高溫高濕環(huán)境對(duì)家兔血液流變特性與生化指標(biāo)的影響

鄭敏，翁廟成，劉方, ，張程，李罡

(1. 重慶大學(xué) 城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶，400045；2. 重慶大學(xué) 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶，400045)

人們至少有80%的時(shí)間是在室內(nèi)環(huán)境中度過，許多人每天要在人工環(huán)境中度過22～23 h[1]。室內(nèi)良好舒適的環(huán)境可以使人們精神愉快，提高工作效率。研究表明：適宜的熱環(huán)境可提高生產(chǎn)率達(dá)18%。隨著人民生活水平的日益提高，人們對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的要求也越來越強(qiáng)烈，安全、舒適、衛(wèi)生的室內(nèi)環(huán)境的建筑是人們的理想追求。熱舒適的研究起源于國外的一些發(fā)達(dá)國家，起初主要是用于軍事，如軍艦輪機(jī)艙內(nèi)的環(huán)境研究、對(duì)炎熱或嚴(yán)寒環(huán)境中士兵生理和心理方面的研究等，現(xiàn)在發(fā)展為對(duì)抗熱應(yīng)激裝備在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用研究[2]。隨著科技的進(jìn)步、生產(chǎn)的發(fā)展和人們生活水平的提高，熱舒適研究目的逐漸轉(zhuǎn)向生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境與人體熱舒適關(guān)系的研究不斷深入，對(duì)熱環(huán)境的研究也由最初只涉及溫度、濕度等少數(shù)簡單的環(huán)境因素，擴(kuò)展到空氣溫度、相對(duì)濕度、平均輻射溫度、氣流速度、人體新陳代謝率、著衣量等，形成了一門涉及建筑物理學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、人類工效學(xué)、信息科學(xué)等多學(xué)科交叉的邊緣科學(xué)[3-4]。我國西南地區(qū)如重慶地區(qū)由于受到太平洋副熱帶高壓的影響，呈現(xiàn)出雨熱同期、高溫高濕、冬無嚴(yán)寒、夏有酷暑的氣候特點(diǎn)，每年夏季都會(huì)出現(xiàn)持續(xù)的高溫高濕天氣，月平均氣溫在22 ℃以上，日氣溫高于33 ℃的平均天數(shù)在30 d以上，高溫極值達(dá)41 ℃以上。另一特點(diǎn)是全年濕度偏高，6月和7月上旬為常年梅雨季節(jié)，常持續(xù)20 d以上，空氣濕度接近100%。研究表明：高溫高濕環(huán)境對(duì)人體健康會(huì)產(chǎn)生不利影響。高溫可使人體免疫功能減退；高濕度時(shí)，環(huán)境溫度達(dá)30 ℃即可使安靜狀態(tài)下的人體體溫升高、脈搏加快、汗蒸發(fā)率下降。高溫高濕也是誘發(fā)心腦血管疾病發(fā)病的重要因素之一[5]，故對(duì)高溫高濕環(huán)境熱應(yīng)激進(jìn)行研究有重要意義。孫麗婧等[6-7]開展了高溫高濕環(huán)境下人體熱應(yīng)力評(píng)價(jià)指標(biāo)與人體耐受力的研究。Hamadaa等[8]針對(duì)身體局部降溫對(duì)在炎熱環(huán)境下騎自行車運(yùn)動(dòng)的人的生理響應(yīng)進(jìn)行了研究，通過測試皮膚溫度、出汗率、心率等，證實(shí)了局部降溫效果。Tsutsumia等[9]報(bào)道了從炎熱潮濕環(huán)境到熱中性環(huán)境濕度對(duì)人的舒適感和工作效率的影響，指出低濕度下人的主觀熱感覺良好，不同濕度環(huán)境的工作效率無差異，而高濕度令人疲倦。此外，Marshalla等[10]研究了濕熱環(huán)境對(duì)生理參數(shù)和熱休克蛋白HSP72的影響；Atmaca等[11]研究了相對(duì)濕度對(duì)皮膚溫度和濕度的影響，謝培增等[12]探討了高溫高濕環(huán)境下守島官兵訓(xùn)練前后腦血流和腦電的變化。與此同時(shí)，研究者通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究了熱應(yīng)激對(duì)循環(huán)系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、凝血功能、創(chuàng)傷修復(fù)和水鹽代謝等的影響。研究表明：熱應(yīng)激能導(dǎo)致明顯的血液流變學(xué)紊亂[13]；高溫高濕環(huán)境對(duì)顱腦火器傷時(shí)的生命體征變化影響顯著[14]；熱應(yīng)激能顯著改變小腸上皮細(xì)胞膜、核膜膜內(nèi)微粒的數(shù)量及分布特征[15]。彭雪艷等[16]探討了熱應(yīng)激對(duì)不同狀態(tài)下大鼠腎自由基代謝的影響，王燕凌等[17]研究了熱應(yīng)激和短暫心肌缺血對(duì)大鼠心肝組織熱體克蛋白表達(dá)的影響，徐華建等[18]研究了空調(diào)環(huán)境下溫度濕度的改變對(duì)大鼠血液流變特性的影響。在這些研究中，溫度與濕度對(duì)血液微循環(huán)和肌體代謝機(jī)能的影響研究不夠深入，特別是環(huán)境濕度的影響研究偏少。血液是動(dòng)物機(jī)體的主要運(yùn)輸系統(tǒng)，各組織細(xì)胞間的物質(zhì)交換依賴于血液流動(dòng)來完成，血液循環(huán)與體內(nèi)代謝對(duì)維持體溫、調(diào)節(jié)機(jī)體功能有重要意義。血液生化指標(biāo)反映了機(jī)體代謝及生理機(jī)能，是反映機(jī)體代謝狀況體內(nèi)物質(zhì)代謝和某些組織器官機(jī)能狀態(tài)變化的一個(gè)重要特征指標(biāo)之一，而血液流變學(xué)指標(biāo)反映了血液微循環(huán)功能，能間接反映體溫變化。在此，本文作者針對(duì)室內(nèi)環(huán)境溫度對(duì)大鼠血液動(dòng)力學(xué)的影響開展研究[19]，探討室內(nèi)環(huán)境濕度對(duì)血液循環(huán)和生化指標(biāo)的影響。采用家兔為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，測試不同環(huán)境溫度和濕度下家兔血液流變學(xué)指標(biāo)與血液生化指標(biāo)，探討溫度與濕度對(duì)微循環(huán)系統(tǒng)和機(jī)體代謝機(jī)能的影響，以便為室內(nèi)熱濕環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的制定提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)選用的動(dòng)物為經(jīng)重慶大坪醫(yī)院動(dòng)物中心檢疫的家兔，體質(zhì)量為 1.0～1.5 kg，雌雄各半。實(shí)驗(yàn)前先將家兔放入實(shí)驗(yàn)飼養(yǎng)籠內(nèi)應(yīng)生活 2 d，自由飲水和進(jìn)食，飼料為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心配制的普通標(biāo)準(zhǔn)飼料。將其隨機(jī)分成4組(每組10只)，分別飼養(yǎng)在溫度為26 ℃(濕度為 70%)(Ⅰ組)、26 ℃(濕度為 90%)(Ⅱ組)、32 ℃(濕度為 70%)(Ⅲ組)、32 ℃(濕度為 90%)(Ⅳ組)環(huán)境下 3 d。飼養(yǎng)期間，讓家兔自由飲水和進(jìn)食。3 d后，用注射器采集每只家兔的心臟血液5 mL，同時(shí)注入抗凝素。由于晝夜節(jié)律和實(shí)驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度對(duì)動(dòng)物血液流變性有影響，因此，實(shí)驗(yàn)選取晚上7點(diǎn)半至9點(diǎn)采血。在抽取血液樣本時(shí)，控制室溫為25 ℃左右，以盡量減少所得數(shù)據(jù)的誤差。血液流變學(xué)檢測儀器為日本-1000型生物流變儀，血液生化指標(biāo)檢測采用美國貝克曼DXC800生化分析儀。實(shí)驗(yàn)過程中每天早、中、晚用溫濕度計(jì)測得室內(nèi)外空氣溫度及相對(duì)濕度，用風(fēng)速儀測得室內(nèi)外風(fēng)速。家兔生活的環(huán)境溫度與濕度條件見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)的環(huán)境溫度與濕度Table 1 Experimental environment temperature and humidity

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由SPSS 17.0程序包進(jìn)行方差分析，顯著性檢驗(yàn)采用t2檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)均用平均值與標(biāo)準(zhǔn)差表示，P＞0.05為差異不顯著，P＜0 .05為差異顯著，P＜0.01為差異極顯著。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 血液流變學(xué)指標(biāo)

各組血液流變學(xué)指標(biāo)測試結(jié)果見表2。從表2可以看出：第Ⅱ組與第Ⅰ組(對(duì)照組)相比，在環(huán)境溫度相同、濕度不同的條件下，全血黏度(高切、中切、低切)、血漿黏度、全血還原黏度、紅細(xì)胞聚集指數(shù)、紅細(xì)胞剛性指數(shù)、紅細(xì)胞壓積和紅細(xì)胞電泳時(shí)間等流變學(xué)指標(biāo)差異不顯著(P＞0.05)；第Ⅱ組與第Ⅰ組的環(huán)境溫度為27 ℃左右，說明當(dāng)溫度適中時(shí)，濕度對(duì)機(jī)體血液流變特性的影響不大。

第Ⅲ組與第Ⅰ組(對(duì)照組)相比，全血黏度(高切、中切、低切)、血漿黏度、全血還原黏度、紅細(xì)胞聚集指數(shù)、紅細(xì)胞剛性指數(shù)、紅細(xì)胞壓積和紅細(xì)胞電泳時(shí)間等各項(xiàng)指標(biāo)均比對(duì)照組的高，各指標(biāo)差異顯著(P＜0.05)，其中低切全血黏度、紅細(xì)胞聚集指數(shù)、紅細(xì)胞剛性指數(shù)差異極顯著(P＜0.01)。第Ⅲ組與第Ⅰ組的環(huán)境濕度相近，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：高溫對(duì)血液流變學(xué)指標(biāo)影響顯著，高溫條件能夠引起血液流變性各項(xiàng)指標(biāo)下降，影響血液微循環(huán)的灌注。

第Ⅳ組與第Ⅰ組(對(duì)照組)相比，第Ⅳ組全全血黏度(高切、中切、低切)、血漿黏度、全血還原黏度、紅細(xì)胞聚集指數(shù)、紅細(xì)胞剛性指數(shù)、紅細(xì)胞壓積和紅細(xì)胞電泳時(shí)間等各項(xiàng)指標(biāo)均高于對(duì)照組(第Ⅰ組)，差異極顯著(P＜0.01)。表明在高溫高濕環(huán)境下，家兔血液流變學(xué)指標(biāo)及循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生了顯著變化，可能會(huì)對(duì)機(jī)體功能及神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

第Ⅳ組與第Ⅲ組比較，第Ⅳ組的全血黏度(高切、中切、低切)、全血還原黏度、紅細(xì)胞聚集指數(shù)、紅細(xì)胞剛性指數(shù)均比第Ⅲ組的大，差異顯著(P＜0.05)；而血漿黏度、紅細(xì)胞壓積與紅細(xì)胞電泳時(shí)間比第Ⅲ組的高，但差異不明顯 (P＞0.05)。第Ⅲ組和第Ⅳ組的環(huán)境溫度較高，表明在高溫環(huán)境下，環(huán)境濕度同樣對(duì)機(jī)體血液及其流變學(xué)指標(biāo)產(chǎn)生影響，濕度增高，血液流變學(xué)等各項(xiàng)指標(biāo)同樣增高。但與溫度變化對(duì)血液產(chǎn)生的影響相比，溫度對(duì)血液流變學(xué)指標(biāo)影響更大。

表2 4組血液流變學(xué)指標(biāo)((x±s,n=10)Table 2 Indexes of hemodynamics for four groups

2.2 血液生化指標(biāo)

各組血液無機(jī)離子指標(biāo)測試結(jié)果見表 3，血清有機(jī)成分測試結(jié)果見表4。

從表3和表4可以看出：第Ⅱ組與第Ⅰ組(對(duì)照組)相比，第Ⅱ組血清中無機(jī)鈉離子濃度大于對(duì)照組濃度，鉀離子、氯離子和鈣離子濃度小于對(duì)照組濃度，但差異不顯著(P＞0.05)。第Ⅱ組血液中有機(jī)成分血糖、尿素氮的濃度和甘油三酯比對(duì)照組的大；總膽固醇濃度比對(duì)照組的?。豢偟鞍?、白蛋白以及球蛋白的濃度比對(duì)照組的小，顯著性分析表明影響不顯著(P＞0.05)。也就是說，當(dāng)溫度適中時(shí)，濕度變化對(duì)血液生化指標(biāo)產(chǎn)生影響，但產(chǎn)生的影響不大，無明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

第Ⅲ組與第Ⅰ組(對(duì)照組)相比，第Ⅲ組血清中無機(jī)鈉離子濃度大于對(duì)照組濃度，鉀離子、氯離子和鈣離子濃度小于對(duì)照組濃度，差異顯著(P＜0.05)。第Ⅲ組血液中有機(jī)成分血糖、尿素氮和甘油三酯大于對(duì)照組濃度；總膽固醇濃度小于對(duì)照組濃度；總蛋白、白蛋白以及球蛋白濃度小于對(duì)照組濃度，顯著性分析表明影響顯著(P＜0.05)。表明在濕度相近條件下，室內(nèi)高溫同樣能引起各項(xiàng)血液生化指標(biāo)顯著的改變，進(jìn)而影響機(jī)體的代謝功能。

第Ⅳ組與第Ⅰ組(對(duì)照組)相比，第Ⅳ組血清中無機(jī)鈉離子濃度大于對(duì)照組濃度，鉀離子、氯離子和鈣離子濃度小于對(duì)照組濃度，差異極顯著(P＜0.01)。第Ⅳ組血液中有機(jī)成分血糖、尿素氮和甘油三酯濃度大于對(duì)照組濃度；總膽固醇濃度小于對(duì)照組濃度；總蛋白、白蛋白以及球蛋白濃度小于對(duì)照組濃度，顯著性分析表明差異極顯著(P＜0.01)。該組結(jié)果表明高溫高濕環(huán)境下，家兔的各項(xiàng)生化指標(biāo)大的變化將對(duì)機(jī)產(chǎn)生大的影響。

第Ⅳ組與第Ⅲ組相比，第Ⅳ組血清中無機(jī)鈉離子、血糖濃度大于第Ⅲ組濃度，統(tǒng)計(jì)學(xué)有顯著差異(P＜0.05)；鉀離子、氯離子、鈣離子濃度以及總膽固醇、總蛋白、白蛋白、球蛋白濃度小于第Ⅲ組濃度；第Ⅳ組血液中有機(jī)成分尿素氮和甘油三酯濃度大于第Ⅲ組濃度，但是無明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。說明在高溫時(shí)，不同濕度條件對(duì)血液生化指標(biāo)產(chǎn)生影響，但對(duì)機(jī)體的影響不大，與相同濕度不同溫度對(duì)血液生化指標(biāo)產(chǎn)生的影響相比，溫度對(duì)生化指標(biāo)的影響比濕度的影響大。

3 分析與討論

家兔皮膚缺乏汗腺，且體表有很厚的絨毛形成一層熱的絕緣層，導(dǎo)致家兔皮膚的散熱能力較差，呼吸散熱是其最主要的散熱途徑。因而，當(dāng)外界溫度升高時(shí)，家兔依靠增加呼吸次數(shù)和增加呼吸氣體、蒸發(fā)水分的量來散熱，以維持體溫恒定。呼吸增強(qiáng)，血液水分減少，其血液濃度增加，血液黏度增加；同時(shí)，在高溫環(huán)境下，動(dòng)物機(jī)體體溫升高，機(jī)體應(yīng)激代償能力減弱，紅細(xì)胞的聚集性增強(qiáng)，變形能力下降，表現(xiàn)為低、中、高切時(shí)全血黏度增高，由此可能導(dǎo)致微循環(huán)負(fù)荷加重，紅細(xì)胞在微血管中流動(dòng)不暢，影響微循環(huán)對(duì)組織的灌流，最終導(dǎo)致組織細(xì)胞缺血缺氧，因而出現(xiàn)一系列嚴(yán)重的代謝紊亂。

表3 4組血液無機(jī)離子濃度((x±s,n=10)Table 3 Concentration of inorganic ions for four groups mol/L

表4 4組血液有機(jī)成分濃度((x±s,n=10)Table 4 Concentration of inorganic component for four groups mol/L

在相同溫度下，過高的濕度抑制家兔的呼吸，從而影響其散熱和熱平衡，因此，在相同溫度下，濕度增大會(huì)引起家兔血液黏度增大，紅細(xì)胞聚集等指數(shù)增大。在高溫高濕環(huán)境下，家兔呼吸顯著增強(qiáng)，經(jīng)呼吸喪失大量的水分，進(jìn)而血漿容量明顯減少，皮膚血流量大增，引起血液重新分布，脾臟收縮，釋放部分紅細(xì)胞至循環(huán)血液中，紅細(xì)胞壓積升高，血液流變性則顯著下降，最終嚴(yán)重影響微循環(huán)的灌注。

血清鈉升高的現(xiàn)象是動(dòng)物在熱應(yīng)激狀態(tài)下，保鈉排鉀機(jī)能增強(qiáng)的結(jié)果。熱應(yīng)激時(shí)，動(dòng)物血液中氫離子和碳酸氫根離子濃度明顯下降，酸堿平衡失調(diào)，機(jī)體分泌大量有機(jī)酸，血液中的 pH降低，有機(jī)酸與鈣離子結(jié)合，從而導(dǎo)致血液中鈣離子濃度下降。

在相同溫度下，濕度增大，血清總蛋白、白蛋白含量下降，總膽固醇下降；而蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)物尿素氮、血糖和甘油三酯含量則升高。這主要是因?yàn)樵谙嗤h(huán)境溫度下，濕度過高，不利于機(jī)體的散熱，從而使部分生化指標(biāo)和內(nèi)分泌功能改變。

在高溫條件下，機(jī)體交感神經(jīng)興奮，腎上腺素濃度升高，導(dǎo)致肝糖原分解，血糖水平升高。此外，高溫時(shí)，機(jī)體為降低產(chǎn)熱，體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)包括脂肪酸在內(nèi)的分解代謝降低；尿素氮、血糖和甘油三酯含量顯著升高。這是因?yàn)楦邷貢r(shí)氧化反應(yīng)降低，從而導(dǎo)致減少脂肪酸氧化供能途徑，增大脂肪酸合成甘油三酯途徑。

高溫條件能使機(jī)體新陳代謝加快，肝糖原分解加速，血糖水平升高，同時(shí)失水可促進(jìn)組織蛋白分解，血皮質(zhì)醇濃度升高，使蛋白質(zhì)分解代謝加快，血液中的尿素氮增高，尿液及糞便排氮增多，故應(yīng)注意高溫應(yīng)增加蛋白質(zhì)攝入。而脂肪酸氧化供能途徑減弱，脂肪酸合成增強(qiáng)，導(dǎo)致血液中甘油三酯含量顯著升高。

總體來說，高溫高濕不利于機(jī)體散熱。隨著體溫升高，神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié)共同發(fā)揮作用，引起全身代謝改變，同時(shí)呼吸增強(qiáng)，導(dǎo)致體液丟失，內(nèi)環(huán)境也隨之發(fā)生改變。在高溫高濕環(huán)境下，可造成溫度調(diào)節(jié)能力減弱，引起機(jī)體代謝率升高，呼吸排熱等體液丟失，血液濃縮以及能量消耗大，血氧消耗急劇增加，導(dǎo)致乳酸、尿素氮等代謝產(chǎn)物增多，加重心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、腎臟和肝臟等系統(tǒng)與臟器的負(fù)荷與消耗。

4 結(jié)論

(1) 在高溫環(huán)境下，濕度變化對(duì)家兔血液生化指標(biāo)和血液流變性指標(biāo)的影響顯著。

(2) 溫度對(duì)家兔血液生化指標(biāo)和血液流變性指標(biāo)的影響非常顯著。

(3) 高溫高濕環(huán)境對(duì)家兔血液生化指標(biāo)和血液流變學(xué)指標(biāo)產(chǎn)生有顯著的影響。在高溫高濕環(huán)境下，機(jī)體會(huì)產(chǎn)生適應(yīng)性反應(yīng)，體內(nèi)的代謝和激素濃度發(fā)生明顯的改變，以適應(yīng)高溫高濕環(huán)境下的血流變化和微循環(huán)變化。

(4) 在空調(diào)環(huán)境溫度下，濕度應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)，從而減少微循環(huán)障礙相關(guān)疾病的發(fā)生，保證機(jī)體的正常的代謝功能。應(yīng)改善高溫高濕工作環(huán)境，對(duì)高溫高濕環(huán)境的溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，以滿足熱舒適的要求。

(5) 實(shí)驗(yàn)是在重慶夏季進(jìn)行的，濕度組的差異不大，需要改善實(shí)驗(yàn)條件，加大濕度的變化范圍。在我國南方，冬季常會(huì)出現(xiàn)“濕冷”現(xiàn)象，即在氣溫不太低但濕度大時(shí)，人往往感覺非常寒冷，目前，還沒有氣溫較低時(shí)對(duì)濕度影響的研究。家兔與人體散熱機(jī)制不同，有待于進(jìn)一步研究和完善。

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