《Lancet》子刊:长期居住在海拔5100米,这是他体内血管发生的变化

文摘   2024-09-29 19:19   江苏  

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海拔高达数千米的高原地区,自然环境与低海拔地区有着显著的不同,其中最为显著的是空气稀薄、氧气含量减少。

拉林科纳达(La Rinconada),位于秘鲁安第斯山脉,平均海拔高达5100米,被誉为世界上海拔最高的城市,其居民所面对的缺氧环境更是极端。
长久以来,人们普遍认为,高海拔地区的人们已经很好地适应了低氧环境。然而,一种叫做慢性高山病(CMS,又称蒙格氏病)的病征,依旧会给人们的血管健康带来挑战。
CMS是一种在长期生活于高海拔地区的部分人群中出现的病理状态,以男性居多,主要表现为红细胞增多,症状包括疲疲乏、呼吸短促、酸痛、疼痛、嘴唇和皮肤变青(发绀)以及一些心血管并发症。
那么,在海拔五千米的高度,长期暴露于低氧环境对健康高原居民和慢性高原病患者的血管/循环系统产生了什么影响呢
《柳叶刀-区域健康(美洲)》上一项横断面调查对此做出了评估。研究探索了生活在不同海拔高度的健康高原居民与慢性高山病患者的微循环和大循环功能变化,重点关注长期暴露于极端高海拔(5100-5300米)环境下,低氧对血管功能的影响。
这是一项横断面研究(cross-sectional study),研究纳入共计94名年龄在18至55岁的安第斯男性参与者(CMS主要影响男性),分组:①18名出生在海拔低于1000米并永久居住在海平面的低地居民“低地人”(LL;②21名永久居住在海拔3800米的健康高地居民,缩写为HL-3800;③55名永久居住在海拔最高城市拉林科纳达(5100-5300米)的高地居民,缩写为HL-5100。③中包括:17名无CMS、14名轻度CMS以及24名中重度CMS参与者参与者在他们当前的永久居住海拔高度接受了测试。所有人均进行了两种反应性测试:①局部热充血反应(local thermal hyperaemia,LTH)(微循环)和②血流介导的血管扩张(flow-mediated dilation,FMD)(大循环),以评估内皮依赖性微血管和大血管功能。研究通过甘油三硝酸酯(GTN)测试评估非内皮依赖性血管反应。这些测试使研究能够全面评估血管内皮依赖性和非依赖性反应。研究通过静脉血样分析多种炎症标志物和氧化应激标志物(如IL-6、IL-8、TNF-α、SOD活性和NOX等),以探讨这些潜在机制与血管功能损伤之间的关系。研究使用方差分析(ANOVA)评估海拔和CMS对血管功能的影响,使用主成分分析(PCA)挖掘炎症与微循环、大循环功能之间的潜在关系。

海拔高度与血管功能下降相关
结果发现,微循环和大循环测试中的皮肤血管电导率(CVC)和皮肤血流速度,均随海拔升高而逐渐降低(LL > HL-3800 > HL-5100/无CMS)
  • 基线皮肤血流速度,LL为组0.34 ± 0.22 mV/mmHg,HL-5100/无CMS组为0.11 ± 0.04 mV/mmHg,显著降低(P < 0.001)。
  • 峰值CVC,LL组为1.40 ± 1.11 mV/mmHg,HL-5100/无CMS组为0.64 ± 0.36 mV/mmHg,也显著降低(P = 0.007)。
高原条件下血管扩张反应FMD%总体下降,与LL组相比,HL-3800下降32%,HL-5100/无CMS组下降38%。
SRAUC(剪切速率曲线下面积,代表FMD的刺激强度)反应与FMD%呈现出相似的趋势。
从上述数据可以发现,随着海拔升高,无论是微循环还是大循环功能均呈现下降趋势。在生活于5100米的健康高原居民中,微循环血流速度和皮肤血管传导率显著降低,大循环中的流动介导扩张(FMD)反应也明显减弱。即使是没有患上CMS的健康高原居民,长期暴露于极端低氧环境中,血管功能也会逐渐衰退。
研究推测这种功能损害与基线血管直径的变化有关,这可能是由长期暴露在低氧环境下引发的生理适应。但是,人体对低氧环境的适应可能在极高海拔下达到一个极限,无法完全抵消低氧对血管的影响。
氧化应激和炎症标志物随海拔升高而增加
随着海拔升高,研究发现参与者体内的氧化应激标志物(一氧化氮代谢产物、SOD活性)和炎症标志物(如TNF-α和IL-17)均显著升高特别是在CMS患者中,炎症标志物的增加更加明显,提示氧化应激和炎症在血管功能损伤中可能扮演了关键角色。
主成分分析(PCA)显示,低地人“LL组保留了微血管和大血管功能,且炎症特征较低;而高海拔HL-5100/无CMS组则表现出明显的促炎特征,微血管和大血管功能均受损。HL-3800组虽然微循环功能与低地人相当,但PCA显示其大循环功能出现一定程度的下降。
低氧环境下的代谢应激可能是引发血管功能障碍的重要机制。氧化应激和炎症的增加可能损伤内皮功能,从而导致微循环和大循环功能受损。
慢性高山病影响大循环功能,但不影响微循环
研究还发现, CMS导致了大循环参数的降低(HL-5100/无CMS>轻度CMS=中重度CMS)。与健康高原居民相比,轻度和中重度CMS患者的FMD%显著下降。在5100米的健康高原居民(HL-5100/无CMS)中,FMD%为6.1 ± 1.5%,而轻度CMS患者为4.2 ± 2.4%,中重度CMS患者为4.0 ± 1.6%(P < 0.001)。轻度CMS和中重度CMS使血管扩张能力减弱,FMD分别下降31%和34%。
与大循环不同,CMS对微循环的影响较小。无论是轻度还是中重度CMS患者,微循环功能(如CVC和血流速度)与健康的高原居民无显著差异
生物标志物方面,CMS患者体内巨噬细胞炎性蛋白-1β(MIP-1β)和其他几种炎症标志物(如MCP-1、IL-8和IFN-γ)水平显著升高,这表明CMS与全身性炎症反应有关。
此外,在5100米高原环境下,无论居民是否患有CMS,FMD%与CMS评分均呈负相关。这意味着,随着CMS症状的加重,FMD%降低,内皮功能受损可能加剧。

研究通过全面评估在生活在5100米极端高海拔条件下以及慢性高山病(CMS患者不同阶段的血管功能结果发现
微血管和大血管功能均受高海拔暴露的影响。即便是在长期适应高海拔的健康高原居民中,微循环和大循环的功能仍无法完全抵御低氧环境带来的损伤。
CMS患者具有大血管损伤特异性,他们的微循环功能没有受到显著影响。大循环功能的显著损伤可能增加心血管并发症的发生风险,尤其是动脉硬化和认知功能障碍等问题。
炎症与氧化应激可能是潜在机制随着海拔的升高,以及CMS严重程度的增加,血液中的氧化应激和炎症标志物(如SOD、NOX、TNF-α等)显著增加。这些炎症和氧化应激水平的升高与微循环和大循环功能下降密切相关。
编者按:研究从横断面观察的角度,证实了长期暴露于高海拔的缺氧环境对血管系统的不良影响,以及CMS对血管功能受损的加剧。
CMS的发病机制本身与长时间暴露于低氧环境下的适应不良有关。CMS患者常常伴随血管内皮功能障碍。低氧环境下,体内活性氧自由基生成,这些自由基会破坏血管内皮细胞;由炎症因子介导的炎症反应进一步损害血管内皮的正常功能,影响血管的扩张和收缩能力。一氧化氮是维持血管扩张的重要物质。氧化应激和炎症会减少一氧化氮的生物活性,进一步导致血管功能障碍。最终患者表现为微循环和大循环的血管扩张能力下降。
因此,无论是健康的高原居民还是CMS患者,只要持续暴露于低氧环境,他们的血管功能都在不断面临着氧化应激和炎症反应的挑战。
相信随着我们对这些机制的逐步理解,未来有望开发出有效的干预措施,以帮助高海拔人群(居民、工作人员等)更好地适应这一极端环境,同时也为低氧相关疾病的治疗提供新的思路。(完)

*文章不构成任何诊疗相关建议,仅供医(药)学背景小伙伴参考学习

参考文献

1. Savina, Yann et al. Micro- and macrovascular function in the highest city in the world: a cross sectional study. The Lancet Regional Health – Americas, Volume 38, 100887

主创、编辑:July
审核:Mr. Cat, ChatGPT 4o


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