高原环境对移居大鼠子代主要脏器指数及心脏形态学的影响

孙 薇，普 珍，白玛多吉，白玛央吉，安 芳，石 艳，龚嘎蓝孜*

(1.西藏大学医学院，西藏 拉萨850000；2.西藏自治区人民医院 眼科，西藏 拉萨850000；3.吉林大学药学院实验药理与毒理学教研室，吉林 长春130021)

青藏高原平均海拔在4500米以上，由于地势高而具有低压、低氧、高寒等气候特点[1]。随着我国西部大开发的战略实施，越来越多的人群进入高原工作、学习、旅游、生活。人体进入高原后会通过一系列代偿反应来适应高原环境，而部分失代偿者，会出现头晕、头疼、乏力、恶心等症状，严重者可能危及生命[1]。因此，研究高原环境对机体的影响将有利于高原世居者和日益增多的移居者健康，为拓宽人类生存空间以及高原地区经济发展具有深远的现实意义。研究指出缺氧会破坏机体内环境平衡的稳态,尤其是胚胎在遭受缺氧的刺激后，会导致各种各样的畸形和疾病，先天性心脏病(Congenital Heart Disease,CHD)就是其中的一种[2]。孕妇居住于高海拔环境中会导致胎儿长期慢性缺氧，而胎儿宫内缺氧又是发生CHD的一个十分重要的诱因[2]。因此，本研究以移居高原孕鼠的子代为研究对象，观察在高原低压低氧环境下，子代大鼠脏器的发育状况及心脏的形态学改变，以期为缺氧性疾病的防治提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物

8周龄220±8 g的wistar大鼠24只(18只雌鼠，6只雄鼠)，购于成都达硕实验动物有限公司，动物许可证号[SCXK(川) 2015-030]。将24只大鼠平均分为高原组和平原组，每组12只(9只雌鼠，3只雄鼠)。高原组大鼠空运到西藏拉萨(3658 m)，在西藏大学高原医学研究中心实验室饲养待实验。平原组大鼠陆运到昆明(1800 m)，在昆明动物研究所实验室饲养待实验。从动物到达实验室适应性饲养1周后开始实验，每组按3:1雌雄比例合笼受孕，所有孕鼠均自然分娩。子代大鼠出生后满4周断乳，根据其肛门同生殖突的间距来判断性别，进行雌雄分笼饲养。两个实验室均设置环境温度(20±2) ℃、湿度:(45±5) %、光照12小时/天，水食自由摄取。

1.2 实验仪器与试剂

电子天平(上海JM-B6002，Max=600 g，d=0.01 g，测量动物体重量),电子天平(瑞士Mettler toledo-PL203，Max=210 g，d=0.001 g，测量主要脏器重量)，正置显微镜(OLYMPUS日本奥林巴斯公司)，石蜡切片机(LEICA RM2235德国莱卡公司)，多聚甲醛(成都市科龙化工试剂厂)，水合氯醛(成都市科龙化工试剂厂)。

1.3 实验方法

高原组和平原组的子代大鼠，在出生后第1天、第30天、第60天，每组随机处死9只子鼠，用电子天平(精确到0.01 g)测定体质量，取出心、肝、脾、肺、肾、脑，去残血，剥离脂肪和结缔组织，用4℃预冷的0.1 mol/L,pH7.4的PBS溶液冲洗3次，滤纸吸干水分后称净质量。脏器指数=脏器(g)/体重(g)×100%[3]。

1.4 心脏组织形态学检测

各组每一时间点从随机处死的9只子代大鼠中取心脏相同部位(心尖部)的一小部分置于10%的多聚甲醛固定液中，放入4℃冰箱固定12h，常规石蜡包埋，HE染色检测病理学变化。

1.5 统计学分析

2 结果

2.1 各组子代大鼠生长的一般情况

各组孕鼠饮食正常，无早产和死亡现象。 高原组与平原组子代大鼠出生率基本一致，平均每窝产子代大鼠分别为：11-15只和12-17只，共计产仔分别为：109只和122只。高原组与平原组子代大鼠体重增长分别为：3.87 g·d-1，4.18 g·d-1(P>0.05)。平原组子代大鼠出生第1天体重高于高原组(P<0.05)，第30天和第60天两组间体重无差异(见表1)。高原组和平原组部分子代大鼠出现活动度低、厌食现象，死亡率分别为4.77%和3.69%(P>0.05)。

表1 高原组与平原组子代大鼠出生后不同天数体重比较(g)

2.2 各组子代大鼠脏器指数结果

子代大鼠出生第1天，第30天、第60天肝、脾、肺、肾、脑的脏器指数两组间比较无统计学差异(P>0.05)。除第1天和第30天外，高原组第60天心脏指数高于平原组(P<0.05)(见表2)。

2.3 高原移居大鼠子代心脏HE染色结果

高原组子代大鼠心肌切片显示有缺氧改变：心肌间质内有炎性细胞浸润，心肌细胞结构破坏，胞核消失，胞质溶解，均质红染，部分心肌纤维呈不规则断裂，出现大小不等的空泡，心肌间隙扩大(图1 A)，小动脉玻璃样变(图1 B)。

表2 高原组与平原组子代大鼠出生后不同天数脏器指数比较

图1 移居高原子代大鼠心肌组织病理检测

3 讨论

我国青藏高原平均海拔在4500米以上，具有低压、低氧、干燥及紫外线强等气候特点。随着社会经济的发展，大量人员从平原进入高原进行交流，而高原缺氧是人体是否能够在高原正常工作、生活的重要挑战。在胚胎早期各器官形成阶段受环境因素影响巨大，缺氧会影响移居高原孕产妇的健康和胎儿生长，其中心血管系统疾病的发生尤其明显[4,5]。因此，研究高原缺氧环境对胎儿生长的影响，对临床和公共卫生有重要意义，可以有效降低高原新生儿出生缺陷，提高出生质量。

本研究利用青藏高原特有的地理环境条件，成功复制高原移居孕鼠模型，并对子代大鼠进行出生率、体重、脏器指数和心脏形态学的分析比较，初步了解高原低压低氧环境对移居高原子代大鼠生长发育的影响。通过平原组与高原组子代大鼠出生体重结果分析得知，高原组子代大鼠出生第1天体重均值低于高原组(P<0.05)，随后高原组子代大鼠体重增长比平原组低(P>0.05)，到第30天和第60天时高原组子代大鼠体重仍然低于平原组，但无统计学差异。体重是反应生长发育的重要指标，高原组子代大鼠各时间观察点体重普遍比平原组低，可能跟高原缺氧在一定程度上影响生长发育有关。另外，本研究发现的高原组子代大鼠出生率比平原组低，而死亡率比平原组高，也反应在两组实验室相同温度和湿度的条件下，平原环境氧气充足，子代大鼠在母体内发育良好，而高原低压低氧环境，导致子代大鼠在母体内发育受限。

脏器指数可以准确地表现出某一脏器重量占该动物的分量值,体重先天主要与发育和营养关系较大,后天主要与环境、营养及吸收相关[6]，本研究发现两组子代大鼠出生后第1天、第30天的心、肝、脾、肺、肾、脑的脏器指数无统计学差异，到第60天后，高原组心脏指数比平原组高(P<0.05)，其余脏器指数无差异(P>0.05)。说明可能在高原环境生活第60天后，子代大鼠心脏便开始出现改变，心脏指数增大说明心脏通过心肌的增生肥大使心脏收缩力增强，输出量增加，从而将更多的氧输送到机体各个组织器官中，来代偿高原环境所带来的组织缺氧症状。因此，本研究通过对心脏做进一步的组织形态学检测，发现心肌间质内有炎细胞浸润，心肌细胞结构破坏，胞核消失，胞质溶解，均质红染，部分心肌纤维呈不规则断裂，出现大小不等的空泡，心肌间隙扩大，小动脉玻璃样变。说明子代大鼠心脏确实存在缺氧的改变,这可能跟孕鼠移居高原后，受缺氧刺激导致子代大鼠出生后出现心脏的损伤有关。先天性心脏损伤会导致心脏结构和心肌组织的受损，从而引发CHD的发生[7]。研究发现CHD的发病在高原地区较为常见[7]。 高原低压低氧的环境对胚胎心脏的生成发育有较大的影响[8]。胚胎早期心脏的发育对环境高度敏感，其细胞分化、增殖和凋亡等过程易受到环境因素的影响[9]。因此，建议移居高原的孕妇在高原期间应该定期吸氧，避免因缺氧导致胎儿发生CHD。