高原環境對移居大鼠子代主要臟器指數及心臟形態學的影響

孫 薇，普 珍，白瑪多吉，白瑪央吉，安 芳，石 艷，龔嘎藍孜*

(1.西藏大學醫學院，西藏 拉薩850000；2.西藏自治區人民醫院 眼科，西藏 拉薩850000；3.吉林大學藥學院實驗藥理與毒理學教研室，吉林 長春130021)

青藏高原平均海拔在4500米以上，由于地勢高而具有低壓、低氧、高寒等氣候特點[1]。隨著我國西部大開發的戰略實施，越來越多的人群進入高原工作、學習、旅游、生活。人體進入高原后會通過一系列代償反應來適應高原環境，而部分失代償者，會出現頭暈、頭疼、乏力、惡心等癥狀，嚴重者可能危及生命[1]。因此，研究高原環境對機體的影響將有利于高原世居者和日益增多的移居者健康，為拓寬人類生存空間以及高原地區經濟發展具有深遠的現實意義。研究指出缺氧會破壞機體內環境平衡的穩態,尤其是胚胎在遭受缺氧的刺激后，會導致各種各樣的畸形和疾病，先天性心臟病(Congenital Heart Disease,CHD)就是其中的一種[2]。孕婦居住于高海拔環境中會導致胎兒長期慢性缺氧，而胎兒宮內缺氧又是發生CHD的一個十分重要的誘因[2]。因此，本研究以移居高原孕鼠的子代為研究對象，觀察在高原低壓低氧環境下，子代大鼠臟器的發育狀況及心臟的形態學改變，以期為缺氧性疾病的防治提供科學的理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

8周齡220±8 g的wistar大鼠24只(18只雌鼠，6只雄鼠)，購于成都達碩實驗動物有限公司，動物許可證號[SCXK(川) 2015-030]。將24只大鼠平均分為高原組和平原組，每組12只(9只雌鼠，3只雄鼠)。高原組大鼠空運到西藏拉薩(3658 m)，在西藏大學高原醫學研究中心實驗室飼養待實驗。平原組大鼠陸運到昆明(1800 m)，在昆明動物研究所實驗室飼養待實驗。從動物到達實驗室適應性飼養1周后開始實驗，每組按3:1雌雄比例合籠受孕，所有孕鼠均自然分娩。子代大鼠出生后滿4周斷乳，根據其肛門同生殖突的間距來判斷性別，進行雌雄分籠飼養。兩個實驗室均設置環境溫度(20±2) ℃、濕度:(45±5) %、光照12小時/天，水食自由攝取。

1.2 實驗儀器與試劑

電子天平(上海JM-B6002，Max=600 g，d=0.01 g，測量動物體重量),電子天平(瑞士Mettler toledo-PL203，Max=210 g，d=0.001 g，測量主要臟器重量)，正置顯微鏡(OLYMPUS日本奧林巴斯公司)，石蠟切片機(LEICA RM2235德國萊卡公司)，多聚甲醛(成都市科龍化工試劑廠)，水合氯醛(成都市科龍化工試劑廠)。

1.3 實驗方法

高原組和平原組的子代大鼠，在出生后第1天、第30天、第60天，每組隨機處死9只子鼠，用電子天平(精確到0.01 g)測定體質量，取出心、肝、脾、肺、腎、腦，去殘血，剝離脂肪和結締組織，用4℃預冷的0.1 mol/L,pH7.4的PBS溶液沖洗3次，濾紙吸干水分后稱凈質量。臟器指數=臟器(g)/體重(g)×100%[3]。

1.4 心臟組織形態學檢測

各組每一時間點從隨機處死的9只子代大鼠中取心臟相同部位(心尖部)的一小部分置于10%的多聚甲醛固定液中，放入4℃冰箱固定12h，常規石蠟包埋，HE染色檢測病理學變化。

1.5 統計學分析

2 結果

2.1 各組子代大鼠生長的一般情況

各組孕鼠飲食正常，無早產和死亡現象。 高原組與平原組子代大鼠出生率基本一致，平均每窩產子代大鼠分別為：11-15只和12-17只，共計產仔分別為：109只和122只。高原組與平原組子代大鼠體重增長分別為：3.87 g·d-1，4.18 g·d-1(P>0.05)。平原組子代大鼠出生第1天體重高于高原組(P<0.05)，第30天和第60天兩組間體重無差異(見表1)。高原組和平原組部分子代大鼠出現活動度低、厭食現象，死亡率分別為4.77%和3.69%(P>0.05)。

表1 高原組與平原組子代大鼠出生后不同天數體重比較(g)

2.2 各組子代大鼠臟器指數結果

子代大鼠出生第1天，第30天、第60天肝、脾、肺、腎、腦的臟器指數兩組間比較無統計學差異(P>0.05)。除第1天和第30天外，高原組第60天心臟指數高于平原組(P<0.05)(見表2)。

2.3 高原移居大鼠子代心臟HE染色結果

高原組子代大鼠心肌切片顯示有缺氧改變：心肌間質內有炎性細胞浸潤，心肌細胞結構破壞，胞核消失，胞質溶解，均質紅染，部分心肌纖維呈不規則斷裂，出現大小不等的空泡，心肌間隙擴大(圖1 A)，小動脈玻璃樣變(圖1 B)。

表2 高原組與平原組子代大鼠出生后不同天數臟器指數比較

圖1 移居高原子代大鼠心肌組織病理檢測

3 討論

我國青藏高原平均海拔在4500米以上，具有低壓、低氧、干燥及紫外線強等氣候特點。隨著社會經濟的發展，大量人員從平原進入高原進行交流，而高原缺氧是人體是否能夠在高原正常工作、生活的重要挑戰。在胚胎早期各器官形成階段受環境因素影響巨大，缺氧會影響移居高原孕產婦的健康和胎兒生長，其中心血管系統疾病的發生尤其明顯[4,5]。因此，研究高原缺氧環境對胎兒生長的影響，對臨床和公共衛生有重要意義，可以有效降低高原新生兒出生缺陷，提高出生質量。

本研究利用青藏高原特有的地理環境條件，成功復制高原移居孕鼠模型，并對子代大鼠進行出生率、體重、臟器指數和心臟形態學的分析比較，初步了解高原低壓低氧環境對移居高原子代大鼠生長發育的影響。通過平原組與高原組子代大鼠出生體重結果分析得知，高原組子代大鼠出生第1天體重均值低于高原組(P<0.05)，隨后高原組子代大鼠體重增長比平原組低(P>0.05)，到第30天和第60天時高原組子代大鼠體重仍然低于平原組，但無統計學差異。體重是反應生長發育的重要指標，高原組子代大鼠各時間觀察點體重普遍比平原組低，可能跟高原缺氧在一定程度上影響生長發育有關。另外，本研究發現的高原組子代大鼠出生率比平原組低，而死亡率比平原組高，也反應在兩組實驗室相同溫度和濕度的條件下，平原環境氧氣充足，子代大鼠在母體內發育良好，而高原低壓低氧環境，導致子代大鼠在母體內發育受限。

臟器指數可以準確地表現出某一臟器重量占該動物的分量值,體重先天主要與發育和營養關系較大,后天主要與環境、營養及吸收相關[6]，本研究發現兩組子代大鼠出生后第1天、第30天的心、肝、脾、肺、腎、腦的臟器指數無統計學差異，到第60天后，高原組心臟指數比平原組高(P<0.05)，其余臟器指數無差異(P>0.05)。說明可能在高原環境生活第60天后，子代大鼠心臟便開始出現改變，心臟指數增大說明心臟通過心肌的增生肥大使心臟收縮力增強，輸出量增加，從而將更多的氧輸送到機體各個組織器官中，來代償高原環境所帶來的組織缺氧癥狀。因此，本研究通過對心臟做進一步的組織形態學檢測，發現心肌間質內有炎細胞浸潤，心肌細胞結構破壞，胞核消失，胞質溶解，均質紅染，部分心肌纖維呈不規則斷裂，出現大小不等的空泡，心肌間隙擴大，小動脈玻璃樣變。說明子代大鼠心臟確實存在缺氧的改變,這可能跟孕鼠移居高原后，受缺氧刺激導致子代大鼠出生后出現心臟的損傷有關。先天性心臟損傷會導致心臟結構和心肌組織的受損，從而引發CHD的發生[7]。研究發現CHD的發病在高原地區較為常見[7]。 高原低壓低氧的環境對胚胎心臟的生成發育有較大的影響[8]。胚胎早期心臟的發育對環境高度敏感，其細胞分化、增殖和凋亡等過程易受到環境因素的影響[9]。因此，建議移居高原的孕婦在高原期間應該定期吸氧，避免因缺氧導致胎兒發生CHD。