藏豬適應(yīng)高原低氧環(huán)境的肺臟血管鑄型特征

楊天良，楊雅楠，王 彪，蔡 原，王欣榮，王立忠，李卓航，趙生國* (.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州，730070；.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

高寒低氧是高原地區(qū)最顯著的氣候特征[1]。藏豬長期生活在高海拔地區(qū)，作為我國特有地方豬種，具有適應(yīng)高寒低氧環(huán)境的眾多生物學(xué)特性，如耐粗飼、適應(yīng)能力強(qiáng)、動作靈活，能夠快速對外界刺激作出反應(yīng)[2]。高原動物為適應(yīng)高原低氧的選擇壓力，形成了獨(dú)特的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特征，如心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)及神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)等穩(wěn)態(tài)機(jī)制的存在[3-4]，使機(jī)體在低氧應(yīng)激下可以代償性地穩(wěn)定組織的氧氣水平，從而能夠在高原環(huán)境中得以繁衍生息[5-6]。肺臟作為機(jī)體重要的呼吸器官之一，其肺動脈及毛細(xì)血管網(wǎng)組成功能血管，直接參與氣體的交換。目前關(guān)于藏豬和杜長大三元雜交豬的肺臟血管解剖特征的報(bào)道較少，本研究以杜長大三元雜交豬為對照，研究藏豬肺臟血管鑄型及動脈管徑特征，從組織解剖學(xué)水平闡明藏豬肺臟組織響應(yīng)高原低氧環(huán)境的結(jié)構(gòu)特征，為從分子水平進(jìn)一步揭示藏豬肺臟適應(yīng)高原低氧環(huán)境的遺傳機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料選取海拔3 000 m的12月齡甘南藏豬3頭(TIG)、海拔2 500 m的12月齡的永登杜長大三元雜交豬3頭(HYD，簡稱雜交豬)、海拔1 000 m 的12月齡移居涇川藏豬3頭(TIMJ)及涇川雜交豬3頭(HJC)，屠宰收集完整的左肺。

1.2 鑄型劑配制稱取70～150 g ABS塑料顆粒，溶解于1 000 mL混合丙酮與丁酮的混合溶液中(丙酮∶丁酮的混合體積比為1∶1)，制成7%～15%濃度的灌注劑充分搖勻備用；ABS灌注劑需在灌注前15 d配制以便ABS顆粒充分溶解。在鑄型劑使用前，加入適量蘇丹Ⅲ染料，充分搖勻。

1.3 鑄型標(biāo)本制作將采集到的豬肺臟樣本用溫水浸泡并修整，使其表面動脈血管走形清晰可見，分別從肺周至主動脈方向反復(fù)擠壓，排出淤血。從左肺動脈處插入針頭并固定，并依次注入7%、15%濃度的鑄型劑，待動脈飽滿，阻力最大時(shí)完成灌注，靜置于涼水中1 h，待灌注劑充分凝固后將樣本取出自然風(fēng)干，將樣本置于30%的鹽酸中腐蝕10～12 d，并沖洗殘余物，晾干后得到整體鑄型標(biāo)本。

2 結(jié)果

2.1 肺臟形態(tài)學(xué)指標(biāo)分析通過對藏豬和雜交豬體質(zhì)量及肺臟形態(tài)學(xué)指標(biāo)測定分析，根據(jù)表1可以看出，甘南藏豬左肺質(zhì)量、長徑和短徑均明顯高于移居涇川藏豬，永登雜交豬左肺質(zhì)量低于涇川雜交豬，而長徑和短徑均高于涇川雜交豬。通過左肺質(zhì)量占體質(zhì)量相對值比較，發(fā)現(xiàn)藏豬群體該比值顯著(P<0.05)高于雜交豬群體。

表1 肺臟形態(tài)學(xué)指標(biāo)

2.2 肺動脈血管鑄型標(biāo)本結(jié)構(gòu)觀察與分析觀察藏豬和雜交豬的肺臟動脈鑄型標(biāo)本(圖1)發(fā)現(xiàn)，動脈立體鑄型標(biāo)本能清楚顯示其解剖結(jié)構(gòu)，管道充盈飽滿、疏密有度，且三維結(jié)構(gòu)立體感強(qiáng)，能充分顯示整體形態(tài)結(jié)構(gòu)，動脈及其分支走行分布清晰，豬肺臟內(nèi)部管道和外部解剖結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系清晰可見。其動脈分布特征整體呈“樹枝狀”，左肺動脈分二支進(jìn)入左肺上、下葉。上葉動脈分支最粗，下葉分支最細(xì)，并且呈不同角度分出若干迂曲、小動脈、微動脈，其中Ⅰ級分支角度最小，小動脈和微動脈分支角度約為90°，呈現(xiàn)樹枝形分布特征。比較發(fā)現(xiàn)，藏豬肺臟Ⅰ級動脈分支數(shù)多為23～27條，而白豬的多為28～32條。藏豬小動脈及微動脈分支多而密集，雜交豬的少而稀疏。相同部位的肺動脈分支角度，藏豬大于雜交豬。

A.藏豬;B.雜交豬

2.3 肺臟動脈及其分支管徑變化特征通過測定不同海拔藏豬、雜交豬肺臟動脈及各部位分支血管管徑(表2)，發(fā)現(xiàn)兩者的動脈分布、管徑變化規(guī)律類似，管徑隨分支的增加逐漸變小，并在Ⅳ級分支處達(dá)到測定最小值。

表2 肺臟動脈及其分支各部位管徑 mm

由表3可知，通過對不同海拔藏豬和雜交豬肺臟動脈及其分支各部位管徑占體質(zhì)量的相對值(T/W)比較發(fā)現(xiàn)，藏豬群體T/W值均顯著(P<0.05)高于雜交豬群體。甘南藏豬各部位T/W值均高于移居涇川藏豬，二者差異不顯著。進(jìn)而對兩個(gè)地區(qū)的雜交豬群體比較發(fā)現(xiàn)，永登雜交豬各部位T/W值均高于涇川雜交豬，差異不顯著。

表3 肺臟動脈及其分支各部位管徑占左肺質(zhì)量的相對值比較(T/W)

2.4 肺臟微血管鑄型標(biāo)本分析通過掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，藏豬和雜交豬肺臟微血管表面均較粗糙，且藏豬管徑小于0.42 mm的小動脈與上一級動脈約呈90°角分支，微動脈末端鈍圓(圖2A、B)。甘南和移居涇川藏豬(圖2C、D)管徑為6.64～ 81.89 μm的左肺微動脈標(biāo)本，其微動脈表面凹痕分布均勻，數(shù)量多，多呈“葫蘆”狀或“足印”狀，其內(nèi)皮細(xì)胞核壓痕長度為11.55～13.32 μm，寬度為5.22～6.51 μm，且微血管表面分布有較淺的環(huán)形縮窄；而相同管徑范圍內(nèi)的永登和涇川雜交豬(圖2E、F)微動脈表面凹痕分布不均勻，數(shù)量較少，多呈“橢圓”形或“紅豆”形，其內(nèi)皮細(xì)胞核壓痕長度為11.93～15.80 μm，寬度為4.44～5.87 μm。在永登雜交豬管徑為87.31～95.40 μm 范圍內(nèi)的微動脈表面，內(nèi)皮細(xì)胞核壓痕沿微血管長軸縱向排布。

3 討論

3.1 肺動脈鑄型標(biāo)本及各分支血管管徑比較分析鑄型標(biāo)本的制作在解剖學(xué)研究工作中有著特別重要的地位，它能清楚的反映器官內(nèi)腔或其血管和分泌管的分支和分布[7]，觀察不同海拔藏豬與白豬左肺動脈血管鑄型標(biāo)本發(fā)現(xiàn)，肺動脈分布呈現(xiàn)典型的“樹狀”特征。肺臟作為人和動物的呼吸器官，參與機(jī)體正常生命活動的重要代謝途徑[8]，有學(xué)者根據(jù)肺臟的分葉程度和胸膜的厚度，認(rèn)為豬肺臟具有明顯的葉間隔[9]，本研究獲得的藏豬及長白豬左肺鑄型標(biāo)本葉間分隔清晰且明顯。有研究指出，與低海拔大鼠相比，高原鼢鼠肺組織微血管密度大，利于氧氣的彌散[10]。牦牛肺部組織中的毛細(xì)血管網(wǎng)很發(fā)達(dá)，可以增加肺血流量和肺通氣量，從而提高了牦牛在缺氧條件下的氣體交換[11]。另有研究指出，藏羊肺動脈管徑大于小尾寒羊，有利于加速血氧運(yùn)輸[12]，強(qiáng)紫外線照射是導(dǎo)致高原居民血管擴(kuò)張的主要原因[13]。動脈管徑大有助于增加血管內(nèi)紅細(xì)胞數(shù)量[14]，也是血管擴(kuò)張的表現(xiàn)。本研究對高海拔的甘南藏豬肺臟動脈鑄型與低海拔的移居涇川群體進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)甘南藏豬較移居涇川藏豬動脈管徑大，且與雜交豬相比，藏豬毛細(xì)血管網(wǎng)更為發(fā)達(dá)。對于藏豬而言，較粗的動脈血管和致密發(fā)達(dá)的毛細(xì)血管網(wǎng)可以保證其肺臟充足的血氧供應(yīng)，從而更好的協(xié)調(diào)機(jī)體各組織間的氧氣供應(yīng)，使得藏豬在低氧的環(huán)境下能夠更好的生存。研究認(rèn)為，較粗的動脈及發(fā)達(dá)的毛細(xì)血管網(wǎng)是藏豬肺臟適應(yīng)高原低氧環(huán)境的重要體現(xiàn)。

3.2 肺臟相對大小及血管相對豐富度比較對于肺臟而言，單位面積內(nèi)血管的豐富度可直接影響到血液輸送效率。有研究對牦牛與黃牛睪丸動脈及分支管徑與睪丸質(zhì)量的相對比值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)牦牛的比值顯著地高于黃牛，認(rèn)為牦牛睪丸能夠提供更為充足的血液，血液輸送效率更高[15]。還有學(xué)者認(rèn)為，長期生活在高海拔環(huán)境中的動物由于受自然選擇的影響，從而導(dǎo)致心肺體積變大[16]。但對于本研究而言，由于藏豬與雜交豬二者個(gè)體大小存在明顯差異，為確定肺臟占單位個(gè)體體質(zhì)量的相對值，因此對左肺占體質(zhì)量的比值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)藏豬該比值顯著高于雜交豬(P<0.05)，說明藏豬肺臟相對較重，研究推測，這種變化可能是由于藏豬長期生活在高海拔環(huán)境所致。進(jìn)而對藏豬和雜交豬肺臟動脈及分支管徑測定值與協(xié)變量即肺臟質(zhì)量的相對比值進(jìn)行差異顯著性分析，發(fā)現(xiàn)藏豬的數(shù)值顯著高于雜交豬(P<0.05)。該結(jié)果說明，單位質(zhì)量的藏豬肺臟中包含的動脈血管更為豐富，本研究認(rèn)為，這是藏豬肺臟適應(yīng)高原低氧環(huán)境的又一重要特征。

3.3 肺臟微血管分布及特征分析微動脈作為毛細(xì)血管前阻力血管，被看作是微循環(huán)的"總閘門"，而毛細(xì)血管前括約肌則通過控制毛細(xì)血管的舒張來實(shí)現(xiàn)“分閘門”的作用[17]。有學(xué)者將牦牛微血管形態(tài)描述為“樹根樣”[18]，將人右心室壁微血管微靜脈的形態(tài)描述為“根須狀”[19]。本研究利用掃描電鏡技術(shù)對鑄型標(biāo)本進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)藏豬和雜交豬肺臟微血管形狀近似“樹枝樣”，藏豬微血管分支夾角多呈“直角”。有研究認(rèn)為，人和動物長期暴露在高原環(huán)境中會導(dǎo)致肺動脈高壓[20]。因此本研究推測，夾角呈“直角”可能是因?yàn)椴刎i世居高海拔地區(qū)，為減緩血液沖擊從而形成的微血管保護(hù)結(jié)構(gòu)。另有研究發(fā)現(xiàn)，同平原同類動物相比，肺內(nèi)微血管和彈力纖維更加豐富[21]，有利于氣體交換[22]。張平等[23]在豬心室壁微血管鑄型表面上發(fā)現(xiàn)“環(huán)形褶皺”和“內(nèi)皮細(xì)胞壓痕”，認(rèn)為這種環(huán)形結(jié)構(gòu)是由于毛細(xì)血管前括約肌收縮和舒張所致。本研究認(rèn)為，甘南藏豬較低海拔移居藏豬及雜交豬“環(huán)形縮窄”排布更緊密且“內(nèi)皮細(xì)胞壓痕”壓跡更深，這與藏豬所處生活環(huán)境有很大關(guān)系，高寒低氧的外界環(huán)境促使毛細(xì)血管前括約肌產(chǎn)生適應(yīng)性變化，從而導(dǎo)致血管收縮加劇，壓痕變深，這種結(jié)構(gòu)使得藏豬在高原環(huán)境下能夠更好的控制肺臟中血液的流動，保持良好的生理狀態(tài)。

研究認(rèn)為，甘南藏豬肺血管管徑相較于海拔較低的移居涇川藏豬大且毛細(xì)血管網(wǎng)更為發(fā)達(dá)，微血管表面的“環(huán)形縮窄”和“內(nèi)皮細(xì)胞核壓痕”數(shù)量也明顯多于低海拔的藏豬和雜交豬群體。高海拔地區(qū)藏豬這些獨(dú)特的血管解剖特征可為肺臟提供充足的血液，能夠快速將氧氣運(yùn)送至機(jī)體各個(gè)器官和組織，可能是藏豬能夠適應(yīng)高海拔缺氧環(huán)境的原因之一。