急性減壓缺氧對大鼠血液學指標的影響*

孟盼盼 譚宏強 石志群 張朋朋 張 潔 趙秀華

(1.中國人民解放軍聯勤保障部隊第940醫院藥劑科,蘭州 730050) (2.中國人民解放軍西部戰區疾病預防控制中心傳染病防控二科,成都 610000)

高原地區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]。高海拔地區的持續缺氧環境會降低氣管和肺泡中的氧氣,導致機體組織和器官缺氧,從而使機體發生一系列生理和病理性改變[2]。同時,缺氧會造成體內血液指標發生變化,如:影響血細胞形態和表型,導致紅細胞、血紅蛋白和血細胞比容顯著增加等。急進高原人群的血紅蛋白濃度增加,對改善RBC的攜氧能力是非常重要的,但當紅細胞壓積值超過50%至55%時會增加血液黏度,從而增加機體心臟負擔,嚴重影響急進高原人群的生理健康[3]。因此,血液學指標對于評估急進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驗艙模擬海拔8 000 m高原缺氧環境,系統考察了0.5、1、3、5、10 d不同缺氧時間血液學相關指標的變化情況[4]。然而缺氧引起的急性高山病發生是在急進高原的1 h后,但通常在6～10 h后出現明顯病理癥狀,當海拔上升至4 500 m以上時,發病率高達50%～80%,且發病率隨著海拔上升速度和海拔高度的增加而增加[5]。因此,本實驗主要研究急進高原地區對于機體血液學的病理影響,通過比較正常對照組大鼠與缺氧組大鼠血糖、血氣、血常規、血生化的變化,探討了在模擬低壓低氧缺氧條件誘導下,大鼠血液學指標的變化,并確定影響這些指標變化的因素和條件,找出合理的改善方法,為后期相關實驗研究奠定基礎。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1實驗動物:SPF級Wistar雄性大鼠40只,體質量180～220 g,購自聯勤保障部隊第940醫院動物科。實驗動物生產許可證號【SCXK(軍)2017-0023】,使用許可證號【SYXK(軍)2017-0047】,實驗動物處理遵守聯勤保障部隊第940醫院實驗動物倫理審批,倫理審批號:2021KYLL173。

1.1.2儀器:FLYDWC50-II A型低壓低氧動物實驗艙(中航工業貴州雷航空軍械有限責任公司),動物全血細胞分析儀(希森美康XT-2000i),動物全自動生化分析儀(希森美康醫療電子公司BX-3010),羅氏血糖儀(豪夫邁.羅氏有限公司)。

1.2 方法

1.2.1動物分組與處理:SPF級Wistar雄性大鼠,適應飼養3 d后隨機分為正常對照組、缺氧10、20、30 h組,共4組,每組10只。除對照組外,其余3組置于大型低壓低氧動物實驗艙中,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,腹主動脈取血并進行血糖、血氣、血常規、血生化指標的測定。

1.2.2血氣指標檢測:取腹主動脈血1 mL,立即用全自動血氣分析儀進行血氣分析,檢測指標主要有: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血常規檢測:取腹主動脈血1 mL,肝素鈉抗凝,動物全血細胞分析儀測血常規,檢測指標主要有:白細胞(WBC),紅細胞計數(RBC),血紅蛋白(HGB),紅細胞壓積(HCT),平均紅細胞體積(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血生化指標檢測:腹主動脈取血,室溫靜置2 h后,3 500 r/min離心10 min,分離血清,采用全自動血清生化分析儀測定肝功能相關血清生化指標。檢測指標主要有: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 結果

2.1 急性減壓缺氧不同時間對大鼠血氣指標的影響

缺氧10、20、30 h組大鼠pH值與常氧對照組相比沒有顯著差異(P>0.05);缺氧10、20、30 h組PCO2、PO2、SO2均低于常氧對照組,且隨著缺氧時間的延長顯著性降低(P<0.05,P<0.01);缺氧10、20、30 h組HCO3-、TCO2均低于常氧對照組,且隨著缺氧時間的延長呈先增加后降低的趨勢(P<0.01);缺氧10、20、30 h組cNa+與常氧對照組相比呈上升趨勢,且隨著缺氧時間的延長逐漸升高(P<0.05,P<0.01)。缺氧10 h組cK+與常氧對照組相比呈下降趨勢,且具有統計學差異(P<0.01),隨著時間的延長,缺氧20、30 h后cK+上升,與常氧對照組相比沒有顯著性差異,見表1。

表1 急性減壓缺氧大鼠血氣分析各項指標對比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間大鼠血常規指標的影響

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

表2 急性減壓缺氧大鼠血常規各項指標對比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間對大鼠血生化指標的影響

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

表3 急性減壓缺氧大鼠血生化各項指標對比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體正常的氧化反應,造成細胞代謝和功能紊亂并對機體的組織、器官造成損害。研究報道,缺氧會導致機體葡萄糖穩態嚴重受損[6],血糖異常增加主要是由β細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]。高血糖是機體微血管和大血管并發癥的主要危險因素,會誘發視網膜病變、神經疾病和心血管疾病,威脅著患者的生活質量和壽命[8]。本實驗結果所示,隨著缺氧時間的延長,機體血糖逐漸升高,說明機體葡萄糖穩態的受損程度可能與缺氧時間相關。

缺氧是影響高原個體健康和生命活動的關鍵因素,它對生理有重要影響,誘導機體病變[9]。缺氧與機體藥代動力學密切相關,例如:低氧血癥和酸性失衡對藥物的吸收、分布、代謝和排泄有顯著影響[10-11]。因此,高海拔地區大鼠動脈血氣分析對于高原藥代動力學具有重要意義。本研究評估了在模擬高原海拔8 000 m缺氧10、20、30 h后,大鼠的呼吸狀態和代謝性酸堿失調[12]。結果表明,實驗大鼠缺氧損傷后,pH值無明顯變化,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,肺通氣過度,存在呼吸性堿中毒,從側面反映出缺氧導致機體肺呼吸功能受損。此外,電解質cNa+和cK+具有調節滲透壓和酸堿平衡的作用,二者隨著缺氧時間的增長逐漸升高,說明在缺氧條件下,機體酸堿平衡失調[13]。PO2和SO2反應了機體血液的帶氧率,最大氧氣吸收速率的陸地哺乳動物,在穩定狀態下的劇烈運動中也很少發生低氧血癥[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境下,大鼠呼吸功能障礙,組織細胞失去了從血液中攝取氧氣的能力,導致機體器官受損。

簡單的血常規檢查及分類檢查,可以觀察到機體血液紅細胞、白細胞、血小板的變化,了解高原缺氧環境下機體的損傷情況,對高原缺氧損傷的初步判定、嚴重程度以及預測機體缺氧后器官的損傷程度的評估具有重要意義[15]。血常規結果顯示:缺氧損傷后,大鼠為了適應高原環境,隨著缺氧時間的延長顯著增加RBC、HGB、HCT、MCV、MCH和MCHC來提高機體的攜氧能力,維持機體的正常生理功能。但是,RBC的大量增多導致血液的黏稠度大幅度增加,提高了機體心肌梗死的發病率,同時,WBC和PLT與正常對照組相比顯著增加,提示了缺氧可能會導致大鼠心腦血管的病變[16]。

生化指標可以評估機體的心臟、肝、腎功能,直觀準確的評價在缺氧情況下機體器官的損傷情況。ALB為反映肝功能的重要指標,缺氧后ALB顯著升高表明在高原缺氧環境中,大鼠紅細胞增多導致血液黏滯,從而影響肝發生病變。缺氧刺激腎產生紅細胞生成素,使體內紅細胞增多,血液黏稠度增高,外圍血管阻力加大,心臟負擔加重,引起或加重心力衰竭,誘發心肌梗死、腦血栓等疾病;BUN、CRE、UA為評價腎功能的指標,在缺氧條件下,BUN、CRE、UA隨著缺氧時間的延長顯著升高,提示缺氧可能導致腎血管收縮,從而導致腎功能不全[17]。CK、CK-MB是反映心功能的重要指標,二者隨著缺氧時間延長顯著降低,且在急性缺氧10 h時損傷最劇烈,提示缺氧導致心肌供氧不足,心肌收縮力下降,出現心功能不全[18]。但在缺氧20、30 h后與缺氧10 h相比有下降趨勢,表明機體對缺氧進行適應性調節,但是仍不可能使之降到正常水平。缺氧后GLU和LDH均升高,說明機體在缺氧環境下血糖增高,無氧呼吸增多,誘導機體氧化應激,隨著缺氧時間的增長,LDH有降低趨勢,表明機體對缺氧進行適應性調節,但是仍不可能達到正常水平。

綜上所述,缺氧會引起機體血液學發生病變,且隨著缺氧時間的延長損傷加重,本研究發現血液學變化與心、肝、腎等器官息息相關,因此,本篇文章主要觀察了缺氧對機體血液學的變化,以期確定影響這些指標變化的因素和條件,找出合理的改善方法,為后期的實驗奠定基礎。