2. 400038 重庆, 第三军医大学高原军事医学系:病理生理学与高原病理学教研室;
3. 400038 重庆, 第三军医大学高原军事医学系:全军高原医学重点实验室
2. Department of Pathophysiology and High Altitude Pathology, College of High Altitude Military Medicine, Third Military Medical University, Chongqing, 400038, China;
3. Key Laboratory of High Altitude Medicine, College of High Altitude Military Medicine, Third Military Medical University, Chongqing, 400038, China
急性高原病包括急性高原反应、高原肺水肿和高原脑水肿三种类型[1], 其中以急性高原反应最为常见, 平原人快速进入海拔3 000 m以上地区, 发生率中位值高达60%[2]。寻找有效预防急性高原病的药物始终是高原医学领域关注的重点。目前国际上公认的预防急性高原病的首选药物是乙酰唑胺, 它是一种碳酸酐酶抑制剂, 通过抑制碳酸酐酶作用, 促进HCO3-的排出, 增加脑脊液中的H+浓度, 以对抗因过度通气产生的呼吸性碱中毒, 促使呼吸中枢兴奋, 增加通气量, 同时乙酰唑胺抑制脑脊液的生成[3-4]。虽然, 乙酰唑胺对急性高原病有显著的预防效果, 但由于服用后, 部分人员发生手足发麻、嗜睡、多尿、口渴、耳鸣和胃肠道不适等不良反应, 目前在国内很少使用[4-5]。
醋甲唑胺(Methazolamide, MTZ)目前主要用于原发性开角型青光眼、闭角型青光眼及某些继发性青光眼, 以及局部用抗青光眼药后眼压控制不理想患者的辅助治疗[6]。MTZ的化学结构与乙酰唑胺类似, 药理作用及作用机制也与乙酰唑胺类似, 但其对碳酸酐酶的抑制作用比乙酰唑胺强60%, 且不良反应较乙酰唑胺明显较少[7]。本研究旨在探讨MTZ在预防急性高原病发生中的作用。
1 材料与方法 1.1 研究对象 1.1.1 实验动物6~7周龄清洁级雄性昆明小鼠108只, 由第三军医大学实验动物中心提供, 实验动物使用许可证号:SYXK2012-0030。
1.1.2 志愿者世居平原的青年男性96名, 年龄17~24岁, 均为首次进入高原。本试验方案经过第三军医大学伦理委员会审核通过, 志愿者在上高原前体检确认健康状况, 并签署知情同意书。
1.2 药品尼目克司片(MTZ, 25 mg/片):杭州澳医宝灵药业有限公司(批号:090202)。安慰剂片:杭州澳医宝灵药业有限公司。亚硝酸钠、盐酸异丙肾上腺素:上海禾丰制药有限公司。
1.3 方法 1.3.1 密闭缺氧实验取50只成年雄性小鼠随机分为5组(n=10):对照组、MTZ(50、100、200、400 mg/kg)组。MTZ组分别以灌胃的方式给予含0.5%、1%、2%和4% MTZ的生理盐水溶液, 对照组给予相同体积的生理盐水, 每只小鼠按每10 g体质量给药0.1 mL。给药后2 h, 将各组小鼠分别放入盛有5 g钠石灰的125 mL规格的广口瓶中, 每瓶1只, 用凡士林密封瓶口, 以最后一次呼吸为指标, 记录死亡时间, 并计算标准耐受时间(T, min/100 mL):T= T1/(V-BW/0.94)×100%。式中T1为死亡时间(min), V为广口瓶容积(mL), BW为小鼠体质量(g)。
1.3.2 亚硝酸钠中毒实验取20只小鼠随机分为给药组和对照组(n=10)。给药组以灌胃的方式给予MTZ (200 mg/kg), 对照组给予相同体积的生理盐水, 每只小鼠按每10 g体质量给药0.1 mL。给药后2 h, 各组腹腔注射2 %亚硝酸钠(0.2 mL/10 g), 记录小鼠的存活时间。
1.3.3 心肌缺氧实验取20只小鼠随机分为给药组和对照组, 每组10只。给药方式同1.3.2。给药后2 h, 腹腔注射盐酸异丙肾上腺素(15 mg/kg), 15 min后分别放入盛有5 g钠石灰的125 mL规格广口瓶中, 每瓶1只, 用凡士林密封瓶口, 以最后一次呼吸为指标, 记录死亡时间, 并计算标准耐受时间。
1.3.4 大脑缺血缺氧实验取18只小鼠随机分为给药组和对照组(n=9)。给药方式同1.3.2。给药后2 h, 用剪刀在小鼠双耳连线处快速断头, 记录小鼠断头后张口动作持续时间。
1.3.5 临床效果观察志愿者纳入标准:①世居平原地区; ②17岁以上; ③汉族。排除标准:①近2年内有2 500 m以上高原暴露史; ②心血管系统疾病(心肌病、冠心病、心脏瓣膜病); ③呼吸系统疾病; ④神经、精神系统疾病; ⑤近期使用解热镇痛药与激素。通过上述标准, 共招募志愿者96名, 采用单盲对照试验设计, 将96名志愿者分为MTZ组(29人)和安慰对照组(67人)。两组均于出发前2 d开始服药, 每次1片(25 mg), 每日2次, 连续给药6 d。均于第3天乘汽车从海拔1 400 m快速进入海拔4 200 m(途中第1天住宿3 960 m处, 第2天住宿4 220 m处, 第3天住宿4 460 m处, 第4天抵达目的地4 200 m)。于进入高原第1天开始, 每晚9点检测心率(HR)和血氧饱和度(SaO2), 并观察记录急性高原反应症状评分, 依照国家军用标准GJB1098-91《急性高原反应的诊断和处理原则》计算急性高原病发病率。
1.4 统计学处理采用SPSS 19.0统计软件, 计量资料运用Kolmogorov-Smirnov test检测数据是否符合正态分布, 满足正态分布以x±s表示, 否则采用M(Q)表示。组间差异的比较, 符合正态分布的采用t检验、单因素方差分析或重复测量资料的方差分析, 不符合的采用非参数Wilcoxon秩和检验。计数资料用率描述, 组间差异的比较采用Fisher精确概率法。
2 结果 2.1 MTZ对小鼠密闭缺氧标准耐受时间的影响MTZ 400、200、100 mg/kg组的小鼠密闭缺氧状态下的耐受时间均显著高于对照组[25.01(2.40)、21.11(4.64)、16.39(5.14)vs 14.62(3.62)min/100 mL, P < 0.05];50 mg/kg组较对照组差异无统计学意义[14.82(2.64)min/100 mL vs 14.62(3.62)min/100 mL, P>0.05];400、200 mg/kg组的小鼠密闭缺氧状态下的标准耐受时间均显著高于100、50 mg/kg组[25.01(2.40)、21.11(4.64)min/100 mL vs 16.39(5.14)、14.82(2.64)min/100 mL, P < 0.01];400 mg/kg组与200 mg/kg组之间差异无统计学意义[25.01(2.40)min/100 mL vs 21.11(4.64)min/100 mL, P>0.05]。
2.2 MTZ对小鼠亚硝酸钠中毒、心肌缺氧存活时间及断头后张口动作持续时间的影响MTZ 200 mg/kg组小鼠亚硝酸钠中毒后的存活时间与对照组比较差异无统计学意义[(10.39±1.72)min vs (10.65±1.19)min, P>0.05];而200 mg/kg的MTZ可以显著延长小鼠心肌缺氧标准耐受时间[(13.08± 1.35)min/100 mL vs (8.30±0.94)min/100 mL, P < 0.01]和断头处死后张口动作持续时间[(43.22±8.23)s vs (20.44±2.60)s, P < 0.01]。
2.3 MTZ对急性高原病发病率的影响两组志愿者的年龄、体质量和身高没有统计学差异(表 1), 在进入海拔3 960~4 460 m高原地区后的急性高原病发病率如表 2, 在进入高原第3天, MTZ组的急性高原病发病率显著低于安慰剂组(P < 0.05)。
| 组别 | n | 年龄(岁) | 体质量(kg) | 身高(cm) |
| 安慰剂组 | 67 | 19.0(1.0) | 62.3(7.6) | 172.0(5.0) |
| MTZ组 | 29 | 20.0(3.0) | 65.80(8.5) | 173.0(4.5) |
| 组别 | n | 3 960 m (第1天) |
4 220 m (第2天) |
4 460 m (第3天) |
4 200 m (第4天) |
| 安慰剂组 | 67 | 1(1.49) | 7(10.45) | 13(19.40) | 4(5.97) |
| MTZ组 | 29 | 1(3.45) | 1(3.45) | 1(3.45)a | 0a |
| a:P < 0.05, 与安慰剂组比较 | |||||
2.4 MTZ对受试者SaO2和HR的影响
进入高原第1天至第4天MTZ组的SaO2均显著高于安慰剂组(P < 0.01);在进入高原的第2天至第4天MTZ组的HR显著低于安慰剂组(P < 0.05, 表 3)。
| 组别 | n | SaO2(%) | HR(/min) | |||||||
| 3 960 m (第1天) |
4 220 m (第2天) |
4 460 m (第3天) |
4 200 m (第4天) |
3 960 m (第1天) |
4 220 m (第2天) |
4 460 m (第3天) |
4 200 m (第4天) |
|||
| 安慰剂组 | 67 | 87(3) | 86(5) | 85(4) | 86(4) | 84(9) | 90(14) | 100(17) | 102(22) | |
| MTZ组 | 29 | 90(2)b | 88(3)b | 87(3.5)b | 89(2.5)b | 80(14.5) | 80(16.5)b | 90(21.5)a | 90(23)b | |
| a:P < 0.05, b:P < 0.01, 与安慰剂组比较 | ||||||||||
3 讨论
急性高原病是危害急进高原人群健康的常见疾病, 严重时可发展为高原脑水肿, 危及生命。乙酰唑胺是目前国际上公认预防急性高原病的药物, 但由于其可引起四肢及面部麻木感、嗜睡、多尿、口渴、耳鸣和胃肠道不适等, 甚至导致肾衰等不良反应, 限制其广泛使用[5]。积极研究寻找新的高效、安全的预防急性高原病的药物是当前高原医学研究的重点之一。
本研究首次发现MTZ对小鼠的耐缺氧能力有显著的增强作用。实验结果表明, MTZ 400、200、100 mg/kg组的小鼠密闭缺氧死亡标准耐受时间均显著高于对照组, 标准耐受时间分别比对照组增加了71.53%、53.61%和14.12%。表明MTZ可显著增强小鼠耐受乏氧性缺氧的能力, 其机制可能与增加组织用氧能力或降低组织氧耗量有关。
亚硝酸钠可使血红蛋白的Fe2+氧化成Fe3+, 即高铁血红蛋白, 失去携氧能力, 并抑制氧的释放, 从而导致组织性缺氧。本研究发现MTZ小鼠亚硝酸钠中毒后存活时间与对照组相比无显著性差异, 提示MTZ的抗缺氧作用环节并不在于改善机体血氧运输效率, 或并不能显著抑制亚硝酸钠的强氧化作用。
研究显示, 凡能使脑耗氧降低的药物, 均能延长小鼠喘气时间。而我们的研究结果显示, MTZ可显著延长小鼠断头处死后张口动作持续时间(P < 0.05)。表明MTZ有显著的脑缺血保护作用。提示其能降低组织耗氧, 提高物质代谢和能量代谢, 表现出抗脑缺氧作用。同时, 本研究还发现, MTZ小鼠注射异丙肾上腺素后密闭缺氧标准耐受时间也显著高于对照组, 提示醋甲唑胺也可改善心肌缺氧, 对心肌缺血缺氧也具有保护作用。提示其除了可显著增强小鼠的耐缺氧能力外, 也可能适用于缺血及缺氧性心、脑血管疾病的预防和辅助治疗。
进一步在高原现场进行了MTZ作用的人群观察及症状评分, 依照国家军用标准GJB1098-91《急性高原反应的诊断和处理原则》计算急性高原病发病率。结果显示, 对照组人群急性高原病的发病率随海拔升高而逐渐升高, 而口服MTZ(25 mg, 2次/d)组持续保持较低的发病率, 并不随海拔升高而增加。提示MTZ可显著降低急进高海拔地区人群的急性高原病发病率。从症状评分来看, MTZ主要改善急进高原人群的头痛、头晕等症状, 从而显著降低急性高原病的发病率。其机制可能与MTZ抑制碳酸酐酶作用有关, 碳酸酐酶被抑制后, 二氧化碳与水结合生成碳酸增加, 从而可增加脑血流量, 并减少脑脊液的产生, 有效缓解头痛、头晕等症状。同时, MTZ可使机体代谢偏酸性, 以对抗因过度呼吸产生的碱血症[8-9]; 另有文献报道, 在大鼠高原脑水肿模型中, MTZ可以显著降低血脑屏障渗透性及脑含水量, 提高大鼠的呼吸率和血氧饱和度, 激活抗氧化应激原件-Nrf2的活性, 抵抗缺氧诱导的氧化应激损伤, 缓解机体缺氧[10]。
同时, 我们也监测了急进高原人群的血氧饱和度和心率等指标, 结果显示, MTZ可显著提高受试者的血氧饱和度, 并显著降低其心率(P < 0.05), 提示MTZ可能通过增加血红蛋白与氧的结合能力的携氧能力, 从而增加受试者的血氧饱和度以对抗缺氧。心率降低可显著降低心肌耗氧量, 从而改善受试者心慌、胸闷等症状, 降低急性高原病的发病率。
总之, MTZ可显著提高小鼠的耐缺氧能力, 同时也可显著降低急进高原人群的急性高原病发病率, 且服用MTZ组的志愿者未观察到手足麻木、嗜睡和胃肠不适的不良反应, 与高正华等[11], TEPPEMA等[12]报道的MTZ的副作用少的结果基本相符, 提示可以用于急性高原病的预防。
| [1] |
高钰琪. 高原军事医学[M]. 重庆: 重庆出版社, 2005: 250-276.
GAO Y Q. High altitude military medicine[M]. Chongqing: Chongqing Publishing House, 2005: 250-276. |
| [2] | WAEBER B, KAYSER B, DUMONT L, et al. Impact of study design on reported incidences of acute mountain sickness:a systematic review[J]. High Alt Med Biol, 2015, 16(3): 204–215. DOI:10.1089/ham.2015.0022 |
| [3] |
陈春晖, 王强, 王志峰, 等. 乙酰唑胺对小鼠缺氧耐受的影响和机制研究[J].
广西医科大学学报, 2007, 24(6): 880–881.
C H, WANG Q, WANG Z F, et al. The effect of acetazolamide in hypoxia tolerance of mice[J]. J Guangxi Med Univ, 2007, 24(6): 880–881. DOI:10.3969/j.issn.1005-930X.2007.06.023 |
| [4] |
邹小仓, 罗勇军, 陈祖林. 乙酰唑胺防治高原病研究进展[J].
人民军医, 2015, 58(4): 450–451.
ZOU X C, LUO Y J, CHEN Z L. Research progress on prevention and treatment of high altitude illness with acetazolamide[J]. People's Mil Surgeon, 2015, 58(4): 450–451. |
| [5] |
马慧萍, 贾正平. 乙酰唑胺预防急性高原病的研究进展[J].
解放军药学学报, 2010, 26(3): 262–264.
H P, JIA Z P. Progress in the research of acetazolamide in preventing acute high altitude sickness[J]. Pham J Chin PLA, 2010, 26(3): 262–264. DOI:10.3969/j.issn.1008-9926.2010.03.025 |
| [6] |
赵淑云. 醋甲唑胺片联合手术治疗新生血管性青光眼的临床疗效[J].
中国药物经济学, 2015(12): 98–99.
ZHAO S Y. The clinical efficacy of acetazolamide tablet combined with surgical treatment for neonatal vascular glaucoma[J]. China J Pharmaceut Econom, 2015(12): 98–99. |
| [7] |
张娟红, 王荣, 谢华, 等. 高原环境对醋甲唑胺在大鼠体内药代动力学的影响[J].
解放军药学学报, 2013, 29(4): 318–320, 327.
ZHANG J H, WANG R, XIE H, et al. Pharmacokinetics of methazolamide in rats at high altitude[J]. Pham J Chin PLA, 2013, 29(4): 318–320, 327. DOI:10.3969/j.issn.1008-9926.2013.04.011 |
| [8] |
金新安, 陈伟, 马壮, 等. 醋甲唑胺负荷MR灌注成像对糖尿病患者脑血管储备功能的初步研究[J].
临床放射学杂志, 2014, 33(3): 339–342.
JIN X A, CHEN W, MA Z, et al. The preliminary study of cerebrovascular reserve of patients with diabetes by combining mr perfusion weighted imaging with an methazolamide challenge[J]. J Clin Radiol, 2014, 33(3): 339–342. |
| [9] | SWENSON E R. Carbonic anhydrase inhibitors and high altitude illnesses[J]. Subcell Biochem, 2014, 75: 361–386. DOI:10.1007/978-94-007-7359-2_18 |
| [10] | LISK C, MCCORD J, BOSE S, et al. Nrf2 activation:a potential strategy for the prevention of acutemountain sickness[J]. Free Radic Biol Med, 2013, 63: 264–273. DOI:10.1016/j.freeradbiomed.2013.05.024 |
| [11] |
高正华, 沈艺, 姜节. 醋甲唑胺与乙酰唑胺的降眼压疗效比较及其临床意义探讨[J].
中国药业, 1999, 8(2): 46–47.
GAO Z H, SHEN Y, JIANG J. Investigation into the effectiveness of acetazolamide on intraocular pressure reduction and its clinical significance[J]. Chin Pham, 1999, 8(2): 46–47. |
| [12] | TEPPEMA L J, BIJL H, MOUSAVI GOURABI B, et al. The carbonic anhydrase inhibitors methazolamide and acetazolamide have different effects on the hypoxic ventilatory response in the anaesthetized cat[J]. J Physiol (Lond), 2006, 574(Pt 2): 565–572. DOI:10.1113/jphysiol.2006.110528 |