Frequency and magnitude of intermittent hypoxia modulate endothelial wound healing in a cell culture model of sleep apnea

間歇性低氧的頻率和幅度在睡眠呼吸暫停的細胞培養模型中調節內皮傷口愈合

來源：Journal of Applied Physiology, Volume 123, 2017, Pages 1047-1054

《應用生理學雜志》，第123卷，2017年，頁碼1047-1054

 

摘要

摘要說了間歇性低氧（IH）與阻塞性睡眠呼吸暫停（OSA）的心血管后果相關，但IH對內皮的影響存在爭議，可能是保護性的或損害性的。研究使用一種新型實驗系統，在人類主動脈內皮細胞培養模型中，精確控制IH的頻率和幅度，評估其對傷口愈合的影響。發現IH的頻率和幅度顯著調節內皮修復，低頻率IH（0.6 cycles/h）在13-4% O2幅度下加速傷口愈合，而高頻率IH（60 cycles/h）模擬嚴重OSA時無顯著影響，表明IH特性是決定細胞反應的關鍵因素。

 

研究目的

研究目的是確定IH的頻率和幅度對主動脈內皮傷口愈合的影響，以解決IH在OSA中是保護性還是損害性的爭議，并驗證IH特性（如頻率和氧擺動幅度）是否調節細胞行為，從而解釋OSA相關心血管病變的機制。

 

研究思路

研究思路是先開發一種基于PDMS氣體可滲透膜的實驗系統，允許快速氧擴散，從而精確控制細胞培養的氧濃度變化。人類主動脈內皮細胞培養在膜上，進行傷口愈合實驗，細胞暴露于恒定氧濃度（1%、4%、13%、20% O2）或IH模式，包括不同頻率（0.6、6、60 cycles/h）和幅度（13-4% O2或20-1% O2）。使用Unisense氧微傳感器校準系統，確保氧濃度準確。傷口愈合在24小時后通過顯微鏡成像和ImageJ軟件量化，數據歸一化到13% O2對照組，統計比較不同條件下的愈合率。

 

測量的數據及研究意義

1 測量了恒定氧濃度下的傷口閉合指數，來自圖3。數據是在20% O2、13% O2、4% O2和1% O2下的愈合率，顯示在4% O2下愈合顯著增加（約兩倍于13% O2），而1% O2下愈合低于4% O2。研究意義是表明適度低氧（4% O2）能增強內皮修復，但極度低氧（1% O2）效果減弱，提示氧水平對細胞反應的非線性影響，強調在OSA模型中需使用生理相關氧濃度。

 

2 測量了IH頻率和幅度下的傷口閉合指數，來自圖4。數據是不同IH模式下的愈合率，例如在13-4% O2幅度下，0.6 cycles/h頻率加速愈合102%，而20-1% O2幅度下，6 cycles/h和0.6 cycles/h頻率分別減少愈合74%和44%；高頻率IH（60 cycles/h）無顯著影響。研究意義是證明IH的頻率和幅度共同調節傷口愈合，低頻率和適度幅度可能保護性，而高幅度或不當頻率可能損害性，這解釋了OSA研究中IH效果的爭議，并突出精確控制IH參數的重要性。

 

3 測量了實驗系統中氧濃度的實時變化，來自圖1B和1C。數據是使用Unisense傳感器記錄的氧濃度曲線，顯示系統能快速響應（約7秒平衡時間），準確呈現不同IH模式。研究意義是驗證實驗系統的可靠性，確保IH條件如設計應用，為細胞反應提供可信基礎，減少實驗誤差。

 

 

結論

得出了結論是IH的頻率和幅度顯著影響內皮傷口愈合，低頻率和適度幅度IH可能增強修復，而高頻率或極端幅度IH可能無效或損害，表明IH特性是決定OSA中心血管后果的關鍵因素。研究強調在體外OSA模型中需精確模擬生理氧條件，以可靠評估細胞行為。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense電極測量出來的數據的研究意義在于提供了實驗系統中氧濃度控制的精確驗證，確保IH模式的可重復性和準確性。在研究中，Unisense氧微傳感器用于測量PDMS膜上的氧濃度（如圖1B和1C所示），確認系統能快速響應氣體變化，平衡時間約7秒，從而可靠地應用不同頻率和幅度的IH模式。這種測量意義是關鍵性的，因為它消除了傳統細胞培養中氧擴散延遲的局限，保證了IH條件與OSA生理相關性的匹配，從而使得傷口愈合結果更具說服力。此外，Unisense數據幫助區分了IH參數的細微影響，如頻率和幅度對細胞反應的調制，為OSA病理機制研究提供了高質量實驗基礎。