高溫環(huán)境對SD大鼠散熱機制的影響

王炳志，鄭 蒙，劉春花，姜劼琳，姚鳳云

（江西中醫(yī)藥大學基礎(chǔ)醫(yī)學院，江西南昌330004）

在高氣溫或同時存在高濕度或熱輻射的不良氣象條件下進行的生產(chǎn)勞動，通稱為高溫作業(yè)[1]。高溫作業(yè)是一種影響范圍很廣的職業(yè)性有害因素，長期在高溫環(huán)境下工作會對人體健康造成危害，引起體溫、消化系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)等產(chǎn)生一系列改變[2-4]，可因熱平衡失調(diào)而導致以中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害為主的職業(yè)性中暑，如救治不及時，可導致嚴重的并發(fā)癥甚至死亡[5]。下丘腦的視前區(qū)是機體的體溫調(diào)節(jié)中樞，其中多種神經(jīng)遞質(zhì)可能參與體溫調(diào)節(jié)功能[6]，本試驗主要從散熱機制方面探討高溫環(huán)境對正常大鼠和中樞神經(jīng)麻醉大鼠相關(guān)指標的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗動物 SPF級SD雄性大鼠，280 g～300 g，購自湖南斯萊克景達實驗動物有限公司，許可證號：SCXK(湘)2013—0004。

1.1.2 試劑 三碘甲狀腺原氨酸(T3)、甲狀腺素(T4)、促甲狀腺激素(thyroid stimulating hormone,TSH)、促甲狀腺激素釋放激素(thyrotropin-releasing hormone，TRH)、腎上腺素(epinephrine,EPI)、乙酰膽堿(acetylcholine,ACH)試劑盒，武漢優(yōu)爾生科技股份有限公司產(chǎn)品，批號分別為L161107474、L161010395、L161122986、L161125068、L161116874、 L161125069；β2受體抗體(一抗)，Abcam公司產(chǎn)品；免疫組化試劑盒(通用)，北京鼎國昌盛生物技術(shù)有限責任公司生產(chǎn)。

1.1.3 主要儀器 RXZ智能型人工氣候箱，寧波江南儀器公司產(chǎn)品； Chromate 4300酶標儀，美國Awareness公司產(chǎn)品；CT14RD低溫冷凍離心機，上海天美公司產(chǎn)品；RM2245型切片機，德國徠卡公司產(chǎn)品；Olympus BX6光學顯微鏡，日本奧林巴斯公司產(chǎn)品。

1.2 方法

1.2.1 動物分組 按體重將實驗動物隨機分為4組，即常溫正常對照組、高溫正常對照組、常溫中樞麻醉組、高溫中樞麻醉組，每組10 只。

1.2.2 飼養(yǎng)環(huán)境 ①常溫正常對照組和常溫中樞麻醉組置于常溫(23℃～25℃)空氣流通處飼養(yǎng)；②高溫正常對照組和高溫中樞麻醉組置于人工氣候箱中飼養(yǎng)，儀器條件設(shè)置為白天溫度32 ℃，相對濕度55%;夜晚溫度30℃，相對濕度66%;晝夜交替光照，24 h為1個循環(huán)。

1.2.3 試驗方法 各組動物均普通飼料喂養(yǎng),正常飲水，連續(xù)30 d。每3天稱體重1次，每2天稱墊料1次，并用墊料差異法計算每只動物平均日排泄物量，每2天計算1次每只動物平均日攝食量。各組動物禁食不禁水14 h，稱重，常溫中樞麻醉組和高溫中樞麻醉組動物戊巴比妥鈉(30 mg/kg)中樞麻醉，2 h后再用氨基甲酸乙酯(1 g/kg)麻醉，其他組均用氨基甲酸乙酯(1 g/kg)麻醉，打開腹腔，腹主動脈采血10 mL，室溫靜置30 min，6 500 r/min離心10 min，分離血清，采用ELISA檢測T3、T4、TSH、TRH、EPI、ACH含量；采血后迅速剝離腹主動脈上神經(jīng)組織并剪取一段3 cm長血管，采用免疫組化方法檢測腹主動脈β2受體表達。

2 結(jié)果

2.1 對體重的影響

由表1可知,試驗前各組體重差異不顯著，飼養(yǎng)30 d后，各高溫組大鼠體重均極顯著低于各常溫組(P<0.01)。

表1 溫度對大鼠體重的影響

注：與常溫正常組比較,﹡﹡P<0.01；與常溫中樞麻醉組比較,△△P<0.01。

Noet:Compare with the normal temperature control group,﹡﹡P<0.01;Compare with the normal temperature central anesthesia group，△△P<0.01.

2.2 對攝食量、排泄物的影響

采用墊料差異法，由表2可知，除常溫中樞麻醉組外，各組大鼠攝食量均顯著低于常溫正常對照組(P<0.05或P<0.01)，與常溫中樞麻醉組相比，高溫中樞麻醉組大鼠攝食量極顯著降低(P<0.01)；各高溫組大鼠排泄物量均顯著高于各常溫組(P<0.05)。

2.3 對大鼠血清T3、T4含量的影響

從表3可知，各組大鼠血清T3含量均低于常溫正常對照組，其中常溫中樞麻醉組大鼠血清T3含量降低尤為顯著(P<0.01)；各組大鼠血清T4含量均低于常溫正常對照組，但無顯著性差異，不具有統(tǒng)計學意義，而高溫中樞麻醉組大鼠血清T4含量高于常溫中樞麻醉組，差異顯著(P<0.05)。

表2 溫度對大鼠攝食量、排泄物的影響

注：與常溫正常組比較,﹡P<0.05,﹡﹡P<0.01；與常溫中樞麻醉組比較,△P<0.05,△△P<0.01。

Noet:Compare with the normal temperature control group,﹡P<0.05,﹡﹡P<0.01;Compare with the normal temperature central anesthesia group,△P<0.05,△△P<0.01.

表3 溫度對大鼠血清T3、T4含量的影響

注：與常溫正常組比較,﹡﹡P<0.01；與常溫中樞麻醉組比較,△P<0.05。

Noet:Compare with the normal temperature control group,﹡﹡P<0.01;Compare with the normal temperature central anesthesia group,△P<0.05.

2.4 對大鼠血清TRH、TSH含量的影響

由表4可知,各組大鼠血清TRH含量均低于常溫正常對照組，但無顯著性差異；各組大鼠血清TSH含量均低于常溫正常對照組，其中常溫中樞麻醉組和高溫中樞麻醉組大鼠血清TSH含量降低極為顯著(P<0.01)，而各高溫組大鼠血清TSH含量明顯高于常溫中樞麻醉組(P<0.05或P<0.01)。

表4 溫度對大鼠血清TRH、TSH含量的影響

注：與常溫正常組比較,﹡﹡P<0.01；與常溫中樞麻醉組比較,△P<0.05,△△P<0.01。

Noet:Compare with the normal temperature control group,﹡﹡P<0.01;Compare with the normal temperature central anesthesia group,△P<0.05,△△P<0.01.

2.5 對大鼠血清ACH、EPI含量的影響

由表5可知,與常溫正常對照組相比較，各高溫組大鼠血清ACH均呈升高趨勢，但差異不顯著，而常溫中樞麻醉組大鼠血清ACH含量極顯著性降低(P<0.01)；與常溫中樞麻醉組相比，各高溫組大鼠血清ACH含量顯著升高(P<0.05或P<0.01)。除高溫正常對照組外，其余各組大鼠血清EPI含

量均低于常溫正常對照組，但差異不顯著。

2.6 對血管β2受體表達的影響

從圖1和表6可知，各組平均光密度值均低于常溫正常對照組，其中高溫正常對照組和常溫中樞麻醉組差異著(P<0.05或P<0.01)，而常溫正常對照組和高溫正常對照組大鼠血管β2受體表達光密度值均顯著高于常溫中樞麻醉組(P<0.05或P<0.01)。

表5 溫度對大鼠血清ACH、EPI含量的影響

注：與常溫正常組比較,﹡﹡P<0.01；與常溫中樞麻醉組比較,△P<0.05,△△P<0.01。

Noet:Compare with the normal temperature control group,﹡﹡P<0.01;Compare with the normal temperature central anesthesia group,△P<0.05,△△P<0.01.

A.常溫正常對照;B.高溫正常對照;C.常溫中樞麻醉;D.高溫中樞麻醉

A.Normal temperature control;B.High temperature normal control;C.Normal temperature central anesthesia;D.High temperature central anesthesia

圖1 血管β2受體表達免疫組化結(jié)果(200×)

注：與常溫正常組比較,﹡P<0.05,﹡﹡P<0.01；與常溫中樞麻醉組比較,△P<0.05,△△P<0.01。

Noet:Compare with the normal temperature control group,﹡P<0.05,﹡﹡P<0.01;Compare with the normal temperature central anesthesia group,△P<0.05,△△P<0.01.

3 討論

下丘腦是維持體溫穩(wěn)定的主要腦區(qū)。外周感受器能感受與引起全身對熱與冷的反應，全身或局部加熱或冷卻引起的反射必須經(jīng)過下丘腦的作用激起相應的反射活動，破壞下丘腦,這些刺激只引起局部的反應。下丘腦不僅能傳導興奮，而且能分泌激素，包括促甲狀腺素釋放激素、促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素等，促進垂體中激素的合成和分泌，它把內(nèi)臟活動與其他生理活動聯(lián)系起來，調(diào)節(jié)著體溫、攝食、水平衡、血糖和內(nèi)分泌腺活動等重要的生理功能[7]，因此本試驗按高溫、中樞麻醉兩因素分為常溫正常對照組、高溫正常對照組、常溫中樞麻醉組、高溫中樞麻醉組4個組。

高溫環(huán)境會引起人體消化液(如胃液、胰液、膽汁、腸液等)分泌量的減少,消化酶活性及胃液酸度的降低,胃腸道蠕動的減慢,攝食中樞受到抑制,導致食欲減退及消化不良[4]。當環(huán)境溫度超過體表溫度時，蒸發(fā)散熱在維持體溫恒定中發(fā)揮重要的作用，出汗量與高溫環(huán)境之間存在明顯相關(guān)性[8]。發(fā)汗是人體蒸發(fā)散熱的重要方式，嚙齒類動物主要依賴分泌唾液和理毛行為增加蒸發(fā)散熱[9]。試驗結(jié)果表明，高溫降低大鼠體重和攝食量，而增加排泄量，中樞神經(jīng)麻醉對以上結(jié)果均無明顯協(xié)同作用。

甲狀腺是機體物質(zhì)代謝及生長發(fā)育的重要內(nèi)分泌器官，甲狀腺激素的分泌受中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控。下丘腦產(chǎn)生促甲狀腺激素釋放激素(TRH) 經(jīng)神經(jīng)細胞釋放到垂體促使垂體合成和分泌促甲狀腺激素(TSH)[7]，腺垂體分泌的TSH維持和促進甲狀腺功能，包括促進甲狀腺素(T4和T3) 的釋放及合成[10]。通常情況下，血液中T3、T4濃度的升降對TSH存在負反饋調(diào)節(jié)作用，即血液游離T3、T4減少或升高可引起垂體TSH釋放和合成的升高或降低，共同構(gòu)成下丘腦-垂體-甲狀腺軸自動控制環(huán)路[11-12]。本試驗結(jié)果顯示，與常溫正常組相比，常溫中樞麻醉T3下降TSH也下降，而T4無明顯變化，表明中樞麻醉對T3、TSH有較大影響。與常溫中樞麻醉組相比，高溫環(huán)境下中樞麻醉T4升高TSH也升高，而T3無明顯變化。T4水平只在高溫中樞神經(jīng)麻醉的條件下變化，表明T4水平不受高溫的影響只受外周神經(jīng)系統(tǒng)影響，且表現(xiàn)升高趨勢。T3只在常溫中樞麻醉組中有明顯變化，表明T3水平在常溫下受中樞神經(jīng)麻醉影響。與常溫正常組相比，常溫中樞麻醉和高溫中樞麻醉組TSH降低，而相比常溫中樞麻醉組，高溫正常組和高溫中樞麻醉TSH升高。表明高溫不直接影響TSH水平，在常溫或高溫狀態(tài)下中樞神經(jīng)或周圍神經(jīng)調(diào)節(jié)TSH水平。但各組中TRH水平一直無變化，表明高溫和中樞神經(jīng)麻醉對其無影響。

下丘腦尤其是視前區(qū)[13-14]熱敏神經(jīng)元和冷敏神經(jīng)元調(diào)節(jié)機體的體溫變化，該區(qū)域受到這些神經(jīng)元的支配，其活性的變化與體溫的波動密切相關(guān)?，F(xiàn)已知參與下丘腦體溫調(diào)節(jié)的神經(jīng)遞質(zhì)有乙酰膽堿(Ach)、腎上腺素(EPI)等[15]。乙酰膽堿(Ach)是一種興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，下丘腦中副交感神經(jīng)通過其末梢釋放乙酰膽堿，支配心血管系統(tǒng)功能，可使全身血管擴張達成散熱目的。試驗結(jié)果表明，常溫狀態(tài)下中樞神經(jīng)調(diào)節(jié)ACH水平，高溫不直接影響ACH，但高溫條件下外周神經(jīng)也調(diào)節(jié)ACH水平。腎上腺素無明顯變化，表明中樞麻醉、高溫對其無影響。血管β2受體是兒茶酚胺受體之一，兒茶酚胺與β受體作用可引起血管弛緩[16]和心臟興奮[17]，起到散熱作用。本結(jié)果顯示，高溫和中樞神經(jīng)麻醉均可降低大鼠腹主動脈β2受體表達。