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Effect of zinc supplementation on immune and in flammatory responses in pediatric patient swith shigellosis


Syeda Shegufta Ameer,Jobayer Chisti,and Jan Andersson 劉艷妮 王 勁譯
  志賀氏菌痢,一種桿菌痢疾,是發(fā)展中國家兒童發(fā)病和死亡的一個(gè)主要原因,尤其是5歲以下兒童。在發(fā)展中國家,因頻繁感染志賀氏菌而造成兒童的營(yíng)養不良、生長(cháng)遲緩,甚至引發(fā)危及生命的并發(fā)癥。嚴重營(yíng)養不良兒童患志賀氏菌痢的死亡率極高。患志賀氏菌痢的營(yíng)養不良兒童與非營(yíng)養不良的同類(lèi)患者比較,有絲分裂原刺激指數較低、CD4∶CD8比例較低和轉鐵蛋白濃度較低。
  缺鋅與腹瀉和呼吸道疾病發(fā)病增高有關(guān)。一些雙盲、安慰劑對照臨床實(shí)驗證明,長(cháng)期補鋅能夠減少急性遷延性腹瀉和痢疾的發(fā)病率、減輕疾病的嚴重程度及縮短患病時(shí)間,還能降低急性下呼吸道感染的發(fā)病率。盡管關(guān)于補鋅對人體特異性免疫的影響的研究有限,但已經(jīng)證實(shí)補鋅能夠改善兒童的細胞免疫功能。作為抗氧化劑鋅能夠保護細胞免受免疫激活時(shí)產(chǎn)生的氧自由基的損害。事實(shí)也證明,對患急性或遷延性腹瀉的營(yíng)養不良兒童補鋅可降低小腸的滲透性,這反映了小腸粘膜修復的增強。缺鋅對免疫系統的不良影響很可能是增加兒童罹患腹瀉的易感性,而慢性或遷延性腹瀉又會(huì )進(jìn)一步影響機體的營(yíng)養狀態(tài)從而引起鋅的缺乏。故可以推斷,給志賀氏菌痢患者補鋅有益于調節機體的免疫和炎性應答。因此本文旨在于研究給患志賀氏菌痢的中度營(yíng)養不良兒童補鋅后,觀(guān)察鋅對于機體先天性和特異性免疫應答以及炎性應答的影響。
1 對象和方法

1.1 研究對象
  有劇烈腹絞痛、粘液樣血便、并就診“腹瀉病國際研究中心臨床研究服務(wù)中心,孟加拉國(Clinical Research Service Center of the International Center for Diarrhoeal Diseases Research,Bangladsh;ICDDR,B):達卡健康與人群研究中心,孟加拉國(Center for Health and Population Research in Dhaka,Bangladsh)”的小兒患者被初篩選為研究對象。糞便標本經(jīng)鏡檢并作腸內病原菌培養。經(jīng)培養志賀氏菌陽(yáng)性的兒童進(jìn)入本研究。入選病例基于下述標準:(1)年齡12~59個(gè)月;(2)中度營(yíng)養不良;(3)腹瀉持續0~5d;(4)糞便標本經(jīng)培養確認為志賀氏菌屬的某些種(Shigella spp)。體重和身長(cháng)(身高)測量采用國家衛生統計中心(National Center for Health Statistics)的生長(cháng)發(fā)育百分曲線(xiàn)。年齡別身高、年齡別體重和身高別體重評分計算采用PCTL9Z人體測量學(xué)子程序(Anthropometry Subroutine)(疾病控制與預防中心,健康促進(jìn)和教育中心,亞特蘭大)。病例排除標準:(1)6個(gè)月前感染風(fēng)疹;(2)現患全身性疾病如肺炎、腦膜炎、敗血癥、類(lèi)白血病反應、溶血性尿毒綜合征等;(3)服用鋅補充劑;(4)嚴重的營(yíng)養不良;(5)住所離臨床研究服務(wù)中心的路程超過(guò)2h;(6)拒絕參加。所有登記入選病例均根據ICDDR,B倫理評審委員會(huì )的各條款與其監護人簽署知情同意書(shū)。
1.2 研究設計
  本研究為一項雙盲、安慰劑對照研究,全部病例被隨機分成2個(gè)治療組。利用隨機排列表將病例分配到下列兩個(gè)組中(兩組例數相等):治療組,給醋酸鋅和多維生素糖漿;對照組,僅給多維生素糖漿。雙盲操作按標有數字的相同糖漿瓶來(lái)完成,按照每組內兒童的序列號將這些數字按編碼順序分發(fā)給兒童。治療組的糖漿含有鋅和多種維生素,在濃度、外觀(guān)和口感上均與僅含多種維生素的對照組糖漿無(wú)法區別。
  微量營(yíng)養素補充劑由孟加拉國達卡Acme Laboratories提供。每5ml多種維生素(多維)糖漿含:VitA3000IU;VitD600IU;硫胺素,1.2mg;核黃素,2.0mg;尼克酰胺,6.0mg;泛酸鈣,6.0mg。鋅制劑含醋酸鋅(20mg元素鋅5ml),混合在多維糖漿中。實(shí)驗組從進(jìn)入研究開(kāi)始每日分兩次服用含鋅多維糖漿(維生素劑量為RDA的2倍),共持續2周。對照組僅服用多維糖漿(維生素劑量為RDA的2倍)。所有患者接受5d的60mg吡氨青霉素kg·bw·d(分4次)治療。兩組患者的腹瀉癥狀在3~5d內緩解。住院期間所有進(jìn)入本研究的兒童均按照120kcal和蛋白質(zhì)3~4gkg·bw·d的膳食標準供給食物。膳食提供鋅約為7~8mgd。患兒住院期間由健康助手負責給這些兒童的喂服補充劑。在第7天,患兒出院后,由患兒母親在家中按要求給患兒喂服補充劑7d。第14天,由一名健康助手對患兒進(jìn)行家訪(fǎng),測量糖漿的服用量,并詢(xún)問(wèn)母親在給患兒喂服補充劑時(shí)遇到的問(wèn)題。
1.3 樣品采集
  分別在進(jìn)入研究時(shí)(第1天,補鋅前)、第7天和第30天(研究結束后患兒回醫院回訪(fǎng)取樣時(shí))采集每一位患兒的靜脈血樣。血標本收集于瓶壁涂覆肝素的滅菌小瓶?jì)龋ǎ郑幔悖酰簦幔椋睿澹?system,Becton Dickinson,Rutherford,NJ)。外周血單核細胞用Ficoll-Paque密度梯度離心PharmaciaUpjohn,Uppsala,Swiden25min(939×g,25℃)從肝素抗凝的血樣梯度離心的上清液中分離收集血漿,存于-70℃待分析測定。還將血樣收集于無(wú)微量元素污染的小瓶?jì)龋⒀迮c細胞分離開(kāi)。糞便標本分別采集于患兒進(jìn)入研究的當日和回訪(fǎng)日,糞便浸出物的提取參考文獻方法1,并保存于-70℃,待測。
1.4 鋅水平和C反應蛋白
  血清鋅濃度用火焰原子吸收分光光度計(BDH)和鋅標準液(Spectrosol;BDH)測定。血清C反應蛋白濃度用熒光偏振免疫分析技術(shù)在Abbot TDx分析儀上測定。
1.5 血漿和糞便浸出物內的抗原特異性
  抗體的測定
  用酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗檢測血漿IgG和IgA抗體,以及糞便浸出物內的IgA抗體。本研究所用抗原為來(lái)自弗氏志賀菌Y(Shigella flexneri Y)的脂多糖(LPS)和來(lái)自SP10株(Escherichia coli K12株——侵襲質(zhì)粒的宿主,并富含IPa)的侵襲性質(zhì)粒編碼蛋白抗原(IPa),抗原提取和純化參照文獻所述2。微量滴定板表面涂覆純化LPS(10μgml,加入到含0.1mmolL的NaHCO3和5mmolL MgCL2的碳酸鹽緩沖液中)或IPa20μgml 加入磷酸鹽緩沖液內,pH 7.4。450nm測定吸收情況。抗原特異性應答用相對滴度表示,即用樣本的稀釋因子確定吸收倍數。
1.6 糞便浸出物分泌型IgA濃度
  用酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗測定糞便浸出物內總分泌型IgA濃度,以已知IgA濃度(1mgml)的混合人乳作為標準。微量滴定板表覆抗分泌組分(1∶2000,碳酸鹽緩沖液,100μl孔;Dakopatts AB,丹麥),結合辣根過(guò)氧化物酶的抗分泌組分(1∶1000;Dako)作為結合物,滴定板用原苯二胺(Sigma,St Louis)作為底物顯影。
1.7 糞樣和尿樣內可溶性固有介質(zhì)的測量
  通過(guò)在650nm下,用動(dòng)態(tài)分光光度計測定氫過(guò)氧化物依賴(lài)的3,3’,5,5’四甲基對二氨基聯(lián)苯氧化來(lái)測定糞樣浸出物內的髓過(guò)氧化物酶(MPOEC 1.11.1.7)的活性。MPO特異性活性單位以Umg總蛋白表示。用試劑盒(R&D systems,Inc,Minneapolis)測定糞樣中超氧化物歧化酶(SOD:EC1.15.1.1)的活性。測定基于SOD能增加566a.11b四氫3910三羥基苯芴(566a.11btetrahydro3910trihydroxybenzofluorene)在堿性水溶液中自動(dòng)氧化率,并產(chǎn)生在525nm有最大吸收峰的發(fā)色基團。在525nm的每分鐘吸收變化率定義為1U的酶活性單位。樣品內SOD特異性活力表示為Umg總蛋白。體內NO的終產(chǎn)物為硝酸鹽和亞硝酸鹽。用試劑盒(R&D systems,Inc)測定這些代謝產(chǎn)物的濃度來(lái)定量檢測尿樣中的NO的產(chǎn)量。測定了尿肌酐含量,以硝酸鹽和亞硝酸鹽與肌酐濃度比值表示各自的總濃度,并反映了體內NO代謝產(chǎn)物濃度。細胞因子IFNγ、IL1β和IL2用夾心酶聯(lián)免疫吸附測定試劑盒測定。表達單位為pgml糞樣。該試劑盒對細胞因子的檢測限分別為IL1β1pgml IFNγ8 pgml;IL27 pgml。
1.8 淋巴細胞增殖檢測
  在無(wú)菌、96孔U形培養板中,在5%CO2、37℃下,外周血單核細胞(1×106cellsml)以單純培養基或加入植物血凝素(PHA,2μl孔;Gibco)培養3d。收集前用3H胸腺嘧啶5mCimmol特異性活性,0.5μCi孔;Amersham Pharmacia BiotechUK脈沖18h。標記的細胞用細胞收集器(Automesh 2000DynatechDenkendorfGermany)收集于玻璃纖維濾紙上,結合3H胸腺嘧啶的淋巴細胞用β計數器(LS 6500Beckman)計細胞個(gè)數(脈沖數/分鐘)。每一位病例的測定結果以3次測定的平均刺激指數(激活細胞脈沖數/分鐘與未激活細胞脈沖數/分鐘的比值)表示。
1.9 細胞培養懸液內細胞因子測定
  外周血單核細胞培養同前所述。收集未激活細胞和PHA激活細胞的培養上清液,用夾心酶聯(lián)免疫吸附測定試劑盒測定上清液中的IFNγ和IL2。它們的濃度以pgml上清液表示。
1.10 統計分析
  用SIGMASTAT2.03Jandel Scientific,San,Rafael,CA 軟件作統計分析。所有數據以幾何均數±SEMs表示。以?xún)梢蛩胤讲罘治觯ǎ粒危希郑粒z驗病程和治療間的交互作用;如交互作用有顯著(zhù)性,則運用post hoc Tukey程序。對非正態(tài)分布數據,用ANOVA秩和檢驗。組內(第1、第7和第30天之間)比較用單因素方差分析檢驗。

2 結果

2.1 患者的人口統計學(xué)特征
  共有56個(gè)患兒參與本研究,年齡中位數為23月齡(第25~75百分位數;15~30月齡)。所有病例(補鋅組和對照組各28例)均感染S.flexneri spp。病例的基線(xiàn)特征見(jiàn)表1。補鋅組與對照組基線(xiàn)特征無(wú)組間差異。進(jìn)入研究當日對糞樣鏡檢發(fā)現補鋅組有3例、對照組有4例合并蛔蟲(chóng)(Ascaris lumbricoides)感染。這些兒童的臨床恢復、生長(cháng)發(fā)育和發(fā)病情況另見(jiàn)報道。



2.2 鋅水平和急性期反應
  補鋅組和對照組基線(xiàn)血清鋅濃度無(wú)顯著(zhù)性差異。經(jīng)兩因素方差分析未見(jiàn)顯著(zhù)性的病程-治療交互作用。在恢復期,補鋅組和對照組患兒的血鋅含量均有升高。然而,補鋅(P=0.01)和時(shí)間(P=0.001)均能明顯影響血鋅的濃度見(jiàn)表2。對血清C反應蛋白濃度的影響上,補鋅和病程之間無(wú)顯著(zhù)性的交互作用。而病程則能明顯影響血清C反應蛋白濃度(P=0.001)。


2.3 先天性體液免疫和炎癥反應
  檢測了兩個(gè)組所有病例糞便浸出物內的細胞因子(IL2、IFNγ、IL1β)和體內介質(zhì)(MPO、SOD和尿樣NO代謝產(chǎn)物)。細胞因子和體內介質(zhì)濃度均無(wú)明顯組間差異,組內細胞因子和體內介質(zhì)濃度隨時(shí)間也無(wú)顯著(zhù)差異。時(shí)間僅對糞便IL1β濃度有影響(P=0.001)結果見(jiàn)表3。


2.4 細胞免疫應答
  分析測定了患兒的外周血單核細胞受促有絲分裂劑(PHA)刺激后增生(結合3H胸腺嘧啶)和產(chǎn)生細胞因子的反應能力。補鋅和病程之間的交互作用經(jīng)兩因素方差分析無(wú)統計學(xué)意義;然而,服用鋅補充劑2周后,對刺激指數有明顯影響P=0.002見(jiàn)表4。PHA激發(fā)后IFNγ和IL2的分泌無(wú)顯著(zhù)性組間差異,且隨病程延長(cháng),組內差異也無(wú)統計學(xué)意義。


2.5 抗原特性抗體反應
  用LPS和Ipa作抗原來(lái)檢測患兒對志賀菌特異性抗原的免疫應答。經(jīng)兩因素方差分析發(fā)現病程和治療(補鋅)之間存在顯著(zhù)的組間差異(P<0.003)。Post hoc analysis with Tukey’test發(fā)現補鋅組從第1天起到第30天較對照組的Ipa特異性IgG應答顯著(zhù)升高(P<0.001)。兩個(gè)組第30天的Ipa特異性IgG應答顯著(zhù)高于第1天或第7天(P<0.001)見(jiàn)表5。除病程對血漿LPS特異性IgA(P=0.026)和糞sIgAP=0.012有明顯影響外,組間或組內未見(jiàn)病程對其它抗原特異性抗體有統計學(xué)意義的影響。

3 討論

  本研究結果表明對志賀氏菌痢患者急性期內短時(shí)間補充鋅能夠改善志賀氏菌抗原特異性IgG應答和淋巴細胞增殖反應。感染時(shí)血鋅濃度下降是機體的一種急性期反應,經(jīng)臨床痊愈后血鋅又會(huì )恢復到基線(xiàn)值。然而,補鋅組相對于對照組血鋅有顯著(zhù)升高,提示這些患兒在家中可能存在膳食鋅攝入不足,因而在菌痢的急性反應期內服用14d的鋅補充劑造成了顯著(zhù)差異。與本研究相符的另一早期研究發(fā)現,與對照組兒童的線(xiàn)性生長(cháng)相比,急性腹瀉期接受14d鋅補充劑的患兒,4~9周增加了25%。
  志賀氏菌痢是一種伴隨前炎性細胞因子和介質(zhì)如MPO、NO和類(lèi)二十烷(eicosanoids)過(guò)度產(chǎn)生的急性炎性疾病。已知鋅能夠保護細胞免受免疫激活時(shí)產(chǎn)生的活性氧簇介導的損傷,維持細胞膜的完整。鋅通過(guò)減少MPO濃度來(lái)減弱炎癥反應,已有報道鋅對Crohn病模型大鼠有治療效應。內源性鋅能抑制小腸內LPS和IL1β誘導的NO形成和炎癥反應。鋅在體外還可作為NO的清除劑。然而,本研究中,我們沒(méi)有觀(guān)察到鋅對細胞因子、MPO和NO代謝產(chǎn)物濃度的顯著(zhù)影響。
  對幼兒3~4個(gè)月每日長(cháng)期補鋅能夠改善其細胞免疫。補鋅兒童的皮膚遲發(fā)型超敏反應、淋巴細胞對PHA的增生反應和淋巴細胞亞群比例等細胞免疫狀態(tài)都得到改善。本研究中,為期14d的補鋅增強了淋巴細胞對PHA的增生反應。盡管體外實(shí)驗表明細胞外鋅能夠誘導單核細胞產(chǎn)生IL1、IL2、IFNγ和TNFα,誘導Tcell產(chǎn)生IL2和IFNγ,然而,在改善淋巴細胞功能方面,如對PHA激活應答后細胞因子的分泌不明顯。可能是由于體內和體外的細胞活化過(guò)程不同。
  為確定補鋅對志賀菌抗原特異性免疫應答的作用,我們檢測了血漿和糞樣內的LPS和Ipa特異性IgA和IgG抗體含量。與對照組比較,補鋅組患兒的Ipa特異性IgG從第1天到第30天有顯著(zhù)升高,提示補鋅可能促進(jìn)了機體回憶型記憶應答的上升。事實(shí)上,志賀氏菌痢患兒如果伴有營(yíng)養不良,其免疫應答的加強會(huì )減弱。而且,與成人不同的是,小兒志賀氏菌痢患者降低和延遲了適應性免疫應答,因而,補鋅可能有增強特異性免疫應答的附加效應。最近的一項對孟加拉國兒童(49%的兒童血鋅≤60mgdl)口服霍亂疫苗研究結果顯示補充鋅42d后,機體的免疫應答得到改善。另一研究報道了補鋅1個(gè)月后促進(jìn)的老年患者對破傷風(fēng)疫苗的IgG應答。僅有一項研究顯示血清鋅濃度降低和對白喉疫苗不應答有直接相關(guān)性。然而,多數對鋅缺乏患者長(cháng)期補鋅的疫苗接種研究并未顯示抗疫苗抗體滴度有任何上升。再者,給不缺鋅的健康成人補鋅能使血清對口服滅活全細胞霍亂疫苗抗弧菌反應明顯升高,并且淋巴細胞對有絲分裂原的反應也升高,而對機體的有益效應并非是由于補鋅校正了潛在的鋅缺乏。動(dòng)物實(shí)驗發(fā)現,缺鋅對骨髓B淋巴細胞的形成、體外抗體的產(chǎn)生和免疫球蛋白同型轉換有不利影響,并且T細胞依賴(lài)性抗體應答比非T細胞依賴(lài)性抗體應答受到缺鋅的影響更嚴重。志賀菌的LPS是一種非T細胞依賴(lài)性抗原;同時(shí)因為Ipa是一種蛋白質(zhì),即是一種T細胞依賴(lài)性抗原。這就可以解釋補鋅對血漿的Ipa特異性反應的影響效應。
  總之,本研究的結果表明急性志賀氏菌痢期間為期2周的每日20mg元素鋅補充增強了外周循環(huán)抗原特異性抗體和淋巴細胞增生等免疫應答。資料表明,不用長(cháng)期補鋅,而用短期補鋅作為常見(jiàn)傳染病的一項輔助治療措施可能同樣有助于促進(jìn)免疫應答。在欠發(fā)達國家,微量營(yíng)養素缺乏普遍存在,從公共衛生角度看,短期補鋅可能是一項有效的、切實(shí)可行的和低成本的治療措施。

參考文獻:

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  譯自:Am J Clin Nutr 2004,79∶444-450

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