藏猪适应高原低氧环境的肺脏血管铸型特征

杨天良，杨雅楠，王 彪，蔡 原，王欣荣，王立忠，李卓航，赵生国* (.甘肃农业大学 动物科学技术学院，甘肃 兰州，730070；.甘肃农业大学 动物医学院，甘肃 兰州 730070)

高寒低氧是高原地区最显著的气候特征[1]。藏猪长期生活在高海拔地区，作为我国特有地方猪种，具有适应高寒低氧环境的众多生物学特性，如耐粗饲、适应能力强、动作灵活，能够快速对外界刺激作出反应[2]。高原动物为适应高原低氧的选择压力，形成了独特的形态结构和生理特征，如心血管系统、呼吸系统及神经内分泌系统等稳态机制的存在[3-4]，使机体在低氧应激下可以代偿性地稳定组织的氧气水平，从而能够在高原环境中得以繁衍生息[5-6]。肺脏作为机体重要的呼吸器官之一，其肺动脉及毛细血管网组成功能血管，直接参与气体的交换。目前关于藏猪和杜长大三元杂交猪的肺脏血管解剖特征的报道较少，本研究以杜长大三元杂交猪为对照，研究藏猪肺脏血管铸型及动脉管径特征，从组织解剖学水平阐明藏猪肺脏组织响应高原低氧环境的结构特征，为从分子水平进一步揭示藏猪肺脏适应高原低氧环境的遗传机制奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料选取海拔3 000 m的12月龄甘南藏猪3头(TIG)、海拔2 500 m的12月龄的永登杜长大三元杂交猪3头(HYD，简称杂交猪)、海拔1 000 m 的12月龄移居泾川藏猪3头(TIMJ)及泾川杂交猪3头(HJC)，屠宰收集完整的左肺。

1.2 铸型剂配制称取70～150 g ABS塑料颗粒，溶解于1 000 mL混合丙酮与丁酮的混合溶液中(丙酮∶丁酮的混合体积比为1∶1)，制成7%～15%浓度的灌注剂充分摇匀备用；ABS灌注剂需在灌注前15 d配制以便ABS颗粒充分溶解。在铸型剂使用前，加入适量苏丹Ⅲ染料，充分摇匀。

1.3 铸型标本制作将采集到的猪肺脏样本用温水浸泡并修整，使其表面动脉血管走形清晰可见，分别从肺周至主动脉方向反复挤压，排出淤血。从左肺动脉处插入针头并固定，并依次注入7%、15%浓度的铸型剂，待动脉饱满，阻力最大时完成灌注，静置于凉水中1 h，待灌注剂充分凝固后将样本取出自然风干，将样本置于30%的盐酸中腐蚀10～12 d，并冲洗残余物，晾干后得到整体铸型标本。

2 结果

2.1 肺脏形态学指标分析通过对藏猪和杂交猪体质量及肺脏形态学指标测定分析，根据表1可以看出，甘南藏猪左肺质量、长径和短径均明显高于移居泾川藏猪，永登杂交猪左肺质量低于泾川杂交猪，而长径和短径均高于泾川杂交猪。通过左肺质量占体质量相对值比较，发现藏猪群体该比值显著(P<0.05)高于杂交猪群体。

表1 肺脏形态学指标

2.2 肺动脉血管铸型标本结构观察与分析观察藏猪和杂交猪的肺脏动脉铸型标本(图1)发现，动脉立体铸型标本能清楚显示其解剖结构，管道充盈饱满、疏密有度，且三维结构立体感强，能充分显示整体形态结构，动脉及其分支走行分布清晰，猪肺脏内部管道和外部解剖结构的位置关系清晰可见。其动脉分布特征整体呈“树枝状”，左肺动脉分二支进入左肺上、下叶。上叶动脉分支最粗，下叶分支最细，并且呈不同角度分出若干迂曲、小动脉、微动脉，其中Ⅰ级分支角度最小，小动脉和微动脉分支角度约为90°，呈现树枝形分布特征。比较发现，藏猪肺脏Ⅰ级动脉分支数多为23～27条，而白猪的多为28～32条。藏猪小动脉及微动脉分支多而密集，杂交猪的少而稀疏。相同部位的肺动脉分支角度，藏猪大于杂交猪。

A.藏猪;B.杂交猪

2.3 肺脏动脉及其分支管径变化特征通过测定不同海拔藏猪、杂交猪肺脏动脉及各部位分支血管管径(表2)，发现两者的动脉分布、管径变化规律类似，管径随分支的增加逐渐变小，并在Ⅳ级分支处达到测定最小值。

表2 肺脏动脉及其分支各部位管径 mm

由表3可知，通过对不同海拔藏猪和杂交猪肺脏动脉及其分支各部位管径占体质量的相对值(T/W)比较发现，藏猪群体T/W值均显著(P<0.05)高于杂交猪群体。甘南藏猪各部位T/W值均高于移居泾川藏猪，二者差异不显著。进而对两个地区的杂交猪群体比较发现，永登杂交猪各部位T/W值均高于泾川杂交猪，差异不显著。

表3 肺脏动脉及其分支各部位管径占左肺质量的相对值比较(T/W)

2.4 肺脏微血管铸型标本分析通过扫描电镜观察发现，藏猪和杂交猪肺脏微血管表面均较粗糙，且藏猪管径小于0.42 mm的小动脉与上一级动脉约呈90°角分支，微动脉末端钝圆(图2A、B)。甘南和移居泾川藏猪(图2C、D)管径为6.64～ 81.89 μm的左肺微动脉标本，其微动脉表面凹痕分布均匀，数量多，多呈“葫芦”状或“足印”状，其内皮细胞核压痕长度为11.55～13.32 μm，宽度为5.22～6.51 μm，且微血管表面分布有较浅的环形缩窄；而相同管径范围内的永登和泾川杂交猪(图2E、F)微动脉表面凹痕分布不均匀，数量较少，多呈“椭圆”形或“红豆”形，其内皮细胞核压痕长度为11.93～15.80 μm，宽度为4.44～5.87 μm。在永登杂交猪管径为87.31～95.40 μm 范围内的微动脉表面，内皮细胞核压痕沿微血管长轴纵向排布。

3 讨论

3.1 肺动脉铸型标本及各分支血管管径比较分析铸型标本的制作在解剖学研究工作中有着特别重要的地位，它能清楚的反映器官内腔或其血管和分泌管的分支和分布[7]，观察不同海拔藏猪与白猪左肺动脉血管铸型标本发现，肺动脉分布呈现典型的“树状”特征。肺脏作为人和动物的呼吸器官，参与机体正常生命活动的重要代谢途径[8]，有学者根据肺脏的分叶程度和胸膜的厚度，认为猪肺脏具有明显的叶间隔[9]，本研究获得的藏猪及长白猪左肺铸型标本叶间分隔清晰且明显。有研究指出，与低海拔大鼠相比，高原鼢鼠肺组织微血管密度大，利于氧气的弥散[10]。牦牛肺部组织中的毛细血管网很发达，可以增加肺血流量和肺通气量，从而提高了牦牛在缺氧条件下的气体交换[11]。另有研究指出，藏羊肺动脉管径大于小尾寒羊，有利于加速血氧运输[12]，强紫外线照射是导致高原居民血管扩张的主要原因[13]。动脉管径大有助于增加血管内红细胞数量[14]，也是血管扩张的表现。本研究对高海拔的甘南藏猪肺脏动脉铸型与低海拔的移居泾川群体进行比较，发现甘南藏猪较移居泾川藏猪动脉管径大，且与杂交猪相比，藏猪毛细血管网更为发达。对于藏猪而言，较粗的动脉血管和致密发达的毛细血管网可以保证其肺脏充足的血氧供应，从而更好的协调机体各组织间的氧气供应，使得藏猪在低氧的环境下能够更好的生存。研究认为，较粗的动脉及发达的毛细血管网是藏猪肺脏适应高原低氧环境的重要体现。

3.2 肺脏相对大小及血管相对丰富度比较对于肺脏而言，单位面积内血管的丰富度可直接影响到血液输送效率。有研究对牦牛与黄牛睾丸动脉及分支管径与睾丸质量的相对比值进行比较，发现牦牛的比值显著地高于黄牛，认为牦牛睾丸能够提供更为充足的血液，血液输送效率更高[15]。还有学者认为，长期生活在高海拔环境中的动物由于受自然选择的影响，从而导致心肺体积变大[16]。但对于本研究而言，由于藏猪与杂交猪二者个体大小存在明显差异，为确定肺脏占单位个体体质量的相对值，因此对左肺占体质量的比值进行比较，发现藏猪该比值显著高于杂交猪(P<0.05)，说明藏猪肺脏相对较重，研究推测，这种变化可能是由于藏猪长期生活在高海拔环境所致。进而对藏猪和杂交猪肺脏动脉及分支管径测定值与协变量即肺脏质量的相对比值进行差异显著性分析，发现藏猪的数值显著高于杂交猪(P<0.05)。该结果说明，单位质量的藏猪肺脏中包含的动脉血管更为丰富，本研究认为，这是藏猪肺脏适应高原低氧环境的又一重要特征。

3.3 肺脏微血管分布及特征分析微动脉作为毛细血管前阻力血管，被看作是微循环的"总闸门"，而毛细血管前括约肌则通过控制毛细血管的舒张来实现“分闸门”的作用[17]。有学者将牦牛微血管形态描述为“树根样”[18]，将人右心室壁微血管微静脉的形态描述为“根须状”[19]。本研究利用扫描电镜技术对铸型标本进行观察，发现藏猪和杂交猪肺脏微血管形状近似“树枝样”，藏猪微血管分支夹角多呈“直角”。有研究认为，人和动物长期暴露在高原环境中会导致肺动脉高压[20]。因此本研究推测，夹角呈“直角”可能是因为藏猪世居高海拔地区，为减缓血液冲击从而形成的微血管保护结构。另有研究发现，同平原同类动物相比，肺内微血管和弹力纤维更加丰富[21]，有利于气体交换[22]。张平等[23]在猪心室壁微血管铸型表面上发现“环形褶皱”和“内皮细胞压痕”，认为这种环形结构是由于毛细血管前括约肌收缩和舒张所致。本研究认为，甘南藏猪较低海拔移居藏猪及杂交猪“环形缩窄”排布更紧密且“内皮细胞压痕”压迹更深，这与藏猪所处生活环境有很大关系，高寒低氧的外界环境促使毛细血管前括约肌产生适应性变化，从而导致血管收缩加剧，压痕变深，这种结构使得藏猪在高原环境下能够更好的控制肺脏中血液的流动，保持良好的生理状态。

研究认为，甘南藏猪肺血管管径相较于海拔较低的移居泾川藏猪大且毛细血管网更为发达，微血管表面的“环形缩窄”和“内皮细胞核压痕”数量也明显多于低海拔的藏猪和杂交猪群体。高海拔地区藏猪这些独特的血管解剖特征可为肺脏提供充足的血液，能够快速将氧气运送至机体各个器官和组织，可能是藏猪能够适应高海拔缺氧环境的原因之一。