急性減壓缺氧對(duì)大鼠血液學(xué)指標(biāo)的影響*

孟盼盼 譚宏強(qiáng) 石志群 張朋朋 張 潔 趙秀華

(1.中國(guó)人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第940醫(yī)院藥劑科,蘭州 730050) (2.中國(guó)人民解放軍西部戰(zhàn)區(qū)疾病預(yù)防控制中心傳染病防控二科,成都 610000)

高原地區(qū)最明顯的氣候特征是低壓性缺氧,隨著海拔高度的增加,大氣中氧氣的含量逐漸下降[1]。高海拔地區(qū)的持續(xù)缺氧環(huán)境會(huì)降低氣管和肺泡中的氧氣,導(dǎo)致機(jī)體組織和器官缺氧,從而使機(jī)體發(fā)生一系列生理和病理性改變[2]。同時(shí),缺氧會(huì)造成體內(nèi)血液指標(biāo)發(fā)生變化,如:影響血細(xì)胞形態(tài)和表型,導(dǎo)致紅細(xì)胞、血紅蛋白和血細(xì)胞比容顯著增加等。急進(jìn)高原人群的血紅蛋白濃度增加,對(duì)改善RBC的攜氧能力是非常重要的,但當(dāng)紅細(xì)胞壓積值超過(guò)50%至55%時(shí)會(huì)增加血液黏度,從而增加機(jī)體心臟負(fù)擔(dān),嚴(yán)重影響急進(jìn)高原人群的生理健康[3]。因此,血液學(xué)指標(biāo)對(duì)于評(píng)估急進(jìn)高原人群的健康和病理狀況非常重要。

課題組前期采用大型低壓低氧實(shí)驗(yàn)艙模擬海拔8 000 m高原缺氧環(huán)境,系統(tǒng)考察了0.5、1、3、5、10 d不同缺氧時(shí)間血液學(xué)相關(guān)指標(biāo)的變化情況[4]。然而缺氧引起的急性高山病發(fā)生是在急進(jìn)高原的1 h后,但通常在6～10 h后出現(xiàn)明顯病理癥狀,當(dāng)海拔上升至4 500 m以上時(shí),發(fā)病率高達(dá)50%～80%,且發(fā)病率隨著海拔上升速度和海拔高度的增加而增加[5]。因此,本實(shí)驗(yàn)主要研究急進(jìn)高原地區(qū)對(duì)于機(jī)體血液學(xué)的病理影響,通過(guò)比較正常對(duì)照組大鼠與缺氧組大鼠血糖、血?dú)狻⒀Ｒ?guī)、血生化的變化,探討了在模擬低壓低氧缺氧條件誘導(dǎo)下,大鼠血液學(xué)指標(biāo)的變化,并確定影響這些指標(biāo)變化的因素和條件,找出合理的改善方法,為后期相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物:SPF級(jí)Wistar雄性大鼠40只,體質(zhì)量180～220 g,購(gòu)自聯(lián)勤保障部隊(duì)第940醫(yī)院動(dòng)物科。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生產(chǎn)許可證號(hào)【SCXK(軍)2017-0023】,使用許可證號(hào)【SYXK(軍)2017-0047】,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物處理遵守聯(lián)勤保障部隊(duì)第940醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理審批,倫理審批號(hào):2021KYLL173。

1.1.2儀器:FLYDWC50-II A型低壓低氧動(dòng)物實(shí)驗(yàn)艙(中航工業(yè)貴州雷航空軍械有限責(zé)任公司),動(dòng)物全血細(xì)胞分析儀(希森美康XT-2000i),動(dòng)物全自動(dòng)生化分析儀(希森美康醫(yī)療電子公司BX-3010),羅氏血糖儀(豪夫邁.羅氏有限公司)。

1.2 方法

1.2.1動(dòng)物分組與處理:SPF級(jí)Wistar雄性大鼠,適應(yīng)飼養(yǎng)3 d后隨機(jī)分為正常對(duì)照組、缺氧10、20、30 h組,共4組,每組10只。除對(duì)照組外,其余3組置于大型低壓低氧動(dòng)物實(shí)驗(yàn)艙中,以10 m/s速度減壓上升至海拔8 000 m高度,分別缺氧10、20、30 h后,以20 m/s速度將氧艙海拔降至3 500 m,腹主動(dòng)脈取血并進(jìn)行血糖、血?dú)狻⒀Ｒ?guī)、血生化指標(biāo)的測(cè)定。

1.2.2血?dú)庵笜?biāo)檢測(cè):取腹主動(dòng)脈血1 mL,立即用全自動(dòng)血?dú)夥治鰞x進(jìn)行血?dú)夥治?檢測(cè)指標(biāo)主要有:碳酸氫根(HCO3-),二氧化碳總量(TCO2),K+濃度(cK+),Na+濃度(cNa+),血氧飽和度(SO2),氧分壓(PO2),二氧化碳分壓(PCO2)。

1.2.3血常規(guī)檢測(cè):取腹主動(dòng)脈血1 mL,肝素鈉抗凝,動(dòng)物全血細(xì)胞分析儀測(cè)血常規(guī),檢測(cè)指標(biāo)主要有:白細(xì)胞(WBC),紅細(xì)胞計(jì)數(shù)(RBC),血紅蛋白(HGB),紅細(xì)胞壓積(HCT),平均紅細(xì)胞體積(MCV),平均血紅蛋白量(MCH),平均血紅蛋白濃度(MCHC),血小板(PLT)。

1.2.4血生化指標(biāo)檢測(cè):腹主動(dòng)脈取血,室溫靜置2 h后,3 500 r/min離心10 min,分離血清,采用全自動(dòng)血清生化分析儀測(cè)定肝功能相關(guān)血清生化指標(biāo)。檢測(cè)指標(biāo)主要有:白蛋白(ALB),血清尿素氮(BUN),肌酐(CRE),尿酸(UA)、肌酸激酶(CK)、肌酸激酶同工酶(CK-MB)、乳酸脫氫酶(LDH)、血糖(GLU)。

2 結(jié)果

2.1 急性減壓缺氧不同時(shí)間對(duì)大鼠血?dú)庵笜?biāo)的影響

缺氧10、20、30 h組大鼠pH值與常氧對(duì)照組相比沒(méi)有顯著差異(P>0.05);缺氧10、20、30 h組PCO2、PO2、SO2均低于常氧對(duì)照組,且隨著缺氧時(shí)間的延長(zhǎng)顯著性降低(P<0.05,P<0.01);缺氧10、20、30 h組HCO3-、TCO2均低于常氧對(duì)照組,且隨著缺氧時(shí)間的延長(zhǎng)呈先增加后降低的趨勢(shì)(P<0.01);缺氧10、20、30 h組cNa+與常氧對(duì)照組相比呈上升趨勢(shì),且隨著缺氧時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸升高(P<0.05,P<0.01)。缺氧10 h組cK+與常氧對(duì)照組相比呈下降趨勢(shì),且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.01),隨著時(shí)間的延長(zhǎng),缺氧20、30 h后cK+上升,與常氧對(duì)照組相比沒(méi)有顯著性差異,見(jiàn)表1。

表1 急性減壓缺氧大鼠血?dú)夥治龈黜?xiàng)指標(biāo)對(duì)比Table 1 Comparison of various indexes of blood gas analysis with acute decompression hypoxia in rats

2.2 急性減壓缺氧不同時(shí)間大鼠血常規(guī)指標(biāo)的影響

缺氧10、20、30 h組WBC、RBC、HGB、MCHC、PLT、HCT與常氧對(duì)照組相比呈上升趨勢(shì),且隨著缺氧時(shí)間的延長(zhǎng)顯著性升高(P<0.05,P<0.01);缺氧10、20 h組MCH與常氧對(duì)照組相比沒(méi)有顯著性差異,至缺氧30 h后下降與常氧對(duì)照組相比有顯著性差異(P<0.05)。缺氧10、20 h組MCV與常氧對(duì)照組相比呈顯著性下降趨勢(shì)(P<0.01),缺氧30 h后上升至與常氧對(duì)照組相比無(wú)顯著性差異,見(jiàn)表2。

表2 急性減壓缺氧大鼠血常規(guī)各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比Table 2 Comparison of various indexes of blood routine analysis with acute decompression hypoxia in rats

2.3 急性減壓缺氧不同時(shí)間對(duì)大鼠血生化指標(biāo)的影響

缺氧10、20、30 h組CK、CK-MB與常氧對(duì)照組相比呈顯著性下降(P<0.05,P<0.01);缺氧10和20 h組LDH與常氧對(duì)照組相比呈顯著性上升(P<0.01),但缺氧30 h后逐漸下調(diào),與常氧對(duì)照組相比無(wú)顯著性差異;缺氧20、30 h組GLU、BUN與常氧對(duì)照組相比呈顯著性上升(P<0.05,P<0.01);缺氧10 h組ALB與常氧對(duì)照組相比呈下降趨勢(shì)但無(wú)顯著性差異,缺氧20 h后逐漸上升,至缺氧30 h后與常氧對(duì)照組相比呈顯著上升(P<0.01);缺氧10、20 h組CRE呈下降趨勢(shì),30 h后升高(P<0.05,P<0.01);缺氧30 h組UA與正常對(duì)照組相比呈顯著上升(P<0.01),見(jiàn)表3。

表3 急性減壓缺氧大鼠血生化各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比Table 3 Comparison of various indexes of blood biochemistry analysis with acute decompression hypoxia in rats

3 討 論

高原低壓性缺氧干擾機(jī)體正常的氧化反應(yīng),造成細(xì)胞代謝和功能紊亂并對(duì)機(jī)體的組織、器官造成損害。研究報(bào)道,缺氧會(huì)導(dǎo)致機(jī)體葡萄糖穩(wěn)態(tài)嚴(yán)重受損[6],血糖異常增加主要是由β細(xì)胞功能紊亂引起的胰島素分泌受損或外周組織中胰島素抵抗增加[7]。高血糖是機(jī)體微血管和大血管并發(fā)癥的主要危險(xiǎn)因素,會(huì)誘發(fā)視網(wǎng)膜病變、神經(jīng)疾病和心血管疾病,威脅著患者的生活質(zhì)量和壽命[8]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果所示,隨著缺氧時(shí)間的延長(zhǎng),機(jī)體血糖逐漸升高,說(shuō)明機(jī)體葡萄糖穩(wěn)態(tài)的受損程度可能與缺氧時(shí)間相關(guān)。

缺氧是影響高原個(gè)體健康和生命活動(dòng)的關(guān)鍵因素,它對(duì)生理有重要影響,誘導(dǎo)機(jī)體病變[9]。缺氧與機(jī)體藥代動(dòng)力學(xué)密切相關(guān),例如:低氧血癥和酸性失衡對(duì)藥物的吸收、分布、代謝和排泄有顯著影響[10-11]。因此,高海拔地區(qū)大鼠動(dòng)脈血?dú)夥治鰧?duì)于高原藥代動(dòng)力學(xué)具有重要意義。本研究評(píng)估了在模擬高原海拔8 000 m缺氧10、20、30 h后,大鼠的呼吸狀態(tài)和代謝性酸堿失調(diào)[12]。結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)大鼠缺氧損傷后,pH值無(wú)明顯變化,而HCO3-、TCO2和PCO2在缺氧10、20、30 h后逐漸下降,表明大鼠在缺氧條件下,肺通氣過(guò)度,存在呼吸性堿中毒,從側(cè)面反映出缺氧導(dǎo)致機(jī)體肺呼吸功能受損。此外,電解質(zhì)cNa+和cK+具有調(diào)節(jié)滲透壓和酸堿平衡的作用,二者隨著缺氧時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸升高,說(shuō)明在缺氧條件下,機(jī)體酸堿平衡失調(diào)[13]。PO2和SO2反應(yīng)了機(jī)體血液的帶氧率,最大氧氣吸收速率的陸地哺乳動(dòng)物,在穩(wěn)定狀態(tài)下的劇烈運(yùn)動(dòng)中也很少發(fā)生低氧血癥[14]。在缺氧10、20、30 h后,PO2和SO2逐漸下降,客觀反映了在高原缺氧環(huán)境下,大鼠呼吸功能障礙,組織細(xì)胞失去了從血液中攝取氧氣的能力,導(dǎo)致機(jī)體器官受損。

簡(jiǎn)單的血常規(guī)檢查及分類檢查,可以觀察到機(jī)體血液紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板的變化,了解高原缺氧環(huán)境下機(jī)體的損傷情況,對(duì)高原缺氧損傷的初步判定、嚴(yán)重程度以及預(yù)測(cè)機(jī)體缺氧后器官的損傷程度的評(píng)估具有重要意義[15]。血常規(guī)結(jié)果顯示:缺氧損傷后,大鼠為了適應(yīng)高原環(huán)境,隨著缺氧時(shí)間的延長(zhǎng)顯著增加RBC、HGB、HCT、MCV、MCH和MCHC來(lái)提高機(jī)體的攜氧能力,維持機(jī)體的正常生理功能。但是,RBC的大量增多導(dǎo)致血液的黏稠度大幅度增加,提高了機(jī)體心肌梗死的發(fā)病率,同時(shí),WBC和PLT與正常對(duì)照組相比顯著增加,提示了缺氧可能會(huì)導(dǎo)致大鼠心腦血管的病變[16]。

生化指標(biāo)可以評(píng)估機(jī)體的心臟、肝、腎功能,直觀準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)在缺氧情況下機(jī)體器官的損傷情況。ALB為反映肝功能的重要指標(biāo),缺氧后ALB顯著升高表明在高原缺氧環(huán)境中,大鼠紅細(xì)胞增多導(dǎo)致血液黏滯,從而影響肝發(fā)生病變。缺氧刺激腎產(chǎn)生紅細(xì)胞生成素,使體內(nèi)紅細(xì)胞增多,血液黏稠度增高,外圍血管阻力加大,心臟負(fù)擔(dān)加重,引起或加重心力衰竭,誘發(fā)心肌梗死、腦血栓等疾病;BUN、CRE、UA為評(píng)價(jià)腎功能的指標(biāo),在缺氧條件下,BUN、CRE、UA隨著缺氧時(shí)間的延長(zhǎng)顯著升高,提示缺氧可能導(dǎo)致腎血管收縮,從而導(dǎo)致腎功能不全[17]。CK、CK-MB是反映心功能的重要指標(biāo),二者隨著缺氧時(shí)間延長(zhǎng)顯著降低,且在急性缺氧10 h時(shí)損傷最劇烈,提示缺氧導(dǎo)致心肌供氧不足,心肌收縮力下降,出現(xiàn)心功能不全[18]。但在缺氧20、30 h后與缺氧10 h相比有下降趨勢(shì),表明機(jī)體對(duì)缺氧進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié),但是仍不可能使之降到正常水平。缺氧后GLU和LDH均升高,說(shuō)明機(jī)體在缺氧環(huán)境下血糖增高,無(wú)氧呼吸增多,誘導(dǎo)機(jī)體氧化應(yīng)激,隨著缺氧時(shí)間的增長(zhǎng),LDH有降低趨勢(shì),表明機(jī)體對(duì)缺氧進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié),但是仍不可能達(dá)到正常水平。

綜上所述,缺氧會(huì)引起機(jī)體血液學(xué)發(fā)生病變,且隨著缺氧時(shí)間的延長(zhǎng)損傷加重,本研究發(fā)現(xiàn)血液學(xué)變化與心、肝、腎等器官息息相關(guān),因此,本篇文章主要觀察了缺氧對(duì)機(jī)體血液學(xué)的變化,以期確定影響這些指標(biāo)變化的因素和條件,找出合理的改善方法,為后期的實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。