远程缺血预处理提高有氧性能加速区域氧化在急性低比重的缺氧暴露和改善心脏功能
锋钟
1
__,
花坪东
1
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于吴
1,
思敏周
1,
香港李
2,
裴黄
1,
Huaijun田
1,
李小徐
3,
亨肖
1,
杨天3,
库恩熊
3,
帮派张
3、4,中唐3,
耶鲁大学李
1,Xueying风扇1,曹元3、4,Jiaolin宁5,李越5,
嘉鑫谢
1*和
李鹏
1、3、4*- 1高空操作医学系,高海拔军事医学学院,军队医科大学(第三军医大学),中国重庆
- 2军队医科大学麻醉学,新桥医院(第三军医大学),中国重庆
- 3高海拔医学重点实验室、解放军、军队医科大学(第三军医大学),中国重庆
- 4极端环境医学重点实验室,教育部,中国军队医科大学(第三军医大学),中国重庆
- 5麻醉学、第一附属医院,军队医科大学(第三军医大学),中国重庆
远程缺血预处理(RIPC)可以提高运动性能。然而,RIPC有氧性能的影响和潜在的生理机制在低比重的缺氧(HH)接触仍然相对不确定。在这里,我们系统地评估潜在的性能优势和潜在机制的RIPC HH曝光。七十九名健康受试者随机分配接受虚假的干预或RIPC(4×5分钟闭塞180 mm Hg /再灌注0毫米汞柱,双边上臂)连续8天在阶段1中参与者(24)和第二阶段参与者(55)。在阶段1中,我们测量的变化(VO最大摄氧能力2max)和肌肉氧化(SmO2在渐进式锻炼测试)的腿。我们也测量区域脑氧化(rSO2)的额头。这些措施和生理变量,如心血管血流动力学参数和心率变异性指标,用来评价干预效果的RIPC HH照射造成身体机能的变化。在阶段2中,血浆蛋白质质谱分析当时RIPC干预后,执行和结果进一步评估使用ELISA测试来评估可能的机制。结果表明,RIPC干预改善签证官2马克斯(11.29%)和加速的最大(18.13%)和最小(53%)SmO的价值观2和我一起2(6.88%)相比,虚假干涉低比重的缺氧暴露。心血管血流动力学参数(SV、SVRI PPV %和SpMet %)和心率变异性指数(RR,意味着人力资源、RMSSD pNN50, Lfnu, Hfnu, SD1, SD2 / SD1 ApEn, SampEn, DFA1and DFA2)进行评估。蛋白质序列分析显示42不受监管的等离子体和6个表达下调的蛋白质RIPC组相比,虚假的组后HH曝光。三个蛋白质,胸腺素β4 (Tβ4),热休克蛋白70 (HSP70),和热休克蛋白- 90(一半),在等离子体显著改变前后RIPC集团的HH曝光。我们的数据表明,在急性HH曝光,RIPC减轻了签证官的下降2马克斯和地区氧化以及生理变量,如心血管血流动力学参数和心率变异性指标,通过影响等离子Tβ4,HSP70,一半。这些数据表明,RIPC可能有利于急性HH曝光。
1介绍
暴露在海拔2500米以上,人体将经历生理变化,如增加心率和呼吸率和血氧饱和度下降,和一些unacclimatized人也可能患有急性高山病由于缺氧(朱迪雷思能和马哈茂德,2009年;罗奇et al ., 2018)。大气压力逐渐降低发生随着高程增加,导致低比重的缺氧(HH) (月亮et al ., 2016 a;月亮et al ., 2016 b;公园et al ., 2022 b)。减少氧的分压(O2)最终将导致减少O2可用性。减少O2可用性威胁有氧代谢,维护一个可接受的有氧活动的空间是一个重大的挑战(Calbet et al ., 2016;麦克勒兰德,斯科特,2019)。减少有氧性能在HH曝光和高度的负面影响有氧性能容量将减少可用性2在肺肺泡或肌肉微脉管系统(查普曼et al ., 2013;Calbet et al ., 2016)。驯化可能弥补低可用性的O2通过调整生理交付和改善有氧性能(Calbet et al ., 2003)。因此,有必要开发时间和成本高效preacclimatization和/或调节策略来促进和/或加速高海拔适应环境的各种性能的目的。
提高啊2交付有助于减弱高度的不利影响。因此,许多研究已经致力于平衡之前或当达到高原缺氧的影响(布赫海特et al ., 2013;麦克勒兰德,斯科特,2019;Storz和斯科特,2019)。这些策略包括hypoxia-based preacclimatization策略,包括人工低比重的室曝光,间歇性低氧训练,逐步提升到高原(小米et al ., 2010;查普曼et al ., 2013;陆et al ., 2020)。然而,相关的时间和财务成本使这些策略困难或不可能实现对一些人来说,如军事人员或与有限的时间旅行者。
远程缺血预处理(RIPC)是一种方便的外周血流间歇闭塞和再灌注策略来防止后续事件的相似或更大的缺血和缺氧压力(聪聪et al ., 1986;Ekeloef et al ., 2019;皮尔斯et al ., 2021)。这种方法可以提高O的交付2(摩西et al ., 2005),促进更高的肌肉啊2利用率(Paradis-Deschenes et al ., 2016)改变了脱氧作用提高性能(巴博萨et al ., 2015;Kido et al ., 2015;田中et al ., 2016;理查德和Billaut, 2018年;Caru et al ., 2019)。此外,RIPC降低血压(Pryds et al ., 2017),改善心室功能、心输出量(本田et al ., 2019),引起心脏保护。更重要的是,保护可能来自plasma-derived体液中介(Michelsen et al ., 2012;Heusch et al ., 2015)。此外,RIPC有可能促进高海拔适应环境的改善有氧性能(Paradis-Deschenes et al ., 2018;da莫塔et al ., 2019)。然而,很少有研究对RIPC对有氧的影响表现在海拔约4000米或以上(利布金德et al ., 2015;Paradis-Deschenes et al ., 2018;Caru et al ., 2019;da莫塔et al ., 2019;•威金斯et al ., 2019),生理变量和潜在机制尚不清楚。
在这项研究中,我们调查的影响RIPC有氧性能相比,一个虚假的组。我们监控(VO最大摄氧能力2max)通过渐进式锻炼测试和肌肉氧化(SmO2)也同时测量,记录心血管血流动力学参数和心率变异性在HH曝光指数,并探讨底层机制。我们希望我们的发现将扩大目前的知识关于RIPC保护作用的机制。我们假设RIPC是更容易实现,成本效益的培训战略,可以促进和/或执行在一大群人中,加速高海拔适应环境。
2材料和方法
2.1参与者和研究设计
七十九名成年男性参与了这项研究。所有的参与者都有一个健康的身体和健康问卷在测试之前完成。排除标准包括1)在急性或慢性疾病(包括广泛性焦虑症、抑郁症、心血管、呼吸、运动和代谢疾病),2)有药物在前三个月,3)饮酒或吸烟习惯,4)拥有一个高海拔的经验(> 2500),5)已经进入了临床试验在3个月。所有参与者提供的书面知情同意后通知实验过程、潜在益处和风险。这项研究是医学伦理委员会批准的军队医科大学(伦理编号:2020-003-03),是按照道德原则进行的《赫尔辛基宣言》。从所有参与者获得书面知情同意。
79名参与者被分成两个阶段,第一阶段参与者(24)和第二阶段参与者(55),根据自己的选择。每个阶段随机分为两组,虚假的组和RIPC组。人体测量数据所示表1和招聘流程图所示图1。
表1。参与者的骗局和RIPC团体的特征。
图1。招聘流程图。
第一阶段(如所示图2),它是在低海拔(约400 m,重庆,中国),低比重的室(462毫米汞柱,4000,22±5°C,相对湿度40 - 45%)。第一天,生理变量和心率变异性指数稳定后测量。然后,签证官2麦克斯和SmO2测量时采取渐进式锻炼测试。此后,RIPC干预,一个有效的方法来防止急性高山病王et al ., 2021)和增强运动性能(葡京et al ., 2017;理查德和Billaut, 2018年),开始和执行持续了8天。第八天,最后RIPC干预后,生理变量测量下normoxia然后24参与者接受了从400 - 4000年的30分钟上坡路低比重的室。足够的休息(45分钟),后生理变量,心率变异性指数,签证官2麦克斯和SmO2测量,它持续了4.25 h。外周静脉血样收集后他们回到normoxia条件。
图2。原理图的RIPC干预和考试。RIPC:远程缺血预处理。
第二阶段(如所示图2),它是在低海拔(约400 m,重庆,中国)。55参与者执行RIPC干预持续了8天,外周静脉血样第八天提供。
2.2 RIPC协议
RIPC是由把一个血压袖带(Huayingtai医疗有限公司,深圳,中国)在左和右上臂,膨胀到大约180毫米汞柱压力为5分钟5分钟紧随其后的是通缩,如之前所述报告(葡京et al ., 2017;理查德和Billaut, 2018年)。虚假的压力集团是0毫米汞柱。这个协议是对四个周期重复,花了40分钟[4
2.3基本生理变量的评估
基线测量生理变量通过一组Masimo Radical-7血氧计(Masimo公司、欧文、钙、美国),CNAP监控500 (CNSystems Medizintechnik AG)、格拉茨,奥地利)。参与者坐在和要求休息5分钟的过程。清洁后的皮肤和指甲,CNAP double-finger袖口被放在手臂压力传感器的前臂和上臂的示波的袖口校准。SBP(毫米汞柱),菲律宾(毫米汞柱)、平均动脉压(MAP,毫米汞柱),脉冲(bpm),脉冲重复频率(公关、bpm),中风体积(SV, ml),中风容积指数(SI, ml / m2)、全身血管阻力(SVR,达因* s /厘米5),全身血管阻力指数(SVRI达因/厘米5PPV)、脉压变化(%)、心输出量(CO) l / min),和心脏指数(CI, l / min / m2使用CNAP)记录。Masimo脉搏血氧计探头放在食指上,和Masimo O3™近红外光谱(NIRS)监视器连接到一个区域血氧定量法系统是放置在参与者的额头,如前所述(雷德福et al ., 2014;李et al ., 2022)。病人状态指数(PSI),外围血氧饱和度(热点2),脑血氧定量法(rSO2),公关(bpm),高铁血红蛋白饱和度(SpMet) Pleth变异性指数(元太),外围灌注指数(PI)记录使用Masimo集Radical-7 oximater。脑部分组织氧提取(cFTOE) [cFTOE =(热点2−rSO2)/热点;2)计算反映交付和氧消耗之间的平衡。基线稳定时的生理变量记录数据显示。
2.4心率变异性检测
所有的参与者被告知避免中度到重度身体活动和食用含咖啡因或酒精饮料前12 h监控过程。每个参与者休息5分钟前程序以确保稳定的心率(HR),参与者被告知他们不能说话,在手术过程中移动,或睡眠。RR间隔(RRi) 09:30之间的记录。M和中午,参与者在仰卧位,使用心率监测器(极地H10;极电Oy, Kempele,芬兰),这是连接到一个智能手机应用SelfLoops HRV (SelfLoops接风,意大利)通过蓝牙。连续RRi记录人力资源稳定后至少5分钟。Kubios HRV标准(版本。3.3.1;Kubios Oy)被用来分析RRi数据。Kubios HRV标准包含几个过滤水平的确定工件自动替换为使用三次样条插值插值。 The Kubios filter in our analysis was set at a “low” level. In the present study, HRV indices commonly used in the time, frequency, and non-linear domains were used. The indices adopted in the time-domain analysis were mean RRi, standard deviation of NN intervals (SDNN), mean HR, root mean square of successive differences (RMSSD), number of pairs of successive NNs that differ by more than 50 ms (NN50), proportion of NN50 divided by the total number of NN (R-R) intervals (pNN50), RR triangular index (RRTI), triangular interpolation of NN intervals (TINN). The power spectra of the components were calculated using the fast Fourier transform in frequency-domain analysis. The indices adopted in the frequency-domain analysis were very low frequency (VLF, ≤0.04 Hz), low frequency (LF, 0.04–0.15 Hz), high frequency (HF, 0.15–0.4 Hz), LF/HF ratio, LF and HF expressed in normalized units, and total power (TP). The indices adopted in the nonlinear domain analysis were the standard deviation of the Poincaré plot perpendicular to (SD1) and along (SD2) the line-of-identity, SD2/SD1, approximate entropy (ApEn), sample entropy (SampEn), and detrended fluctuation analysis: short-term (DFA1) and long-term (DFA2) fluctuation slope.
2.5最大摄氧量(签证官2马克斯)
刹车自行车测力计(cosm、罗马、意大利)和Fitmate GS量热器(Labiopro,基辅,乌克兰)被用于这项研究。参与者被指示到达实验室后禁食≥2 h,休息和补充水分。参与者表现的卸载骑车5分钟热身,紧随其后的是一个渐进式锻炼测试。因为志愿者经常参加体育锻炼,有一个相对良好的身体素质,我们选择强度从0开始每分钟30 W W和增加了如前所述(威尔科克斯et al ., 2016)。循环频率维持在50到60转每分钟(rpm)在整个运动。耗氧量是连续测量使用开路肺量测定法(真正的2400;细小医务人员,桑迪,UT,美国)。人力资源是不断记录使用人力资源监控(极地H10;极电公司,成功湖,纽约,美国)。在这项研究中,摄氧被认为是最大的(公园et al ., 2022)以下两个条件满足时:1)没有进一步增加摄氧量尽管强度进一步增加,2)心率时age-predicted HRmax(85% *(220 -年龄年))。签证官的价值2马克斯是根据仪器的计算自己的算法。
2.6肌肉氧化
精力充沛监视器(匀出钱设计有限责任公司、哈钦森、锰、美国)是一种连续波近红外光谱设备,提供肌肉氧饱和度(SmO的有效性2)测量范围为0 - 100% (Feldmann et al ., 2019)。与酒精棉签摩擦和清洁皮肤后,装置是附着在皮肤下三分之一的右大腿股四头肌。监视器有四个发光二极管与波长680 nm、720 nm、760 nm和800 nm。设备探测器从发射极之间的间隔1.25和2.5厘米。默认的采样率循环四个波长80倍每2 s,阅读和平均产量为0.5赫兹。SmO的相对变化2测定的基础上修改后的测试期间的渐进式锻炼比尔-朗伯定律。所有SmO2值记录每一秒当参与者进行渐进式锻炼测试。
2.7外周静脉采血
外周静脉血液收集到EDTA-coated管合格后从医院护士HH接触高度回到海平面(阶段1)和HH之前曝光(阶段2)。集合后,血液样本离心机在2000 g×10分钟4 C .等离子体提取并存储在−80 C,供以后使用。
2.8等离子体蛋白质质谱(MS)采集和分析
上海应用蛋白质技术有限公司提供的血浆蛋白质组学服务。血浆样品制备和消化如前所述执行(方et al ., 2020)。平等整除从每个样本都汇集到一个样本数据采集(DDA)的依赖库的一代。合并样本进行了分析使用Q Exactive高频X质谱仪(热科学、沃尔瑟姆,妈,美国)连接到一个简单的缴送工作1200色谱系统(热科学)。每个样本的肽进行了分析使用液相色谱(LC) - MS) /女士data-independent收购(DIA)模式。每个DIA周期包括一个完整的MS-selected离子监测(SIM)扫描和30 DIA扫描覆盖的质量范围350 - 1800 m / z。DIA模式扫描的参数设置如下。全解决SIM全扫描在200 m / z 120000;自动增益骗局(AGC), 3 e6;最大离子阱(IT), 50毫秒;配置模式下,DIA扫描设置分辨率为15000; AGC target, 3e6; Max IT, auto; normalized collision energy, 30 eV. The runtime cost was 120 min, with a linear gradient of buffer B (0.1% formic acid and 84% acetonitrile) at a flow rate of 250 nl/min. The quality control sample (the aforementioned pooled sample) was injected in the DIA mode at the beginning of the MS experiment and after every six injections to monitor the MS performance. For the DDA library data, spectronaut TM 14.4.200727.47784 software (Biognosys, Schlieren, Switzerland) was used to search for the FASTA sequence of the DDA library data, and the Swiss_Prot database was used. For the DIA data, qualitative and quantitative analysis were carried out by searching the constructed spectral library.
2.9采用免疫酶联试验验证
血浆样本彻底融化和混合,浓度的胸腺素β4 (Tβ4),热休克蛋白70 (HSP70),和热休克蛋白- 90(一半)测试使用相应的ELISA试剂盒(Cusabio生物技术有限公司,武汉,中国)。所有分析都使用推荐的缓冲区,执行基质和稀释剂。制造商的指示后,孵化后5.5与3.3′′tetramethylbenzidine(三甲)底物溶液,反应终止通过添加控制解决方案。吸光度是确定在450 nm,浓度是根据标准曲线计算。
2.10统计分析
样本大小计算使用通过(版本通过2021;摘要LLC Kaysville、UT、美国),考虑到两个示例t测试功率分析。使用组平均值和标准偏差(SD)的先前的研究已经成功地证明签证官的效果2max (伊丽莎白et al ., 2017)和HSP70 (燕et al ., 2020)药理干预后,软件显示,9为每个组参与者在阶段1和12为每个组参与者在第二阶段足以实现双边显著性水平为0.05,0.80。
所有数据分析使用SPSS(16.0版本;SPSS Inc .,芝加哥,美国IL)和提出了平均值±标准错误或标准差均值(SEM或SD)。基于使用Shapiro-Wilk数据分布的测试,独立t以及用于分析正态分布数据(例如,签证官2马克斯HH曝光,虚假的组和RIPC组之间Tβ4,HSP70和一半),非参数测试Mann-Whitney紧随其后U测试是用于分析非正态分布(例如,最大的SmO2常氧条件和HH条件之间,签证官2马克斯之间常氧条件和HH条件在虚假的组)。重复测量双向方差分析(方差分析)与时间一样重复测量因素和干预群体间的因素是用于分析SBP,类似地图,脉搏,公关,SV et al .,。Mauchly的测试表明,球形违反,自由度修正调整方差分析结果使用Greenhouse-Geisser球形的估计。p< 0.05被认为是显示统计学意义。
蛋白质组学数据的质量控制,蛋白质定量值至少50%的样本在一组用于后续分析的一般原则。蛋白质显著调节或者表达下调的褶皱变化RIPC集团/假组> <分别0.67和1.5或p值< 0.05(由一个决定t以及)。层次聚类分析进行差异表达蛋白质组两组。基因的差异表达蛋白质被搜查了肿瘤基因和基因组的(去)和《京都议定书》百科全书(KEGG)数据库,以确定重要的生物过程和关键信号通路参与RIPC的保护作用使用Clusterprofile 4.0 R包。clusterProfiler 4.0中的简化函数被用来去除冗余的浓缩效果。术语或通路的调整p值(p.adjust)小于0.05被认为是重要的。
3的结果
3.1 RIPC改善签证官2马克斯
签证官渐进式锻炼测试评估2马克斯识别RIPC能否提高有氧性能在随后HH接触(图3)。一致,我们的数据表明,急性HH曝光引起签证官减少2马克斯(常氧:49.43±5.84毫升公斤−1最小值−1和低比重的缺氧:37.52±3.88毫升公斤−1最小值−1;p <0.01,图3一在渐进式锻炼测试()Fulco et al ., 1998;Wehrlin哈伦,2006),但是签证官2马克斯RIPC组显示没有区别在常氧和HH条件下(常氧:50.21±7.65毫升公斤−1最小值−1和低比重的缺氧:43.97±7.37毫升公斤−1最小值−1;p >0.05,图3一)。此外,签证官2马克斯HH条件下显示虚假和RIPC团体之间的差异(假组:37.52±3.88毫升公斤−1最小值−1和RIPC组:43.97±7.37毫升公斤−1最小值−1;p< 0.05,图3一),这表明RIPC干预可以减轻HH-induced有氧性能下降。与此同时,∆签证官2马克斯RIPC后显示更少的变化(假组:11.91±5.21毫升公斤−1最小值−1和RIPC组:6.24±5.37毫升公斤−1最小值−1;p< 0.05,图3 b)。此外,从常氧HH条件,签证官的意思变化百分比2max(∆签证官2马克斯%)减少了大约11.29%,统计不同(虚假的组:24.00±8.40%和RIPC组:12.27±10.23%;p< 0.01,图3 c两组之间的)。签证官的增加2马克斯很重要,因为它表明增加长期健康状况和运动耐量(迈尔斯et al ., 2002)。尽管广泛观察到签证官2马克斯应对RIPC所演示的,特定的适应性解释这个结果仍然是难以捉摸的。
图3。签证官的变化2最大的骗局和RIPC团体在常氧和HH条件。(一)签证官2最大测量(B)∆签证官2麦克斯和(C)签证官的百分比变化2马克斯在每组常氧HH条件。值是平均值±标准偏差。# # #p< 0.01与常氧;*p <0.05 *p <0.001与虚假的组。RIPC:远程缺血预处理,也没有:常氧;HH:低比重的缺氧,签证官2马克斯:最大摄氧能力。
3.2 RIPC改善区域氧化
SmO2变化可以用来评估氧化能力和与运动性能(Perrey和法拉利,2018年;Feldmann et al ., 2020)。在渐进式锻炼测试中,随着运动强度的增加,有一个短暂的SmO2,其次是随后下降(图4一)。在常氧条件,没有任何变量的差异之间的虚假和RIPC组(图4罪犯)。一致,绝对最大(常氧:79.63±8.63%,低比重的缺氧:为SmO 56.38±7.58%2;p <0.01,图4一)和最低(常氧:33.00±8.18%,低比重的缺氧:为SmO 20.63±8.30%2;p <0.01,图4 bSmO)2SmO和∆2(常氧:46.63±10.73%,低比重的缺氧:∆SmO 35.75±7.89%2;p <0.05,图4 c)减少HH条件下假组(Calbet et al ., 2009),而没有统计上显著的SmO的绝对最小的变化2SmO和∆2HH和normoxia条件RIPC集团(图4 c, D)。值得注意的是,绝对最大(虚假的组:56.38±7.58%和RIPC组:为SmO 66.60±5.38%2;p <0.01,图4一)和最低(虚假的组:20.63±8.30%和RIPC组:为SmO 31.60±12.10%2;p <0.05,图4 bSmO)2明显不同的两组之间在HH条件下,加速和RIPC干预最大(18.13%)和最低(53%)。总而言之,我一起2可以被认为是一个meta-parameter通风,影响氧化,血红蛋白(Hb)脑灌注,新陈代谢。我一起的正常范围2表明阿之间的平衡2供应和消费个体的大脑区域(舍林,2016;法拉利et al ., 2018)。在目前的研究中,在外围rSO发生显著的变化2观察左前额的价值。特别是,在rSO显著增加2价值被发现在左前额后RIPC相比,假组HH条件(虚假的组:61.36±2.42%和RIPC组:65.58±3.70%;p< 0.01,图4 e)。与此同时,cFTOE,计算反映了大脑中的氧气交付和消费之间的平衡,在统计学上差异下的虚假和RIPC团体HH条件(虚假的组:25.20±3.40%和RIPC组:18.73±5.85%;p< 0.01,图4 e);p< 0.01,图4 f)。然而,价值没有差别的额头两组之间(数据没有显示)。低氧诱导减少签证官背后的主要机制2马克斯是一个减少热点2(Wehrlin哈伦,2006)。因此,有氧可塑性响应性能的改善环境缺氧RIPC-intervened参与者可能源自O的能力的变化2氧化。
图4。的有利影响RIPC SmO2和我一起2。(一)SmO2结果代表参与者在不同的环境中。(B)最大的,(C)最低,(D)∆SmO2在每一组常氧HH条件。#p< 0.05,# #p< 0.01,# # #p< 0措施与常氧;*p< 0.05和* *p< 0.01 vs。虚假的组。(E)我一起变化2%,(F)cFTOE %的骗局和RIPC团体在第一天,第七天,第八天在左脑。* *p< 0.01和虚假的。值是平均值±标准偏差。或:常氧、HH:低比重的缺氧,SmO2:肌肉氧化,一起执行2:区域脑氧合,cFTOE:大脑部分组织氧提取。
3.3 RIPC对心血管血流动力学参数的影响
调查的潜在机制RIPC干预HH-induced有氧性能变化,几个关键的生理变量保持健康记录(表2和图5)。SV数据中发现了一个显著差异在常氧条件之间的RIPC连续8天两组。此外,RIPC组中,我们发现1之间的SV显著降低的变化圣和8th天(∆1),和7之间的显著增加th和8th天(∆2)(p< 0.05,表2和图5 b, C)。结果表明,SVRI相比显著增加虚假的连续8天后RIPC干预HH条件(p< 0.05,表2和图5 d)。与此同时,PPV % 1之间的变化圣和8th天(∆1)RIPC -参与者相比明显减少,干预虚假的集团(p< 0.05,表2和图5 e)。通常,SpMet的不利影响是由于铁的氧化亚铁血红素分子Hb内铁形式。球蛋白分子产生使氧解离曲线左移,减少乙肝提供氧气的能力组织(赫尔斯et al ., 2016)。在目前的研究中,参与者RIPC组明显下降的百分比SpMet 8th天之后的干预HH条件相比,那些虚假的组(p< 0.05,表2;图5 f)。总的来说,这些数据表明,RIPC影响心脏功能改善SV和SVRI和SpMet可能负责改进区域氧化。
表2。变异的基础生理变量。
图5。由RIPC生理变量的变化引起的。(一)SV,(B, C)△SV,(D)SVRI,(E)△PPV和(F)SpMet和常氧在每组HH条件。*p < 0. 05和虚假的。值是平均值±标准偏差。或:常氧、HH:低比重的缺氧,RIPC:远程缺血预处理,SV:中风体积,SVRI:全身血管阻力指数,PPV:脉压变化,SpMet:高铁血红蛋白饱和度。
3.4 RIPC对HRV的影响
HRV是一个敏感的和非侵入性的工具来评估心脏自主适应功能,维持体内平衡的基础和负责不同的行动和反应的生理系统在不同条件下(Vanderlei et al ., 2009;Jabbour Iancu, 2021)。我们的数据表明,HH暴露导致显著的减少意味着RR, RMSSD, pNN50,高频电源,SD1,但显著增加意味着人力资源,如果权力,ApEn,α1 (DFA1)和α2 (DFA2),分别与常氧条件相比,(表3)。这是符合之前的报道,急性低氧暴露导致HRV降低总光谱功率(Perini et al ., 1996;损坏et al ., 2001)。然而,RIPC集团只意味着RR明显下降HH条件相比,在常氧条件下,进一步表明RIPC可以积极调节心脏状态,从而影响区域氧化增强有氧性能。
表3。心率变异性的变化在常氧和HH条件下静止。
3.5蛋白质MS数据
蛋白质数据显示332蛋白质定量值女士在每组至少50%的样本,包括在随后的微分表达式分析。根据上述筛选阈值标准(图6(42),48个蛋白质调节和6个表达下调)在RIPC组相比差异表达虚假的集团(补充表S1,图6)。火山的阴谋被用来可视化的分布差异表达蛋白质。表达谱的差异表达蛋白在所有样本更直观,进行分层聚类分析(图6 b)。从热点图,我们可以看到,这些差异表达蛋白质组表达谱的非常一致,能有效地分离两个对照组,表明筛选差异表达蛋白质的合理性。差异表达的蛋白质明显集中在108年生物过程(BP)条款,27个分子功能(MF)条款,和21细胞组件(CC)条款(图6 c,p。调整< 0.05)。前15名的每个类别的最小p。调整价值和最重要的浓缩为显示被选中,和详细信息的浓缩分析所示补充表S2。去注释分析显示差异表达蛋白主要分布在细胞基质结,血液微粒,分泌颗粒内腔,胞质囊腔,囊腔,和主要参与生物过程如血小板激活,血小板脱粒,止血,凝固,ATP代谢过程。MF的富集分析表明,差异表达蛋白质主要是富含钙粘着蛋白绑定,肌动蛋白绑定,泛素蛋白连接酶绑定,等等。我们接下来执行KEGG通路富集分析找出这些差异表达蛋白信号途径参与。上述差异表达蛋白质明显集中在27 KEGG通路(图6 d)。的前15名与最小的通路p。调整值和最重要的浓缩被选为显示详细的信息丰富KEGG通路所示补充表S3。调节肌动蛋白细胞骨架与最小的路径p。调整值和参与最多的微分蛋白(n= 10)。富集因子代表的数量之间的比率差异表达蛋白质参与某种KEGG通路和总数通路的带注释的蛋白质。糖酵解和糖质新生是最高的通路富集因子。
图6。(一)火山情节微分包含的所有蛋白质的表达分析。水平轴代表对数变换基于2褶皱的变化,和纵轴代表的对数变换基于10p价值。的红点和蓝点代表蛋白质折叠变化大于1.5倍(upregulation大于1.5倍小于0.67倍)差别或对这些基因和一个p值小于0.05,分别和灰色的点代表蛋白质没有显著差异。十大最重要的调节和表达下调的蛋白质标记的阴谋。(B)层序聚类分析48个差异表达的蛋白质。一棵树热图用于表示层次聚类的结果,每一行代表一个单独的蛋白质和每一列代表一个单独的样品。蛋白表达值是标准化的热图和的相对表达水平差异表达蛋白质以不同的颜色显示,颜色接近红色的代表一个相对较高的表达水平,和颜色接近蓝色代表表达水平相对较低。RIPC -(1 - 11)代表RIPC集团和虚假,虚假的组(1 - 11)表示。(C)去的功能富集分析48个差异表达蛋白质。的前15名最重要的是丰富了去每个类别都显示在图。水平轴代表了富集因子,纵轴代表丰富的功能分类,分为三类:生物过程(BP),分子功能(MF)和细胞组件(CC)。的形状图案代表不同的术语。图案的颜色代表的意义丰富的术语。越接近的颜色是红色,越小p。调整,越高浓缩的意义分析。图案的大小代表的数量差异表达蛋白质参与某个词。(D)KEGG通路分析48个差异表达蛋白质。的前15名最重要的强化途径情节所示。水平轴代表了富集因子,纵轴代表了极大地丰富KEGG通路。点的颜色代表的意义丰富KEGG通路。越接近的颜色是红色,越小p。调整,浓缩KEGG通路的重要性越高。点代表的数量的大小差异表达蛋白质参与某种KEGG通路。RIPC:远程缺血预处理,去:基因肿瘤,KEGG:京都基因和基因组的百科全书。
3.6 ELISA分析
验证结果的蛋白质组学分析,三个关键proteins-Tβ4,HSP70, HSP90-which已报告参与心脏功能的规定(Bock-Marquette et al ., 2004;智能et al ., 2011;Chakafana et al ., 2021;陈et al ., 2021),运动性能(戴维森和布朗,2013年;Gonzalez-Franquesa et al ., 2021;Samadian et al ., 2021)和高海拔适应环境(Jain et al ., 2013)选择用ELISA试剂盒进行进一步的研究。此外,Tβ4的表达HSP70,一半被检测到在另一个独立的验证组连续8天后RIPC干预没有HH曝光。数据显示,等离子Tβ4(常氧:131.87±62.86 ng毫升−1和低比重的缺氧:43.44±17.17 ng毫升−1;p <0.001,图7ng)和HSP70(常氧:14.65±6.57毫升−1和低比重的缺氧:7.17±2.86 ng毫升−1;p <0.001,图7 b)水平降低急性HH曝光后由于急性HH损伤。令人惊讶的是,Tβ4(假组:131.87±62.86 ng毫升−1和RIPC组:91.53±55.30 ng毫升−1;p <0.01,图7(左)、HSP70(虚假的组:14.65±6.57 ng毫升−1和RIPC组:9.87±4.89 ng毫升−1;p <0.01,图7 b(左),和一半(假组:15.48±4.91 ng毫升−1和RIPC组:10.62±4.30 ng毫升−1;p <0.001,图7 c前,左)水平下降非常4000 HH暴露RIPC连续8天之后,相比之下,那些虚假的参与者。值得注意的是,HH曝光后,Tβ4(假组:43.44±17.17 ng毫升−1和RIPC组:62.68±20.85 ng毫升−1;p <0.05,图7(右)和HSP70(假组:7.17±2.86 ng毫升−1和RIPC组:9.32±2.15 ng毫升−1;p= 0.057,图7 b右)浓度略有增加,这与女士的结果是相一致的。这些结果进一步表明,连续8天RIPC调节Tβ4的表达,HSP70和一半,它们可能是负责促进区域氧化和提高有氧性能HH曝光。
图7。RIPC对Tβ4、HSP70和一半。(一)Tβ4,(B)HSP70和(C)8天后,一半水平参与者的等离子体RIPC HH之前或之后曝光。结果表示为平均值±标准偏差。*p< 0.05,* *p< 0.01,* * *p< 0.001和虚假的集团;# # #p <0.001与常氧。或:常氧、HH:低比重的缺氧,RIPC:远程缺血预处理。
4讨论
我们证明RIPC提高有氧性能和改善区域在HH接触氧化。大量的研究调查的角色RIPC高空疾病(如高海拔肺水肿、急性高山病,和高海拔脑水肿)(伯杰et al ., 2015;伯杰et al ., 2017;Molano佛朗哥et al ., 2019)、神经行为(李et al ., 2020在中度缺氧),和运动性能(Paradis-Deschenes et al ., 2018;da莫塔et al ., 2019;•威金斯et al ., 2019)。我们的主要目标是获得更好的洞察RIPC有氧性能和肌肉的影响2交付在严重HH,海拔约4000米或以上。心脏地位提高连续8天后RIPC HH暴露在严重。同时,Tβ4、HSP70和HH曝光前一半寿命降低,而Tβ4和HSP70表达和调节后暴露在HH,海拔4000米。我们所知,这是第一个研究揭示的内在机理RIPC有氧的高海拔适应环境的性能。
4.1最大摄氧量和地区氧化
一致,我们的数据表明,急性HH暴露导致减少签证官2麦克斯和SmO2腿的渐进式锻炼期间测试(Fulco et al ., 1998;Wehrlin哈伦,2006)伴随着rSO的减少2在休息的时候(Imray et al ., 2001;Imray et al ., 2005)。有趣的是,相对于虚假的干预,连续8天RIPC缓解签证官的减少2马克斯,SmO2和我一起2由4000急性HH接触引起的。事实上,最近的一些调查显示,RIPC(即可以增强运动表现。,签证官2马克斯、计时赛性能和功率输出)在自行车、划船、跑步,甚至手柄(Jean-St-Michel et al ., 2011;克鲁兹et al ., 2015;克鲁兹et al ., 2016;Kilding et al ., 2018)。然而,一些研究报道,RIPC没有对运动性能的影响(Tocco et al ., 2015;隐身et al ., 2016;Marocolo et al ., 2016),可能是因为RIPC培训协议(周期)的数量和持续时间和运动强度。特别是RIPC对运动性能的好处目前正在确认高空接触(Paradis-Deschenes et al ., 2018;da莫塔et al ., 2019)。尽管RIPC的保护机制可以增强运动性能不是很好理解,以前的证据表明RIPC可以改善肌肉血流量和氧传递(de Groot et al ., 2010;义et al ., 2011)。一个重要的可能是增强后常阻塞(莫滕森Saltin, 2014)。这个反应性充血可以改善骨骼肌的分布区域血流量匹配啊2需求更高的O2提取(克鲁兹et al ., 2015)。在最大运动,几乎所有可用的啊2从血液中提取,散布这些活跃的肌肉(谢泼德,1977)。这表明改进的能力组织提取O2从血液中可以减少血液O2为了应对HH通过存储组织O2,这也许可以解释随后的潜在机制RIPC对运动表现的影响通过增加组织O2,但不是热点;2。没有区别的骗局和RIPC组织热点2在宁静的状态在HH条件(如所示表2),这表明有缺点或其他干扰机制参与热点2检测协议,如心脏功能。的upregulation SpMet已被证明是特别敏感的高度缺氧(Gourdin et al ., 1975;Arnaud et al ., 1979),氧解离曲线转向左边,因为赔偿Fe的亲和力2 +和O2。这左移提升氧亲和力,导致减少氧气交付。具体来说,减少少量的SpMet已被确认,促进正确的曲线RIPC干预后,这可能提供一些心脏防止低氧诱导心肌损伤(Zhang et al ., 2007;Francone et al ., 2011)。正如上面所讨论的,验证增加组织O2腿部肌肉的RIPC集团可能解释RIPC改善肌肉的生理效应特征增强有氧性能(例如,签证官2max)在高海拔。
4.2心血管血流动力学和心率变异性的回应
签证官的适应2马克斯在运动通常是由于心血管血流动力学和心率变异性的变化响应(巴塞特和Howley, 2000;沃尔德伦et al ., 2020;Carrasco-Poyatos et al ., 2022)。动脉氧饱和度下降(热点2)引起的低比重的缺氧会触发快速补偿响应的心肺系统,旨在提供足够的氧气的重要器官。派生的心血管血流动力学变化包括血压、心率、有限公司SV,等离子体体积膨胀等。Balasubramanian et al ., 1978;Naeije 2010;嘘声et al ., 2014;Siebenmann et al ., 2017)。先前的研究表明,药物(铁、地塞米松)(桑德斯et al ., 2009;奥哈拉et al ., 2014)和后备疗法(间歇低氧、plyometric培训)(安德拉德et al ., 2018;公园et al ., 2018)有利于有氧性能(例如,签证官2max)缺氧适应环境,与增强心血管血流动力学密切相关,如心率、CO和SV (伯内蒂和霍普金斯大学,2009;Siebenmann et al ., 2011;Holdsworth et al ., 2020;辛格et al ., 2022)。虽然机械化的途径基本RIPC提高有氧性能仍不清楚,研究表明链接RIPC刺激心血管血流动力学变化是最有意义的(Clevidence et al ., 2012;Credeur et al ., 2019;Paradis-Deschenes et al ., 2020)。在我们的研究中,我们没有发现显著差异在公司之间的虚假和RIPC组织在4000米急性HH曝光条件,但是SV的变化和SVRI RIPC集团是比较显著的。有趣的是,变化可能增强心肺或动脉压力反射导致增加等离子体体积和O2供应(组成et al ., 2001)。这些证据表明RIPC干预可能有利于心肺系统改善心血管功能。
心肺系统变化是一个复杂的stress-regulated响应的稳态调整对系统性缺氧,和中央司令部机制和自主神经系统的变化(ANS)函数在这个过程中扮演了重要的角色(Botek et al ., 2015)。ANS活动的低氧诱导的变化主要反映了作为一个相对增加交感神经活动和伴随着减少副交感神经活动(Botek et al ., 2015)。缺氧期间或之后可以改变俺们功能锻炼。缺氧也会导致增加交感副交感神经的激活和撤军sub-maximal期间心脏活动锻炼,和更大的ANS干扰和延迟恢复自主平衡运动后(Fornasiero et al ., 2019)。HRV是一个非侵入性的方法来评估俺们功能,已被广泛采用在体育与运动科学。常规的适度的运动训练可以增加HRV指标,而长期和持续的剧烈运动可能导致疲劳和减少HRV (Alvarez-Herms et al ., 2020)。HRV的反应可能受到锻炼的类型和强度有氧和无氧运动,它可能是一个象征足够强度的训练(Alvarez-Herms et al ., 2020)。运动前的自主状态似乎也与人力资源的恢复和HRV指标在运动后期,和更高的副交感神经活动在休息和更快的恢复运动后人力资源和HRV指标(Fornasiero et al ., 2018),高副交感神经活动也建议授予对精英运动员高强度锻炼(Machhada et al ., 2017)。对自主神经功能的影响可能是底层RIPC心脏保护机制,研究的人表明一些HRV参数如低频/高频比率、RMSSD, RIPC等更改,这说明sympathovagal平衡转向更大的迷走神经活动(陈et al ., 2018)。迷走神经neuro-modulation可能做好事减少病理生理因素的影响,如炎症,氧化应激,sympathoexcitation疾病(Gidron et al ., 2018)。然而,单个的RIPC似乎不会导致HRV显著变化,和积累的早期和晚期效应由多个RIPC发作可能放大了RIPC的影响(Zagidullin et al ., 2016)。坚持,我们的研究表明,RIPC RMSSD降低减毒,pNN50, SD1,和增加SD2 / SD1 ApEn, SampEn, DFA1 DFA2,相比之下,虚假的组。这似乎符合发现RIPC可能影响心脏自主神经活动(Lopes et al ., 2018;诺罗尼亚奥索里奥et al ., 2019),这将导致增加签证官2马克斯改善心血管功能(格兰特和Janse伦,2013年;艾略特et al ., 2015在高海拔条件下)在运动。
4.3血浆蛋白
先前的研究已经发现,能量代谢参与有氧性能(De Feo说et al ., 2003;高夫et al ., 2021)。不令人惊讶的是,血浆蛋白质组学分析表明RIPC-treated参与者显著富集BP与ATP代谢过程有关。此外,KEGG分析表明,差异表达蛋白质明显丰富能源metabolism-associated通路,如生物合成的氨基酸和糖酵解/糖质新生,这或许可以解释这种现象的潜在机制参与有氧性能增强。这表明RIPC干预导致能量代谢的变化,加强有氧HH条件下性能,进一步凸显了RIPC在高海拔适应环境的重要角色。
在目前的研究中,我们观察到42调节和6个表达下调的蛋白质差异表达的RIPC组相比,那些虚假的组。后我们发现一个明显的减少Tβ4水平RIPC干预在常氧条件下,类似于先前的报道,Tβ4表达下调和涉及心脏保护通过细胞增殖和血管生成,分化,迁移由于它在细胞骨架重组中的作用和细胞内信号转导缺氧/复氧治疗后(李et al ., 2019)。Tβ4存在于固体组织和循环细胞,其属性是守恒的,水溶性,和小尺寸的,它可以通过扩散进入细胞核通过核孔(戈尔茨坦et al ., 2005)。急性缺氧损伤后,Tβ4可能保护重要器官(心、脑和肾)诱导的一种形式“招聘”和/或“积累”导致大脑中增加Tβ4的水平(周et al ., 2015)和心脏组织(Bock-Marquette et al ., 2004),但降低等离子体。换句话说,高度保守的身体在HH接触机械保护重要器官免受损害。最近的一项研究报告,Tβ4是一个锻炼分泌蛋白,可能会增加成骨细胞增殖(Gonzalez-Franquesa et al ., 2021)。此外,Tβ4可能治疗心血管疾病和运动有好处的性能(戴维森和布朗,2013年;朱et al ., 2016)。因此,我们假设需要Tβ4或存储在重要器官自卫和塑料RIPC干预后的变化,然后有益的物质被释放到细胞外空间,甚至扩散到等离子体,增加签证官2马克斯,急性HH。
热休克蛋白(HSP)是“压力蛋白质”引起的各种各样的压力,如缺氧和体育锻炼。研究表明,细胞内70 kDa热休克蛋白(HSP70)抑制NF-κB失活和扮演着一个重要的抗炎作用见鬼et al ., 2017)和细胞外HSP70 toll样受体结合激活NF-κB作为促炎症因子(氡,2016)。定期身体活动倾向于减少细胞外HSP70水平,提高细胞内HSP70水平,这是相关的抑制促炎症状态(Bittencourt和波尔图,2017年)。有鉴于此,降低血浆HSP70水平观察在8天的RIPC训练(normoxia骗局相比)和急性HH (HH骗局相比),这可能意味着抑制促炎症状态,类似于最近的一份报告的结果(秦et al ., 2021)。基于HSP70的两相的模式(一代诗人et al ., 2017),压力因素可以刺激细胞HSP70表达维持体内平衡,使自我保护通过增加合成和/或释放更少的HSP70 (Scholer et al ., 2016;Baldissera et al ., 2018)。因此,RIPC可以增加细胞内HSP70商店。细胞HSP70蛋白cytoprotective功能,期间可能释放到细胞外环境压力(Goettems-Fiorin et al ., 2016;见鬼et al ., 2017;梅et al ., 2017)。因此,RIPC干预改善血浆HSP70 RIPC组急性HH之后,这可能会导致细胞内HSP70的扩散到细胞外环境中作为chaperokine提升免疫调节功能通过触发先天和适应性免疫(氡,2016)。减少一半寿命表达式后RIPC干预也可能归因于两相的模式或增加蛋白质周转期间压力。一半是一个主要的转录监管机构HIF-1α,一半水平升高传授宽容急性HH和对低氧诱导心肌细胞损伤起到抗凋亡作用(王et al ., 2009;Jain et al ., 2013)。与此同时,热休克是签证官密切相关2马克思通过抗炎细胞因子或NK细胞操纵免疫系统(皮克et al ., 2005;角et al ., 2007)。此外,热休克有心血管的作用在调节血管生成的影响对心肌细胞凋亡和/或炎症(Afina et al ., 2021;Tukaj et al ., 2021),有自然提高签证官2max (欣克利et al ., 2017)。
这些证据,结合我们的研究结果,表明Tβ4和热休克可能导致心脏保护,因此,提供福利RIPC干预后有氧性能在HH曝光。这将是未来的研究的兴趣来确定利率信使rna和蛋白质的合成、降解Tβ4和热休克的重要器官、外周血细胞和细胞,在RIPC干预策略HH曝光。
5的局限性
这项研究有一些局限性。首先,参与者有相当大的变化在inter-test间隔由于长时间的实验,和身体活动,日常活动,饮食摄入量,水化的参与者在研究过程中没有记录。第二,保护RIPC干预两个阶段:早期阶段从分钟我(5 - 10)(de Groot et al ., 2010;Paradis-Deschenes et al ., 2016),持续几小时(8 h) (葡京et al ., 2017末),第二个阶段是明显的12 - 24 h后,持续3 - 4天(伯杰et al ., 2015)。我们的研究参与条件的第一个窗口,我们不能在签证官评估时间的影响2马克斯,SmO2在低比重的缺氧暴露和生理变量。第三,我们只研究了少量的中国汉族男性,这可能会限制我们的研究结果的普遍性女性和其他民族。最后但并非最不重要的,为了避免造成的损害志愿者频繁采血,只有一个血液收集每批实验,因此,我们没有确定Tβ4的动态变化机制,HSP70和一半,这需要进一步探索,可能在动物实验中。
6结论
总的来说,目前的研究表明,RIPC增强有氧性能,同时改善区域在HH接触氧化,这可能是基于通过Tβ4心脏状况得到改善,HSP70和一半。我们的研究结果表明,RIPC可能作为一个新的策略来促进和/或加速高海拔适应环境。
数据可用性声明
在这项研究中提出的数据集可以在网上找到存储库。原始蛋白质组序列和质/ MS数据存放到ProteomeXchange财团通过iProX PXD031247伙伴库数据集标识符。
道德声明
这些研究涉及人类受试者的医学伦理委员会审查和批准军队医科大学(2020-003-03)。参与者提供了他们的书面知情同意参与这项研究。
作者的贡献
PL和JX构思和设计实验。ZZ,高清,YW,深圳,霍奇金淋巴瘤,PH值,HT, XL,泰,KX,广州,ZT型,YL、XF, CY,约,YL和PL进行实验。ZZ,高清,JX写的手稿和贡献的数据分析。ZZ,高清,HX修订后的手稿。PL和JX监督和编辑的手稿。所有作者阅读和批准最终的手稿。
资金
这项工作得到了国家自然科学基金(No.82001992 No.41977403),青年发展计划项目(No.20QNPY003)。
确认
我们想表达我们的感谢所有的参与者在这个项目。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
补充材料
本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2022.950086/full补充材料
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关键词:低比重的缺氧、远程缺血预处理,最大摄氧量,区域氧化、心脏功能、胸腺素β4,热休克蛋白
引用:吴董钟Z, H, Y,周年代,李H,黄P,田H,李X,小H,杨T,熊K,张G,唐Z,李Y,风扇X,谢元C, Ning J,李Y, J和李P(2022)远程缺血预处理提高有氧性能加速区域氧化在急性低比重的缺氧暴露和改善心脏功能。前面。杂志。13:950086。doi: 10.3389 / fphys.2022.950086
收到:2022年5月22日;接受:2022年8月08年;
发表:2022年9月09年。
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