張勤文，俞紅賢，李　莉，荊海霞，魏　青，王志強(qiáng)，張晶晶

（青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院動(dòng)物醫(yī)學(xué)系，青海 西寧 810016）

成年大通牦牛肺血管低氧適應(yīng)的組織學(xué)特點(diǎn)

張勤文，俞紅賢，李莉，荊海霞，魏青，王志強(qiáng)，張晶晶

（青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院動(dòng)物醫(yī)學(xué)系，青海 西寧 810016）

為了闡明大通牦牛肺細(xì)小動(dòng)脈對(duì)高原低氧環(huán)境適應(yīng)的組織學(xué)特點(diǎn)，選取不同海拔地區(qū)成年大通牦牛作為研究對(duì)象，并以平原黃牛做對(duì)照，運(yùn)用光鏡技術(shù)和透射電鏡技術(shù)研究了肺細(xì)小動(dòng)脈中的平滑肌含量和肺氣-血屏障結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，隨著海拔的升高，成年大通牦牛肺中直徑大于100 μm的細(xì)小動(dòng)脈平滑肌含量逐漸增加，差異顯著（P＜0.05），直徑小于50 μm的細(xì)小動(dòng)脈平滑肌含量逐漸減少，差異極顯著（P＜0.01）；大通牦牛肺氣-血屏障的算術(shù)平均厚度明顯比平原黃牛肺氣-血屏障的算術(shù)平均厚度要薄，差異極顯著（P＜0.01）。大通牦牛肺臟的這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是其能適應(yīng)高原低氧環(huán)境的組織學(xué)基礎(chǔ)。

大通牦牛；平原黃牛；肺血管；低氧適應(yīng)

低氧是青藏高原的主要特征之一，氧分壓隨著海拔的升高逐漸下降，在海拔3 000 m和5 000 m時(shí)，大氣中的氧含量分別僅為海平面地區(qū)的73%和53%，動(dòng)物在這種低氧環(huán)境中為了高效的利用氧氣，必須動(dòng)員體內(nèi)的各種適應(yīng)機(jī)制，從而產(chǎn)生機(jī)體功能和結(jié)構(gòu)的一系列改變。平原人和動(dòng)物進(jìn)入高原后，其進(jìn)入高原的速度、所處的海拔高度和動(dòng)物品種是影響這種改變的重要因素，一般來(lái)說(shuō)，急進(jìn)高原、所處海拔越高、這種反應(yīng)越強(qiáng)烈。長(zhǎng)期的代償性變化會(huì)導(dǎo)致機(jī)體結(jié)構(gòu)的變化，主要表現(xiàn)為肺動(dòng)脈高壓和右心肥厚，從而發(fā)生高原性心臟病和“獸胸病”，而引起肺動(dòng)脈高壓的組織學(xué)改變主要表現(xiàn)為肺血管的平滑肌含量顯著增加。而高原世居生物，能夠很好的適應(yīng)高原低氧環(huán)境，并可以通過(guò)遺傳將這種適應(yīng)性傳遞給下一代。

近年來(lái)，已有大量學(xué)者對(duì)高原土生動(dòng)物的低氧適應(yīng)機(jī)制進(jìn)行了大量研究，但不同學(xué)者研究動(dòng)物肺血管對(duì)低氧的適應(yīng)有不同的見(jiàn)解，普遍得到認(rèn)可的觀點(diǎn)［1］認(rèn)為：動(dòng)物為了適應(yīng)高原低氧環(huán)境，肺動(dòng)脈血管的平滑肌含量會(huì)顯著增加，從而形成肺動(dòng)脈高壓，而其研究認(rèn)為牛屬于低氧敏感動(dòng)物。有學(xué)者研究［2］證實(shí)，平原牛急進(jìn)高原后，低氧會(huì)刺激肺小動(dòng)脈壁的平滑肌明顯增加，導(dǎo)致肺動(dòng)脈壁明顯增厚。而研究顯示，牦牛的肺小動(dòng)脈壁只有一層極薄的彈性層結(jié)構(gòu)，并無(wú)平滑肌成分［2-4］，或平滑肌含量較少［5］，即低氧不會(huì)導(dǎo)致高原牦牛的肺血管平滑肌含量增多。但近幾年有學(xué)者指出［6］，成年牦牛肺動(dòng)脈管壁中平滑肌的含量較為豐富，且肺動(dòng)脈大多為肌性動(dòng)脈。因此，牦牛肺動(dòng)脈組織結(jié)構(gòu)與高原低氧關(guān)系的研究尚有較大分歧。因此，本研究選取不同海拔高度牦牛作為研究對(duì)象，對(duì)其肺血管結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，旨在闡明高原牦牛肺血管隨海拔升高對(duì)高原低氧環(huán)境適應(yīng)的結(jié)構(gòu)學(xué)特點(diǎn)及適應(yīng)機(jī)制，研究其是否存在高原低氧環(huán)境適應(yīng)的獨(dú)特性。進(jìn)一步為高原醫(yī)學(xué)研究提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料選取青海大通種牛場(chǎng)兩個(gè)海拔高度（海拔3 200 m、3 700 m）臨床健康的“大通牦?！弊鳛檠芯繉?duì)象，并選取山東萊蕪地區(qū)（海拔500 m）平原黃牛作對(duì)照，試驗(yàn)動(dòng)物各5頭，不計(jì)性別。

1.2方法

1.2.1取材及樣品處理試驗(yàn)動(dòng)物在放牧地屠宰，并立即取材，所有動(dòng)物均于右肺膈葉取1 cm× 2 cm大組織塊，經(jīng)4%多聚甲醛固定后，常規(guī)方法包埋，4 μm間隔連續(xù)切片后H.E.染色。

另取1 mm3肺組織塊經(jīng)2.5%戊二醛固定后經(jīng)二次處理包埋，70 nm超薄切片，鈾鉛雙重染色。

1.2.2觀察和測(cè)量每例標(biāo)本選5張組織切片，Olympus BX51顯微鏡下觀察，Olympus DP 70圖像采集系統(tǒng)取圖，用Image-Pro Plus 6.0 Chinese圖像分析系統(tǒng)（德國(guó)）直接測(cè)量肺細(xì)小動(dòng)脈的外徑及其中膜肌層厚度。為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，只測(cè)量完全橫切的血管。在每個(gè)血管橫切面上，畫(huà)經(jīng)過(guò)血管中點(diǎn)的十字交叉線，分別測(cè)量2個(gè)血管外徑（D）和4個(gè)中膜肌層厚度（t），取平均值，按公式2t/D×100%計(jì)算微動(dòng)脈中膜肌層占其外徑的百分比，測(cè)得的數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。

透射電鏡樣品在JEM-2000EX透射電鏡（日本）觀察并拍照。觀察肺氣血屏障的組成及肺上皮細(xì)胞形態(tài)及連接方式，肺泡壁I型扁平上皮和II型立方上皮的結(jié)構(gòu)及連接。觀察并參照鄭富盛［8］的形態(tài)測(cè)量學(xué)方法測(cè)量和計(jì)算氣血屏障的算術(shù)平均厚度，并對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。

2　結(jié)果與分析

2.1大通牦牛與平原黃牛肺血管中膜厚度占血管直徑的比由表1和圖1可知：直徑大于100 μm肺細(xì)小動(dòng)脈，表現(xiàn)為隨著海拔的增加，血管中膜厚度占血管直徑的比逐漸增大，各組數(shù)據(jù)兩兩相比差異顯著（P＜0.05）；而直徑小于50 μm血管中膜占血管直徑的比值，表現(xiàn)為隨著海拔的增高，血管中膜厚度占血管直徑的比逐漸降低，各組數(shù)據(jù)兩兩相比差異極顯著（P＜0.01）。而直徑介于50 μm～100 μm的血管兩兩相比差異不顯著（P＞0.05）。

2.2大通牦牛與平原黃牛肺氣-血屏障比較大通牦牛和平原黃牛的肺泡壁均由Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞、Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞組成。Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞形態(tài)扁平，有核部位略厚，其余部位較薄，胞質(zhì)內(nèi)細(xì)胞器的較少，胞質(zhì)延伸度高，構(gòu)成肺泡壁絕大部分。Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞立方型，細(xì)胞突出于肺泡腔，胞質(zhì)內(nèi)含有較多的板層小體，細(xì)胞表面有微絨毛形成的突起。I型上皮細(xì)胞與II型上皮細(xì)胞之間間隙較小，具有明顯的緊密連接。

透射電鏡下，兩種動(dòng)物的肺氣-血屏障厚度在不同部位有所差異，但均由Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞、基膜和肺泡隔毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞3層結(jié)構(gòu)組成。除此之外，成年高原牦牛的肺泡I型上皮細(xì)胞處有間斷分布，并可見(jiàn)一些凹陷和空泡狀結(jié)構(gòu)。

根據(jù)表1和圖1可知：兩個(gè)海拔高度的大通牦牛肺氣-血屏障的算術(shù)平均厚度均比平原黃牛肺氣-血屏障的算術(shù)平均厚度要薄，且差異極顯著（P＜0.01）。而海拔3 700 m的大通牦牛肺氣－血屏障的算術(shù)平均厚度薄于海拔3 200 m的大通牦牛，但差異不顯著（P＞0.05）。

3　討論

研究表明，動(dòng)物血管對(duì)低氧敏感度與其肺動(dòng)脈管壁上的平滑肌含量密切相關(guān)，平滑肌含量越高，對(duì)低氧的敏感度越高。前期研究中，對(duì)于牦牛肺血管低氧適應(yīng)性組織學(xué)研究，表現(xiàn)為兩種截然不同的觀點(diǎn)，部分學(xué)者認(rèn)為牦牛肺血管管壁較薄，平滑肌含量較少，認(rèn)為這是牦牛不易產(chǎn)生肺動(dòng)脈高壓的組織學(xué)基礎(chǔ)［2-5］；而另一部分學(xué)者的研究結(jié)果表明，牦牛肺血管的平滑肌含量較高［6］。本研究的結(jié)果表明，直徑大于100 μm的肺血管隨著海拔的增加，血管中膜厚度占血管直徑的比逐漸增大，而直徑小于50 μm的肺血管，表現(xiàn)為隨著海拔的增高，血管中膜厚度占血管直徑的比逐漸降低。即大通牦牛的肺動(dòng)脈表現(xiàn)為隨著血管管徑的逐漸變細(xì)，平滑肌含量和平原黃牛相比越來(lái)越少，這可能的原因是，大通牦牛肺中大血管的平滑肌含量多，有利于血管的收縮，可以有足夠的壓力將血液輸送到微小血管中去，而隨著血管變細(xì)平滑肌含量逐漸變少，則不易產(chǎn)生肺動(dòng)脈高壓，對(duì)低氧表現(xiàn)出不敏感，有利于大通牦牛肺的低氧適應(yīng)。

表1　大通牦牛和平原黃牛肺血管中膜占比和肺氣-血屏障算術(shù)平均厚度比較

圖1　大通牦牛和平原黃牛肺組織H.E.染色和肺氣-血屏障圖

肺氣-血屏障是肺泡與肺泡隔內(nèi)毛細(xì)血管中血液進(jìn)行氣體交換的薄層結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以影響肺氣體交換速率和交換量。而衡量肺內(nèi)氣體交換的一個(gè)重要參數(shù)是肺氣-血屏障的算術(shù)平均厚度，其可以反應(yīng)氣體交換時(shí)的阻力和速率。本研究中，兩個(gè)海拔高度的成年大通牦牛肺氣-血屏障的算術(shù)平均厚度均比平原黃牛氣-血屏障的算術(shù)平均厚度要薄，且差異極顯著（P＜0.01）。肺氣-血屏障相對(duì)較薄，減少了氣體中氧彌散時(shí)的阻力，有利于肺的氣體交換，是大通牦牛肺組織對(duì)低氧的一種適應(yīng)性變化。但海拔3 700 m的大通牦牛肺氣-血屏障的算術(shù)平均厚度比海拔3 200 m的大通牦牛肺氣-血屏障的算術(shù)平均厚度要薄，但二者無(wú)差異顯著性（P＞0.05），可能與兩個(gè)海拔高度的高度差還未能夠使其產(chǎn)生差異顯著性的主要原因。

綜上所述，大通牦牛的肺動(dòng)脈表現(xiàn)為隨著血管管徑的逐漸變細(xì)，平滑肌含量和平原黃牛相比越來(lái)越少，即肺大血管較厚有利于動(dòng)脈射血，而小血管的管壁較薄則不容易產(chǎn)生肺動(dòng)脈高壓，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是牦牛肺臟對(duì)高原的低氧環(huán)境的組織學(xué)適應(yīng)。而大通牦牛肺氣-血屏障的算術(shù)平均厚度相對(duì)較薄，肺在氣體交換時(shí)的彌散距離短、阻力相對(duì)較小，這有利于在高原低氧環(huán)境下動(dòng)物肺組織氣體的交換，使肺呼吸能適應(yīng)高原低氧的惡劣環(huán)境。

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［8］鄭富盛.細(xì)胞形態(tài)立體計(jì)量學(xué)［M］.北京：北京醫(yī)科大學(xué)中國(guó)協(xié)和醫(yī)科大學(xué)聯(lián)合出版社，1990.

Histological characteristic of pulmonary vascular of adult Datong yak for hypoxia adaption

ZHANG Qin-wen，YU Hong-xian，LI Li，JING Hai-xia，WEI Qing，WANG Zhi-qiang，ZHANG Jing-jing
（Veterinary Medicine Department of Agricultural and Animal Husbandry College，Qinghai University，Xining 810016，China）

In order to explain the adaption of arterioloes in the lung of Datong yak for high-altitude hypoxia environment in terms of histological features，adult Datong yaks bred in different altitude gradients were analyzed and yellow cattle in plain area were applied as the control group.The content of smooth muscle in the arterioloes of lung and the structure of blood-air barrier were investigated using light microscope and transmission electron microscope（TEM）.The results indicated that with the increase of altitude，the content of smooth muscle of the arterioloes with a diameter larger than 100 μm in the lung of adult Datong yak increased gradually and that of the smooth muscle of the arterioloes smaller than 50 μm reduced，with significant differences（P＜0.05）.The arithmetic mean thickness of the blood-air barrier of Datong yak was apparently thinner than that of the yellow cattle（P＜0.01）.The characteristic of the lung of Datong yak was the histological basis of the adaption of high-altitude hypoxia environment.

Datong yak；yellow cattle in plain area；pulmonary vascular；hypoxia adaption

YU Hong-xian

S823.8+5

A

0529-6005（2016）09-0028-03

2015-07-14

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31440084）；青海省科技廳項(xiàng)目（2013-Z-713）

張勤文（1972-），男，教授，碩士，主要從事高原動(dòng)物低氧適應(yīng)研究，E-mail：82321200@qq.com

俞紅賢，E-mail：yhx@qhu.edu.cn