囊性纖維化(cystic fibrosis，CF)是最常見的一種常染色體隱性遺傳病，其病因是囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)因子的基因突變導(dǎo)致大量黏液阻塞全身外分泌腺，臨床表現(xiàn)為慢性阻塞性肺疾病、胰腺功能不全及汗腺受累所致的汗液鈉、氯異常增高等。銅綠假單胞菌風(fēng)是引起廣泛急性和慢性感染的機會致病菌。研究表明，感染的局部往往有顯著的炎癥反應(yīng)，尤其是大量的中性粒細胞在發(fā)病部位聚集。本論文主要就慢性假單胞菌肺感染的囊性纖維化患者的痰液中的氧化亞氮進行相關(guān)測試，研究不同患者痰液中的氧化亞氮的濃度來探索這類患者產(chǎn)生疾病的原因，從而為治愈和預(yù)防這類疾病提供新的策略。

Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

應(yīng)用unisense氧微電極（OX-25）結(jié)合使用馬達控制系統(tǒng)測試了單胞菌肺感染的囊性纖維化患者的痰液樣本中的氧氣剖面濃度分布情況；隨后應(yīng)用unisense氧化亞氮微電極（N2O-25）結(jié)合使用馬達控制系統(tǒng)自動測試了肺感染患者痰液中的氧化亞氮（12個小時內(nèi)）的垂直濃度剖面圖，使用自動馬達測試時，每次的測試步徑為100um或200um。

實驗結(jié)果

研究表明銅綠假單胞菌慢性肺部感染是囊性纖維化(CF)患者的主要嚴重并發(fā)癥，在低氧條件下，銅綠假單胞菌在支氣管內(nèi)黏液生物膜中持續(xù)生長。大量的多形核白細胞(PMNs)圍繞著生物膜通過消耗大量氧氣來產(chǎn)生活性氧(ROS)，從而產(chǎn)生局部缺氧。從7例慢性銅綠假單胞菌感染患者的8例痰液標本中，應(yīng)用電化學(xué)微傳感器測量N2O和O2。用格里斯試劑（一氧化氮測定試劑盒）估算痰液中NO3 2-和N2O的濃度。我們發(fā)現(xiàn)患者痰液中N2O最大濃度為41.8 mM(range1.4-157.9 mM N2O)。在痰液中的N2O濃度高于氧合層中的N2O的濃度。在4個樣本中，N2O濃度在最初的6小時內(nèi)呈上升趨勢，在約6小時后下降，而在潛伏期24小時內(nèi)，痰液中的NO3 2-濃度出現(xiàn)降低。

圖1、應(yīng)用微電極測試痰液中的氧氣和氧化亞氮的化學(xué)濃度梯度分布情況。圖a表示的是應(yīng)用微電極插入囊性纖維化綠膿桿菌肺部感染患者的痰液樣本測試示意圖。圖b表示是痰液中氧氣和氧化亞氮濃度的分布剖面圖。圖c表示的是介紹了在CF痰液中涉及的多形核白細胞（PMN）和生物膜產(chǎn)生反硝化過程的示意圖。

圖2、痰液體系中的氧氣和氧化亞氮分配情況。圖A表示的是慢性假單胞菌肺感染型囊性纖維化患者痰標本中含氧區(qū)域的深度。圖B表示的是慢性假單胞菌肺感染型囊性纖維化患者痰(n=8)標本中好氧區(qū)和缺氧區(qū)中N2O的最大濃度(n=8)，對比組采用兩名PCD患者和一名CF患者，患者肺部沒有感染慢性假單胞菌。

圖3、痰液樣本中不同時間段內(nèi)的氧化亞氮和氧氣的濃度剖面分析圖。慢性假單胞菌肺部感染囊性纖維化患者典型痰標本中N2O濃度剖面的分布圖，從圖中顯示可以看出，缺氧區(qū)N2O的濃度初始累積增加，隨著時間的增加，氧化氧氮表現(xiàn)為全消耗。在實驗開始時，痰液標本中氧濃度剖面分布情況是對三個微剖面的平均值。從圖中可以看出，痰液標本中缺氧區(qū)的氧化亞氮的濃度在0~6.5h內(nèi)是表現(xiàn)為逐漸增加的，在6.5h~11.6h后表現(xiàn)為逐漸減小。

圖4、痰液樣本中不同深度的N2O的生產(chǎn)和消耗速率。從圖中可以看出，相同的痰液樣本中，N2O濃度與時間的深度特異性圖。在痰液樣本中所有深度中，N2O的凈產(chǎn)量都是大約6小時后被觀察到，其次是N2O的凈消耗，大概是在6 h左右的發(fā)現(xiàn)了硝酸鹽的消耗。

圖5、從痰標本中累積N2O的流出和排放。圖A表示的是積累和排放的氧化亞氮的微剖面圖(n=4)，計算出囊性纖維化患者痰液樣品中N2O流出率，圖B表示的是基于N2O微剖面圖(n=4)計算出的N2O排放率，I、II、III和IV分別代表4種不同的痰液樣本。

總結(jié)

本論文首次在臨床研究中測試出從受感染的人類氣道中產(chǎn)生的N2O的濃度分布情況。研究過程中使用了unisense的氧化亞氮微電極和氧微電極正確的測試了患者的痰液中的氧化亞氮和氧剖面濃度分布情況，從而了解到這樣的現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是基于反硝化作用的致病性代謝引起的。因為銅綠假單胞菌可通過在囊性纖維化(CF)患者的缺氧內(nèi)支氣管黏液中進行反硝化，獲取能量。論文研究中正是微電極的使用很好的監(jiān)測出痰液樣本中的氧濃度分布剖面，從而確認痰液的低氧區(qū)和好氧區(qū)域，從而進一步測試痰液在低氧區(qū)的氧化亞氮的生產(chǎn)和硝化情況。從而獲得慢性假單胞菌肺感染的囊性纖維化患者痰中氧化亞氮的產(chǎn)生的機理，正是因為體系中無氧生長的能力造成了慢性銅綠假單胞菌感染的關(guān)鍵因素，該理論的提出也為今后的治療和預(yù)防提供新的策略。這也說明了unisense微電極系統(tǒng)在肺感染研究領(lǐng)域也存在著非常好的應(yīng)用前景。