高溫高濕環境對Wistar大鼠生理病理的影響研究

劉詩穎，陳 杰，李賡覓，黃伍蓉，簡 燚，呼永河，吳麗娟

我國西南地區氣候環境復雜，每年夏季都會出現持續的高溫高濕天氣，平均每年有30天日平均氣溫高于33℃，最高可達41℃以上，并且全年濕度偏高，在梅雨季節期間常常持續20天以上濕度接近100%[1]。高溫高濕環境作為一種特殊的外界因素嚴重擾亂機體內環境穩定，導致重要器官如腦、心、肺、肝、腎等的功能紊亂，甚至引起衰竭并危及生命[2-4]。既往研究主要集中在討論高溫高濕環境對創傷[5-7]或某一特定臟器及細胞免疫功能[8-9]的影響，本研究旨在通過檢測極端高溫高濕環境下Wistar大鼠血生化及病理指標的改變，從生理和病理的整體水平上探究高溫高濕環境急性傷害對Wistar大鼠的影響，為下步深入探討高溫高溫急性傷害的機理研究提供前期實驗基礎。

1 材 料

1.1 實驗動物

SPF級Wistar大鼠，雄性，170-190g，購自成都達碩生物科技有限公司[實驗動物許可證號scxk(川)2008-24]。在試驗過程中，按試驗動物使用的“3R”原則給以實驗鼠人道主義關懷。本研究獲得我院倫理委員會批準。

1.2 主要儀器

多段編程人工氣候箱，型號RXZ-1000A，購自中國寧波江南儀器；全自動生化儀，型號AU5800，購自BECKMAN公司。

2 方 法

2.1 極端高濕環境下適宜研究溫度的篩選

將人工氣候箱條件設置為RH =(95±2)%，T分別設置為(30±0.5)℃、(32±0.5)℃、(34±0.5)℃、(36±0.5)℃。將12只Wistar大鼠放入不同溫度條件的人工氣候箱中飼養72h，要求實驗鼠每天置于箱內24小時。觀察并記錄動物死亡情況，根據死亡情況篩選適宜的研究條件。

2.2 高溫高濕環境暴露對Wistar大鼠生化和病理指標的影響

按照“極端高濕環境下適宜研究溫度的篩選”方案，將人工氣候箱條件設置為[RH=(95±2)%，T=(34±0.5)℃]。將13只Wistar大鼠暴露于人工氣候箱中，要求實驗鼠每天置于箱內24小時，實時觀察記錄死亡情況，當超過半數動物死亡時停止實驗，剩余存活的大鼠經10%水合氯醛麻醉后，進行腹主動脈取血，離心收集血清進行生化指標測定。同時收集存活大鼠的心、肺、腎、腦、腸及肌肉組織置于4%多聚甲醛中固定，進行病理檢測。另外，實驗設置常溫常濕組[T=(25±0.5)℃，RH=50±2%]作為對照。

2.3 指標測定

鉀(K)、鈉(NA)、氯(CL)、尿素氮(BUN)、肌酐(CREA)、總膽紅素(TBIL)、谷丙轉氨酶(ALT)、谷草轉氨酶(AST)、r-谷氨酰轉移酶(GGT)、堿性磷酸酶(ALP)、缺血修飾白蛋白(IMA)、肌酸激酶(CK)、超敏C反應蛋白(Hs-CRP)試劑盒均購自北京九強生物技術有限公司。所有指標均在BECKMAN COULTER AU5800 全自動生化儀上檢測。

2.4 統計學方法

3 結 果

3.1 極端高濕環境下適宜研究溫度的篩選

在極端高濕(RH=95%)條件下，Wistar大鼠暴露于30℃及32℃環境72 h未出現死亡；34℃條件下暴露24 h開始出現死亡，且死亡率隨著暴露時間的延長而上升，暴露72 h后死亡率達到83%，顯著高于30℃和32℃組(P<0. 05)；36℃條件下暴露12 h死亡率突然躍升到92%，72 h時死亡率已經達到100%，顯著高于30℃和32℃組(P<0. 05)，而與34℃組無顯著性差異(P>0. 05)。

*與30℃和32℃組比，P<0. 05

3.2 高溫高濕環境對Wistar大鼠血生化指標的影響

將13只Wistar大鼠暴露于[RH=(95±2)% / T=(34±0.5)℃]環境中，到46 h時死亡7只，取剩余6只存活大鼠血液進行生化指標的檢測(見表1)。生化結果顯示，與常溫常濕對照組相比，高溫高濕環境下暴露46 h后Wistar大鼠血鉀(K+)和缺血修飾白蛋白(IMA)水平均顯著降低(P<0. 05)，而總膽紅素(TBIL) 和肌酐(CREA)水平均顯著升高(P<0. 05)，其它生化指標無顯著差異(P>0. 05)。

表1 Wistar大鼠生化指標檢測結果

3.3 高溫高濕環境對Wistar大鼠病理指標的影響

Wistar大鼠在高溫高濕環境[RH=(95±2)% /T=(34±0.5)℃]中暴露46h后，解剖發現大多數死亡動物存在肺部充血、胃腸腫脹、肝臟淤腫現象(見圖2)。經病理檢測后發現心臟組織心肌間質水腫，伴有炎性細胞浸潤，部分心肌細胞發生退變，肌纖維溶解；肺組織間質結構增寬，間質內有大量炎性細胞浸潤；腎組織間質出血明顯；腸組織在粘膜層可見嗜酸性粒細胞和大量漿細胞、淋巴細胞浸潤，間質水腫、出血；而腦和肌肉組織均未見明顯病理學改變(見圖3)。

A：心；B：肺；C：腎；D：腦；E：腸；F：肌肉；G：脾；H：肝

A：高溫高濕組；B：常溫常濕組；

4 討 論

高溫高濕環境會對人體健康產生不良影響，其根本原因是環境溫度超過了體表溫度，導致機體不僅無法進行正常的散熱，還會從熱環境中獲得能量使人體免疫功能減退，同時大量水汽使體表汗液蒸發困難，加重機體對溫度的敏感性。

有研究發現[10]，當環境溫度大于30℃時，相對濕度每增加10%，對機體帶來的熱影響，相當于環境溫度增加1～1.5℃。30℃的環境溫度便可使安靜狀態下的人體體溫升高，35℃時這種影響非常顯著，故認為高濕度對生理產生不良影響的溫度界限是35℃。本研究發現在高濕環境中(RH=95%)，30℃和32℃的研究溫度作用過于溫和，36℃作用過于猛烈，均不適宜開展高溫高濕急性傷害研究；34℃的研究溫度既能在短時間內對大鼠造成損傷，死亡又不會過于迅速，便于采集標本，因此本研究選擇[RH=(95±2)% /T=(34±0.5)℃]的實驗條件較為合適。

本研究發現濕熱環境暴露46h后K+離子濃度顯著下降，這可能是由于在高溫高濕環境下大鼠呼吸頻率加快，血中CO2的排出量增多，血液中H+、HCO3-濃度下降，pH值升高，為了保持內環境穩定，機體通過泌尿作用排出Na+、K+等堿性離子，而伴隨著血漿滲透壓下降和動物大量飲水，醛固酮的保鈉排鉀作用使K+濃度進一步下降，Na+濃度總體變化不大。血肌酐的濃度變化主要由腎小球的濾過能力來決定，我們推測高溫高濕環境暴露可能對腎臟造成了損傷使濾過率下降，導致血肌酐濃度顯著升高，在病理檢測中我們也發現腎臟出現了明顯的間質出血現象。同樣，總膽紅素水平的升高也提示了高溫高濕環境對肝臟的傷害。缺血修飾白蛋白(IschemiaModifiedAlbumin，IMA)是指示心肌缺血的靈敏指標，IMA的形成與血液中游離的Cu2+含量有關，在濕熱環境中血液PH值升高，導致Cu2+無法從循環蛋白的金屬結合位點釋放，從而阻礙了IMA的生成，同時熱應激還能誘發釋放多種內源性活性物質抵抗心肌缺血損傷[11]，如腺苷[12]、一氧化氮[13]等。

研究還發現高溫高濕環境暴露46h后心臟、肺及腸道存在明顯的炎性細胞侵潤，我們推測這可能是由于濕熱環境暴露導致全身血流重新分配，胃腸道血流量下降，使其發生缺血缺氧性損害，最終造成腸道屏障作用減弱，通透性增加，致使腸道內的細菌和內毒素能夠自由地進入循環系統，移位至血液內的細菌和內毒素可以激活機體免疫系統，誘導單核細胞、中性細胞分泌活性細胞因子如TNF-α，TNF-α可以刺激其他細胞因子如IL-4，IL-6等的釋放，擴大其生物學效應，介導出現全身性炎癥反應綜合征(SIRS)，進而引起多器官功能障礙綜合征(MODS)[14]。

多數研究者認為發生熱應激時機體會產生大量的自由基，使細胞膜多不飽和脂肪酸發生過氧化反應，膜結構遭到破壞導致其通透性增高，各組織細胞分泌的酶釋放進入血液，成為細胞受損的標志物。然而本研究中包括CK、ALT、AST等在內的酶類并沒有顯著性的改變，與韓喜彬[15]等的研究結果相差較大，這可能是由于溫濕度差異或者熱暴露時間的不同引起的，不同的溫度也可以直接影響酶的含量或活性。這說明我們的研究還存在有待完善的地方，接下來的研究中我們希望通過延長環境暴露時間并動態檢測各時間點大鼠血生化和病理指標的改變，找到變化最顯著的時間點，更進一步地從轉錄組水平探討高溫高濕急性傷害的分子機制，從而為高溫高濕急性傷害研究奠定理論基礎。

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