率(0.6 循环周期/小时)的实验组，内皮创面愈合加速了102%。
然而与13%-4%实验组对比的话，20%-1%实验组的伤口愈合速度分别降低了 74% （6循环周期/小时）和 44%（0.6循环周期/小时）
高频间歇低氧实际上模拟了严重阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA) (60循环周期/小时)，无论氧合周期幅度如何变化，均不能显著改变内皮创面的愈合。

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。

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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· 氧气浓度控制范围：0.1%-25%，调节精度为0.2%，可选择0-100%量程

· 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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