8.12.5.3 toksyczność tlenu w płucach
toksyczność tlenu jest dobrze rozpoznawalną jednostką kliniczną u ludzi (Gould et al. 1972; Kapanci et al. 1972). Badania kinetyczne komórek nad wpływem toksyczności tlenu u zwierząt dały nam trzy potencjalnie ważne obserwacje: (1) ogólny wzór naprawy w płucach po rozproszonym uszkodzeniu pęcherzyków płucnych, (2) krytyczna rola nabłonka płucnego w prawidłowej naprawie tkanek i (3) wskazanie potencjalnie ważnych różnic gatunkowych.,
narażenie zwierząt w ciągu kilku dni na hiperoksję (95-100% tlenu w powietrzu) prowadzi do rozległych, rozproszonych uszkodzeń pęcherzyków płucnych. Wczesna obserwacja dokonana w badaniu wpływu hiperoksji na strukturę płuc odnosiła się do cytotoksycznego działania tlenu (Evans et al. 1969). Zauważono, że tlen jest zdolny do tłumienia podziału komórek w płucach. Wskaźniki znakowania uległy znacznemu zmniejszeniu w populacji komórek nabłonkowych i śródbłonkowych typu II., Jednak, kiedy zwierzęta były narażone na subletalne stężenia tlenu najpierw, a następnie pozwolono odzyskać w powietrzu, analiza kinetyki komórek płuc wykazała wyraźny wzór naprawy (Adamson and Bowden 1974; Bowden and Adamson 1974). Począwszy od 2-3 dni po usunięciu myszy ze środowiska nadtlenkowego, całkowita liczba dzielących się komórek w miąższu pęcherzykowym wzrosła dramatycznie., Identyfikacja oznaczonych komórek wykazała, że początkowy wybuch aktywności proliferacyjnej nastąpił w populacji komórek nabłonkowych pęcherzyka płucnego typu II, a następnie około 24 godziny później nastąpił proliferacyjny wybuch komórek śródbłonka kapilarnego. Ten wzór uszkodzenia komórek i sekwencyjnych procesów naprawczych stał się ważnym paradygmatem dla zdarzeń komórkowych po rozproszonych uszkodzeń pęcherzyków płucnych spowodowanych przez kilka innych toksycznych inhalatorów lub środków przenoszonych przez krew, takich jak Bht (Adamson et al. 1977), chlorek kadmu (CdCl2) (Martin and Witschi 1985), 3-metylofuran (3-MF) (Haschek et al., 1984) i methylcyclopentadienyl mangan tricarbonyl (MMT) (Hakkinen and Haschek 1982). Należy dodać, że we wszystkich tych eksperymentach naprawa nabłonka pęcherzykowego nastąpiła dopiero wtedy, gdy zwierzęta nie były już narażone na działanie środka toksycznego i dano im możliwość odzyskania w powietrzu.
niekorzystny wpływ tlenu na podział komórek w płucach został dokładniej zbadany w kilku późniejszych badaniach, w których wykorzystano odpowiednie modele eksperymentalne., Witschi i Cote (1977) wywnioskowali z biochemicznych pomiarów syntezy DNA w płucach myszy leczonych BHT, że dzielenie, W przeciwieństwie do odpoczynku, komórek nabłonkowych typu II może być szczególnie podatne na toksyczność tlenu. Zostało to potwierdzone bezpośrednio przez znalezienie zmniejszonych wskaźników znakowania komórek typu II, gdy płuca z aktywnie proliferującymi populacjami komórek typu II były poddawane hiperoksji (Hackney et al. 1981; Haschek et al. 1983)., Ponadto stwierdzono, że w płucach uszkodzonych przez środek wziewny lub środek przenoszony przez krew i narażonych na działanie środowiska nadtlenowego, tlen może zakłócać dalszą proliferację komórek nabłonkowych (Hackney et al. 1981; Haschek et al. 1983). Oczywiście, uszkodzone płuco jest bardziej wrażliwe na tlen niż normalne płuco, potencjalnie ważne czynnikiem dla ludzkiej tlenoterapii. Niestety, relacje między urazem, stadium procesu chorobowego i stężenia tlenu w powietrzu są złożone (Witschi et al. 1981).,
jednym ze szczególnie ważnych wyników interferencji z proliferacją komórek nabłonkowych po rozlanym uszkodzeniu wyrostka zębodołowego jest rozwój zmian włóknistych w całym płucu (Haschek and Witschi 1979), które mogą utrzymywać się do 1 roku i dłużej (Haschek et al. 1982; Witschi et al. 1980). Wydaje się, że interakcja między nienaruszonym nabłonkiem pęcherzykowym a podstawową populacją fibroblastów jest kluczowym elementem w kontrolowaniu rozwoju zmian włóknistych (Adamson and Bowden 1976; Adamson et al. 1990; Brody et al. 1981)., Dlaczego komórki pęcherzykowe typu II są szczególnie podatne na tlen pozostaje niejasne. Możliwym mechanizmem działania toksycznego tlenu w dzielących się komórkach może być opóźnienie mitotyczne, to znaczy przedłużenie fazy G2 cyklu komórkowego i znaczne zmniejszenie ogólnej frakcji wzrostu (Margaretten and Witschi 1988).
inny wzór proliferacji komórek rozwija się w płucach, które są stale narażone na nieletalne stężenia tlenu., W atmosferze 65-70% tlenu skumulowane wskaźniki znakowania w płucach myszy mierzone w ciągu pierwszych 4 tygodni były 4-8 razy wyższe niż w grupach kontrolnych. Indeksy etykiet spadły wówczas do około dwukrotności wartości kontrolnej. Możliwe, że odzwierciedla to adaptację, podobną do tej obserwowanej u zwierząt narażonych chronicznie na działanie ozonu. W przewodzących drogach oddechowych wzór był inny. Skumulowane wskaźniki etykietowania pozostawały około 25 razy wyższe niż w kontrolach przez cały czas ekspozycji, co sugeruje stale wysoki obrót., Gdy tylko zwierzęta zostały usunięte z tlenu do powietrza, wskaźniki etykietowania zarówno w strefie pęcherzykowej i w drogach oddechowych zmniejszyły się niemal natychmiast do wartości kontrolnych (Lindenschmidt et al. 1986a, b).
Analiza wzorca proliferacji komórek po urazie płuc wywołanym tlenem ujawnia, że różne gatunki mogą reagować w znacznie różny sposób na ten sam toksyczny środek wziewny., Po raz pierwszy zaobserwowali Crapo i Tierney (1974), że szczury mogą być tolerowane do 100% tlenu przez wstępną obróbkę z 85% stężeniami tlenu, podczas gdy myszy i chomiki zwykle nie rozwijają tolerancji, jeśli wstępnie prześwietlone do niskich poziomów tlenu. Sugeruje to, że reakcja szczurów może być unikalna. Aby zbadać tę możliwość, cztery gatunki, szczury, myszy, chomiki i marmozety, były narażone na 100% tlenu przez 48 godzin., Analiza wzorca replikacji komórek po usunięciu zwierząt z tlenu wykazała znaczące różnice między szczurami z jednej strony a myszami, chomikami i marmozetami z drugiej strony (Tryka and Witschi 1991; Tryka et al. 1986). Badania znakowania komórek wykazały, że u szczurów główną populacją komórek, która regeneruje się po uszkodzeniu tlenu, była populacja komórek śródbłonka kapilarnego. Zgadza się to z obserwacją, że uszkodzenie komórek śródbłonka jest istotną cechą toksycznego tlenu płucnego u szczurów (Crapo et al. 1980)., Jak oceniano na podstawie ogólnego zakresu zmian, szczury były również najbardziej wrażliwymi na tlen gatunkami. U myszy, chomików i marmozet większość komórek zawierających tymidynę była głównie komórkami nabłonkowymi typu II (Tryka and Witschi 1991; Tryka et al. 1986). Toksyczność tlenu u ludzi charakteryzuje się rozległym początkowym uszkodzeniem populacji komórek pęcherzykowych typu II, a następnie proliferacją tej populacji komórek z pewną naprawą uszkodzonego nabłonka (Bachofen and Weibel 1977; Gould et al. 1972)., Obserwacje sugerowały, że naprawa do urazu może być specyficzna dla gatunku i że mysz może stanowić dobry model do badania toksyczności tlenu u ludzi.