高壓氧治療對高原脫習服癥大鼠主要臟器超微結構的影響*

崔 宇，吳佩鋒，徐 鋼，崔建華△

(1.陸軍軍醫大學高原軍事醫學系，重慶400038；新疆軍區高山病防治研究中心，新疆葉城 844900)

人體長時間在低氧環境中各系統將發生功能或結構改變以適應高原低氧環境，脫離低氧環境原有的相對習服平衡狀態受到沖擊和破壞，又發生一系列生理反應進行脫習服的重新調節。有50%～80%的高原移居者和世居者返回平原后會出現食欲減退、頭昏、嗜睡、乏力、胸悶、記憶力下降等臨床癥狀，部分人可持續數年，嚴重者不得不重返高原，此種臨床表現稱為高原脫習服癥[1]。居住地海拔愈高，發病率越高，癥狀愈重。高原脫習服癥不僅影響機體的整體健康水平，也影響到腦體作業能力。本研究采用缺氧大鼠返回平原后的脫習服癥模型，通過高壓氧(HBO)治療觀察其對高原脫習服癥大鼠心肌、腦、肺損傷的保護作用機制，探討HBO治療高原脫習服癥的應用價值。

1 材料與方法

1.1材料 雄性SD大鼠49只，由陸軍軍醫大學動物中心提供(動物合格證號：SCXK 20120011)，體質量200～220 g。

1.2方法

1.2.1動物分組及干預 49只雄性SD大鼠中44只在模擬海拔5 000 m的低壓氧艙內常規喂養3個月，在低壓艙內死亡9只，35只成活大鼠出艙后體質量為420～450 g，按體質量采用隨機數字法均分為高原對照組(出艙后即刻)、HBO Ⅰ組(HBO治療后7 d)、HBO Ⅱ組(HBO治療后1個月)、HBO Ⅲ組(HBO治療后2個月)，對照Ⅰ組、對照Ⅱ組、對照Ⅲ組每組5只。HBO Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組均給予HBO治療7 d；對照Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組出低壓氧艙后同步在常壓常氧下喂養，分別與HBV Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組同步處死。余下5只在常氧常壓下喂養作為平原對照。

1.2.2HBO治療 HBO Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組大鼠出低壓艙后當天開始進行HBO治療。實驗動物進入高壓氧艙前，先將新鮮鈉石灰置于艙底吸收多余的CO2，動物進艙后先用純氧洗艙10 min，加壓至0.2 MPa，升壓30 min，加壓速率為125 kPa/min，在高壓狀態下停留60 min，減壓30 min，每天1次，連續治療7 d。實驗過程中通過觀察窗仔細觀察動物在艙內的行為狀態。艙內溫度 22～24 ℃。

1.2.3檢測指標 各組大鼠在相應時間內采用2%戊巴比妥鈉對大鼠進行腹腔麻醉，快速斷頭處死，取額葉腦皮質、心、肺組織標本1 mm，置3.1%戊二醛固定液，包埋、制片，在光鏡和電鏡下觀察各組超微結構的變化并攝片。

2 結 果

2.1HBO治療對腦組織超微結構變化 平原對照組大鼠腦組織皮層結構完整，神經細胞形態正常，排列整齊，細胞膜、細胞核形態正常；高原對照組線粒體水腫較明顯，電子密度降低，脊斷裂、內質網水腫明顯、可見脂褐素，周圍結構可見水腫。對照Ⅰ組細胞核水腫，細胞質豐富，電子密度降低，略顯水腫，細胞器較少，線粒體明顯水腫；HBO Ⅰ組細胞核明顯水腫、染色質疏松、電子密度降低，細胞質豐富，線粒體和血管周圍水腫明顯。對照Ⅱ組細胞核略顯水腫，細胞質豐富，電子密度降低，略顯水腫，細胞器較少，細胞周圍明顯水腫；HBOⅡ組細胞核形態結構正常，細胞質豐富，細胞器發達，線粒體、內質網豐富，血管周圍水腫明顯。對照Ⅲ組細胞核結構正常，染色質分布正常，細胞質豐富，細胞器較發達，線粒體、內質網結構正常,血管周圍水腫明顯；HBOⅢ組細胞核形態結構正常，細胞質豐富，細胞器發達，線粒體、內質網豐富，結構正常，見圖1。

2.2HBO治療對心肌超微結構變化 平原對照組大鼠結構良好，肌絲排列規則、整齊；線粒體規則分布在肌絲之間，結構正常、線粒體嵴密集。高原對照組大鼠心肌出現明顯損傷，可見個別脂滴(脂褐素)，心肌細胞濁腫、空泡變性，核周區域可見肌絲排列不規則，炎性細胞浸潤，血管擴張，大量低電子密度區，內質網水腫擴張、線粒體嵴模糊、局部出現斷裂和消失。對照Ⅰ組細胞核形態正常，核膜清晰，染色質分布正常，肌絲及肌節排列紊亂、不連續，結構清晰，線粒體發達，嵴清晰，可見水腫，核周區域可見大量低電子密度區，核周線粒體、內質網水腫擴張；HBO Ⅰ組細胞核形態正常，略顯水腫，核膜清晰，染色質聚集分布，肌絲及肌節排列紊亂、不連續，線粒體發達，嵴清晰，可見水腫，內質網少見。對照Ⅱ組細胞核形態正常，核膜清晰，染色質分布正常，肌絲及肌節排列不規則，肌絲束粗細不均，結構清晰，大量低電子密度區；HBOⅡ組細胞核形態正常，核膜清晰，染色質分布正常，肌絲及肌節排列較規則，結構清晰，線粒體發達未見水腫，嵴清晰，內質網未見水腫擴張，核周區域可見大量低電子密度區，內質網水腫擴張。對照Ⅲ組細胞核形態正常，肌絲及肌節排列略顯紊亂，線粒體發達，嵴清晰，內質網偶見水腫；HBOⅢ組細胞核形態正常，核膜清晰，染色質分布正常，肌絲及肌節排列較規則，結構清晰，線粒體相對較少，未見水腫，嵴清晰，見圖2。

A:平原對照組；B:對照Ⅰ組；C:對照Ⅱ組；D:對照Ⅲ組；E:高原對照組；F:HBO Ⅰ組；G:HBO Ⅱ組；H:HBO Ⅲ組。

圖1各組大鼠腦組織超微結構改變(80 kV，×10 000)

A:平原對照組；B:對照Ⅰ組；C:對照Ⅱ組；D:對照Ⅲ組；E:高原對照組；F:HBO Ⅰ組；G:HBO Ⅱ組；H:HBO Ⅲ組

圖2各組大鼠心臟組織超微結構改變(80 kV，×10 000)

A:平原對照組；B:對照Ⅰ組；C:對照Ⅱ組；D:對照Ⅲ組；E:高原對照組；F:HBO Ⅰ組；G:HBO Ⅱ組；H:HBO Ⅲ組

圖3各組大鼠肺組織光鏡顯微結構(×100)

2.3HBO治療對肺組織超微結構變化 平原對照組肺泡腔清晰，肺泡隔結構正常。高原對照組肺組織排列紊亂，肺間質炎性細胞浸潤，肺泡隔增寬，肺毛細血管明顯擴張充血，肺泡腔部分區域內可見粉紅色滲出物，肺泡壁增厚。對照Ⅰ組肺組織結構排列紊亂，肺血管充血明顯，肺間質可見炎性細胞浸潤，肺泡壁明顯增厚；HBO Ⅰ組肺組織結構排列完整，肺血管充血，部分區域肺泡壁厚度增厚。對照Ⅱ組肺組織結構排列紊亂，肺血管充血明顯，肺泡壁明顯增厚；HBO Ⅱ組肺組織結構排列完整，肺血管充血，肺泡壁厚度稍有增厚。對照Ⅲ組肺組織結構排列稍有紊亂，肺血管充血明顯，肺泡壁稍有增厚；HBO Ⅲ組肺組織結構排列完整，肺間質未見炎性細胞浸潤，肺泡壁結構正常，未見增厚，見圖3。

3 討 論

進入高原，人體難免會受到不同程度的損傷，其中心、腦、肺等器官損傷較明顯。高海拔環境，大氣氧分壓較海平面處明顯變低，大鼠因缺氧明顯，心肌能量不足而形成全心性損傷，主要表現為線粒體腫脹、肌膜破裂和細胞內、外水腫；肺間質炎性細胞浸潤，肺泡隔增寬，毛細血管明顯擴張充血。長期缺氧引起肺小血管痙攣，血管阻力增加，肺血管結構重建，最終導致肺動脈高壓，表現為肺動脈高壓及毛細血管通透性改變。肺動脈壓隨著海拔高度上升，缺氧時間的延長，肺組織炎癥反應逐漸加重而升高。由于肺動脈高壓，右心室壓力過度負荷，不但肥厚擴張，體積增大，而且充盈壓增加，使厚度和僵硬度增加的室間隔向左心室膨出，有助于高原心臟病的形成[1-3]。大量的臨床和基礎研究表明，HBO對組織缺血缺氧性損傷具有明顯的保護作用[4-6]。其主要作用機制是逆轉缺氧的病理過程，使體內血氧含量和氧分壓增高，同時增加氧的彌散距離，改善氧化代謝，進而降低顱內壓、減輕腦水腫、改善腦缺氧。HBO處理還可以增加神經細胞對葡萄糖的利用，有助于維持神經細胞的能量代謝，減輕炎癥反應，減少缺血組織的細胞死亡，達到神經保護作用[7]。對于機體血流動力學方面，HBO處理也能使之在缺氧后得到改善，包括明顯提高右心室功能、改善冠狀動脈循環、保護心肌結構[8]。

本課題前期研究表明，海拔5 000 m以上居住1年的青年返回平原5個月，肝臟、脾臟、腎臟等形態和功能及血液指標可完全恢復到上高原前的水平，心臟各腔室內徑則需1年可恢復到上高原前的水平[9-11]。本研究結果顯示，缺氧對心、腦、肺組織結構造成損傷，返回平原經HBO治療后組織超微結構損傷變化較未治療組明顯改善，HBO Ⅱ組明顯好于HBO Ⅰ組，HBO Ⅲ組明顯好于HBO Ⅱ組，HBO治療后2個月完全恢復到平原水平。提示HBO治療能減輕缺氧所致的組織損傷，促進機體恢復。HBO不同于常壓吸氧，在HBO下，肺泡氧分壓迅速提高，血液中的氧含量隨之增加，組織的氧儲量亦增加。一方面血氧張力升高，氧的有效彌散距離增加，促使血管收縮，腦組織血流量降低，減輕腦水腫[12]，同時使微循環得到改善，紅細胞、血小板聚集明顯減輕，保持了血流通暢，血管中形成和附著的微小血栓得以清除，建立側支循環，微血管數增多，恢復組織重灌注，減少腦細胞損傷的同時促進腦組織的修復[13-17]，腦干供血增加，腦干網狀結構上行系統的興奮性提高。另一方面 HBO還可通過物理作用使肺泡內氣壓超過了肺組織間隙和毛細血管靜水壓，阻止了滲(漏)出，促進水腫消除。

HBO治療可促進組織細胞損傷恢復，2個月完全恢復到平原水平。提示HBO治療可促進腦細胞的功能恢復，有明顯改善腦損傷和神經損傷的作用，降低缺氧引起的肺動脈高壓，對缺血心肌有保護作用，為今后臨床應用提供理論依據。目前對HBO治療高原脫習服癥的研究報道較少，科學研究探索適宜的HBO治療策略非常必要。隨著HBO治療機制研究的深入，以及大量的動物實驗和臨床試驗的進行，HBO將成為高原脫習服癥治療的一項重要的手段，值得臨床推廣。

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