大通牦牛肺血管低氧適應的組織結構特點

張晶晶++張勤文++俞紅賢++李莉++荊海霞++魏青++梁林+王志強

摘要：為進一步研究大通牦牛肺組織對高原低氧適應的組織學特點，選取海拔高度3 700、3 200 m地區的成年大通牦牛作為研究對象，并分別選取海拔高度3 700 m的澤庫地區成年牦牛、海拔高度3 200 m的海晏地區成年牦牛作為對照，利用組織學和電鏡技術對肺組織的顯微、超微結構進行觀測與分析。結果顯示：管徑大于100 μm的牦牛肺血管平滑肌含量隨海拔的升高逐漸增加，差異顯著（P<0.05）；管徑小于50 μm的牦牛肺血管平滑肌含量隨海拔的升高逐漸減少，差異顯著（P<0.05）；牦牛肺氣血屏障隨海拔的升高逐漸變薄，部分差異顯著（P<0.05）。大通牦牛肺臟的結構特點是其能夠適應高原低氧環境的組織學基礎，也表現出其育種的遺傳學特征。

關鍵詞：高原牦牛；不同海拔；肺；低氧適應；組織學特點

中圖分類號： S858.237.14+2文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0346-02

收稿日期：2015-11-26

基金項目：國家自然科學基金（編號：31440084）；青海省科技廳項目（編號：2013-Z-713）。

作者簡介：張晶晶（1990—），女，碩士研究生，主要從事高原家畜形態學結構特點與高原環境的關系研究。E-mail：310165666@qq.com。

通信作者：張勤文，教授，主要從事高原家畜形態學結構特點與高原環境的關系研究。E-mail：82321200@qq.com。低氧是高原環境的主要特征之一，表現為大氣中的氧分壓隨海拔的升高逐漸降低。有學者研究表明，平原動物急進高原會引起高原性心臟病和“獸胸病”[1]，主要表現為肺動脈高壓和右心肥厚。牦牛世代生活在海拔3 000～5 000 m的地區，大氣中的氧含量僅為海平面地區的53%～73%。高原世居生物能夠很好地適應高原低氧環境，不表現出肺動脈高壓，并可通過遺傳將其適應性傳遞給下一代。

肺血管的平滑肌含量顯著增加是引起肺動脈高壓的組織學基礎，這在平原動物急進高原的研究[2]中已得到證實，但是關于高原牦牛肺血管對低氧的適應仍有學者持不同見解。有學者研究認為，牦牛的肺小動脈壁只有1層極薄的彈性層結構，并無平滑肌成分或平滑肌含量較少，低氧不會導致高原牦牛肺血管平滑肌含量增多[2-3]。但也有學者指出，成年牦牛肺動脈管壁中平滑肌的含量較為豐富，且肺動脈多數為肌性動脈[4-5]。牦牛肺動脈組織結構與高原低氧關系的研究尚有較大分歧。選取不同海拔高度下的大通牦牛作為研究對象，對其肺血管結構進行比較，旨在闡明高原牦牛肺血管隨海拔升高對高原低氧環境適應的結構學特點及適應機制，研究其是否存在高原低氧環境適應的獨特性，并進一步為高原醫學研究提供依據。

1材料與方法

1.1材料

選取青海大通地區（海拔3 200、3 700 m）種牛場的牦牛（以下簡稱大通牦牛）作為研究對象，并分別選取青海海晏地區（海拔3 200 m）的高原型牦牛（以下簡稱海晏牦牛）、青海澤庫地區（海拔3 700 m）的高原型牦牛（以下簡稱澤庫牦牛）各5頭，臨床健康，不計性別。

1.2方法

1.2.1取材及樣品處理所有試驗牛均于放牧地現場屠宰，立即取材并固定。在每頭牦牛的肺尖葉、膈葉、心葉上隨機切取肺組織5塊，組織塊大小為1 cm×2 cm，厚度為0.5 cm。采取的組織以4%多聚甲醛固定24 h，并按常規方法包埋，4 μm 間隔連續切片后進行蘇木精-伊紅（H-E）染色。

另在右肺膈葉取1 mm3肺組織塊，以2.5%戊二醛預固定后進行二次處理包埋，制成70 nm超薄切片并進行鈾鉛雙重染色。

1.2.2測量與計算每例標本選5張組織切片，采用Olympus BX51型顯微鏡進行觀察， 用圖像采集系統（Olympus DP70）取圖，于400倍的放大倍率下選取30個不重疊、不斷裂的清晰視野。采用Image-Pro Plus 5.1圖像分析系統直接測量數據。采用四點十字交叉法分別測量肺細小動脈末端直徑為100 μm以上、50～100 μm、50 μm以下細小動脈的管徑和中膜厚度，計算各組血管中膜厚度占血管外徑的百分比，以此比值代表肺血管平滑肌含量。采用JEM-2000EX型透射電鏡觀察肺的氣血屏障結構，并參照鄭富盛的形態測量學方法[6]測量和計算氣血屏障的算術平均厚度。

采用SPSS 11.0統計軟件對試驗數據和結構參數進行處理，統計結果以“平均值±標準差”（x±s）表示。對大通牦牛各結構參數進行差異顯著性檢驗。

2結果與分析

2.13種牦牛肺血管平滑肌的含量

由表1可知，當肺動脈血管的管徑>100 μm時，牦牛肺血管平滑肌含量隨海拔的升高而增加，差異顯著（P<0.05）；當肺動脈血管的管徑<50 μm時，牦牛肺血管平滑肌含量隨海拔的升高而減少，差異顯著（P<0.05）。肺動脈血管管徑>100 μm、海拔高度為3 700 m時，大通牦牛肺血管平滑肌含量顯著低于澤庫牦牛（P<0.05）；其余各組數據之間差異不顯著。

2.23種牦牛肺氣血屏障的算術平均厚度

由表1可知，海晏牦牛肺氣血屏障的算術平均厚度最高，與2個海拔高度下的大通牦牛、澤庫牦牛相比差異顯著（P<0.05）。2個海拔高度下大通牦牛與澤庫牦牛的肺氣血屏障算術平均厚度兩兩相比差異不顯著。

3結論與討論

已有研究表明，動物肺組織對低氧的敏感程度與其肺動脈管壁上的平滑肌含量密切相關，平滑肌含量越高，對低氧的敏感度越高[1-3]。有學者報道，牦牛肺血管管壁較薄，平滑肌含量較少，這是牦牛不易產生肺動脈高壓的組織學基礎[2-3]。也有學者研究表明，牦牛肺血管的平滑肌含量較高[5]。本研究結果表明，直徑大于100 μm的肺血管，血管平滑肌含量隨海拔的升高逐漸增加；直徑小于50 μm的肺血管，血管平滑肌含量隨海拔的升高逐漸減少。肺中大血管的平滑肌含量較多，有利于血管的收縮，可提供足夠的壓力將血液輸送至微小血管中；隨著血管變細，平滑肌含量逐漸變少，不易產生肺動脈高壓，對低氧表現出不敏感，有利于牦牛肺的低氧適應。當海拔高度為3 700 m時，大通牦牛與澤庫牦牛的肺血管平滑肌含量表現出明顯差異。大通牦牛的育種父本來自于海拔 4 500 m 以上的玉樹野牦牛，因此大通牦牛的肺血管平滑肌含量表現出一定特殊性，從而導致其與澤庫牦牛在肺血管平滑肌含量上的差異。張勤文等在大通牦牛骨骼肌的研究中發現，大通牦牛的組織學特點不僅與環境有關，與其遺傳因素也直接相關[7-9]，這與本研究的結論具有相似性。

肺氣血屏障是肺泡與肺泡隔內毛細血管中的血液進行氣體交換的薄層結構，其組織學特點可影響肺氣體交換速率和交換量。肺氣血屏障的算術平均厚度是衡量肺內氣體交換的重要參數，可反映氣體交換的速度和阻力。本研究中，2個海拔高度下大通牦牛和澤庫牦牛肺氣血屏障的算術平均厚度均比海晏牦牛薄，且差異顯著（P<0.05）。肺氣血屏障相對較薄，減少了氣體中氧彌散時的阻力，有利于肺的氣體交換，是高海拔牦牛肺組織對低氧的一種適應性變化。2個海拔高度下的大通牦牛，其肺氣血屏障的算術平均厚度與澤庫牦牛相比差異均不顯著。主要原因與大通牦牛的育種特點有關，其遺傳特性中體現出玉樹野牦牛的遺傳特征，具有肺氣血屏障相對較薄的特點。

管徑大于100 μm的牦牛肺血管，其平滑肌含量隨海拔的升高逐漸增加；管徑小于50 μm的牦牛肺血管，其平滑肌含量隨海拔的升高逐漸減少。肺氣血屏障隨海拔的升高逐漸變薄，這是牦牛肺組織適應高原低氧環境的組織學特點。大通牦牛肺臟的組織結構表現出一定特異性，與其育種特點有關。

參考文獻：

[1]Tucker A，Mcmurtry I F，Reeves J T，et al. Lung vascular smooth muscle as a determinant of pulmonary hypertension at high alt it ude[J]. The American Journal of Physiology，1975，288（3）：762-766.

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[4]陳秋生，馮霞，姜生成. 牦牛肺臟高原適應性的結構研究[J]. 中國農業科學，2006，39（10）：2107-2113.

[5]靳新花，崔燕，何俊峰，等. 成年牦牛肺動脈的顯微結構觀察[J]. 中國獸醫科學，2009，39（3）：261-265.

[6]鄭富盛. 細胞形態立體計量學[M]. 北京：北京醫科大學、中國協和醫科大學聯合出版社，1990.

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[8]張勤文，俞紅賢，李莉，等. 成年大通牦牛骨骼肌組織學結構研究[J]. 動物醫學進展，2012，33（12）：76-79.

[9]張勤文，俞紅賢，荊海霞，等. 基于骨骼肌線粒體超微結構研究生長期牦牛低氧適應性[J]. 畜牧獸醫學報，2013，44（3）：447-452.