急性低壓缺氧對大鼠腎組織中生化指標變化的研究

王 喆，郭廣進，熊 敏，牛天慧

（空軍總醫院臨床航空醫學中心實驗室，北京 100142）

急性低壓缺氧對大鼠腎組織中生化指標變化的研究

王 喆，郭廣進，熊 敏，牛天慧

（空軍總醫院臨床航空醫學中心實驗室，北京 100142）

目的 觀察急性低壓缺氧對大鼠腎組織中超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）、還原型谷胱甘肽（GSH）、過氧化氫酶（CAT）及內皮素（ET-1）和腫瘤壞死因子（TNF-α）的影響。方法 將24只雄性Wistar大鼠，體重180～220 g，隨機分成地面對照組和急性低壓缺氧組，急性低壓缺氧組又分成缺氧1組和缺氧2組，每組8只。急性低壓缺氧后10 min和24 h處死動物，迅速取出腎臟進行生化指標的檢測，并采用免疫組織化學方法觀察腎組織內皮素（ET-1）和腫瘤壞死因子（TNF-α）的表達情況。結果 急性低壓缺氧后，大鼠腎組織中SOD活性明顯下降（P＜0.01），缺氧1組CAT活性極顯著降低（P＜0.01），缺氧2組GSH活性顯著降低（P＜0.05），但MDA含量無明顯變化（P ＞0.05）。免疫組織化學染色顯示，ET-1和TNF-α表達均明顯增強，24 h后表達減弱。結論SOD、CAT和GSH活性明顯下降及ET-1及TNF-α表達明顯增強，可能參與了缺氧性腎損傷的病理過程。

急性低壓缺氧；超氧化物歧化酶；丙二醛；還原型谷胱甘肽；過氧化氫酶；內皮素；腫瘤壞死因子

飛行員或初次進入高原的指戰員在意外情況下會遭受急性低壓缺氧的影響。急性低壓缺氧對機體可產生多種影響，但主要集中在心臟、大腦及肝功能的研究，國內曾報道急性低壓缺氧對大鼠腎功能和腎臟結構均有損害［1-3］。有關低壓缺氧對大鼠腎組織生化指標變化的研究報道較少。本實驗研究超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、還原型谷胱甘肽（glutathione，GSH）、過氧化氫酶（catalase，CAT）、丙二醛（malondialdehyde，MDA）在低壓缺氧大鼠腎組織中的變化，并采用免疫組織化學方法觀察腎組織內皮素（Endothelin，ET-1）和腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor alpha，TNF-α）的表達情況，為進一步闡明低壓缺氧條件下腎損傷的機制提供依據，這方面的工作將有助于從更深層次闡明高空缺氧對人體的影響，從而建立更加有效的預防方法。

1 材料和方法

1.1 實驗動物及分組

24只雄性SPF級Wistar大鼠，體重180～200 g，購自軍事醫學科學院實驗動物中心，許可證號［SCXK（軍）2007-004］。動物飼養在屏障系統內，許可證［SYXK（軍）2007-008］。動物適應性飼養1周后，開始正式實驗。將大鼠隨機分成地面對照組和急性低壓缺氧組，低壓缺氧組又分成缺氧1組（缺氧后10 min）和缺氧2組（缺氧后24 h），每組8只。

1.2 儀器及試劑

動物低壓艙（空軍航空醫學研究所研制），UV-2201紫外分光光度計（日本島津），高速冷凍離心機（上海安亭科學儀器廠），SOD、CAT、GSH和MDA檢測試劑盒（批號：20130618，南京建成生物工程研究所），ET-1多克隆抗體和TNF-α單克隆抗體（北京邦定公司提供）。

1.3 急性低壓缺氧實驗

將低壓缺氧組大鼠放入動物低壓艙后，以30 m/s的速度模擬上升至8000 m，停留30 min后，造成缺氧。然后以30 m/s的速度下降至地面［4］。對照組同時放入另一實驗條件完全相同的動物低壓艙30 min，不進行低壓缺氧。

1.4 觀察指標

1.4.1 腎組織生化指標的測定：各組大鼠均在出艙后的時間點處死。所有動物均用速眠新Ⅱ與氯胺酮復合麻醉致死，迅速取出同側腎臟，浸入冰生理鹽水中洗凈殘余血跡，濾紙吸干，剪取1 g組織，按W/V=1/9加入預冷的生理鹽水，勻漿后放入4℃的冷凍離心機，以3 000 r/min離心15 min，取上清液分別用于SOD、CAT、GSH、MDA的測定，腎組織中SOD、CAT活性及GSH、MDA含量測定的方法詳見南京建成生物工程研究所提供的測定試劑盒要求進行操作。

1.4.2 免疫組織化學染色檢測：采用SP法檢測各組大鼠腎組織ET-1和TNF-α的表達［5］。取每組大鼠左腎組織，石蠟包埋切片，厚2μm，烤片2 h，常規脫蠟至水，加0.1％Triton X-100常溫下處理10 min，3％過氧化氫-甲醇溶液處理15 min，10％ 山羊血清封閉15 min，分別加ET-1多克隆抗體和TNF-α單克隆抗體孵育，4℃過夜。16 h后加二抗，37℃處理30 min。DBA顯色，蘇木素復染，經二甲苯透明后中性樹膠封片。組織呈黃褐色為ET-1和TNF-α陽性染色。

1.5 統計學方法

2 結果

2.1 腎組織生化指標變化

與正常對照組比較，低壓缺氧組SOD活性極顯著降低（P＜0.01），缺氧2組GSH活性顯著降低（P＜0.05），缺氧1組CAT活性極顯著降低（P＜0.01），MDA含量組內和組間比較均無顯著變化（P＞0.05）（表1）。

2.2 免疫組織化學檢測結果

在正常對照組，ET-1和TNF-α的表達極低，缺氧1組有明顯表達，缺氧2組表達減弱（彩插5圖1）。

表1 大鼠腎組織生化指標的變化Tab.1 Variations of biochemical index in the kidneys tissues of rats

3 討論

我國青藏高原平均海拔4500 m，自然環境十分惡劣，嚴重威脅高原居民和部隊官兵的身心健康和作業能力。應用低壓低氧環境模擬裝置開展高原醫學的研究具有一定的現實意義。大型復合低壓艙的研制成功，為高原環境下軍地人員作業能力的醫學保障研究提供了一種實驗平臺［6］。小型動物低壓艙的應用，為開展許多高原醫學的研究提供了結構簡單、成本低、實用、穩定的低壓低氧環境，我們應用動物低壓艙進行動物實驗工作，均取得良好的實驗效果。

在正常生理條件下，處于平衡狀態下的自由基濃度很低，不但不會對機體造成損傷，而且還具有細胞信號調節、代謝、生存和凋亡等重要的生理功能。但是，當環境中的物理因素或外源化學物質直接或間接誘導產生的大量自由基超過了機體的清除能力，或內源性自由基產生和清除失去平衡，使機體處于氧化應激狀態中。自由基可與生物大分子共價結合和使生物膜脂質過氧化而產生各種毒性效應，從而損害細胞的結構與功能，導致許多疾病的發生與發展。為保護機體免受過氧化損傷，細胞形成一套復雜的抗氧化酶防御系統，這個系統主要包括SOD、CAT、GSH等，其中SOD把超氧陰離子（）轉換為過氧化氫（H2O2），CAT再把H2O2轉化為水，從而有毒性的和H2O2均被轉化為無害的水分子；GSH在被催化下，實現向氧化型谷胱甘肽的轉變，使氧化型物質還原，解除其毒性［7］。低壓缺氧后動物血液及某些臟器的脂質過氧化反應增強，脂質過氧化產物MDA含量能直接反映體內脂質過氧化的強度和速度。國外報道大鼠血中MDA的濃度隨缺氧時間延長而增加。國內也有報道9000 m重度缺氧主要造成心、腦、肺的過氧化損傷，而肝腎不明顯。這可能與前3種組織主要是以有氧代謝為主有關［8］。

關于急性低壓缺氧引起腎損傷的確切機制，目前還不十分清楚。從本研究結果看，在急性低壓缺氧后，腎組織中的SOD、GSH和CAT活性顯著降低，說明腎臟的抗脂質過氧化能力已有顯著減退，所引起的氧自由基代謝失衡是誘發腎損傷的主要原因。但MDA含量無顯著變化，這些結果與俞啟福等報道相一致［9］，說明急性低壓缺氧應激刺激對腎組織MDA含量影響不明顯。

ET-1是血管內皮細胞、支氣管粘膜上皮細胞分泌，具有較強的縮血管活性。缺氧可使ET合成增加。已知腎血管對ET的縮血管效應比其他血管床敏感10倍［10］。TNF-α受體存在血管內皮細胞表面，當TNF-α在血液中異常增生時，可損傷血管內皮細胞，造成血管內皮細胞形態改變，細胞膜及細胞器損害等［11-12］。腎組織中的TNF-α可來源于循環血中的白細胞，也可來源于腎小球固有的系膜細胞、腎小球臟層上皮細胞和腎小球上皮細胞。本實驗對腎組織ET-1和TNF-α表達的情況發現：急性低壓缺氧組的表達明顯強于正常對照組。這可能說明急性低壓缺氧引起的腎損傷可產生更多的細胞因子，ET-1和TNF-α既是其中的兩種。有關細胞因子在腎損傷中的作用機制今后還需進一步研究。

［1］李文斌，王榮，謝華，等.急進4010m實地高原Wistar大鼠生理學和病理學變化研究［J］.國際病理科學與臨床雜志，2012，32（3）：185-192.

［2］張蕾，謝林伸，樊均明.高原低壓缺氧對腎臟的影響及藏藥紅景天的應用［J］.中國中西醫結合腎病雜志，2008，9（5）：459-461.

［3］戴雨，王喆，紀桂英，等.低壓缺氧對腎臟功能和結構的影響［J］.航空軍醫，1997，25（3）：3-4.

［4］尹世敏，俞啟福，郝唯蔚，等.神經節苷脂對老齡大鼠急性低壓缺氧腦損害的防治作用［J］.中華航空航天雜志，2000，11 （1）：36-38.

［5］周敬，潘興華，龐榮清，等.兔慢性腎功能衰竭模型的建立與評價［J］.中國比較醫學雜志，2010，20（10）：48-51.

［6］許永華，張瓊，曹金軍，等.創建大型復合低壓艙擴大醫學實驗平臺種類［J］.中國比較醫學雜志，2012，22（7）：60-63.

［7］辛益妹，張清俊，葛華，等.復方紅景天提取物對大鼠+Gz暴露后血清超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量的影響［J］.中華航空航天雜志，2012，23（3）：188-191.

［8］鄭曉惠.高空低壓和缺氧生理學研究進展［J］.航空軍醫，2002，30（3）：126-129.

［9］俞啟福，楊曄，李慶棣，等.血小板活化因子拮抗劑對急性低壓缺氧腎損害的防護效應［J］.中華航空航天醫學雜志，1996，7（2）：75-78.

［10］Cantley LG，Spokes K，Clark B，et al.Role of endothelin and prostaglandins in radiocontrast-induced renal artery constriction［J］.Kidney Int，1993，44（6）：1217.

［11］Goldblum SE，whining B，Jay M，et al.Tumor necrosis factor induced Pumonary vascular endothelial injury［J］.Infect Inrum，1989，57：1218-1225.

［12］徐望明，楊菁，謝青貞，等.腫瘤壞死因子α與妊娠高血壓綜合征發病關系的研究［J］.中華醫學雜志，2000，80：271 -274.

The study of acute hypobaric hypoxia on variation biochem ical index of renal tissue in rats

WANG Zhe，GUO Guang-jin，XIONG Min，NIU Tian-hui
（Aviation Medicine Research Lab，General Hospital of Air Force，Beijing 100142，China）

Objective To observe the effect of superoxide dismutase（SOD），malondialdehyde（MDA），glutathione（GSH），catalase（CAT）and endothelin（ET-1）and tumor necrosis factor alpha（TNF-α）on rat renal tissue under acute hypoxia.M ethods 24 male Wistar rats，weight180～220 g，were random ly divided into control group and acute hypobaric hypoxia group.Acute hypoxia group was divided into 2 groups hypoxia 1 and hypoxia 2，8 rats for each group.After acute hypobaric hypoxia 10min and 24h，rats were sacrificed.The left removed kidneys were analyzed for biochemical indexes，and the right parts were observed by immunohistochemistry to evaluate the expression level of renal endothelin（ET-1）and tumor necrosis factor alpha（TNF-α）.Results After acute hypobaric hypoxia，the activity of SOD of the rats kidney was greatly decreased（P ＜0.01），CAT activity of hypoxia group 1 was significantly decreased（P ＜0.01），GSH activity of hypoxia group 2 was significantly decreased（P ＜0.05），but the MDA content had no obvious change（P ＞0.05）.The immunohistochemical staining showed that，the expression level of ET-1 and TNF-αwas increased remarkably，but itwas reduced after 24 h.Conclusion The obviously decreased activity of SOD，CAT，GSH and significantly increased expression of ET-1 and TNF-α，may be involved in the pathogenesis of renal hypoxic injury.

Acure hypobaric hypoxia；Superoxide dismutase；Malondialdehyde；Glutathione；Catalase；Endothelin；Tumor necrosis factor alpha

R332

A

1671-7856（2014）03-0030-04

10.3969.j.issn.1671.7856.2014.003.007

空軍總醫院面上項目（KZ2012041）。

王喆（1960-），男，副主任醫師，從事動物實驗工作。E-mail：wangzhe6019@sohu.com。

牛天慧（1981-），女，博士，從事分子生物學工作。E-mail：niuhui81@126.com。

2014-02-21

·征稿啟事·