急性低氧對地下鼠血液生理指標(biāo)的影響

急性低氧對地下鼠血液生理指標(biāo)的影響

0地下鼠的臨床適應(yīng)機(jī)制低氧是指身體組織和細(xì)胞的缺乏氧供應(yīng)或氧利用不足，導(dǎo)致生物代謝、功能和形態(tài)結(jié)構(gòu)異常變化的病理過程。進(jìn)入低氧環(huán)境后，身體和細(xì)胞的生理會發(fā)生變化，并會有許多生理反應(yīng)。地下老鼠是生活在地下的主要洞穴系統(tǒng)中的老鼠。與其他陸地環(huán)境相比，地下洞穴相對封閉，氧含量相對較低。對于地下老鼠來說，低氧是一種特殊的環(huán)境因素，也是一種刺激因素。根據(jù)研究，地下孔中的o2和b2含量隨降水和土壤含水量顯著變化。在降雨季節(jié)，粘土孔中最小的氧含量僅為7.2%。由于長期地下洞穴生活，地下大鼠對低氧和高氧化條件非常耐受性，因此它們形成了一系列反應(yīng)與低氧環(huán)境的生物學(xué)特征。例如，氣泡氣體擴(kuò)散能力強(qiáng)，血氧含量高，紅細(xì)胞多，紅血酸含量高，血液固氧能力強(qiáng)，動脈血氧飽和度高，血液中的血氧飽和度低，血液中的血氧飽和度高，動脈血氧飽和度低，血氧使用率高，骨細(xì)肌毛密度大，紅細(xì)胞體積小。這些適應(yīng)性特征增加了血管和組織之間的氧氣擴(kuò)散能力。因此，大多數(shù)地下大鼠都被用作低氧適應(yīng)研究的模型動物。地下鼠的血液系統(tǒng)對地下洞道中的低氧環(huán)境具有良好的適應(yīng)機(jī)制,主要是通過增加紅細(xì)胞數(shù)量和/或血紅蛋白含量,以提高血液的攜氧能力.但是,紅細(xì)胞數(shù)量和/或血紅蛋白含量的增加使血液黏稠度和血液循環(huán)阻力增加,從而加大了心臟的負(fù)荷,可能引起肺動脈高壓及紅細(xì)胞增多癥.因此,地下鼠還通過減小紅細(xì)胞體積、降低血液黏稠度及調(diào)整2,3-磷酸甘油酸和血紅蛋白的比率等血液生理學(xué)特征以避免出現(xiàn)上述風(fēng)險(xiǎn).棕色田鼠(Lasiopodomysmandarinus)是一種主要營地下洞道生活的小型嚙齒動物,隸屬于嚙齒目(Rodentia)倉鼠科(Cricetidae)田鼠亞科(Microtinae)松田鼠屬(Lasiopodomys).棕色田鼠是重要的農(nóng)田害鼠,學(xué)者們已就其婚配制度、生活史特征、種群生態(tài)學(xué)、社會行為學(xué)和遺傳學(xué)等進(jìn)行過研究,而有關(guān)其對地下生活的適應(yīng)等方面則較少涉及.昆明小鼠(Musmusculus)身體大小與棕色田鼠相似,以地面活動為主,其生活環(huán)境與棕色田鼠的地下洞道環(huán)境有很大的區(qū)別.本研究采用析因?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì),通過4h急性低氧處理,測定不同的氧含量對棕色田鼠和昆明小鼠血液生理特征的影響,通過對棕色田鼠和昆明小鼠血象應(yīng)答指標(biāo)的比較,研究棕色田鼠在血象方面對急性低氧的應(yīng)答特征,確定急性低氧處理對地下鼠的生理學(xué)作用,進(jìn)而揭示地下鼠血液系統(tǒng)對急性低氧環(huán)境的應(yīng)答途徑,為探討棕色田鼠的進(jìn)化生物學(xué)以及低氧類疾病的治療提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù).1材料和方法1.1飼養(yǎng)與飼養(yǎng)方法實(shí)驗(yàn)所用棕色田鼠活捕于河南省新鄭地區(qū)(34°52′N,113°85′E)農(nóng)田,用聚乙烯標(biāo)準(zhǔn)飼養(yǎng)籠(37.0cm×26.0cm×17.0cm)喂養(yǎng)于室內(nèi).以兔飼料和鼠飼料(河南省實(shí)驗(yàn)動物中心生產(chǎn))為主要食物,輔以少量新鮮胡蘿卜,提供充足飲水.以鋸末為墊料,脫脂棉為巢材.飼養(yǎng)室溫度控制在20～24℃,光周期控制為12L∶12D(光照時(shí)間8:00-20:00).從室內(nèi)種群中選擇健康成年雌性棕色田鼠20只(體重30～45g)用于實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)用雌性昆明小鼠購自河南省實(shí)驗(yàn)動物中心(合格證號:0003433),3月齡,共20只.1.2急性低氧化反應(yīng)2009年4月,將實(shí)驗(yàn)動物置于實(shí)驗(yàn)動物氧艙(DS-Ⅱ動物實(shí)驗(yàn)加壓艙,中國濰坊華信鍋爐氧艙制造有限公司)中,通過控制氧氣和氮?dú)饬髁磕M常壓低氧環(huán)境,進(jìn)行低氧處理.低氧處理分為4個(gè)水平,氧的體積分?jǐn)?shù)分別為15.0%、10.0%、5.0%及20.9%(對照組),每組5只棕色田鼠和5只昆明小鼠.急性低氧處理為4h(8:00-12:00).低氧處理結(jié)束后,將實(shí)驗(yàn)動物移出氧艙,立即注射質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的氨基甲酸乙酯溶液麻醉動物(注射量為0.05mL/g,腹腔注射),迅速摘取眼球取血,EDTA鉀鹽抗凝.采用SysmexXs-800i全自動血液分析儀(日本希森美康公司)測定血象,測定指標(biāo)包括白細(xì)胞數(shù)、紅細(xì)胞數(shù)和血小板密度,紅細(xì)胞體積、紅細(xì)胞壓積及血紅蛋白濃度.測定工作在河南省醫(yī)藥科學(xué)研究院進(jìn)行.1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS13.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,采用One-SampleKolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)所有數(shù)據(jù)的分布型.利用雙因素方差分析方法,分析氧氣含量和鼠種因素對實(shí)驗(yàn)動物血象指標(biāo)的影響,用LSD進(jìn)行多重比較.以α=0.05為顯著性臨界值,所有檢驗(yàn)均為雙尾,所有數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示.2結(jié)果2.1不同氧含量對小鼠紅細(xì)胞壓積的影響急性低氧對棕色田鼠和昆明小鼠紅細(xì)胞參數(shù)的影響不同(圖1,表1).雙因素方差分析結(jié)果表明:低氧處理與鼠種間交互作用不顯著;棕色田鼠和昆明小鼠間紅細(xì)胞數(shù)量差異不顯著,但紅細(xì)胞壓積(F(1,31)=59.037,P<0.001)和紅細(xì)胞平均體積(F(1,31)=118.943,P<0.001)差異極顯著;急性低氧處理對兩種鼠紅細(xì)胞數(shù)量作用不顯著,但紅細(xì)胞壓積(F(3,31)=3.875,P=0.018)和紅細(xì)胞平均體積(F(3,31)=7.938,P<0.001)差異極顯著(表1).用LSD對不同氧含量之間的多重比較結(jié)果表明:低氧強(qiáng)度對兩種鼠紅細(xì)胞數(shù)量的作用不顯著(圖1(a)).棕色田鼠的紅細(xì)胞壓積隨氧氣含量的降低而減小,但未達(dá)到顯著水平;氧的含量顯著影響昆明小鼠的紅細(xì)胞壓積,與對照組相比,當(dāng)氧的體積分?jǐn)?shù)為15.0%及10.0%時(shí),昆明小鼠紅細(xì)胞壓積顯著降低,而低至5.0%時(shí)則差異不顯著(圖1(b)).棕色田鼠紅細(xì)胞平均體積隨著氧含量的降低而減小,與對照組相比,氧的體積分?jǐn)?shù)為10.0%和5.0%時(shí)差異達(dá)到顯著性水平;昆明小鼠紅細(xì)胞平均體積隨氧氣含量降低逐漸減小,各處理組與對照組相比均達(dá)到顯著水平(圖1(c)).說明棕色田鼠和昆明小鼠均采用減小紅細(xì)胞體積的方式應(yīng)對急性低氧,棕色田鼠對低氧的耐受能力強(qiáng)于昆明小鼠.2.2小鼠與一種小鼠間血紅蛋白含量、濃度比較急性低氧對棕色田鼠和昆明小鼠血紅蛋白參數(shù)的影響不同(圖2,表1).雙因素方差分析結(jié)果表明:低氧處理與鼠種間血紅蛋白量交互作用顯著(F(3,31)=3.006,P=0.045);棕色田鼠和昆明小鼠間血紅蛋白含量差異不顯著,但平均血紅蛋白量(F(1,31)=20.407,P<0.001)和平均血紅蛋白濃度(F(1,31)=212.901,P<0.001)差異極顯著;急性低氧處理對兩種鼠血紅蛋白含量和平均血紅蛋白量作用不顯著,但平均血紅蛋白濃度(F(3,31)=19.997,P<0.001)差異極顯著(表1).用LSD對不同氧含量之間的多重比較結(jié)果表明:急性低氧促使棕色田鼠和昆明小鼠的平均血紅蛋白濃度顯著增加(圖2(c)),說明急性低氧未改變兩種鼠的血液中血紅蛋白含量,平均血紅蛋白量和平均血紅蛋白濃度增加緣于紅細(xì)胞體積的減小.2.3低氧處理對小鼠血小板和輸注后輸注的影響急性低氧對棕色田鼠和昆明小鼠白細(xì)胞和血小板的影響不同(圖3,表1).雙因素方差分析結(jié)果表明:低氧處理和鼠種對白細(xì)胞具有極顯著交互作用(F(3,31)=7.352,P<0.001);急性低氧對棕色田鼠和昆明小鼠白細(xì)胞(F(1,31)=16.599,P<0.001)和血小板(F(1,31)=164.769,P<0.001)作用差異極顯著;低氧處理對兩種鼠的白細(xì)胞(F(3,31)=4.561,P<0.001)和血小板(F(3,31)=3.723,P=0.021)作用顯著(表1).用LSD對不同氧含量之間的多重比較結(jié)果表明:低氧處理可顯著改變昆明小鼠白細(xì)胞數(shù)量,呈現(xiàn)出先升后降的模式(圖3(a));棕色田鼠和昆明小鼠血小板數(shù)量在氧的體積分?jǐn)?shù)為15.0%時(shí)均有所上升,隨后降低,而昆明小鼠則在氧的體積分?jǐn)?shù)為15.0%和5.0%時(shí)達(dá)到顯著性差異(圖3(b)).棕色田鼠的白細(xì)胞數(shù)量和血小板數(shù)量顯著少于昆明小鼠,說明其在機(jī)體損傷治愈、抗御病原入侵和對疾病的免疫等方面弱于昆明小鼠;急性低氧導(dǎo)致棕色田鼠和昆明小鼠的血小板數(shù)量先升后降,說明兩種鼠均采用血小板數(shù)量調(diào)節(jié)其血液循環(huán).3急性低氧條件下,以降低紅細(xì)胞總體積和降低血液黏稠度為導(dǎo)向,增加循環(huán)速度和降低血流率低氧或缺氧會嚴(yán)重影響哺乳動物的生長發(fā)育和生理過程,引起機(jī)體的代謝紊亂及各種系統(tǒng)、器官和組織的損傷.哺乳動物是動物進(jìn)化系統(tǒng)中最為高等的類群,對環(huán)境條件的變化有著較強(qiáng)的適應(yīng)能力,可通過多級水平對低氧環(huán)境做出響應(yīng),組織水平上的適應(yīng)是機(jī)體對低氧適應(yīng)的重要環(huán)節(jié),機(jī)體依靠自身的生理調(diào)節(jié),產(chǎn)生一系列代償性生理改變,使機(jī)體能夠最大限度地?cái)z取和利用有限的氧.而在血液系統(tǒng)的具體表現(xiàn)為通過增加紅細(xì)胞數(shù)量及血紅蛋白濃度、減小紅細(xì)胞平均體積,使血液黏稠度降低,從而減小血液運(yùn)行時(shí)的阻力,最終有利于氧氣的運(yùn)輸,增強(qiáng)低氧耐受能力.本研究結(jié)果表明,在急性低氧條件下,棕色田鼠的紅細(xì)胞數(shù)量不隨氧含量降低而改變,血紅蛋白量的變化也不明顯.但平均血紅蛋白濃度有所增加,其原因可能在于紅細(xì)胞體積減小.昆明小鼠的上述指標(biāo)均略低于棕色田鼠,反映了其對低氧耐受能力較弱.隨著氧含量的降低,棕色田鼠和昆明小鼠的紅細(xì)胞平均體積均表現(xiàn)出減小趨勢,可有效降低血液黏稠度和血液運(yùn)行阻力,提高血氧的運(yùn)送效率.在實(shí)驗(yàn)室內(nèi),作者測得棕色田鼠在氧的體積分?jǐn)?shù)為3%左右的條件下仍可存活,而昆明小鼠在氧體積分?jǐn)?shù)為5%以下時(shí)即出現(xiàn)不良反應(yīng)甚至死亡(未發(fā)表數(shù)據(jù)).據(jù)此認(rèn)為,在急性低氧條件下,減小紅細(xì)胞體積,增加循環(huán)速度是棕色田鼠應(yīng)對急性低氧的重要途徑.這一結(jié)果反映了棕色田鼠對地下生活環(huán)境經(jīng)歷了長期的適應(yīng),可對實(shí)驗(yàn)性低氧產(chǎn)生及時(shí)而迅速的響應(yīng);同時(shí),其對低氧環(huán)境的耐受能力明顯高于起源于地面鼠的昆明小鼠,提示不同物種對低氧環(huán)境表現(xiàn)出不同的應(yīng)答方式.棕色田鼠的白細(xì)胞數(shù)量明顯少于昆明小鼠,原因可能在于地下洞道環(huán)境相對單一,空氣中雜菌少,使動物白細(xì)胞數(shù)量較低,其免疫應(yīng)答亦較弱.在哺乳動物血液系統(tǒng)中,血小板的主要功能是凝血和止血、修補(bǔ)破損的血管.棕色田鼠的血小板數(shù)量低于昆明小鼠,反映出在低氧環(huán)境中,前者仍然可以保持較好的血液流動性,這也是其對地下低氧環(huán)境長期適應(yīng)