煤工塵肺鼠并發(fā)腦血管病的血液流變學(xué)機制分析

梁中正,牛小媛

煤工塵肺(CWP)是指煤礦各工種工人長期吸入生產(chǎn)環(huán)境中的粉塵,所引起肺部塵肺病變的總稱。肖柳春等[1]對CWP死因調(diào)查顯示,煤工塵肺患者的死因構(gòu)成中腦血管病所占的比例正在逐年上升。本實驗通過實驗性煤工塵肺大鼠模型的制備,初步探討煤工塵肺并發(fā)腦血管病的血液流變學(xué)機制。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 健康雄性清潔級Wistar大鼠140只,體重250 g±20 g。煤塵混懸液的制備:參考司徒銳等[2]所述方法制備煤塵混懸液。

1.2 動物分組及處理 共5組,實驗前先將140只大鼠隨機分為4組:模型一組、模型二組、對照一組和對照二組,實驗過程中再將發(fā)病鼠隔離并組成腦血管病組。具體模型一組50只,模型二組40只,均給予煤塵懸液1 mL一次性氣管內(nèi)注入,模型一組動物正常飼養(yǎng),出現(xiàn)神經(jīng)行為學(xué)癥狀后的大鼠視為發(fā)病,予以隔離組成腦血管病組,對其采血并留取肺、腦組織標(biāo)本。模型二組動物分別于4周、8周、12周、16周、20周后各隨機處死 6只并留取血及肺腦標(biāo)本。對照一組20只,對照二組30只均給予生理鹽水1 mL一次性氣管內(nèi)注入,對照一組正常飼養(yǎng),對照二組同模型二組一樣定期隨機處死6只并留取相關(guān)標(biāo)本。

1.3 動物模型制備 采用氣管內(nèi)注入法制備煤工塵肺大鼠動物模型。

1.4 動物神經(jīng)功能學(xué)評分 參照 Bederson等[3]及 Turgut等[4]的評分方法,在大鼠清醒狀態(tài)下記錄神經(jīng)功能缺失癥狀,無神經(jīng)缺失征象為0分;提尾時一側(cè)肢體前肢不能完全伸直為1分;行走時向肢體癱瘓側(cè)轉(zhuǎn)圈為2分;向癱瘓肢體側(cè)跌倒為3分;不能自發(fā)行走、意識喪失者為4分。

1.5 動脈血分析 將采入血氣針的0.5 mL動脈血加入全自動雷度ABL700Series血氣分析儀測定血氧分壓(PaO2)、二氧化碳分壓(PaCO2)、血氧飽和度(SaO2)。

1.6 指標(biāo)測定 血黏度及HCT測定,將采好的靜脈血吸取適量全血加入普利生LBY-N6B血流變檢測儀中測出全血黏度;再吸取適量全血離心后測出紅細胞比容(HCT)。血清促紅細胞生成素(EPO)測定,將采好之靜脈血離心后取上清,經(jīng)Spectra-M ax Mze,M olecular Dvice儀器利用雙抗體夾心酶聯(lián)免疫吸附法測定血清EPO值。

1.7 統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS11.0統(tǒng)計分析軟件,大鼠神經(jīng)功能學(xué)評分用等級資料的Wilcoxon秩和檢驗;組間t檢驗及組內(nèi)one-way ANOVA。

2 結(jié) 果

2.1 大鼠神經(jīng)功能學(xué)評分 模型一組大鼠在整個實驗過程中累計發(fā)病11只,對照一組大鼠沒有出現(xiàn)任何神經(jīng)行為學(xué)異常。

2.2 血清EPO含量測定 3組大鼠在相同時間條件下兩兩之間血清EPO含量差異均有統(tǒng)計學(xué)意義,以腦血管病組EPO含量為最高。進一步分析模型二組和對照二組組內(nèi)各不同時間點的血清EPO含量,發(fā)現(xiàn)對照組二組內(nèi)差異無統(tǒng)計學(xué)意義(F=2.03,P＞0.05)。而模型組內(nèi)差別有統(tǒng)計學(xué)意義(F=3.72,P＜0.05)。詳見表1。

表1 不同時間血清EPO含量(±s) mIU/mL

表1 不同時間血清EPO含量(±s) mIU/mL

組別 4周 8周 12周 16周 20周模型二組 32.84±5.691) 27.06±4.701) 28.35±4.381) 26.94±3.711) 26.36±3.431)對照二組 19.26±4.20 19.31±4.08 18.87±3.92 20.31±4.32 20.08±3.74腦血管病組 38.70±4.28 32.42±3.99與同期對照二組相比,1)P＜0.05

2.3 血黏度及HCT測定 同期比較3組大鼠之間全血黏度與HCT之間差別均有統(tǒng)計學(xué)意義,腦血管病組要顯著高于模型組和對照組。組內(nèi)分析:隨著時間的延長,各組全血黏度均呈上升趨勢,尤其模型組間各時點間的差別有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。詳見表2。

表2 不同時間大鼠全血黏度及HCT分析(±s)

表2 不同時間大鼠全血黏度及HCT分析(±s)

組別 全血黏度(mPa?s)低切 中切 高切HCT%模型二組 4周 11.37±1.411) 7.02±1.031) 5.31±0.841) 47.54±2.061)8周 13.50±1.311) 7.63±0.841) 5.70±0.621) 49.76±3.051)12周 14.59±1.461) 8.46±1.071) 6.21±0.361) 52.33±2.811)16周 16.07±1.721) 9.13±1.011) 6.57±0.411) 55.41±3.031)20周 19.37±2.771) 9.80±1.091) 6.96±0.751) 57.48±3.571)對照二組 4周 8.70±1.15 5.40±0.98 4.20±0.41 40.99±1.73 8周 8.93±1.72 5.69±1.12 4.47±0.42 42.54±2.78 12周 9.84±1.38 5.97±1.11 4.91±0.27 43.13±3.02 16周 9.97±1.80 6.30±0.99 5.13±0.39 43.70±2.46 20周 10.24±2.36 6.52±1.64 5.20±0.42 45.37±3.44腦血管病組 4周 18.40±3.122) 9.35±2.472) 7.13±1.992) 59.28±3.722)8周 19.57±2.842) 9.80±2.172) 7.75±1.632) 59.97±2.702)與同期對照二組比較,1)P＜0.05;與同期模型二組比較,2)P＜0.05

2.4 動脈血氣值測定 同期比較三組大鼠之間PaO2差別均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.01),模型組要顯著低于對照組,但要高于腦血管病組。進一步分析模型二組和對照二組組內(nèi)各不同時間點的PaO2,發(fā)現(xiàn)隨實驗時間延長,模型組內(nèi)PaO2逐漸下降(P＜0.05),而對照組內(nèi)差別無統(tǒng)計學(xué)意義。詳見表3。

表3 不同時間大鼠動脈血氣分析(±s)

表3 不同時間大鼠動脈血氣分析(±s)

組別 PaO2 mmHg PaCO2 mmHg SaO2%模型二組 4周 79.3±6.11) 40.5±4.31) 86.8±5.11)8周 72.5±5.71) 41.3±4.91) 83.9±4.91)12周 69.6±6.71) 42.7±5.91) 79.3±5.31)16周 60.4±5.91) 42.6±6.01) 73.8±5.31)20周 61.0±6.21) 43.2±6.81) 74.0±5.81)對照二組 4周 96.9±4.5 37.4±3.8 94.9±3.7 8周 97.4±3.6 37.1±3.7 94.5±2.5 12周 93.2±4.7 39.1±4.8 94.0±1.9 16周 89.9±4.5 38.5±4.7 93.1±2.5 20周 92.4±5.7 37.2±3.2 93.7±3.0腦血管病組 4周 62.7±6.92) 42.4±7.12) 75.0±6.42)8周 60.9±4.22) 43.0±3.92) 70.9±4.32)與同期對照二組比較,1)P＜0.05;與同期模型二組比較,2)P＜0.05

2.5 肺腦組織形態(tài)學(xué) 模型組大鼠肺標(biāo)本取好后行HE染色觀察,可見在肺泡腔、肺泡壁、支氣管尤其是細支氣管內(nèi)、血管周圍及臟層胸膜下有數(shù)量不等的煤塵和吞噬了煤塵的細胞聚集,隨著實驗時間的延長,逐漸可見到蓄積了煤塵的細支氣管壁及肺泡壁增厚甚至互相銜接、匯合而形成煤塵纖維灶,到了實驗后期(16W～20W)可在煤塵纖維灶周圍看到煤塵灶所在的呼吸性細支氣管膨大而形成小葉中央型肺氣腫。在少數(shù)模型鼠和多數(shù)并發(fā)腦血管病的大鼠肺泡及細支氣管、血管周圍可見到程度不等的纖維組織增生。腦組織標(biāo)本取好后行HE染色鏡下觀察,可見對照組大鼠雙側(cè)大腦組織層次分明,結(jié)構(gòu)完整,神經(jīng)元密度均勻,細胞形態(tài)正常,胞核居中且清楚,胞漿嗜堿性。而模型組大鼠可見到大腦組織層次結(jié)構(gòu)欠清,神經(jīng)元數(shù)量減少且密度不均,一些地方神經(jīng)元表面皺縮,突起減少,體積縮小,胞質(zhì)也濃縮,隨著實驗時間延長,后期可見到腦內(nèi)開始出現(xiàn)散在的神經(jīng)元明顯缺失區(qū),區(qū)內(nèi)染色較淡,有時也可見到有裂解后的神經(jīng)元小碎片殘余。腦血管病組大鼠鏡下能見到大小不等的梗死灶,灶中神經(jīng)元明顯減少,有些呈空泡狀,胞質(zhì)染色較淡,胞核固縮甚至碎裂、壞死、溶解,病灶周圍有小膠質(zhì)細胞增生。

3 討 論

本實驗中與對照組相比,模型組的 PaO2、SaO2均明顯降低,呈現(xiàn)一個慢性缺氧的過程。慢性缺氧可以導(dǎo)致腎管周間質(zhì)細胞大量分泌產(chǎn)生EPO,EPO通過作用于其靶細胞上的EPO受體而發(fā)揮作用,它不僅能刺激骨髓多能干細胞向紅細胞系列轉(zhuǎn)化,促進紅系原始細胞的增殖、加速合成膜蛋白、細胞骨架,還可以縮短紅細胞成熟時間,使骨髓中網(wǎng)織紅細胞釋放入血增加,并且可以刺激Hb的合成,最終導(dǎo)致外周血紅細胞數(shù)量的增加。紅細胞是懸浮于血漿中數(shù)量最多的固體顆粒,是血液流動阻力的重要成因,目前公認的理論表明:在切變率一定的條件下,HCT是全血黏度最大的影響因素。王世恒等[5]在對血黏度較高的人群隨訪中發(fā)現(xiàn),高黏狀態(tài)持續(xù)的時間越長,缺血性中風(fēng)的年發(fā)病率越高,揭示出了血液流變學(xué)狀態(tài)與腦血管病有某種程度的相關(guān)。本研究中腦血管病組與正常對照組相比,全血黏度與HCT有明顯升高,從動物實驗的角度證實了上述發(fā)現(xiàn)的可靠性。具體機制可以從以下幾個方面作出解釋:流體物理學(xué)觀點表明,血管內(nèi)血流量的多少與血黏度呈反比,血液黏稠度的升高勢必會影響到微循環(huán)的灌注,從而增加缺血性腦血管病的發(fā)生風(fēng)險;高切黏度增高,意味著紅細胞變形性降低,紅細胞變形能力的障礙可使紅細胞不易通過原本能通過的微血管,從而導(dǎo)致血液黏度更加增高,微循環(huán)灌注出現(xiàn)障礙。崔萍等[6]研究認為,缺血性卒中急性期紅細胞變形性顯著下降;低切黏度增高,紅細胞聚集性增強,而國外有研究指出[7],紅細胞聚集性增強是體內(nèi)血栓形成的危險因素之一。

[1] 肖柳春,楊海兵,李紹奎,等.957例煤工塵肺死亡病例回顧性調(diào)查分析[J].環(huán)境與職業(yè)醫(yī)學(xué),2005,22(5):432.

[2] 陳紹儀.煤礦塵肺[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1994:336-337.

[3] Bedurson JB,Pitts LH,T suji M,et al,Rat middle cerebral artery occlusion:Evaluation of the model and development of a neurologic examination[J].Stroke,1986,17(3):472-476.

[4] Turgut T,Kentaro T,Richard AD,et al.Delayed treatment with an adnenosine kinase inhibitor,GP683,attenuate infarct size in rats with temporary middle cerebral artery occlusion[J].Stroke,1998,29(9):1952-1958.

[5] 王世恒,馬曉峰.高粘狀態(tài)與腦梗塞發(fā)病率關(guān)系的六年隨訪報告[J].臨床神經(jīng)病學(xué)雜志,1994,7(2):115-116.

[6] 崔萍,楊露春.紅細胞變形性的實驗研究[J].中華神經(jīng)精神科雜志,1992,25:229-231.

[7] Beamer N.Hypertension and diabetes mellitus as determinats of multiple lacunar infarcts[J].Cerebrovasc Disease,1997,7:144-146.