便携式膜法氧气机在模拟高原慢性缺氧环境下对大鼠血液指标的影响

董旭，雷涛，罗二平

1.第四军医大学 生物医学工程学院，陕西 西安 710032；2.海军青岛第一疗养院 医务部科训科，山东 青岛 266071

便携式膜法氧气机在模拟高原慢性缺氧环境下对大鼠血液指标的影响

董旭1,2，雷涛1，罗二平1

1.第四军医大学 生物医学工程学院，陕西 西安 710032；2.海军青岛第一疗养院 医务部科训科，山东 青岛 266071

目的探索便携式膜法氧气机在模拟高原慢性缺氧环境下对大鼠血液指标的影响，评价氧气机的应用效能。方法利用低压舱模拟海拔5000 m高原缺氧环境，利用自主研制的便携式膜法氧气机与大鼠IVC笼盒建立富氧饲养笼。将36只雄性SD大鼠随机分为平原对照组（NC）、高原缺氧组（HH）与高原富氧组（HO），HH与HO组置于低压舱内饲养4周（22 h/d），HO组每天有效富氧8 h，NC组于舱外同时饲养。4周后测量各组大鼠血液指标，进行统计学分析。结果低压舱实验4周后3组大鼠WBC均值间差异无统计学意义（P＞0.05）；与NC和HO组比较，HH组大鼠RBC显著提高（P＜0.01，P＜0.05）、Hb、HCT、MCV、MCH均显著提高（P＜0.01），NC与HO组间差异无统计学意义（P＞0.05）。结论模拟海拔5000 m慢性缺氧环境下，便携式膜法氧气机富氧能够使红细胞数量维持在平原水平，有效预防红细胞增多症的发生，同时可为大鼠适应更复杂恶劣、更高海拔的高原环境进行血液系统代偿的功能储备，显著提高了大鼠对高原缺氧环境的适应能力。

高原慢性缺氧；低压舱；富氧；血液指标；氧气机

引言

医学上高原是指海拔3000 m以上，产生明显生物学效应（机体反应）的地区。高原与平原的主要区别是海拔较高，随着海拔的上升，大气压力逐渐下降、氧分压不断降低、机体血氧饱和度不断下降，致使血液系统功能亢进，红细胞数量、红细胞比容以及血红蛋白含量明显增加[1-6]。这些血液系统代偿性变化有利于高原缺氧环境下氧的摄取与运输，改善局部缺氧组织的血供与氧供。然而，当红细胞过度增多时会导致红细胞增多症，引起血液粘滞度增加、血液流速降低以及局部血液微循环障碍，严重时将引起一系列损伤性变化，如右心后负荷增加、右心室肥大、肺动脉高压等病理性变化[7-9]。本文利用实验动物小型低压舱模拟海拔5000 m高原慢性缺氧环境，利用自主研制的便携式膜法氧气机与独立供气式大鼠饲养笼建立小型富氧室为大鼠富氧，检验高原缺氧环境下便携式膜法氧气机对大鼠血液指标的影响，重点分析高原缺氧环境下便携式膜法氧气机对高原缺氧红细胞增多症的影响，从而评价便携式膜法氧气机的应用效能。

1 材料与方法

1.1 实验动物和设备

1.1.1 实验动物

健康SPF级雄性Sprague-Dawley（SD）大鼠共36只，7～8周龄，体重（280.3±14.3）g，由第四军医大学动物实验中心提供。

1.1.2 一般设备

实验动物小型低压舱，由第四军医大学生物医学工程学院与苏州市利安特医疗设备有限公司联合研制。该设备通过无油干式真空泵进行抽气，舱壁设有进气孔，利用微机控制电磁阀开合程度、调整进出气比例，可有效模拟海拔高度0～10000 m高原低压低氧环境。独立供气式大鼠饲养笼（IVC笼盒），由第四军医大学动物实验中心提供，可为实验大鼠提供良好的独立饲养环境。便携式气体检测仪（ADKS-4），氧气测定量程为0～30% vol。

1.1.3 便携式膜法氧气机

便携式膜法氧气机，由第四军医大学生物医学工程学院研制。该设备主要由过滤网风扇、富氧膜组件、真空泵以及缓冲气缸等部分组成。过滤网风扇在富氧膜组件的高压侧给风，真空泵在富氧膜组件的低压侧抽真空，使气体首先流过过滤网滤除气体中的灰尘及杂质而后获得的干洁空气通入富氧膜组件，利用富氧膜的“溶解-吸附-扩散”原理直接从空气中分离富集氧气，富氧浓度为（30%±3%）vol，氧气产量为（5±0.5）L/min。近年来本课题组经过一系列模拟与实地测验发现，该设备对急进高原人群动脉血氧饱和度、心率以及工作效能有显著改善作用，能够有效缓解急进高原人群的缺氧反应[10-12]。

1.2 实验方法和步骤

1.2.1 模拟高原缺氧环境的建立

利用实验动物小型低压舱模拟海拔5000 m缺氧环境，控制舱内温度在22℃～25℃之间，湿度在40%～60%之间。

1.2.2 模拟高原缺氧环境下富氧饲养笼的建立

利用便携式膜法氧气机和大鼠IVC笼盒在低压舱内建立小型富氧室，经检验在模拟海拔高度为5000 m时，饲养笼内的氧浓度可达到28.2%。

1.2.3 实验分组及动物模型建立

分组前对SD大鼠分别进行编号、称体重、生成随机数，采用完全随机设计分组。主要设置平原对照组（NC组)、高原缺氧组（HH组）和高原富氧组（HO组）。高原缺氧组：置于低压舱内模拟海拔5000 m缺氧环境下饲养4周（22 h/d）；高原富氧组：同样置于低压舱内模拟海拔5000 m缺氧环境下饲养4周（22 h/d），同时每天置于富氧饲养笼内有效富氧8 h。平原对照组：于低压舱外（海拔约400 m）同时饲养4周。大鼠饲养明暗交替时间为1:1，低压舱中大鼠可自由取食水。每天2 h为低压舱中高原缺氧组和高原富氧组大鼠更换食水、垫料以及设置富氧装置[13]。

1.2.4 大鼠血液指标测量

SD大鼠利用10%水合氯醛腹腔麻醉后，2 mL注射器心脏穿刺取血，血样迅速注入EDTA采血管保存，血样当天送第四军医大学西京医院检验科进行血液常规检测。

1.3 统计学分析

实验数据以均值+标准差（x-±s）表示，用SPSS软件进行分析。方差齐性检验采用Levene检验。组间差异比较采用单因素方差分析（F检验）及SNK-q检验，检验水准α=0.05，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

低压舱模拟海拔5000 m慢性缺氧环境实验4周后，SD大鼠血液常规检查结果，见表1。检测血液指标包括白细胞计数（WBC）、红细胞计数（RBC）、血红蛋白含量（Hb）、红细胞比容（HCT）、平均红细胞体积（MCV）和平均血红蛋白含量（MCH）。Levene检验结果表明不能认为3组大鼠各指标总体方差不等。F检验结果提示，低压舱实验4周后3组大鼠WBC均值间差异无统计学意义（P＞0.05），而3组大鼠RBC、Hb、HCT、MCV、MCH等指标均值间差异有统计学意义（P＜0.01）；SNK-q检验结果进一步提示，与NC和HO组比较，HH组大鼠RBC显著提高（P＜0.01,P＜0.05）、Hb、HCT、MCV、MCH 均显著提高（P＜0.01），NC与HO组间差异无统计学意义（P＞0.05）。

表1 各组大鼠血液指标测量结果（n=12，x-±s）

3 讨论

大量实验研究结果表明，高原缺氧环境可引起大鼠RBC、HCT、Hb等指标显著增加。高钰琪等[2]将70只Wister大鼠随机分为平原对照组和缺氧1、3、7、14、21和28 d组，将缺氧组动物置于减压舱中模拟海拔5000 m高原环境，每天8 h，结果发现与对照组相比，缺氧7 d后大鼠HCT显著增高（P＜0.05），缺氧14 d后RBC和Hb显著增高（P＜0.01，P＜0.01）。谢刚等[3]对 8只 Wister大鼠分别于进驻3658 m高原前1天及进驻高原后1、4、8、12周采用血细胞分析仪测量HCT和Hb，结果发现，大鼠自平原进入高原后Hb浓度持续上升，4周后达到峰值（211.3±3.1）g.L-1；进驻1周后大鼠HCT较进驻前显著升高，此后持续上升。刘霞等[4]研究发现长期低氧暴露使大鼠RBC、Hb和HCT显著升高。郭文静等[7]研究发现RBC和血红蛋白含量（HGB）随着海拔升高以及缺氧时间延长呈现出上升趋势。本文实验研究结果与上述研究一致，与NC组比较，HH组大鼠RBC、Hb、HCT指标显著增高（P＜0.01），MCV和MCH也显著增高（P＜0.01）。该实验结果表明，低压舱模拟海拔5000 m高原缺氧环境下饲养4周后大鼠红细胞数量显著增加，出现了明显的高原缺氧红细胞增多症。

更重要的是，我们发现HO组大鼠RBC、Hb、HCT、MCV、MCH等指标较HH组比较均显著降低（P＜0.05，P＜0.01，P＜0.01，P＜0.01，P＜0.01）， 与 NC 组 间 差 异 无统计学意义（P＞0.05）。目前国内外均有研究报道与本文研究结果一致。Fumagalli等[14]研究发现吸氧治疗能够显著降低缺氧性慢性支气管炎患者HCT等血液指标。张芳等[15]研究发现在海拔3700 m建立富氧室（室内氧浓度为24%～25%），12名受试者在富氧10 h后，HCT、血液粘度、血浆粘度等指标均较富氧前降低。张西洲等[16]、崔建华等[17]分别在海拔3700、5280 m建立富氧室，研究运动前后人体HCT、血液粘度等指标的变化，发现富氧可使运动后HCT、血液粘度显著降低。该实验结果表明，在模拟海拔5000 m慢性缺氧环境下，每天利用便携式膜法氧气机富氧8 h能够显著改善由缺氧导致的大鼠红细胞过度增多，对高原缺氧红细胞增多症有显著的预防作用。

综上所述，高原缺氧环境下便携式膜法氧气机富氧能够显著增加血氧饱和度以提高血氧含量，使红细胞数量维持在平原水平，有效预防红细胞增多症的发生，因而对由于红细胞增多症诱发的右心后负荷增加、右心室肥厚以及肺动脉高压等病理性改变有积极的预防作用[18-20]。另外，由于便携式膜法氧气机富氧能够使大鼠红细胞数量在模拟海拔5000 m缺氧环境下维持在平原水平，可为大鼠适应更复杂恶劣、更高海拔的高原环境进行血液系统代偿的功能储备，显著提高大鼠对高原缺氧环境的适应能力。

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Effects of Portable Oxygen-Enriched Machine on Blood Indices of Rats Under Simulated Chronic Hypoxic Environment

DONG Xu1,2, LEI Tao1, LUO Erping1
1.Faculty of Biomedical Engineering, The Fourth Military Medical University, Xi’an Shaanxi 710032, China;2.Section of Research and Training, Department of Medical Affairs, Qingdao First Sanatorium, People’s Liberation Army Navy,Qingdao Shandong 266071, China

ObjectiveTo evaluate the application performance of portable oxygen-enriched machine by studying the effects of portable oxygen-enriched machine on blood indices of rats under simulated chronic hypoxic environment.MethodsChronic hypoxic environment was simulated by small hypobaric chamber and oxygen-enriched rooms were established by portable oxygen-enriched machines and individually ventilated cages. 36 male Sprague-Dawley rats were randomly divided into 3 groups: normal control group(NC group), high altitude hypoxia group (HH group) and high altitude oxygen enrichment group (HO group). Rats of HH group and HO group were fed in the small hypobaric chamber for 4 weeks (22 h every day) and the rats of HO group also were fed in oxygenenriched rooms for 8 hours every day. Rats of NC group were fed outside of the chamber at the same time. The blood indices of rats were measured after 4 weeks. ResultsNo statistical differences were found in the level of WBC of 3 groups (P＞0.05). But compared with NC group and HO group, the levels of RBC, Hb, HCT, MCV and MCH of HH group were significantly increased (P＜0.05 orP＜0.01), and no statistical difference was found between NC group and HO group (P＞0.05).ConclusionPortable oxygen-enriched machine can enhance adaptive ability of rats by reducing level of RBC and improving functional reserve of blood system under simulated chronic hypoxic environment.

chronic hypobaric hypoxia; hypobaric chamber; oxygen enrichment; blood indices; oxygen-enriched machine

TH789

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.12.014

1674-1633(2017)012-0060-03

2017-07-28

国家科技支撑计划项目（2012BAI20B00）；十二五全军后勤科研项目（CWS12J098）。

罗二平，教授，博士生导师，主要研究方向为高原抗缺氧装备。

通讯作者邮箱：luoerping@fmmu.edu.cn

本文编辑 袁隽玲