FeNO测定的意义.doc

作者单位: 530027南宁,广西医科大学附属第一医院呼吸内科呼出气中一氧化氮的测定和意义苏 红 柳广南 钟小宁 陈一强一氧化氮(NO)是目前研究最为广泛的呼出气标志物,有关哮喘呼出气中NO异常已有相当多的文献报道.1呼出气中NO的来源1. 1 NO合酶(NOS) 内源性NO是通过NO合酶NOS作用于底物L2精氨酸而成.NOS最少有3种不同的同工酶,其中2种为结构性同工酶,常被细胞内轻微的钙离子浓度升高而激活,神经性NOS(nNOS)主要位于神经系统,内皮细胞NOS(eNOS)则位于内皮细胞,另一种则为诱导型NOS(iNOS).iNOS活性较高,不受钙离子浓度的影响,它可被炎症时所产生的白介素,内皮素和病毒性感染所诱导,在炎症性疾病时表达增强.1. 2 NO来源1. 2. 1源于气道 源于气道上皮细胞NOS :对猪的研究表明,呼出气中NO来源于肺泡表面,而不是肺循环,可能是由肺泡表面的NO3所合成.豚鼠灌入游离钙离子后,豚鼠呼出气的NO明显减少,提示其呼出气的NO是由结构型NOS合成,而且依赖钙离子.气道的上皮细胞可以表达eNOS和nNOS.因此,下呼吸道的NO亦可能有部分由它们所合成,但亦有研究表明,正常人气道的上皮细胞也能表达iNOS ,而在健康小鼠,iNOS则是NO合成的一种重要同工酶.非酶合成的NO : NOS不是呼出气NO的唯一来源,因此不能用呼出气中NO水平来判断下呼吸道NOS活性.NO能与含有硫醇类分子物质如半胱氨酸和谷氨酸反应,形成S2亚硝基蛋白和S2硝基硫醇,约70 %90 %的NO来源于S2硫醇 1 ,因此机体组织的NO大部分由此而来.硫醇在机体内对NO的分离,释放和传递起重要的作用.NO也可从亚硝基质子化形成亚硝酸过程中产生,这种与p H值相关的形成NO的途径常见于哮喘急性发作时,这时哮喘患者呼出气中冷凝物的p H值下降.1. 2. 2解剖来源 人体的整个气管都可合成NO ,通气管道合成的NO和肺泡所产生的NO混合在一起形成了可测定到的呼出气NO浓度.来自上呼吸道(2001000ppb)和鼻窦(10003000ppb)的NO水平是下呼吸道的100倍以上 2 .多个因素影响到鼻窦NO水平,在鼻窦的血管周围密布具有NOS免疫活性的神经纤维,不过,在鼻粘膜源于血管的NO不是主要来源,对于具有强大血管收缩功能的神经肽Y ,可以使血流减少37 % ,但却只能使NO减少7 %.一些研究表明,在鼻粘膜存在着结构型iNOS表达和N F2B因子的转录.通过纤支镜在气管,主支气管取样测到的NO水平与在口腔测到的相同,亦提示呼出气的NO来源于下呼吸道.由此可见,呼出气中NO最可能来源于上皮细胞而非内皮细胞,最可能来源气道而非肺泡.2 NO的测定呼出气气流,软腭的低垂和死腔通气都会影响呼出气的NO水平.因此,呼出气NO通常是在对着一障碍物作单口呼气时测定,以防止混有鼻腔的NO成分.然而,这种方法不适合儿童,因为儿童不能保持呼气的状态.最近,单口气测定呼出气NO已经成功在新生儿施行,它是通过将一探针的头部置于下咽部来测定呼出气中NO水平.最通常的鼻气流中NO是使用化学发光分析仪从一侧鼻孔取气体样来测定.3肺部疾病呼出气中NO水平3. 1支气管哮喘 广泛的研究证实哮喘患者呼出气中NO水平增高,增高的NO可能主要由下呼吸道的上皮细胞和炎症细胞的iNOS所合成.然而nNOS基因多态性已证实其与呼出气的NO水平密切相关,因此nNOS亦可能参与哮喘患者呼出气NO的合成.3. 1. 1诊断与流行病学 最近,有报道通过测定呼出气中NO水平对有或无呼吸症状的健康人和哮喘患者进行鉴别 3 ,发现如以NO 15ppb作为诊断哮喘的预测值,其特异性为90 % ,阳性率为95 %.呼出气和鼻腔中NO水平的测定亦可用于辨别哮喘患者是否为过敏因素所致,因为非过敏因素所致者的呼出气NO水平正常 4 .轻度哮喘患者呼出气中16国外医学呼吸系统分册2005年第25卷第1期Sect Respir Sys Foreign Med Sci ,J an 2005 ,Vol . 25 . No . 1NO水平与皮肤过敏试验记分,总IgE和血嗜酸粒细胞密切相关.对于无症状的哮喘患者,其鼻腔内NO水平亦与过敏皮试的直径大小相关.因此,呼出气中NO水平可提示亚临床状态患者气道炎症的程度.那些无症状的青少年哮喘患者,可通过测定呼出气中NO水平来反映其亚临床气道炎症,同时通过使用可的松治疗以预防其发展成有明显症状的哮喘患者.通过收集人群中呼出气中NO作成数据库,以用于流行病学的研究.对高危人群作气道激发试验(PC20)时,同时测定呼出气中NO水平,结合两者的结果会提高过敏性哮喘诊断的特异性.最近,挪威的一项对8000例青少年哮喘调查研究中,证实了测定呼出气和鼻腔中NO这项无创性技术在大样本人群研究的有效性和有用的价值 5 .3. 1. 2变应性反应和炎前物质接触 有过敏性哮喘的成人和儿童患者呼出气NO水平显著高于非过敏性哮喘者,这与其接触过敏原如草花粉季节和室内过敏原后所致的迟发性过敏反应有关.对室尘过敏者,其风团大小与呼出气和鼻腔的NO水平密切相关 6 .呼出气中NO水平亦可作为评价个体是否处于空气污染的地区的生物标志,这是由于即使是正常人暴露在空气污染的环境,其呼出气中的NO水平也增高,这可反映出对臭氧和二氧化氮所出现的气道炎症反应.3. 1. 3哮喘监测 呼出气中NO测定已用于监测哮喘患者抗炎治疗的疗效和哮喘的病情恶化,包括自发性或因为激素减量所致的情况,目前缺乏一系列长期的将呼出气NO和其它痰中炎症标志物,呼出气中冷凝物,肺功能和症状结合在一起的研究.呼出气中NO可作为”快速反应”的标志物,对激素治疗极为敏感.当用激素雾化治疗后6小时或于吸入激素治疗后23天,呼出气NO就明显降低,24周达最大效果 7 .已证实在轻度哮喘患者使用小剂量激素治疗后,其呼出气中NO水平呈剂量依赖性下降,症状也随之改善,但痰中嗜酸粒细胞要使用较大剂量的激素治疗才获得同样效果.这提示呼出气中NO对激素治疗过于敏感以致很难判断气道炎症是否得到适当控制.使用激素治疗后的中度哮喘发作患者,其呼出气的NO水平正常,但重度哮喘患者即使是口服了激素,其呼出气的NO仍然增高,因此,应该建立NO的个人数据和对其进行检测,以便当此值高于或低于某一参考值时,指导激素治疗剂量是应该减少或增加.由于呼出气中NO常于其他参数如肺功能和嗜酸粒细胞发生明显改变之前就出现增高,因此可作为哮喘失控的早期警告指标.研究证实,在激素减量治疗后2周和4周,患者呼出气中NO水平就会分别增高40 %和100 % ,在NO增高的同时,会伴有肺功能的恶化和症状的出现.尽管痰中嗜酸粒细胞高于一定基础值时可作为预告哮喘病情恶化的很好指标,但其变化过于缓慢.3. 1. 4疾病的严重性和控制程度 出现症状的患儿呼出气中NO水平大部分高于无症状者的3倍以上,哮喘发作时成人和儿童的NO水平会更高.实际上,急性重度发作患儿的呼出气中NO水平常高于严重度稍轻者的2倍以上,亦高于第一次出现喘息者的4倍以上.对于急性发作的儿童,当用激素治疗5天时,呼出气的NO水平下降65 %时,其临床症状和FEV1都会得到改善.因此,呼出气中NO水平已成为一种较血清阳离子蛋白和可溶性白介素22受体更为敏感的标志物 8 .呼出气较高浓度的NO与哮喘的症状和难治性重度哮喘的22受体兴奋剂使用密切相关.口服激素治疗但又存在不同程度的激素拮抗者,其呼出气中NO增高.因此,呼出气中的NO水平可用于监测患者是否有激素拮抗.最近的研究表明,呼出气中NO水平明显与哮喘控制的标志如症状,呼吸困难分数,日常是否需要紧急用药和气道阻塞的可逆性等相关,但与哮喘的严重性标志如呼吸衰竭史,健康护理和不可逆的气道阻塞无关 9 .因此,呼出气中NO水平最有可能用于评估哮喘的控制程度,而不是用于哮喘严重性的评估.3. 2 COPD稳定期COPD和慢性支气管炎患者呼出气中NO水平显著低于吸烟或不吸烟哮喘患者,与正常人无区别 10 .患者呼出气中NO水平的下降是由吸烟所造成,后者通过下调eNOS的表达从而减少呼出气中NO水平.这可能是导致吸烟者容易患肺心疾病的主要原因.除了吸烟对人体的作用之外COPD患者低水平的呼出气NO反映其较哮喘患者有更为严重的外周炎症反应,同时,iNOS的低水平表达和氧化应激的增加会在过氧化亚硝酸盐形成过程中消耗NO.非稳定期COPD患者呼出气中NO水平显著高于吸烟的稳定期COPD或以前吸烟COPD者,考虑这主要是由于中性粒细胞介导的炎症反应增强或者是氧化/抗氧化失平衡所致,嗜酸粒细胞能表达NOS2和合成NO ,在COPD病情加重时会同时出26国外医学呼吸系统分册2005年第25卷第1期Sect Respir Sys Foreign Med Sci ,J an 2005 ,Vol . 25 . No . 1现,酸中毒时常与COPD病情恶化有关,亦能使NO的释放增加.肺动脉高压时有相反的情况,亦即COPD合并肺心病者其呼出气NO水平低下,考虑是由于其内皮细胞受损使NO的合成下降所致 11 .少部分COPD患者对激素治疗起反应,这些患者可能合并有支气管哮喘,因其痰中的嗜酸粒细胞所占的比例增高.这些患者呼出气中NO水平亦增高.因此,可以通过测定呼出气中NO水平来预测这些患者对可的松长期治疗反应情况.3. 3囊性肺纤维化(CF) CF患者呼出气中NO水平显著低于正常人 12 .CF患者呼出气中NO水平低下的原因可能有多个,首先,这些患者可能缺乏iNOS ,在正常人气道的上皮细胞和非CF小鼠iNOS持续表达,但在CF者则缺乏气道上皮细胞.中性粒细胞能增强正常人上皮细胞的iNOS表达,但CF者则无此作用,iNOS的低水平表达可能使呼出气和鼻腔中NO水平下降,其次,最近的研究证实,CF患者与nNOS基因重复多态性的长度密切相关,患者呼出气中NO水平之所以下降,是由于其两个等位基因存在更多数目的重复片段.此外,令人感兴趣的是CF患者常合并绿脓杆菌感染,这亦可能是其呼出气中NO水平低下的原因.3. 4支气管扩张 支气管扩张患者呼出气中NO水平增高,其增高的程度与病变的范围密切相关.哮喘患者常由于应用激素而使其呼出气中的NO水平不增高,这亦提示支气管扩张患者呼出气中NO水平可用于反映其下呼吸道的活动性炎症.患者呼出气中NO水平的增高是其iNOS表达增强所致.另一研究表明,稳定期支气管扩张患者呼出气NO水平与正常人的比较无显著差异.3. 5原发性纤毛功能障碍 原发性纤毛功能障碍(PCD)是遗传造成患者缺乏活动性纤毛,患者呼出气和鼻腔中NO水平显著低于正常人 13 ,这在其它疾病很少见.因此,测定呼出气中NO水平可作为诊断那些反复感染或由于死精所造成的男性不育的人群中PCD患者.NO在肺脏内起到杀菌的作用,同时对Na+,Cl-在鼻腔上皮细胞的运输以及纤毛的摆动都起重要作用.所以,缺乏NO就会使PCD患者容易反复肺部感染,用L2赖氨酸治疗可提升患者呼出气中NO水平,从而改善纤毛功能.3. 6鼻炎 上呼吸道的NO水平是下呼吸道的100倍以上,这主要是鼻旁窦iNOS的大量合成所致.正常人鼻腔的iNOS可被L2NAM E所抑制,从而引起鼻腔气道的高反应性,正常人鼻腔的上皮细胞及粘膜下腺体的eNOS免疫反应性强而iNOS的则弱,慢性鼻炎患者鼻粘膜的硝基酪氨酸免疫活性增高并与其症状的严重性密切相关.在有症状的过敏性鼻炎患者其粘膜的硝基酪氨酸免疫活性和鼻部NO水平增高,这些嗜酸细胞趋化因子可产生嗜酸粒细胞趋化作用.在狗鼻腔滴入L TB4可产生气道液体量和中性粒细胞募集的时间依赖性增加,使用L2NAM E可阻止上述现象的发生.最近已有报道提及过敏性鼻炎和慢性鼻炎患者鼻腔NO水平在使用可的松治疗后会下降,相似的结果在儿童过敏性鼻炎亦可见到.此外,过敏性鼻炎患者在没有空气污染的季节里其呼出气中NO水平显著增高 14 ,而在空气污染季节里增高更为显著.然而,由于过敏性鼻炎的鼻腔中NO水平的基础值较高,与哮喘和正常人比较无显著差异,因此测定鼻腔中NO水平对诊断鼻炎和监测其治疗效果的意义就没有哮喘的那么大.3. 7间质性肺疾病 系统性硬化病系统性硬化病会合并有肺动脉高压,其呼出气中的NO水平常低于正常人和那些没有合并肺动脉高压间质性肺部疾病者的水平,这可能是肺血管的eNOS表达减少所致,亦可能是肺血管的内皮细胞表面面积减少所致.纤维化肺泡炎:特发性肺纤维化中期急性炎症时,其巨噬细胞,中性粒细胞和肺泡上皮细胞的硝基酪氨酸和iNOS表达很强,患者呼出气NO水平会持续增高,增高的程度与病情的活动性密切相关,使用激素治疗后会使其NO水平下降 15 .结节病:结节病患者的细胞因子,包括2干扰素和2干扰素会增高,研究亦证实结节病患者气道上皮细胞的iNOS表达上调,且其呼出气中NO增高的幅度与疾病的活动度密切相关,使用激素治疗后则下降 16 .3. 8慢性咳嗽 各种气道炎症的呼出气NO水平并不一定增高,不是由哮喘所至的慢性咳嗽,包括胃食管反流所致者呼出气中NO水平常常低下,因此,测定呼出气中NO水平有助于鉴别慢性咳嗽是否由哮喘所引起 17 .3. 9肺癌 癌肿患者的上皮细胞内衬层液体的亚硝酸盐和呼出气中NO水平明显高于正常人,这与其肺泡巨噬细胞的iNOS表达增强有关,但肿瘤患者的NO水平增高并不具有特异性,导致其呼出气中NO水平增高可能与肿瘤的非特异性免疫和炎症机制有关 18 .3. 10肺移植排斥 监测内源性NO的释放对了解肺移植的情况很有价值.在移植期间,同种异型基因移植的肺其内源性NO减少,反映支气管上皮细胞可能存在功能失调,因此,由此可推断通过恢复NO的水平可能会改善手术的预后,移植后支气管炎36国外医学呼吸系统分册2005年第25卷第1期Sect Respir Sys Foreign Med Sci ,J an 2005 ,Vol . 25 . No . 1的进展是移植失败最常见的原因,常以广泛气管炎症和高浓度呼出气NO为特征,其呼出气NO水平常显著高于正常人或稳定期移植受者 19 .稳定期移植受者的NO水平与BAL的中性粒细胞浸润程度和气管上皮细胞中的iNOS表达的强度,广度有关,这表明连续测定呼出气中NO水平对诊断支气管炎或急性排斥反应有一定的帮助.3. 11急性呼吸窘迫综合征(ARDS) ARDS是一种与中性粒细胞在肺泡浸润有关的疾患,由内毒素所致的ARDS动物模型,其NO产物增多,但呼出气中NO水平降低,考虑这与相伴的氧化应激及超氧化物消耗NO所致 20 .呼出气中NO水平降低同时伴有肺动脉压力和肺泡2血管的氧分压增高和肺的顺应性的降低,提示呼出气中NO水平可作为成人作心肺分流术后肺损伤的标志物.3. 12弥漫性细支气管炎(DPB) DPB是一种病因不清,发生在呼吸性细支气管的慢性肺部炎症,反复的肺部感染最终导致粘膜纤毛的功能障碍,其呼出气中NO水平是降低 21 .气道内NOS活性的损害参与了其病理过程,NO水平的测定可作为一种非创伤性方法来诊断DPB.总之,测定呼出气中NO水平有助于哮喘的诊断,鉴别诊断以及疗效的评价,亦有助于哮喘亚临床状态的判断.参 考 文 献1 ThomasSR , Kharitonov SA ,Scott SF ,et al . Nasal and exhaled nit ricoxide is reduced in adultpatient s wit h cystic fibrosis and does notcorrelate wit h cystic fibrosisgenotype. Chest ,2000 ,117(11): 108521089 .2 L undbergJ O , Weitzberg E. Nasal nit ric oxide in man. Thorax ,1999 ,54(10):9472952 .3 DupontU ,Demedt s M G ,Verleden GM ,et al . 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