短期低壓-常壓缺氧預(yù)處理對小鼠急性高空缺氧防護作用的比較.pdf

1、高空缺氧（altitude hypoxia）是飛行人員/高空作業(yè)者最常遇見的危險因素之一，缺氧防護對保證飛行安全具有重大意義。然而，當人體暴露于高空缺氧環(huán)境中，體力勞動能力隨高度增加而降低，腦力工作能力也逐漸受到影響，尤其是復(fù)雜、精細工作能力明顯下降，而高空缺氧發(fā)生又幾乎毫無征兆，機體還來不及代償或采取有效防護措施，就可能陷入十分危險的境地。因此，加強高空缺氧防護、提高飛行人員及其他相關(guān)人員的缺氧耐力顯得極其重要，亦一直是航空航天醫(yī)學(xué)關(guān)

2、注的重點。
　　以往研究發(fā)現(xiàn)，對即將暴露于高空缺氧環(huán)境的人員在平原地區(qū)預(yù)先進行一定強度的缺氧訓(xùn)練，可顯著改善受試者急性高空缺氧暴露時早期的勞動能力，即機體對缺氧的習(xí)服能力可以通過預(yù)缺氧的方式得以加強，我們稱之為缺氧預(yù)處理（hypoxic preconditioning，HPC）。目前，國內(nèi)外在平原地區(qū)開展缺氧預(yù)處理研究，一部分采用低壓艙模擬特定的海拔高度實現(xiàn)，即低壓缺氧預(yù)處理（ hypobaric hypoxic precondi

3、tioning，HHPC）；一部分借助常壓低氧艙（即低氧混合氣直接吸入）達到缺氧目的，即常壓缺氧預(yù)處理（normobaric hypoxic preconditioning，NHPC）。然而，HHPC與 NHPC對機體在急性高空缺氧時所發(fā)揮的防護作用是否相同，尚無定論，亦未見相關(guān)比較研究報道。
　　因此，我們開展了本項工作，觀察比較HHPC與NHPC兩種不同的缺氧預(yù)處理方式、不同的缺氧暴露時間對急性高空缺氧防護作用的異同，并初步探

4、討其機理，為實際工作中選擇經(jīng)濟高效、簡便易行的缺氧預(yù)處理方案積累研究資料。
　　本工作以雄性昆明小鼠為研究對象，按體重區(qū)組隨機化分為7組：對照組（CON）、低壓缺氧預(yù)處理組（HHPC）和常壓缺氧預(yù)處理組（NHPC），其中，后兩者依每天暴露時間（1 h、2h、4h）不同又進一步細分為：H1（HHPC，1 h/d）、H2（HHPC，2 h/d）、H4（HHPC，4 h/d）、N1（NHPC，1 h/d）、N2（NHPC，2 h/d）與

5、N4（NHPC，4 h/d）。分別采用小動物低壓艙與常壓低氧艙（10.6％O2~89.4%N2混合氣）模擬海拔5000 m高空進行缺氧預(yù)處理，共連續(xù)7d。7d后記錄各組小鼠急性暴露于5%低氧混合氣（生理等效高度相當于模擬海拔9600 m高空）時的生存時間，在地面與模擬海拔5000 m的人體低壓艙內(nèi)分別進行衣架試驗和動脈血氣分析檢測，觀察缺氧預(yù)處理對急性高空缺氧暴露的防護作用；其次，缺氧預(yù)處理結(jié)束后，進行持續(xù)性高空暴露（模擬海拔5000

6、m高空持續(xù)暴露36 h）觀察HPC對高海拔暴露所致腦水腫、肺水腫的防護效果；最后，測定預(yù)處理結(jié)束后各組小鼠血細胞比容（hematocrit，Hct）、血紅蛋白（hemoglobin，Hb）含量，并用Western blot方法分別檢測腦、肺組織中缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）、脯氨酸羥化酶2（prolyl hydroxylase2，PHD2）、血管內(nèi)皮生長因子（vascular

7、 endothelia growth factor，VEGF）、葡萄糖轉(zhuǎn)運體1（glucose transporter1，Glut1）四種蛋白表達特點，觀察比較HHPC與NHPC對機體高空缺氧防護作用的異同，探討其可能機制。
　　本工作主要結(jié)果如下：
　　（1）急性高空缺氧時，HHPC/NHPC可延長存活時間、改善協(xié)調(diào)運動能力、提高 SaO2、預(yù)防 HACE/HAPE四個方面發(fā)揮防護作用，但其保護效應(yīng)在不同方案間存在差異。<

8、br>　?、俅婊顣r間：與CON相比，HHPC/NHPC均可延長小鼠在5%低氧混合氣急性暴露時的存活時間，其中H2、N2、H4和N4均具有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.01）。HPC不同的暴露時間對存活時間亦有影響，在HHPC組，與H1相比，H4能顯著延長其存活時間（P＜0.01）；在NHPC組，與N1相比，N2、N4均具有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.01）。HH、NH兩種預(yù)處理方式而言，N2、N4分別比H2、H4能顯著延長其存活時間（P＜0.01）。

9、r>　　②改善協(xié)調(diào)運動能力：衣架試驗結(jié)果，包括衣架試驗得分、到達衣架水平部末端的潛伏時間、從衣架上掉落的潛伏時間（下文分別簡稱為：得分、末端時間、掉落時間）三項觀察結(jié)果。兩因素方差分析提示，不同的暴露高度對得分、末端時間、掉落時間三項觀察指標均具有顯著性影響（P＜0.05），HPC干預(yù)因素在得分、末端時間兩項中具有顯著性影響（P＜0.01），而不同的暴露高度與HPC干預(yù)因素的交互效應(yīng)僅在得分一項指標中有統(tǒng)計學(xué)差異。組間比較發(fā)現(xiàn)，H2、N

10、2、H4和N4在模擬海拔5000 m高度得分均顯著優(yōu)于CON（P＜0.05）；H4比H2、H1末端時間明顯延長（P＜0.01），N2比H2末端時間延長（P＜0.01），N4比H4末端時間縮短（P＜0.01）。
　?、厶岣逽aO2：模擬海拔5000 m高空急性缺氧時，血氣分析結(jié)果提示：HPC組SaO2較CON相比，略有不同程度的增加，其中以N2升高具有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.05）；pH提示急性缺氧時機體存在不同程度的酸中毒，以CON最

11、為嚴重；PaO2各組均下降，但HPC各組略高于CON；PaCO2與地面CON組相比均下降，提示過度通氣存在，但各組間差異不明顯。
　?、茴A(yù)防高原腦水腫（HACE）/高原肺水腫（HAPE）：模擬海拔5000 m持續(xù)缺氧36 h后，HPC各組小鼠體重丟失均低于CON，H2、N2、N4與CON相比，其體重丟失減少具有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.01）。腦組織、肺組織含水量變化情況，兩因素方差分析提示：缺氧暴露可以顯著影響腦、肺組織含水量（P＜0

12、.01），HPC干預(yù)因素對二者含水量變化無顯著影響，缺氧暴露和HPC干預(yù)兩種因素之間無交互效應(yīng)；組間比較提示N2可以有效降低腦、肺組織含水量（P＜0.05）；結(jié)合HE染色腦、肺組織形態(tài)學(xué)變化，提示N2對HACE/HAPE防護效果最佳。
　?。?）HHPC/NHPC對刺激機體Hct、Hb代償性升高及腦組織/肺組織HIF-1α、PHD2、VEGF及Glut1蛋白表達上調(diào)兩方面的生理效應(yīng)不同，二者發(fā)揮保護效應(yīng)的機制存在差異。
　　

13、①Hct、Hb代償性升高，提高攜氧能力：HPC結(jié)束后，與CON相比，各組Hct、Hb均不同程度增加（P＜0.01）；HPC暴露時間不同，在NHPC組，N2、N4的Hct、Hb增加均顯著高于N1（P＜0.05）；HH、NH兩種方式相比較，N4比H4更易于刺激機體代償性增加Hct、Hb（P＜0.01）。
　?、贖IF-1α、PHD2、VEGF及Glut1蛋白表達均上調(diào)：HPC后，腦組織和肺組織內(nèi)HIF-1α、PHD2、VEGF及Glu

14、t1四種蛋白表達趨勢比較一致，與CON相比，上述四種蛋白表達均不同程度上調(diào)，其中N2、H4、N4具有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.05）；不同的缺氧暴露時間，HIF-1α、PHD2隨暴露時間的延長表達量增加，Glut1則與前兩者相反；HH、NH兩種方式相比，NH比HH更易刺激機體增加上述蛋白的表達。
　　以上結(jié)果表明：1）模擬海拔5000 m，HHPC/NHPC能有效提高機體急性缺氧耐力、改善大腦協(xié)調(diào)運動能力、促進缺氧習(xí)服、預(yù)防HACE/H

15、APE，從而有效防護因急性高空缺氧導(dǎo)致的不利影響；2）HHPC/NHPC能有效刺激機體產(chǎn)生代償反應(yīng)，提高攜氧能力，上調(diào)缺氧相關(guān)蛋白的表達，協(xié)同發(fā)揮生理保護效應(yīng)；3）不同的缺氧暴露時間、不同的HPC方式對缺氧預(yù)處理效果有一定的影響，本工作結(jié)果提示：對小鼠高空缺氧的防護，采取10.6%低氧混合氣常壓缺氧，2 h/d，連續(xù)7 d的HPC方案可能更為有效，可以在短期內(nèi)有效增強小鼠高空缺氧耐力，對急性高空缺氧發(fā)揮防護作用；4）HHPC與NHPC對