Eredeti cikk dátuma: 2011. február 3.
Eredeti cikk címe: Vitamin D Deficiency Causes Deficits in Lung Function and Alters Lung Structure
Eredeti cikk szerzői: Graeme R. Zosky, Luke J. Berry, John G. Elliot, Alan L. James, Shelley Gorman, and Prue H. Hart
Eredeti cikk elérhetősége: https://www.atsjournals.org/doi/full/10.1164/rccm.201010-1596OC?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub%3dpubmed
Fordító(k): dr. Szabó Edit
Lektor(ok): dr. Szalayné Vozár Ágnes
Nyelvi lektor(ok): Jerkovich Gyula
Szerkesztő(k): Kovács László

Figyelem! Az oldalon megjelenő cikkek esetenként politikai jellegű megnyilvánulásokat is tartalmazhatnak. Ezek nem tekinthetők a fordítócsoport politikai állásfoglalásának, kizárólag az eredeti cikk írójának véleményét tükrözik. Fordítócsoportunk szigorúan politikamentes, a cikkekben esetlegesen fellelhető politikai tartalommal kapcsolatosan semmiféle felelősséget nem vállal, diskurzust, vitát, bizonyítást vagy cáfolatot nem tesz közzé.


Absztrakt

Drámai mértékben megnőtt a D-vitaminhiány prevalenciája az egész világon (1, 2).  A D-vitaminhiány számos betegséggel társul (különösen az angolkórhoz), ez a D-vitamin kalcium homeosztázisban betöltött szerepének következménye (3). A D-vitamin aktív formájának (1α25 [OH] 2D) ugyanakkor kritikus szerepe van az immunszabályozásban (4), és ennek a vitaminnak a hiányát összefüggésbe hozták mind az autoimmun betegségekkel (5), mind a kardiovaszkuláris betegségekkel (6). Ezenkívül a D-vitamin tengely szerepet játszik a krónikus légúti megbetegedések patogenezisében, beleértve az asztmát (7, 8) és a krónikus obstruktív tüdőbetegséget (COPD) (9-11).

Az epidemiológiai vizsgálatok összefüggést mutattak (1) az alacsony anyai D-vitamin bevitel és a gyermekek nehézlégzése között (12-14), (2), a D-vitamin csökkent szérumszintje és az asztma súlyosbodása (15), az asztmás gyermekek szteroid használata (16) között, valamint az asztmában szenvedő felnőttek csökkent glükokortikoid válasza (3) és az alacsony szérum D-vitamin szint között (17). Hasonló kapcsolat van a COPD súlyossága és az alacsony szérum D-vitamin szint között (10). Kimutatták azonban, hogy az alacsony szérum D-vitamin szint összefüggésben van a fizikai inaktivitással (18–20). Így, tekintettel a fokozott súlyosságú asztma (21) és a COPD (22), valamint az alacsony fizikai aktivitás közötti ismert összefüggésre, nehéz volt megállapítani a D-vitamin és ezen légzőszervi betegségek közötti okozati összefüggést.

Tekintettel a D-vitamin immunmoduláló tulajdonságaira (23), a korábbi vizsgálatok elsősorban a tüdőbetegségek immunmechanizmusára összpontosítottak. Ugyanakkor a D-vitamin szerepet játszhat a tüdő fejlődésében is, ami magyarázhatja a D-vitaminhiány és a tüdőbetegség közötti összefüggést az immunszabályozás változásának hiányában. Például az Egyesült Államok harmadik országos egészségügyi és táplálkozási vizsgálati felmérésének adatai erős összefüggést mutattak a szérum D-vitamin és a kiindulási tüdőfunkció (FEV1 és FVC) között (24). Ez a kapcsolat a D-vitamin szint és a tüdőfunkció között a COPD-ben is megfigyelhető (10). Hasonlóképpen, a D-vitamin növeli a surfactant szintézisét (25), gátolja a légutak simaizom-proliferációját (26), és a tüdőnövekedés során kritikus szerepet játszik az epitheliális-mezenchimális kölcsönhatásokban (25).  Nincs azonban olyan vizsgálat, amely közvetlenül meghatározná, hogy a D-vitaminhiány önmagában okoz-e megváltozott tüdőfunkciót in vivo. Ezenkívül a méhen belüli D-vitamin-hiánynak a magzati növekedésre gyakorolt hatása ellentmondásos, és úgy tűnik, hogy az anyai kalcium szinttől függ (27). A testméret és a tüdőfunkció között közismert kapcsolat van, így a D-vitamin szomatikus növekedésre gyakorolt bármilyen hatása a tüdőre gyakorolt közvetlen hatás hiányában végső soron befolyásolja a tüdő működését. A keresztmetszeti, populáció alapú tanulmányok természete, amelyek nyilvánvaló összefüggést mutattak a D-vitaminhiány és a tüdőfunkció között, azt jelzik, hogy a D-vitaminhiány és a megváltozott tüdőnövekedés és a következményes, megváltozott tüdőműködés közötti okozati összefüggést önmagában még nem állapítottak meg, a további befolyásoló tényezők nélkül.

Eddig a D-vitaminnak az obstruktív légzőszervi betegségek progressziójában való közvetlen szerepére csak korlátozott mechanikus bizonyíték áll rendelkezésre, ami részben magyarázható a megváltozott D-vitamin-szabályozás kísérletes egérmodelljeinek korlátozott felhasználhatóságával. Ezt mind az 1a-hidroxiláz (28), mind a D-vitamin receptor (29) knockout egér modellek szélsőséges fenotípusa okozza, amelyek mind súlyos hipokalcémia (és a hozzá kapcsolódó csont rendellenességek), mind a hiperparatiroidizmus kialakulásához vezetnek. A probléma kiküszöbölésére kifejlesztettünk egy élettani szempontból releváns egérmodellt, amelyben a D-vitamin szérumszintje megegyezik a D-vitaminhiányos emberekben jellemzőre.

Ennek a tanulmánynak a célja annak meghatározása volt, hogy a D-vitaminhiány megváltoztatja-e a tüdő működését vagy szerkezetét, ami magyarázatot adhat a D-vitamin és a krónikus légzőszervi betegség közötti összefüggésre. Pontosabban arra törekedtünk, hogy meghatározzuk, vajon a D-vitaminhiány (1) befolyásolja-e a szomatikus növekedést, (2) késleltetett tüdőnövekedést eredményez-e, amit a szomatikus növekedés változásainak ellenőrzése után a tüdő térfogatának csökkenése jelez, (3) megváltoztatja-e a tüdőszövet mechanikai tulajdonságait, ezáltal a tüdőmechanika térfogattól való függését, és (4) megváltoztatja-e a tüdő morfológiáját.

Módszerek

Modell

A háromhetes nőstény BALB / c egereket (ARC, Murdoch, Western Australia) a párzás előtt legalább 5 hétig D-vitaminhiányos vagy D-vitamint tartalmazó (2,195 IU/kg) táplálékot kaptak (speciális takarmányok, Glen Forrest, Nyugat-Ausztrália). A D-vitaminhiányos táplálékot kapó 8 hetes, párzás előtti nőstény egereknél minden esetben megerősítettük, hogy D-vitaminhiányosak (a szérum D-vitamin szintjének vizsgálata alapján). A hiányos táplálékot 25 g / kg kalciummal egészítettük ki (szemben a 15 g / kg-mal) a hipokalcémia elkerülése érdekében, és az étrend kalóriatartalmát úgy állítottuk be, hogy minden egér hasonló kalóriabevitelt kapjon (hiányos, 15,3 MJ / kg; pótolt, 15,8 MJ / kg). Az egereket olyan helyiségekben helyeztük el, ahol 12 órás fény-sötét ciklus volt környezeti ultraibolya B sugárzás nélkül. Az ételt és a vizet az állatok számára ad ibitum biztosítottuk. A D-vitaminhiányos nőstényeket D-vitaminpótolt hímekkel pároztattuk és mindkét nemű ivadékokat vizsgáltuk 2 hetes korukban a szomatikus növekedés, a tüdő funkciója és a tüdő struktúrája szempontjából. Az összes vizsgálatot az állategészségügyi és állatjóléti irányelveknek megfelelően végeztük, és jóváhagyta az intézményi állatetikai bizottság.

Gépi lélegeztetés

Az egereket intraperitoneális ketamin injekcióval (20 mg / ml; Troy Laboratories, NSW, Ausztrália) és xilazinnal (1 mg / ml; Troy Laboratories) érzéstelenítettük, 0,01 ml / g dózisban. Az adag kétharmadát tracheostomia és kanülálás előtt adtuk be. Beadtuk a fennmaradó érzéstelenítőt, az egereket pletizmográfra helyeztük, majd géppel lélegeztettük (HSE-Harvard MiniVent; Harvard Apparatus, Holliston, MA) 400 légvétel/ perc sebességgel 10 ml / kg respirációs térfogattal és 2 cm H2O pozitív kilégzésvégi nyomással.

Tüdő térfogat

A mellkasi gáz térfogatát (TGV) a korábban leírtak szerint mértük (30). A légcsövet az elasztikus egyensúlyi tüdőtérfogatnál (EELV) elzártuk, és a belégzési kísérleteket intramuszkuláris elektromos stimuláció váltotta ki. A TGV kiszámításához a légcső és a doboz nyomásjeleire a Boyle-törvényt alkalmaztuk (30).

Tüdő mechanizmus

A tüdőmechanikát módosított alacsony frekvenciájú kényszerített oszcillációs technika alkalmazásával értékeltük (31). Röviden: egy hangszóró oszcillálós jelet generált, amely kilenc frekvenciát tartalmaz, 4–38 Hz tartományban. A jelet ismert impedanciájú hullámcsövön keresztül továbbítottuk a légcső kanüljéhez. Az állandó fázisú szöveti impedanciájú modell illeszkedik a légzési impedancia spektrumához (Zrs), amely lehetővé teszi a newtoni ellenállás kiszámítását (nyers; ami megközelíti az egerek légúti ellenállását); légúti tehetetlenség (lágy; ez elhanyagolható a légcső kanüljére történő korrekció után); szövet csillapítása (G); és szöveti rugalmasság (H). A hiszterézisképességet (η) G / H alapján számítottuk (32). Ez a rendszer lehetővé tette a tüdőmechanika térfogatfüggésének értékelését (31).

A tüdő szerkezete

A tüdő felépítését az American Thoracic Society és az European Respiratory Society irányelvei szerint értékeltük (33). Az eutanázia után a légcsatorna kanüljét 2,5% glutár-aldehiddel töltöttük fel 10 cm H2O-nál. Ezt a fixálási nyomást úgy választottuk meg, hogy abba a térfogat-tartományba essen, amelyen a tüdőfunkciót az EELV során mértük (34). A tüdő tájolása véletlenszerű volt (35) és paraffinba ágyaztuk. Egy véletlenszerű ponttól kezdve rendszeres távolságonként (500 μm) metszeteket (5 μm) készítettünk a tüdőről, majd hematoxilinnel és eozinnal megfestettük. A tüdő térfogatát (VL) Cavalieri módszerrel (36) számítottuk ki, és ezeket a pontszámokat használtuk a teljes szöveti térfogat (Vt) és az alveoláris szeptumok térfogata (Vs) meghatározására; valamint a fő légutakban (Va), az alveoláris csatornákban (Vad) és az alveolusokban (Valv) lévő levegő térfogatára is. Az alveoláris felszínt (Sa) egy lineáris rács segítségével számítottuk ki, és az Sa és V értékek becslésére az átlagos (aritmetikai) szeptumvastagságot (Ts) használtuk (33). Az alveolusok mélység-átmérő arányát, az alveoláris szeptáltság mutatójaként, közvetlen méréssel is kiszámítottuk (37). Az alveoláris számot (Na) egy fizikai disszektort (38) használva számoltuk ki.

Statisztika

A csoportok közötti összehasonlítást t-próbákkal végeztük. További elemzéseket végeztünk a folytonos változók (például a testméret és a tüdő térfogata) korrekciójához, kovariancia-analízissel. Az adatokat a Stata szoftverrel (v11; StataCorp, College Station, TX) elemeztük és ’átlag (szórás)’ alakban adtuk meg.

Eredmények

Modell jellemzői

A D-vitamin hiánya nem befolyásolta az alom méretét (4,9 [2,8] D-vitaminhiányos, szemben a D-vitaminpótolttal 3,9 [2,1]; P = 0,39). Harmincnégy D-vitamint kapott (nőstény, n = 13; hím, n = 21) és 47 D-vitaminhiányos (nőstény, n = 25; hím, n = 22) utódot vizsgáltunk szomatikus növekedés és tüdőfunkció szempontjából. A D-vitaminhiányos egerek (12,8 [2,3] nmol / l) szérum D-vitamin szintje szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a D-vitaminpótolt egereknél (81,5 [27,9] nmol / l), és alacsonyabb volt az 50 nmol  / l humán deficiencia konszenzus küszöbértéknél (3). Nem volt különbség a két csoport között a szérum kalcium szintben (Ca2+) (D-vitaminhiányos 8,90 [3,87] mg / dl, szemben a pótolt 9,05 [2,45] mg / dl; P = 0,94), és nem volt bizonyíték a csontok ásványianyag-tartalmának testtömegre vonatkoztatott százalékában, kettős energiájú röntgen-denzitometriás vizsgálattal mérve (GE Lunar Prodigy; GE Lunar Corporation, Madison, WI) (hiány 9,1 [0,7]% vs. pótolt 9,1 [1,2]%; P = 0,97)

Szomatikus növekedés

Nem volt bizonyítható különbség a D-vitaminhiányos vagy D-vitamintartalmú táplálékot kapott anyák újszülöttjei között a testtömeget tekintve (nőstény, P = 0,34; hím, P = 0,40) (1. ábra). Egyes bizonyítékok arra utaltak, hogy a hím D-vitaminhiányos egerek szignifikánsan kisebbek (P = 0,04), mint a D-vitamintartalmú táppal etetett társaik. A nőstények esetében azonban ez nem volt tapasztalható (P = 0,42) (1. ábra), és a hímekben a különbség kicsi volt (∼2 mm vagy 3,5%).

1. ábra: A súly (tömeg) dobozdiagramjai (medián, interkvartilis terjedelem és tartomány) és az orrnyílás (SV) hossza a női (A, B) és a hím (C, D) D-vitamin-pótolt (fehér) és –hiányos (szürke) 2 hetes korú egereknél.

TGV

Mind a hím (P <0,001), mind a nőstény (P = 0,001) D-vitamin-hiányos egerek TGV-je szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a D-vitamint kapott kontrolloknál (2. ábra). Ezek a különbségek még a testhosszal való korrekció után is nyilvánvalóak voltak (férfi, P <0,001; nő, P = 0,001) (2. ábra).

2. ábra: A mellkasi gáztérfogat (TGV) dobozdiagramja (medián, interkvartilis terjedelem és tartomány), valamint a TGV pontdiagramjai az orrnyílás (SV) hosszának függvényében kovariancia-analízisből származó regressziós vonalakkal nőstény (A, B) és hím (C, D) D-vitaminpótolt (fehér szimbólumok, szaggatott vonal) és -hiányos (sötét szimbólumok, folytonos vonal) 2 hetes korú egereknél.

Alapvonali tüdőmechanika

A Raw és a szöveti mechanika (G és H) szignifikánsan magasabb volt mind a hím, (Raw, P <0,001; G, P <0,001; H, P <0,001), mind a nőstény (Raw, P <0,001; G, P = 0,004; H, P = 0,03) D-vitaminhiányos egereknél összehasonlítva a megfelelő pótolt kontrollokkal (3. és 4. ábra; az adatokat nem mutatjuk a G-re). D-vitaminhiányos és -pótolt egerek között egyik nemnél sem volt különbség a hiszterezivitásban (a tüdőszövet alapvető tulajdonsága, amely leírja az energiaszóródás és az energiatárolás arányát) (hím, P = 0,53; nőstény, P = 0,29; az adatokat nem mutatjuk).  A tüdő térfogatának korrekciója után a hímek esetében ezek a különbségek továbbra is nyilvánvalóak a Raw (P = 0,001) és a H (P = 0,04) esetében, de a G (P = 0,10) esetében nem. Ezzel szemben csak a Raw volt szignifikánsan magasabb a nőstényeknél a tüdő térfogatának korrekciója után (P = 0,001), míg G (P = 0,15) vagy H (P = 0,40) esetében nem ez volt a helyzet, ami arra utal, hogy a szövetmechanika eltérései a kiindulási állapotban a nőstény D-vitaminhiányos egerek esetében a tüdő térfogatának különbségeivel magyarázhatók (3. és 4. ábra; az adatok nem láthatóak G-re).

3. ábra: A légúti ellenállás (Raw) dobozdiagramjai (medián, interkvartilis terjedelem és tartomány) valamint a Raw – mellkasi gáz térfogata (TGV) függvény pontdiagramjai kovariancia-analízisből származó regressziós vonalakkal a nőstények (A, B) és hímek (C, D) kovarianciájának elemzéséből D-vitaminpótolt (fehér szimbólumok, szaggatott vonal) és -hiányos (sötét szimbólumok, folytonos vonal) 2 hetes korú egereknél.
4. ábra: A szövet elasztanciájának (H) dobozdiagramja (medián, interkvartilis terjedelem és tartomány), valamint a H pontdiagramja a mellkasi gázmennyiség (TGV) függvényében kovariancia-analízisből származó regressziós vonalakkal nőstény (A, B) és hím (C, D) D-vitaminpótolt (fehér szimbólumok, szaggatott vonal) és -hiányos (sötét szimbólumok, folytonos vonal) 2 hetes korú egereknél.

Térfogatfüggő tüdőmechanika

Az alapvonali tüdőtérfogatokban tapasztalható eltérések miatt a hím és nőstény D-vitaminhiányos egerekben a nyomás-térfogat görbe lefelé tolódott. Hasonló különbségek voltak a tüdő térfogatában 200 mmH2O transzrespirációs nyomáson (Prs) mind a hím (P <0,001) mind a nőstény (P <0,001) egerekben. Úgy tűnik, hogy ez a különbség mindkét nem esetében arányos az alapvonali tüdőtérfogattal (hím, P = 0,07; nőstény, P = 0,44) (5. ábra). 200 mmH20 nyomáson Raw (hím, P = 0,003; nőstény, P = 0,01), G (hím, P = 0,002; nőstény, P = 0,002) és H (hím, P <0,001; nő, P <0,001) mindegyik magasabb a D-vitamin-hiányos egerekben, mint a D-vitamint kapott egerekben (6. ábra; az adatokat G-re nem mutatjuk). Raw esetében ez a tüdő térfogatának különbségével magyarázható 200 mmH2O-nél, mivel úgy tűnt, hogy Raw minden értéke a tüdő térfogatával való összefüggéseket leíró mestergörbére esik, míg a G vagy a H esetében nem ez volt a helyzet, amikor a D-vitaminhiányos egerekben ezeknek a paramétereknek és a tüdő térfogatának a kapcsolata egyértelműen lényegesen eltért a D-vitaminpótolt egerekben megfigyelttől.

5. ábra: Nőstény (A) és hím (B) D-vitaminpótolt (fehér szimbólumok) és –hiányos (fekete szimbólumok) 2 hetes korú egerek nyomás-térfogat görbéi. Az egyes csoportok átlag görbéi láthatóak. TGV=mellkasi gáz térfogat.
6. ábra: A légúti ellenállás (Raw) és a szöveti elasztancia (H) térfogatfüggésének ábrázolása a mellkasi gáztérfogattal (TGV) szemben lassú infláció – defláció manőverekkel 200 mmH2O átmérőjű nyomásig nőstényben (A, C) és hímben (B, D) D-vitaminpótolt (fehér szimbólumok) és –hiányos (fekete szimbólumok) 2 hetes korú egereknél. Az egyes csoportok átlag görbéi láthatóak.

A tüdő szerkezete

Az utólag fixált és a beágyazott tüdő térfogata szignifikánsan kisebb volt a D-vitaminhiányos egerekben (nőstény, n = 8; hím, n = 6), mint a D-vitaminpótolt egerekben (nőstény, n = 8; hím, n = 7) (P = 0,05) a nemnek nem volt hatása (P = 0,92) (7. ábra). A fő légutak térfogatában (Va) nem volt különbség a csoportok között (P = 0,64). A levegőmennyiség az alveoláris csatornákban (Vad) azonban szignifikánsan alacsonyabb volt a D-vitaminhiányos egerekben (P = 0,02), a nemeknek nem volt jelentősége (P = 0,25) (7. ábra). Néhány bizonyíték arra utalt, hogy az alveoláris szeptumok szövetének térfogata alacsonyabb volt a D-vitaminhiányos egerekben, mint a pótoltakban(P = 0,08); azonban a csoportok között nem volt különbség sem a felületben (P = 0,27), sem a szeptum vastagságában (P = 0,55) (az adatokat nem tüntettük fel). A teljes szöveti térfogat (Vt) szignifikánsan alacsonyabb (P = 0,01) volt a D-vitaminhiányos egerekben (nőstény, D-vit. + 0,074 [0,009] ml vs D-vit. – 0,062 [0,010] ml; hím, D-vit. + 0,070 [0,007] ml vs D-vit. − 0,059 [0,016] ml), a nemeknek nem volt hatása (P = 0,44). Ezzel szemben nem volt különbség az alveolusok mélység / átmérő arányában (P = 0,92) a csoportok között (nőstény, D-vit. + 0,890 [0,013] vs D-vit. − 0,871 [0,029]; hím, D-vit. + 0,877 [0,013] vs D-vit. − 0,892 [0,025]). A D-vitaminhiányos nőstény egerekben az alveolusok száma alacsonyabb volt, mint a felnőtt nőstényeken (P = 0,06), míg hím egerekben (P = 0,97) ez nem volt tapasztalható (8. ábra). Ennek ellenére nem volt különbség az alveolusok aritmetikai átlagtérfogatában a csoportok között nemtől függetlenül (nőstény, P = 0,18; hím, P = 0,20) (az adatokat nem mutatjuk be).

7. ábra: Tüdőtérfogat (VL; A), a levegő térfogata a fő légutakban (Va; B), az alveoláris szeptum térfogata (Vs, C) és az alveoláris csatornákban lévő levegő térfogata (Vad, D), sztereológiával mérve a 2 hetes nőstény és hím (keresztezett) D-vitaminpótolt (fehér csíkok) és -hiányos (szürke csíkok) egerek fixált tüdejében. Az adatok formátuma ’átlag (szórás)’.
8. ábra: Az alveolusok száma sztereológiával mérve, kéthetes nőstény és hím (keresztvonalkázott) D-vitamin-pótolt (fehér csíkok) és – hiányos (szürke csíkok) egerek fixált tüdejéből. Az adatok formátuma ’átlag (szórás)’.

Megbeszélés

Ez a tanulmány egyértelműen kimutatta, hogy a D-vitaminhiány a tüdőműködés csökkenését eredményezi. Ezek az különbségek nem tulajdoníthatók a szomatikus növekedés változásainak, és úgy tűnik, hogy túlmutatnak a tüdő térfogatának különbségein. A tüdőfunkciónak ezek az elégtelenségei szövettanilag is megmutatkoztak, és elsősorban a tüdő teljes méretének különbségeivel kapcsolatosak.

Első alkalommal mutattak be közvetlen mechanikus bizonyítékokat a D-vitamin és a tüdőnövekedés közötti kapcsolat in vivo alátámasztására, amelyben a D-vitaminhiány szignifikáns csökkenést eredményezett a tüdő térfogatában. Közismert, hogy szoros kapcsolat van a test mérete és a tüdő térfogata között (39). Fontos szempont, hogy bár a D-vitaminhiányos és a D-vitaminpótolt egerek között kicsi, de statisztikailag szignifikáns különbség volt a testhosszban, azonban a D-vitaminnak ez a tulajdonsága nem gyakorol jelentős hatást a szomatikus növekedésre. Ennek megfelelően a tüdő térfogatában és a működésében megfigyelt különbségeket nem magyarázhatjuk az egerek testhosszának különbségeivel. Ez a megfigyelés azt sugallja, hogy a D-vitaminhiány közvetlen hatással van a tüdőnövekedésre, a szomatikus növekedésre gyakorolt jelentős hatás nélkül.

A D-vitaminhiányos egereknél a tüdő térfogatának csökkenése lényeges volt (nőstényekben ∼18%, hímekben 28%). Fontos felismerni, hogy a tüdő térfogatának ezt a mérését az EELV-val végeztük, amely a tüdő rugalmas visszaugrása által előidézett ellentétes erők és a mellkasi fal által generált külső erő hatását eredményezi nulla transzrespirációs nyomáson. Így a TGV különbségeit befolyásolhatják a tüdőszerkezet változásai vagy a mellkasfal merevségének különbségei. Ez fontos összefüggés, mivel a D-vitaminhiány megváltoztatja a vázizom növekedését és működését (40). Korábban azonban kimutatták, hogy az egér mellkasi falának impedanciája minimális (41), ami arra utal, hogy a mellkas falának csontvázizom-komponense ebben az esetben valószínűleg nem járul hozzá szignifikáns mértékben a mért TGV-hez.  Ezen túlmenően, bár lehetséges, hogy a bordák szerkezeti integritását megváltoztatja a D-vitaminhiány, amely befolyásolhatja a TGV-t, a teljes test kettős energiájú röntgen abszorpciós vizsgálata arra utalt, hogy a csont ásványi anyagtartalma nem változott a D-vitaminhiányos étrend hatására. Ez ellene szól annak a lehetőségnek, hogy a megváltozott bordaszerkezet hozzájáruljon a tüdő térfogatának csökkenéséhez, és rávilágít a kalcium pótlásra rendelkezésre álló szerek fontosságára, amely lehetővé tette, hogy csak a D-vitaminhiány hatásait azonosítsuk.  Fontos szempont, hogy ezt a TGV hiányt a nyomás / térfogat görbe tartományában tartottuk fenn, ily módon bemutatva a D-vitaminhiány hatását hipokalémia nélkül a teljes tüdőtérfogaton.

A tüdő méretének különbségei önmagukban elegendőek lehetnek a megváltozott tüdőfunkció és a légzőszervi megbetegedések előfordulásának magyarázatához. Az emberekben szoros kapcsolat van az alacsony születési súly (mint a tüdő méretének jelzője), a későbbi életfunkciók (42) és a légzőszervi betegségek által okozott kórházi kezelés kockázata között (43). Ez a kapcsolat intuitív módon magyarázható a kisebb tüdőkkel összefüggő kisebb légutakkal, amelyek nagyobb légáramlási ellenállást mutatnak és csökkent mértékben képesek a kórokozók eltávolítására. Nem meglepő, hogy az egércsoportok tüdőméretében lévő nagy különbség mellett jelentős eltérések mutatkoztak a tüdő funkciójában is. Ezek a tüdőtérfogat-különbségek azonban nem voltak elegendőek a mért tüdőmechanikában mutatkozó különbségek magyarázatához. Különösen egy adott tüdőtérfogatnál a Raw lényegében magasabb volt a D-vitaminhiányos egerekben. G és H részben megmagyarázható az EELV tüdőtérfogatának különbségeivel; ez azonban nem volt tapasztalható felfújt tüdőnél. Pontosabban, érzéstelenített állapotban megengedtük a TGV-nek az EELV-n belüli létrehozását, amelyet a korábban tárgyalt okok miatt jelentősen befolyásolhatott a mellkasfal szerkezete. A tüdő felfújásával és a tüdőfunkció nyomon követésével azonban szignifikáns, élettani szempontból releváns különbségeket tudtunk kimutatni a D-vitaminhiányos egerekben a tüdőfunkciók térfogatfüggésében. Ezek a különbségek különösen nyilvánvalóak voltak a parenchymás funkciók változásának sebességében a Prs növelésével. Ezek az adatok egyértelműen arra utalnak, hogy a D-vitaminhiány befolyásolja a tüdőszövet mechanikai tulajdonságait; ennek a strukturális különbségnek a jellege azonban adataink alapján nem volt egyértelmű.

A tüdő szerkezetében a csoportok közötti elsődleges különbség, amire az állatok neme nem volt hatással, a kisebb tüdőtérfogat és méret volt. A fő légutak térfogatbeli különbsége nem volt megfigyelhető. Azonban az alveolaris csatornák tekintetében térfogatkülönbségeket mértünk. A Zrs frekvenciafüggőségének ebben a tanulmányban alkalmazott Raw modellje a frekvenciától független newtoni áramlási ellenállást képviseli. Egerekben a mellkasfal viszonylag alacsony hozzájárulása miatt (41, 44) ez elsősorban a légutak ellenállását tükrözi, ahol a levegő nyomásfüggő áramlás útján mozog. Az egér tüdejének anatómiája, amelyben a nagy légutak gyorsan helyet adnak az alveoláris csatornáknak (44), az alveoláris csatornák térfogatánál megfigyelt különbségek megmagyarázhatják a Raw-ban megfigyelt különbségeket. Az EELV-nál a nőstények parenchymás tüdőfunkcióját teljes egészében a csoportok tüdőtérfogatának különbsége magyarázza, míg hím egerekben nem ez volt a helyzet. Az egyetlen szerkezeti paraméter, amely eltérő választ mutatott a férfiak és nők között, az alveolusok száma volt. Az alveolusok számának csökkenése a D-vitaminhiányos nőstény egerekben a felnőtt nőstényekhez viszonyítva magyarázhatja, hogy miért voltak elhanyagolhatóak a parenchymás mechanika különbségek a tüdő térfogatához történő igazítás után. Az a tény, hogy a tüdő térfogata nem magyarázza a hím egerekben az EELV parenchymás mechanikája közötti eltéréseket, különbséget mutat a tüdő parenchyma alapfelépítésében, bár ennek jellege nem volt egyértelmű a vizsgált szerkezeti paraméterek alapján.

A tanulmány jellege miatt nem tudtuk meghatározni, hogy az utódokban megfigyelt különbségek a tüdő méretében és funkciójában saját hiányállapotuk következményei, vagy az anyai hiányállapot in utero hatása. Fontos megjegyezni, hogy a kalória korlátozását eredményező szélsőséges táplálkozási manipuláció a méhen belüli növekedés korlátozásának hatékony modellje. Állati modelleket alkalmaztunk annak bizonyítására, hogy a méhben a kalória korlátozásának eredményeképpen csökkent testtömeget és a testtömeghez viszonyítva alacsonyabb tüdőtérfogati arányt tapasztaltunk (45). Ezen adatok nem utalnak a tüdő méretének testtömeg alapján történő standardizálásával kapcsolatos kérdésekre, inkább arra utalnak, hogy a kalória korlátozása megváltoztatja a tüdő növekedését. Jelen tanulmányban mindkét étrend kalóriatartalma hasonló volt. Ezenkívül kevés bizonyíték volt arra, hogy a D-vitamin-hiányos étrendnek való kitettség befolyásolja-e a szomatikus növekedést, ami arra utal, hogy az egerek nem voltak súlyosan alultápláltak a méhben. Tehát ebben a tanulmányban nem lehetett megkülönböztetni az anyai D-vitamin státusz és az utód születése utáni D-vitamin státusának a tüdőfejlődésre gyakorolt hatását.

Első alkalommal bizonyítottuk a D-vitamin közvetlen szerepét a csökkent tüdőfunkcióban, ismert zavaró tényezők hiányában, ezáltal megerősítve az epidemiológiai vizsgálatok állítását, miszerint kapcsolat van a D-vitaminhiány és a tüdőfunkció között. Pontosabban, a D-vitaminhiány fiziológiai szempontból jelentős csökkenést eredményezett a tüdő térfogatában anélkül, hogy szignifikáns hatást gyakorolt volna a szomatikus növekedésre.  A D-vitaminhiányos egerekben a tüdőfunkcióban is voltak olyan hiányosságok, amelyeket nem magyarázhatunk meg teljesen a tüdő térfogatának különbségeivel. Bizonyos eredmények arra utaltak, hogy a tüdő szerkezete megváltozott, mivel a tüdő mechanikájának térfogatfüggősége miatt nem volt különbség magas transzrespirációs nyomás esetén; ennek a strukturális különbségnek a jellege azonban adatainkból nem derült ki. Ezek a tüdőtérfogat-különbségek szövettanilag is nyilvánvalóak voltak. A tüdő térfogatában és a tüdő mechanikájában megfigyelt, lényeges és élettani szempontból releváns különbségek komoly aggodalmakat vetnek fel a D-vitaminhiány megnövekedett, társadalmi szintű gyakorisága miatt, valamint annak lehetséges hatásai miatt a tüdő általános egészségére, és különösen az obstruktív tüdőbetegségek iránti hajlandóságot illetően.

G.R.Z. részt vett a tanulmány koncepciójának kialakításában, elvégezte az összes tüdőfunkciós kísérletet, elemezte az eredményeket és elkészítette a kézirat első tervezetét. L.J.B. elvégezte és elemezte a tanulmány összes sztereológiai mérését. J.G.E. és A.L.J. részt vettek a tanulmány koncepciójának kialakításában, szellemi hozzájárulást adtak a sztereológiai mérésekhez és hozzájárultak a kézirat elkészüléséhez. S. G. és P.H.H. részt vettek a vizsgálat koncepcionális kialakításában, részt vettek az eredmények elemzésében és értelmezésében, valamint az egér kolóniák tervezésében, és jelentősen hozzájárultak a kézirathoz.

Irodalom

1.            Nowson CA, Margerison C. Vitamin D intake and vitamin D status of Australians. Med J Aust 2002;177:149–152.

2.            Ginde AA, Liu MC, Camargo CA. Demographic differences and trends of vitamin D insufficiency in the US population, 1988–2004. Arch Intern Med 2009;169:626–632.

3.            Holick MF. Vitamin D deficiency. N Engl J Med 2007;357:266–281.

4.            Dogan M, Erol M, Cesur Y, Yuca SA, Dogan SZ. The effect of 25-Hydroxyvitamin D-3 on the immune System. J Pediatr Endocrinol Metab 2009;22:929–935.

5.            Mathieu C, Gysemans C, Giulietti A, Bouillon R. Vitamin D and diabetes. Diabetologia 2005;48:1247–1257.

6.            Kilkkinen A, Knekt P, Aro A, Rissanen H, Marniemi J, Heliovaara M, Impivaara O, Reunanen A. Vitamin D status and the risk of cardiovascular disease death. Am J Epidemiol 2009;170:1032–1039.

7.            Litonjua AA, Weiss ST. Is vitamin D deficiency to blame for the asthma epidemic? J Allergy Clin Immunol 2007;120:1031–1035.

8.            Litonjua AA. Childhood asthma may be a consequence of vitamin D deficiency. Curr Opin Allergy Clin Immunol 2009;9:202–207.

9.            Janssens W, Lehouck A, Carremans C, Bouillon R, Mathieu C, Decramer M. Vitamin D beyond bones in chronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir Crit Care Med 2009;179:630–636.

10.          Janssens W, Bouillon R, Claes B, Carremans C, Lehouck A, Buysschaert I, Coolen J, Mathieu C, Decramer M, Lambrechts D. Vitamin D deficiency is highly prevalent in COPD and correlates with variants in the vitamin D-binding gene. Thorax 2010;65:215–220.

11.          Chishimba L, Thickett DR, Stockley RA, Wood AM. The vitamin D axis in the lung: a key role for vitamin D-binding protein. Thorax 2010;65:456–462.

12.          Camargo CA, Rifas-Shiman SL, Litonjua AA, Rich-Edwards JW, Weiss ST, Gold DR, Gillman MW. Prospective study of maternal intake of vitamin D during pregnancy and risk of wheezing illnesses in children at age 2 years. J Allergy Clin Immunol 2006;117:721–722.

13.          Camargo CA, Rifas-Shiman SL, Litonjua AA, Rich-Edwards JW, Weiss ST, Gold DR, Kleinman K, Gillman MW. Maternal intake of vitamin D during pregnancy and risk of recurrent wheeze in children at 3 y of age. Am J Clin Nutr 2007;85:788–795.

14.          Devereux G, Litonjua AA, Turner SW, Craig LCA, McNeill G, Martindale S, Helms PJ, Seaton A, Weiss ST. Maternal vitamin D intake during pregnancy and early childhood wheezing. Am J Clin Nutr 2007;85:853–859.

15.          Brehm JM, Celedon JC, Soto-Quiros ME, Avila L, Hunninghake GM, Forno E, Laskey D, Sylvia JS, Hollis BW, Weiss ST, et al. Serum vitamin D levels and markers of severity of childhood asthma in Costa Rica. Am J Respir Crit Care Med 2009;179:765–771.

16.          Searing DA, Zhang Y, Murphy JR, Hauk PJ, Goleva E, Leung DYM. Decreased serum vitamin D levels in children with asthma are associated with increased corticosteroid use. J Allergy Clin Immunol 2010;125:995–1000.

17.          Sutherland ER, Goleva E, Jackson LP, Stevens AD, Leung DYM. Vitamin D levels, lung function, and steroid response in adult asthma. Am J Respir Crit Care Med 2010;181:699–704.

18.          Tseng M, Giri V, Bruner DW, Giovannucci E. Prevalence and correlates of vitamin D status in African American men. BMC Public Health 2009;9:191.

19.          Brock K, Huang WY, Fraser DR, Ke L, Tseng M, Stolzenberg-Solomon R, Peters U, Ahn J, Purdue M, Mason RS, et al. Low vitamin D status is associated with physical inactivity, obesity and low vitamin D intake in a large US sample of healthy middle-aged men and women. J Steroid Biochem Mol Biol 2010;121:462–466.

20.          Scragg R, Camargo CA. Frequency of leisure-time physical activity and serum 25-hydroxyvitamin D levels in the US population: results from the Third National Health and Nutrition Examination Survey. Am J Epidemiol 2008;168:577–586.

21.          Strine TW, Balluz LS, Ford ES. The associations between smoking, physical inactivity, obesity, and asthma severity in the general US population. J Asthma 2007;44:651–658.

22.          Serres I, Gautier V, Varray A, Prefaut C. Impaired skeletal muscle endurance related to physical inactivity and altered lung function in COPD patients. Chest 1998;113:900–905.

23.          Taher YA, van Esch B, Hofman GA, Henricks PAJ, van Oosterhout AJM. 1 alpha,25-dihydroxyvitamin D-3 potentiates the beneficial effects of allergen immunotherapy in a mouse model of allergic asthma: role for IL-10 and TGF-beta. J Immunol 2008;180:5211–5221.

24.          Black PN, Scragg R. Relationship between serum 25-hydroxyvitamin D and pulmonary function in the Third National Health and Nutrition Examination Survey. Chest 2005;128:3792–3798.

25.          Nguyen M, Trubert CL, Rizk-Rabin M, Rehan VK, Besancon F, Cayre YE, Garabedian M. 1,25-Dihydroxyvitamin D3 and fetal lung maturation: immunogold detection of VDR expression in pneumocytes type II cells and effect on fructose 1,6 bisphosphatase. J Steroid Biochem Mol Biol 2004;89:93–97.

26.          Damera G, Fogle HW, Lim P, Goncharova EA, Zhao H, Banerjee A, Tliba O, Krymskaya VP, Panettieri RA. Vitamin D inhibits growth of human airway smooth muscle cells through growth factor-induced phosphorylation of retinoblastoma protein and checkpoint kinase 1. Br J Pharmacol 2009;158:1429–1441.

27.          Brunvand L, Quigstad E, Urdal P, Haug E. Vitamin D deficiency and fetal growth. Early Hum Dev 1996;45:27–33.

28.          Panda DK, Miao D, Tremblay ML, Sirois J, Farookhi R, Hendy GN, Goltzman D. Targeted ablation of the 25-hydroxyvitamin D 1 alpha-hydroxylase enzyme: evidence for skeletal, reproductive, and immune dysfunction. Proc Natl Acad Sci USA 2001;98:7498–7503.

29.          Yoshizawa T, Handa Y, Uematsu Y, Takeda S, Sekine K, Yoshihara Y, Kawakami T, Arioka K, Sato H, Uchiyama Y, et al. Mice lacking the vitamin D receptor exhibit impaired bone formation, uterine hypoplasia and growth retardation after weaning. Nat Genet 1997;16:391–396.

30.          Janosi TZ, Adamicza A, Zosky GR, Asztalos T, Sly PD, Hantos Z. Plethysmographic estimation of thoracic gas volume in apneic mice. J Appl Physiol 2006;101:454–459.

31.          Zosky GR, Adamicza A, Bozanich EM, Cannizzaro V, Larcombe AN, Turner DJ, Sly PD, Hantos Z. The bimodal quasi-static and dynamic elastance of the murine lung. J Appl Physiol 2008;105:685–692.

32.          Fredberg JJ, Stamenovic D. On the imperfect elasticity of lung tissue. J Appl Physiol 1989;67:2408–2419.

33.          Hsia CCW, Hyde DM, Ochs M, Weibel EW. An official policy statement of the American Thoracic Society/European Respiratory Society: standards for quantitative assessment of lung structure. Am J Respir Crit Care Med 2010;181:394–418.

34.          Zosky GR, Noble PB, Sly PD. Instillation fixation and overinflation of the mouse lung. J Appl Physiol 2010;109:935.

35.          Nyengaard JR, Gundersen HJG. Sampling for stereology in lungs. Eur Respir Rev 2006;15:107–114.

36.          Yan X, Carbayo JJP, Weibel ER, Hsia CCW. Variation of lung volume after fixation when measured by immersion or Cavalieri method. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2003;284:L242–L245.

37.          Fung YC. A model of the lung structure and its validation. J Appl Physiol 1988;64:2132–2141.

38.          Ochs M. A brief update on lung stereology. J Microsc (Paris) 2006;222:188–200.

39.          Cook CD, Helliesen PJ, Agathon S. Relation between mechanics of respiration, lung size and body size from birth to young adulthood. J Appl Physiol 1958;13:349–352.

40.          Ceglia L. Vitamin D and its role in skeletal muscle. Curr Opin Clin Nutr Metab Care 2009;12:628–633.

41.          Sly PD, Collins RA, Thamrin C, Turner DJ, Hantos Z. Volume dependence of airway and tissue impedances in mice. J Appl Physiol 2003;94:1460–1466.

42.          Hancox RJ, Poulton R, Greene JM, McLachlan CR, Pearce MS, Sears MR. Associations between birth weight, early childhood weight gain and adult lung function. Thorax 2009;64:228–232.

43.          Walter EC, Ehlenbach WJ, Hotchkin DL, Chien JW, Koepsell TD. Low birth weight and respiratory disease in adulthood a population-based case-control study. Am J Respir Crit Care Med 2009;180:176–180.

44.          Irvin CG, Bates JH. Measuring the lung function in the mouse: the challenge of size. Respir Res 2003;4:4.

45.          Chen CM, Wang LF, Su BC. Effects of maternal undernutrition during late gestation on the lung surfactant system and morphometry in rats. Pediatr Res 2004;56:329–335.