孟盼盼 谭宏强 石志群 张朋朋 张 洁 赵秀华

(1.中国人民解放军联勤保障部队第940医院药剂科,兰州 730050) (2.中国人民解放军西部战区疾病预防控制中心传染病防控二科,成都 610000)

高原地区最明显的气候特征是低压性缺氧,随着海拔高度的增加,大气中氧气的含量逐渐下降[1]。高海拔地区的持续缺氧环境会降低气管和肺泡中的氧气,导致机体组织和器官缺氧,从而使机体发生一系列生理和病理性改变[2]。同时,缺氧会造成体内血液指标发生变化,如:影响血细胞形态和表型,导致红细胞、血红蛋白和血细胞比容显著增加等。急进高原人群的血红蛋白浓度增加,对改善RBC的携氧能力是非常重要的,但当红细胞压积值超过50%至55%时会增加血液黏度,从而增加机体心脏负担,严重影响急进高原人群的生理健康[3]。因此,血液学指标对于评估急进高原人群的健康和病理状况非常重要。

课题组前期采用大型低压低氧实验舱模拟海拔8 000 m高原缺氧环境,系统考察了0.5、1、3、5、10 d不同缺氧时间血液学相关指标的变化情况[4]。然而缺氧引起的急性高山病发生是在急进高原的1 h后,但通常在6～10 h后出现明显病理症状,当海拔上升至4 500 m以上时,发病率高达50%～80%,且发病率随着海拔上升速度和海拔高度的增加而增加[5]。因此,本实验主要研究急进高原地区对于机体血液学的病理影响,通过比较正常对照组大鼠与缺氧组大鼠血糖、血气、血常规、血生化的变化,探讨了在模拟低压低氧缺氧条件诱导下,大鼠血液学指标的变化,并确定影响这些指标变化的因素和条件,找出合理的改善方法,为后期相关实验研究奠定基础。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1实验动物:SPF级Wistar雄性大鼠40只,体质量180～220 g,购自联勤保障部队第940医院动物科。实验动物生产许可证号【SCXK(军)2017-0023】,使用许可证号【SYXK(军)2017-0047】,实验动物处理遵守联勤保障部队第940医院实验动物伦理审批,伦理审批号:2021KYLL173。

1.1.2仪器:FLYDWC50-II A型低压低氧动物实验舱(中航工业贵州雷航空军械有限责任公司),动物全血细胞分析仪(希森美康XT-2000i),动物全自动生化分析仪(希森美康医疗电子公司BX-3010),罗氏血糖仪(豪夫迈.罗氏有限公司)。

1.2 方法

1.2.1动物分组与处理:SPF级Wistar雄性大鼠,适应饲养3 d后随机分为正常对照组、缺氧10、20、30 h组,共4组,每组10只。除对照组外,其余3组置于大型低压低氧动物实验舱中,以10 m/s速度减压上升至海拔8 000 m高度,分别缺氧10、20、30 h后,以20 m/s速度将氧舱海拔降至3 500 m,腹主动脉取血并进行血糖、血气、血常规、血生化指标的测定。

1.2.2血气指标检测:取腹主动脉血1 mL,立即用全自动血气分析仪进行血气分析,检测指标主要有:碳酸氢根(HCO3-),二氧化碳总量(TCO2),K+浓度(cK+),Na+浓度(cNa+),血氧饱和度(SO2),氧分压(PO2),二氧化碳分压(PCO2)。

1.2.3血常规检测:取腹主动脉血1 mL,肝素钠抗凝,动物全血细胞分析仪测血常规,检测指标主要有:白细胞(WBC),红细胞计数(RBC),血红蛋白(HGB),红细胞压积(HCT),平均红细胞体积(MCV),平均血红蛋白量(MCH),平均血红蛋白浓度(MCHC),血小板(PLT)。

1.2.4血生化指标检测:腹主动脉取血,室温静置2 h后,3 500 r/min离心10 min,分离血清,采用全自动血清生化分析仪测定肝功能相关血清生化指标。检测指标主要有: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)、乳酸脱氢酶(LDH)、血糖(GLU)。

2 结果

2.1 急性减压缺氧不同时间对大鼠血气指标的影响

缺氧10、20、30 h组大鼠pH值与常氧对照组相比没有显著差异(P>0.05);缺氧10、20、30 h组PCO2、PO2、SO2均低于常氧对照组,且随着缺氧时间的延长显著性降低(P<0.05,P<0.01);缺氧10、20、30 h组HCO3-、TCO2均低于常氧对照组,且随着缺氧时间的延长呈先增加后降低的趋势(P<0.01);缺氧10、20、30 h组cNa+与常氧对照组相比呈上升趋势,且随着缺氧时间的延长逐渐升高(P<0.05,P<0.01)。缺氧10 h组cK+与常氧对照组相比呈下降趋势,且具有统计学差异(P<0.01),随着时间的延长,缺氧20、30 h后cK+上升,与常氧对照组相比没有显著性差异,见表1。

表1 急性减压缺氧大鼠血气分析各项指标对比Table 1 Comparison of various indexes of blood gas analysis with acute decompression hypoxia in rats

2.2 急性减压缺氧不同时间大鼠血常规指标的影响

缺氧10、20、30 h组WBC、RBC、HGB、MCHC、PLT、HCT与常氧对照组相比呈上升趋势,且随着缺氧时间的延长显著性升高(P<0.05,P<0.01);缺氧10、20 h组MCH与常氧对照组相比没有显著性差异,至缺氧30 h后下降与常氧对照组相比有显著性差异(P<0.05)。缺氧10、20 h组MCV与常氧对照组相比呈显著性下降趋势(P<0.01),缺氧30 h后上升至与常氧对照组相比无显著性差异,见表2。

表2 急性减压缺氧大鼠血常规各项指标对比Table 2 Comparison of various indexes of blood routine analysis with acute decompression hypoxia in rats

2.3 急性减压缺氧不同时间对大鼠血生化指标的影响

缺氧10、20、30 h组CK、CK-MB与常氧对照组相比呈显著性下降(P<0.05,P<0.01);缺氧10和20 h组LDH与常氧对照组相比呈显著性上升(P<0.01),但缺氧30 h后逐渐下调,与常氧对照组相比无显著性差异;缺氧20、30 h组GLU、BUN与常氧对照组相比呈显著性上升(P<0.05,P<0.01);缺氧10 h组ALB与常氧对照组相比呈下降趋势但无显著性差异,缺氧20 h后逐渐上升,至缺氧30 h后与常氧对照组相比呈显著上升(P<0.01);缺氧10、20 h组CRE呈下降趋势,30 h后升高(P<0.05,P<0.01);缺氧30 h组UA与正常对照组相比呈显著上升(P<0.01),见表3。

表3 急性减压缺氧大鼠血生化各项指标对比Table 3 Comparison of various indexes of blood biochemistry analysis with acute decompression hypoxia in rats

3 讨 论

高原低压性缺氧干扰机体正常的氧化反应,造成细胞代谢和功能紊乱并对机体的组织、器官造成损害。研究报道,缺氧会导致机体葡萄糖稳态严重受损[6],血糖异常增加主要是由β细胞功能紊乱引起的胰岛素分泌受损或外周组织中胰岛素抵抗增加[7]。高血糖是机体微血管和大血管并发症的主要危险因素,会诱发视网膜病变、神经疾病和心血管疾病,威胁着患者的生活质量和寿命[8]。本实验结果所示,随着缺氧时间的延长,机体血糖逐渐升高,说明机体葡萄糖稳态的受损程度可能与缺氧时间相关。

缺氧是影响高原个体健康和生命活动的关键因素,它对生理有重要影响,诱导机体病变[9]。缺氧与机体药代动力学密切相关,例如:低氧血症和酸性失衡对药物的吸收、分布、代谢和排泄有显著影响[10-11]。因此,高海拔地区大鼠动脉血气分析对于高原药代动力学具有重要意义。本研究评估了在模拟高原海拔8 000 m缺氧10、20、30 h后,大鼠的呼吸状态和代谢性酸碱失调[12]。结果表明,实验大鼠缺氧损伤后,pH值无明显变化,而HCO3-、TCO2和PCO2在缺氧10、20、30 h后逐渐下降,表明大鼠在缺氧条件下,肺通气过度,存在呼吸性碱中毒,从侧面反映出缺氧导致机体肺呼吸功能受损。此外,电解质cNa+和cK+具有调节渗透压和酸碱平衡的作用,二者随着缺氧时间的增长逐渐升高,说明在缺氧条件下,机体酸碱平衡失调[13]。PO2和SO2反应了机体血液的带氧率,最大氧气吸收速率的陆地哺乳动物,在稳定状态下的剧烈运动中也很少发生低氧血症[14]。在缺氧10、20、30 h后,PO2和SO2逐渐下降,客观反映了在高原缺氧环境下,大鼠呼吸功能障碍,组织细胞失去了从血液中摄取氧气的能力,导致机体器官受损。

简单的血常规检查及分类检查,可以观察到机体血液红细胞、白细胞、血小板的变化,了解高原缺氧环境下机体的损伤情况,对高原缺氧损伤的初步判定、严重程度以及预测机体缺氧后器官的损伤程度的评估具有重要意义[15]。血常规结果显示:缺氧损伤后,大鼠为了适应高原环境,随着缺氧时间的延长显著增加RBC、HGB、HCT、MCV、MCH和MCHC来提高机体的携氧能力,维持机体的正常生理功能。但是,RBC的大量增多导致血液的黏稠度大幅度增加,提高了机体心肌梗死的发病率,同时,WBC和PLT与正常对照组相比显著增加,提示了缺氧可能会导致大鼠心脑血管的病变[16]。

生化指标可以评估机体的心脏、肝、肾功能,直观准确的评价在缺氧情况下机体器官的损伤情况。ALB为反映肝功能的重要指标,缺氧后ALB显著升高表明在高原缺氧环境中,大鼠红细胞增多导致血液黏滞,从而影响肝发生病变。缺氧刺激肾产生红细胞生成素,使体内红细胞增多,血液黏稠度增高,外围血管阻力加大,心脏负担加重,引起或加重心力衰竭,诱发心肌梗死、脑血栓等疾病;BUN、CRE、UA为评价肾功能的指标,在缺氧条件下,BUN、CRE、UA随着缺氧时间的延长显著升高,提示缺氧可能导致肾血管收缩,从而导致肾功能不全[17]。CK、CK-MB是反映心功能的重要指标,二者随着缺氧时间延长显著降低,且在急性缺氧10 h时损伤最剧烈,提示缺氧导致心肌供氧不足,心肌收缩力下降,出现心功能不全[18]。但在缺氧20、30 h后与缺氧10 h相比有下降趋势,表明机体对缺氧进行适应性调节,但是仍不可能使之降到正常水平。缺氧后GLU和LDH均升高,说明机体在缺氧环境下血糖增高,无氧呼吸增多,诱导机体氧化应激,随着缺氧时间的增长,LDH有降低趋势,表明机体对缺氧进行适应性调节,但是仍不可能达到正常水平。

综上所述,缺氧会引起机体血液学发生病变,且随着缺氧时间的延长损伤加重,本研究发现血液学变化与心、肝、肾等器官息息相关,因此,本篇文章主要观察了缺氧对机体血液学的变化,以期确定影响这些指标变化的因素和条件,找出合理的改善方法,为后期的实验奠定基础。