SD大鼠極端高溫高濕環境暴露的實驗研究*

劉 剛，劉詩穎，黃伍蓉，簡 燚，呼永河，吳麗娟△

(1.西南交通大學生命科學與工程學院，成都 610031；2.中國人民解放軍成都軍區總醫院轉化醫學科/高濕醫學全軍重點實驗室，成都 610083;3.中國人民解放軍成都軍區總醫院病理科,成都 610083;4.中國人民解放軍成都軍區總醫院中醫科,成都 610083)

論著·基礎研究

SD大鼠極端高溫高濕環境暴露的實驗研究*

劉 剛1,2，劉詩穎2，黃伍蓉2，簡 燚3，呼永河4，吳麗娟2△

(1.西南交通大學生命科學與工程學院，成都 610031；2.中國人民解放軍成都軍區總醫院轉化醫學科/高濕醫學全軍重點實驗室，成都 610083;3.中國人民解放軍成都軍區總醫院病理科,成都 610083;4.中國人民解放軍成都軍區總醫院中醫科,成都 610083)

目的調查極端高溫高濕環境暴露對SD大鼠生存、血液生化指標的影響及對主要臟器的傷害。方法26只SD大鼠分為常溫常濕組和極端高溫高濕組。觀察SD大鼠在極端高溫高濕環境中的死亡情況并于半數致死時間點捕殺動物進行血清生化指標測定和心、肺、腎、腦、肌肉和小腸6種組織的病理檢測。結果極端高溫高濕環境暴露可導致SD大鼠死亡，半數致死時間為48 h；極端高溫高濕組與常溫常濕組相比，SD大鼠血清肌酐(Scr)顯著性升高(P<0.05)，血清堿性磷酸酶(ALP)、缺血修飾性清蛋白(IMA)明顯下降(P<0.05)，其他生化指標無顯著性改變；極端高溫高濕組SD大鼠心、肺、腎、小腸組織可見炎性細胞浸潤，腦和肌肉組織未見明顯病理性改變。結論極端高溫高濕環境暴露對SD大鼠有明顯傷害，可引起某些血液生化指標異常和心、肺、腎、小腸組織的炎性改變，甚至造成死亡。

高溫；高濕；環境暴露;大鼠,Sprague-Dawley；生物學標記；病理學,臨床

高溫高濕環境會導致機體不能有效散熱，體溫升高，引起機體一系列的生理應激反應，呼吸加深加快、心率增加、消化吸收功能下降等，嚴重時能導致神經內分泌、能量代謝及免疫功能等系統及組織器官功能的改變[1]。西南戰區部隊官兵在夏季進行野外軍事訓練時，常會經受極端高溫高濕環境的考驗，為了探究極端高溫高濕環境對機體造成的生理病理影響，本研究采用人工氣候箱模擬極端高溫高濕環境，觀察Sprague-Dawley(SD)大鼠的生存情況、血液生化指標改變及主要臟器的病理損傷，為進一步研究極端高溫高濕環境對人體的損傷作用、分子機制和干預措施提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1實驗動物 雄性SD大鼠26只，6～8周齡，體質量(180±10)g，成都達碩生物科技有限公司提供，實驗動物許可證號scxk(川) 2008-24。本研究獲得成都軍區總醫院倫理委員會批準。

1.2主要儀器與試劑 多段編程人工氣候箱(RXZ-100A，中國寧波江南儀器廠)，Beckman AU5800全自動生化儀，轉輪式切片機(徠卡-2016，德國)等。多聚甲醛、中性樹膠等由四川生工科技有限公司提供，各項生化指標試劑盒由北京九強生物技術有限公司提供。

1.3方法 SD大鼠按隨機數字表法分為極端高溫高濕組和常溫常濕組，每組13只。人工氣候箱模擬溫度與濕度氣候環境，極端高溫高濕組設置為溫度(35.0±0.5)℃、相對濕度(95±5)%；常溫常濕組設置為溫度(25.0±0.5)℃、相對濕度(50±5)%。兩組大鼠置于相應的環境下持續飼養，24 h不間斷暴露于模擬氣候條件中。實驗中，記錄大鼠存活狀態與死亡情況，當極端高溫高濕組死亡數量達到1/2時，對存活大鼠以水合氯醛麻醉，采集SD大鼠腹主動脈血進行血清生化指標檢測并取心、肺、腎、腦、肌肉和小腸6種組織進行病理檢查。常溫常濕組在極端高溫高濕組達到半數致死時選取6只SD大鼠，按照相同的方法采集血標本及組織標本。

1.4指標檢測

1.4.1生化指標測定 使用美國BD黃頭采血管(含血清分離膠)采集血液樣本4 mL，靜置30 min后3 000 r/min離心15 min分離血清，隨即對鉀(K+)、鈉(Na+)、氯(Cl-)、尿素氮(BUN)、血清肌酐(Scr)、總膽紅素(TBIL)、丙氨酸氨基轉移酶(ALT)、天門冬氨酸氨基轉移酶(AST)、γ谷氨酰基轉移酶(GGT)、血清堿性磷酸酶(ALP)、缺血修飾性清蛋白(IMA)和肌酸激酶(CK)共計12項血液生化指標，按照北京九強生物技術有限公司提供的試劑盒說明書在全自動生化儀上檢測。

1.4.2病理檢查 SD大鼠解剖暴露胸腹腔后，肉眼觀察并記錄主要臟器形態特點，摘取心、肺、腎、腦、肌肉和小腸6種組織，經10 %多聚甲醛固定、脫水、包埋、切片及染色后，做常規病理分析，顯微鏡下觀察組織病理改變并拍照記錄。

2 結 果

2.1致死效應 極端高溫高濕組SD大鼠暴露于人工氣候模擬箱提供的極端高溫高濕環境10 h后開始明顯出現活動量減少，呼吸急促，反應遲鈍的現象。在20.5 h之前無死亡發生，27.5 h死亡2只，48.0 h死亡5只，累計死亡過半剩余6只。SD大鼠的半數致死時間為48 h。常溫常濕組SD大鼠在實驗期間反應迅速，狀態無異常，48 h內未出現死亡。SD大鼠生存曲線見圖1。

2.2血液生化指標檢測結果 通過對血液生化指標的測定與分析，極端高溫高濕組與常溫常濕組相比，K+、Na+、Cl-、ALT、AST 5項生化指標降低但差異無統計學意義(P>0.05)，ALP和IMA降低差異有統計學意義(P<0.05)；BUN、TBIL、GGT和CK升高但差異無統計學意義(P>0.05)，Scr明顯升高且差異有統計學意義(P<0.05)。上述各項指標的詳細檢測結果見表1。

圖1 SD大鼠生存曲線

項目常溫常濕組極端高溫高濕組K+(mmol/L)6.03±0.395.41±1.35Na+(mmol/L)157.45±16.83139.95±3.94Cl-(mmol/L)107.08±13.4598.83±1.88BUN(mmol/L)6.43±1.266.91±1.55Scr(μmol/L)24.50±5.0034.67±6.31aTBIL(μmol/L)0.69±0.291.02±0.33ALT(IU/L)51.60±9.1542.98±8.19AST(IU/L)208.33±25.46180.67±24.02GGT(IU/L)4.48±0.324.50±0.45ALP(IU/L)406.85±61.41281.77±76.47aIMA(U/L)79.38±3.6274.65±1.75aCK(IU/L)1684.30±606.951698.23±205.29

a:P<0.05,與常溫常濕組比較

圖2 兩組心、肺、腎、腦、肌肉、小腸組織病理檢查結果(HE×100)

2.3病理檢查結果 解剖發現與常溫常濕組比較，極端高溫高濕組大鼠肉眼可見心臟顏色暗紅，肺臟輕微充血，小腸與腎臟輕度腫脹，其他臟器無肉眼可見差異。六大臟器的病理檢查發現，極端高溫高濕組SD大鼠心組織出現輕微心肌纖維水腫伴嗜酸性粒細胞浸潤；肺組織出現血管擴張充血、輕微肺間質增寬伴淋巴細胞浸潤；小腸絨毛排列整齊緊密、黏膜出血且黏膜層內有淋巴細胞及漿細胞浸潤；腎組織出現間質充血伴淋巴細胞浸潤、腎小球未見血管增生、腎曲小管無濁腫變性；腦和肌肉組織結構完整，無明顯病理改變。常溫常濕組SD大鼠心、肺、腎、腦、肌肉和小腸組織結構完整，無明顯病理改變。病理檢查結果見圖2。

3 討 論

高溫對機體的影響及其機制已經被人們了解，但高濕對機體的影響還鮮為人知。本課題組在高濕醫學全軍重點實驗室專項資金的資助下，開展了系列高濕環境暴露對實驗動物機體傷害的基礎醫學研究，其中在慢性傷害研究中，課題組為了盡量減少動物少食[高溫和(或)高濕時動物主動少食]帶來的干擾，采取了間斷性暴露(每天12 h暴露，12 h修整)30 d以上，結果表明高濕環境暴露對機體免疫系統[2]、水通蛋白表達[3]等存在明顯影響，且高溫與高濕環境暴露存在協同效應，能夠加重實驗動物的慢性高濕損傷[4]。

本研究旨在模擬我國南方尤其是西南地區夏季處于極端炎熱和極端高濕的氣候條件，設置相對濕度(95±5)%、環境溫度(35.0±0.5) ℃，使SD大鼠24 h不間斷暴露于上述極端高溫高濕環境中，發現48 h暴露即可導致半數實驗大鼠死亡，提示極端高溫高濕環境暴露對實驗動物具有致死效應。在接下來對暴露48 h仍然存活實驗大鼠的研究中，本研究將極端高溫高濕組與常溫常濕組各項血清學檢測指標和病理檢查結果進行了逐一比較發現：(1)暴露48 h存活SD大鼠的血清電解質(K+、Na+、Cl-)無明顯變化，提示極端高溫高濕環境暴露48 h內存活SD大鼠體內滲透壓平衡未受明顯影響。(2)暴露48 h存活SD大鼠的血清BUN和Scr水平均出現升高，其中Scr升高差異有統計學意義(P<0.05)，同時病理檢查也提示腎組織出現間質充血伴淋巴細胞浸潤，上述結果表明極端高溫高濕環境對腎臟造成了明顯的病理損傷，提示腎功異常是極端高溫高濕環境暴露引起SD大鼠急性死亡的重要原因。該結果與本課題組楊蕓等[3]在高濕環境致SD大鼠慢性傷害研究中[環境溫度(25.0±0.5)℃，相對濕度(90±2)%，連續間斷暴露30 d]的結果一致。(3)暴露48 h存活SD大鼠血清ALT、AST、ALP、GGT均出現降低，其中ALP降低，差異有統計學意義(P<0.05)，血清TBIL升高但差異無統計學意義，據此本研究認為極端高溫高濕暴露可導致血清酶水平降低。程建波等[5]認為機體可以通過體溫調節中樞抑制甲狀腺功能進而引起ALP降低支持了本研究發現；但是上述結果與汪曉[6]的研究報道明顯不同，汪曉采用環境濕度(35±2)℃、相對濕度(80±10)%氣候條件，用1.00 mA電流電擊大鼠強迫實驗大鼠運動力竭，并在大鼠被迫運動15 min時采樣檢測，因此本研究認為汪曉的研究結果需要排除電擊、恐慌和極限運動等帶來的影響才能反映環境溫度和濕度對實驗大鼠的影響。(4)暴露48 h存活SD大鼠的血清CK水平出現升高，病理檢查中肌肉和腦組織結構完整、無明顯病理改變，僅在心臟組織中發現存在輕微心肌纖維水腫伴嗜酸性粒細胞浸潤的情況，說明極端高溫高濕環境暴露可致大鼠心臟病理損傷，是極端高溫高濕環境暴露引起SD大鼠死亡的又一重要原因。(5)暴露48 h存活SD大鼠的血清IMA水平顯著性下降；血清蛋白(serum albumin，ALB)由肝臟合成，在ALB的氨基末端存在與銅、鈷、鎳等過渡金屬離子結合的位點，當體內出現組織缺血缺氧的氧化應激[7]及組織炎癥[8]時，ALB氨基末端序列中的一個或多個氨基酸發生N-乙酰化、缺失或替換，ALB即轉變成為了IMA，與上述過渡金屬離子的結合能力降低，因此血清IMA水平能反映組織缺血缺氧的氧化應激程度及組織的炎癥程度，臨床上已經將血清IMA作為心肌缺血等的靈敏指標[9]；理論上，高溫環境暴露可導致體內血液由內臟轉向皮膚，引起機體臟器處于相對缺血缺氧的狀態，本研究在心、肺、腎及小腸病理檢查中均觀察到了存在炎性細胞浸潤，筆者預期高溫會導致血清IMA升高，但本研究卻發現血清IMA下降，具體原因有待進一步探討。

總之，通過對極端高溫高濕環境下大鼠生存情況、血液生化指標及主要臟器病理損傷的監測，加深了極端高溫高濕環境對機體生理病理影響的認識。極端高溫高濕環境暴露引起生化指標的改變與病理損傷存在哪些聯系，這一過程中生化指標隨暴露時間的變化及哪些通路的改變引起了這一系列變化，這都有待進一步研究。

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TheexperimentalresearchoftheSDratsexposedtothehigh-temperatureandhigh-humidityenvironment*

LiuGang1,2,LiuShiying2,HuangWurong2,JianYi3,HuYonghe4,WuLijuan2△

(1.SchoolofLifeScienceandEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu,Sichuan610031,China;2.DepartmentofTranslationalMedicine/KeyLaboratoryofHighHumidityMedicine,ChengduMilitaryGeneralHospital,Chengdu,Sichuan610083,China;3.DepartmentofPathology,ChengduMilitaryGeneralHospitalofPLA,Chengdu,Sichuan610083,China;4.DepartmentofTraditionalChineseMedicine,ChengduMilitaryGeneralHospital,Chengdu,Sichuan610083,China)

ObjectiveTo investigate the effect of extremely high temperature and high humidity exposure on the survival and blood biochemical indexes of SD rats and the to the major organs.MethodsTwenty - six SD rats were divided into the normal temperature and humidity group and the extremely high-temperature and high-humidity group.The mortality of SD rats in extremely high-temperature and high humidity environment was observed,and at the median lethal time,the living rats were undergoing the tests of serum biochemical indicators and the pathological examination of the heart,lung,kidney,brain,muscles and intestinal tissues.ResultsThe exposure to the extremely high-temperature and high-humidity environment could lead to the death of SD rats,the median lethal time was 48 h.The serum creatinine(Scr) increased significantly(P<0.05),and the serum alkaline phosphatase(ALP) and ischemia modified albumin (IMA) decreased significantly (P<0.05) when compared with the normal temperature and humidity group,and there was no significant difference in other biochemical indicators.The inflammatory cell infiltration was observed in heart,lung,kidney and intestines,and there were no obvious pathological changes in brain and muscle.ConclusionThe exposure to the extremely high-temperature and high-humidity environment has obvious lesion on SD rats,it can lead to the abnormality of some biochemical indicators,the inflammatory changes in heart,lung,kidney and intestines,and even death.

] high-temperature;high-humidity;environmental exposure;rats,Sprague-Dawley;biological markers;pathology,clinical

10.3969/j.issn.1671-8348.2017.36.005

四川省科技廳青年科技創新研究團隊資助(2013TD0016)。

劉剛(1991-),碩士，主要從事生物化學與分子生物學研究。△

，E-mail:wulijuan1638@126.com。

Q494

A

1671-8348(2017)36-5052-03

2017-07-07

2017-08-09)