Hydrogen prevents corneal endothelial damage in phacoemulsification cataract surgery

氫氣防止超聲乳化白內(nèi)障手術(shù)中的角膜內(nèi)皮損傷

來源：Scientific Reports, volume 6, Article number: 31190 (2016)

《科學(xué)報告》，第6卷，文章編號31190，2016年

 

摘要

這篇論文摘要指出，在超聲乳化白內(nèi)障手術(shù)中，超聲波會誘導(dǎo)產(chǎn)生羥基自由基，從而損傷角膜內(nèi)皮。研究通過體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了氫氣能否防止這種超聲乳化過程中的氧化損傷。將氫氣溶解于商用眼內(nèi)灌注液中，首先通過電子自旋共振和羥基苯基熒光素檢測在體外證實(shí)了氫氣對羥基自由基生成的抑制作用。隨后在兔眼模型中進(jìn)行超聲乳化手術(shù)模擬，比較使用氫氣溶解灌注液和對照灌注液的效果。術(shù)后5小時，對摘除的角膜進(jìn)行水腫圖像分析、抗氧化基因?qū)崟r定量PCR檢測以及免疫組化分析。結(jié)果顯示，氫氣組角膜水腫顯著減輕，抗氧化基因血紅素氧合酶-1、過氧化氫酶和超氧化物歧化酶2的mRNA表達(dá)上調(diào)受到顯著抑制。此外，角膜內(nèi)皮細(xì)胞中兩種氧化應(yīng)激標(biāo)志物4-HNE和8-OHdG的表達(dá)在氫氣組也顯著降低。結(jié)論是，溶解在眼內(nèi)灌注液中的氫氣能夠保護(hù)角膜內(nèi)皮細(xì)胞免受超聲乳化誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和損傷。

 

研究目的

研究目的是探討將氫氣溶解于眼內(nèi)灌注液中，能否作為一種有效的抗氧化策略，保護(hù)角膜內(nèi)皮細(xì)胞免受超聲乳化手術(shù)過程中由超聲波空化效應(yīng)產(chǎn)生的羥基自由基所造成的氧化損傷。由于角膜內(nèi)皮細(xì)胞缺乏再生能力，其損傷可能導(dǎo)致不可逆的角膜水腫（大泡性角膜病變），因此尋找有效的術(shù)中保護(hù)方法至關(guān)重要。

 

研究思路

研究思路是首先在體外驗(yàn)證氫氣對超聲乳化產(chǎn)生的羥基自由基的清除能力。然后，在兔眼模型中進(jìn)行在體實(shí)驗(yàn)，模擬臨床超聲乳化手術(shù)過程。具體流程是：制備氫氣溶解的眼內(nèi)灌注液，并測量其在灌注條件下前房中的濃度穩(wěn)定性。通過體外電子自旋共振和羥基苯基熒光素分析驗(yàn)證氫氣對羥基自由基的抑制效果。接著，在兔眼手術(shù)模型中，比較使用氫氣灌注液和對照灌注液進(jìn)行超聲乳化模擬后，角膜水腫程度、角膜內(nèi)皮細(xì)胞中多種抗氧化基因（HO-1, CAT, SOD1, SOD2）的mRNA表達(dá)水平，以及氧化應(yīng)激標(biāo)志物（4-HNE, 8-OHdG）的表達(dá)差異，從而綜合評價氫氣的保護(hù)作用。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1.  前房中氫氣濃度的監(jiān)測：數(shù)據(jù)來自圖1c。研究意義是驗(yàn)證所制備的氫氣溶解灌注液在模擬手術(shù)灌注條件下，能在前房中維持足夠高且穩(wěn)定的氫氣濃度（30分鐘內(nèi)從56.5%降至53.7%），確保其在手術(shù)時間內(nèi)能持續(xù)發(fā)揮作用，這是該方法有效性的前提。

 

2.  體外羥基自由基的檢測：數(shù)據(jù)來自圖2a, b, c。通過電子自旋共振和羥基苯基熒光素分析。研究意義是直接證明氫氣能顯著抑制超聲乳化過程中產(chǎn)生的羥基自由基，為后續(xù)在體實(shí)驗(yàn)提供機(jī)制依據(jù)。

 

3.  角膜水腫的圖像分析：數(shù)據(jù)來自圖3a-g。研究意義是直觀顯示氫氣處理能顯著減輕術(shù)后角膜水腫，表明氫氣對角膜內(nèi)皮的功能具有保護(hù)作用，防止其屏障功能和泵功能受損。

 

4.  角膜內(nèi)皮細(xì)胞抗氧化基因mRNA表達(dá)：數(shù)據(jù)來自圖4a-d。研究意義是表明氫氣能顯著抑制由超聲乳化氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的HO-1、CAT和SOD2基因的上調(diào)，提示氫氣減輕了細(xì)胞所承受的氧化應(yīng)激水平，從而減少了細(xì)胞自身的抗氧化防御反應(yīng)。

 

5.  角膜內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激標(biāo)志物的免疫組化分析：數(shù)據(jù)來自圖5a-f。研究意義是從蛋白質(zhì)/DNA損傷水平直接證實(shí)氫氣降低了角膜內(nèi)皮細(xì)胞的氧化損傷（4-HNE為脂質(zhì)過氧化標(biāo)志，8-OHdG為DNA氧化標(biāo)志），為氫氣的保護(hù)效應(yīng)提供了組織學(xué)證據(jù)。

 

 

結(jié)論

研究得出結(jié)論：溶解在眼內(nèi)灌注液中的氫氣，能夠有效保護(hù)角膜內(nèi)皮細(xì)胞免受超聲乳化手術(shù)引起的氧化應(yīng)激和損傷。氫氣通過直接清除超聲波空化產(chǎn)生的羥基自由基，減輕了角膜內(nèi)皮細(xì)胞的氧化損傷，表現(xiàn)為角膜水腫減輕、氧化應(yīng)激相關(guān)的基因表達(dá)上調(diào)受到抑制、以及氧化應(yīng)激生物標(biāo)志物表達(dá)減少。這種方法為預(yù)防超聲乳化白內(nèi)障手術(shù)中的角膜內(nèi)皮損傷提供了一種有前景的新策略。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義在于它為整個研究的可行性和有效性提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐和定量保障。具體體現(xiàn)在：

濃度驗(yàn)證與安全性保障：Unisense針型氫氣傳感器被用來精確測量制備的氫氣溶解灌注液中的氫氣濃度（圖1a），以及更重要的，在模擬手術(shù)條件下（連續(xù)灌注于豬眼眼前房），實(shí)時監(jiān)測前房內(nèi)氫氣濃度的動態(tài)變化（圖1b,c）。數(shù)據(jù)顯示在30分鐘灌注期內(nèi)，前房氫氣濃度保持在高水平（53.7%-56.5%），且氧氣濃度處于安全范圍（5.4%）。這直接證明了該方法能在整個典型手術(shù)期間，于目標(biāo)部位（前房）維持有效且安全的氫氣濃度，排除了因濃度不足或缺氧導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗或安全疑慮的可能性，是后續(xù)體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴^察到陽性結(jié)果的基礎(chǔ)。

定量化與標(biāo)準(zhǔn)化：Unisense傳感器提供了精確的濃度讀數(shù)（百分比飽和度），使得氫氣的應(yīng)用得以定量化，而非模糊的定性描述。這有助于未來研究的重復(fù)和劑量優(yōu)化。

技術(shù)可靠性的體現(xiàn)：使用這種高靈敏度的專業(yè)傳感器進(jìn)行濃度監(jiān)控，提升了實(shí)驗(yàn)方法的嚴(yán)謹(jǐn)性和數(shù)據(jù)的可信度。

因此，Unisense電極的測量數(shù)據(jù)不僅是方法學(xué)上的一個步驟，更是連接“氫氣干預(yù)”與“觀察到保護(hù)效應(yīng)”之間的重要橋梁，確保了干預(yù)措施的有效實(shí)施，從而為最終得出“氫氣具有保護(hù)作用”的結(jié)論提供了堅實(shí)的前提條件。