（动物学专业论文）甘肃鼢鼠心血管系统对低氧的适应.pdf

甘肃鼢鼠心血管系统对低氧的适应杨静摘要：低氧作为一种应激因素，几乎能影响机体所有的功能活动，其中对心血管系统的效应最为明显。生活在特殊环境中的动物对低氧适应的机制更是引人注目。甘肃鼢鼠( m y o s p a l a xc a n s u s ) 由于适应地下洞道高c 0 2 低0 2 的生活环境，机体各项功能都因低氧影响发生了变化，心血管系统尤为显著。因此，甘肃鼢鼠可以作为低氧适应生理研究的理想材料，对低氧适应机制的研究起积极促进作用。本研究以甘肃鼢鼠为材料，运用生理学和组织学方法，对甘肃鼢鼠低氧适应后心血管系统生理功能和组织结构变化作了研究，以探讨甘肃鼢鼠心血管系统低氧适应的机制。研究结果如下：1 通过血象分析表明，甘肃鼢鼠红细胞数为f 8 3 1 士0 7 0 ) x 1 0 1 2 l ，血红蛋白浓度为( 1 4 8 3 3 士1 2 5 0 ) g l ，红细胞压积为( o 4 6 士0 ，0 3 ) l l 。低氧适应后红细胞数、血红蛋白浓度和红细胞压积均显著升高，而平均红细胞体积、平均红细胞血红蛋白及平均红细胞血红蛋白浓度明显下降。红细胞数量多，压积大；血红蛋白浓度高；红细胞膜表面积大；血红蛋白利用率较高，可能是甘肃鼢鼠对低氧环境适应的有效途径。2 通过心室内压的测量发现，反映甘肃鼢鼠左心室收缩功能指标的左心室收缩压( l v s p ) ，右颈动脉压峰值( m c a p ) 均较常氧组显著提高( p o 0 1 ) ，反映舒张功能的指标左室内压最大下降速率( d p d t m 。) 有增高趋势，左右心室重量也较常氧组显著增3 n ( p o o i ) ，说明甘肃鼢鼠能适应低氧环境，在低氧刺激下，心脏代偿功能得到充分发挥，可缓解低氧对心脏的损害作用。3 对心肌肌红蛋白的分析显示，甘肃鼢鼠心肌细胞肌红蛋白含量高，心肌组织既可通过肌红蛋白贮存氧，同时也促进氧向细胞内弥散，进而向线粒体供氧，有益于改善组织氧弥散率，这是一种代偿性反应，可能是心脏在持续低氧环境下适应供氧不足的一种机制。4 甘肃鼢鼠心肌超微结构显示，细胞内糖原颗粒丰富，线粒体受损，但线粒体的变化不影响机体的正常生存。在低氧胁迫下，甘肃鼢鼠可能一方面通过线粒体结构的变化适应低氧，另一方面可能是低氧条件下发挥糖酵解功能来维持能量供应。5 甘肃鼢鼠能够很好地适应低氧环境，机体的心血管系统通过改善血液的功能，增强心储备和心肌收缩力，提高组织摄取和利用氧的能力，产生有利的抗缺氧的生理变化，提高机体的低氧适应能力。其低氧适应的能力明显强于s d 大白鼠，因此是研究低氧适应生理机制的理想模式动物。总之，对甘肃鼢鼠低氧适应后心血管系统的研究结果表明，甘肃鼢鼠在低氧环境下，机体从个体、组织和细胞等水平产生不同的应答反应来维持内环境的稳定。通过改善血液功能及组织摄取和利用氧的能力，增强心储备，提高心肌收缩力，充分发挥心脏代偿功能，可减轻低氧对心脏的损伤，从而适应低氧环境。关键词：甘肃鼢鼠( m y o s p a l a xc a l , t s u s ) 低氧低氧适应心血管系统心功能t h eh y p o x i aa d a p t a t i o no ft h ec a r d i o v a s c u l a rs y s t e mi ng a n s uz o k o r s ( m y o s p a l a xc a n s u s )y a n gj i n ga b s t r a c t ：a s1 t 1e m e r g e n c yf a c t o rh y p o x i aa f f e c t sm a n yp h y s i c a lf u n c t i o n s ，e s p e c i a l l yi nc a r d i o v a s c u l a rs y s t e m t h ea d a p t a t i o nm e c h a n i s mo fa n i m a l sl i v i n gi ns u c hl o wo x y g e ne n v i r o n m e n ti se v e nn o t i c e a b l e o w n i n gt oa d a p tf o rh i g h e rc 0 2a n dl o w e r0 2o fs u b t e r r a n e a ne n v i r o n m e n t ，a l lf u n c t i o n so fg a u s uz o k o r s ( m y o s p a l a xc a n s u s ) h a v eb e e nc h a n g e ds u c ha st h ec a r d i o v a s c u l a rs y s t e m t h i sp r o v i d e sa ni d e a la n i m a lm o d e lf o rt h es t u d yo nt h eh y p o x i aa d a p t a t i o nm e c h a n i s m w ea d o p tp h y s i o l o g i c a la n dh i s t o l o g i c a lm e t h o dt om e a s u r ec h a n g e si np h y s i o l o g i c a lf u n c t i o na n dl l i s t o l o 百c a ls t r u c t u r ea n dt oe x p l o r et h em e c h a n i s mo fh y p o x i aa d a p t a t i o ni nc a r d i o v a s c u l a rs y s t e mo f g a n s uz o k o r s t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ：1 i nt h eg a n s uz o k o gt h ed e n s i t yo fr e db l o o dc e l li s ( 8 3 1 0 7 0 ) x 1 0 1 讥，( 1 4 8 3 3 12 5 0 ) g lf o rh e m o g l o b i nc o n c e n t r a t i o na n d ( o 4 6 0 0 3 ) l lf o rh e m a t o c r i t t h en u m b e ro fr e db l o o dc e l l ( m 3 c ) ，h e m o g l o b i nc o n c e n t r a t i o n ( h g b ) a n dh e m a t o c r i t( h c t ) a r es i g n i f i c a n t l yh i g h e ra f t e rh y p o x i aa d a p t a t i o ni nt h eg a n s uz o k o r ；h o w e v e r i t si t l e a nc o r p u s c u l a rv o l u m e ( m c v ) ，m e a nc o r p u s c u l a rh e m o g l o b i n ( m c h ) a n dm e a nc o r p u s c u l a rh e m o g l o b i nc o n c e n t r a t i o n ( m c h qd e c r e a s ea f t e rh y p o x i aa d a p t a t i o n t h eh i g hr b c ，h g ba n dh c ta sw e l la sl o w e rm c vm c ha n dm c h ci ng a n s uz o k o r sa r eap o s s i b l ea p p r o a c ht oa d a p tt h eh y p o x i ae n v i r o n m e n t 2 t h es y s t o l i cf u n c t i o n a lp a r a m e t e r ss u c ha sl v s p , m c a pa n dt h ew e i g h to f r i g h ta n dl e f tv e n t r i c l eo fi n t e r m i t t e n th y p o x i ar a t si si n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yc o m p a r e dw i t hn o r m o x i cc o n t r o lr a t s ，w h i l et h ed i a s t o l cf u n c t i o n a lp a r a m e t e r d p d t m “w a si n c r e a s e dal i t t l e t h e s er e s u l t ss u g g e s tt h a tg a n s uz o k o r sw e r ea d a p t e dt h eh y p o x i ch a b i t a t s( u n d e r g r o u n dc a v e s ) a n di t sc a r d i a cc o m p e n s a t i o n sh a v e b e e ng r e a t l yd e v e l o p e d ，w h i c hc a na l l e v i a t et h eh y p o x i ae f f e c t so nt h ec a r d i a cs y s t e m 3 a h i 曲m y o g l o b i n l e v e l i n m y o c a r d i mc e l lo f g a n s u z o k o r s i so b s e r v e d a sar e s u l to ft h et i s s u ei sa b l et os t o r eo x y g e nb ym b i ta l s oh e l p so x y g e nd i s p e r s et oc e h sa n dp r o v i d e so x y g e nf o rm i t o c h o n d d a a l lt h e s ei m p r o v ed i s p e r s i o no fo x y g e ni nt i s s u e i ti sam e c h a n i s mt h a ta c t sa sac o m p e n s a t i o na n di m p r o v e st h el a c ko fo x y g e nd u r i n gs u s t a i n i n gh y p o x i ai nh e a r t 4 m y o c a r d i u mu l t r as t r u c t u r es h o w sg l y c o g e n o s o m e sa r ea b u n d a n ti nc e l l o w i n gi i it ot h i s ，g a n s uz o k o r sd o n te x i b i th y p o x i au n w e l ls y m p t o mw h e nm i t o c h o n d r i aa r ed e s t r o y e di nh y p o x i ae n v i r o n m e n t u n d e rh y p o x i ae n v i r o n m e n tg a n s uz o k o r sc a nm a i n t a i nt h e i re n e r g ys u p p l yb yt h ec h a n g e so fm i t o c h o n d r i ao rb yt h ef u n c t i o no fg l y c o l y s i s 5 t h eg a n s uz o k o ri sw e l la d a p t e df o rh y p o x i a c a r d i o v a s c u l a rs y s t e mi m p r o v e st h ec a p a b i l i t yo fh y p o x i aa d a p t m i o nb yi m p r o v i n g 也ef u n c t i o no fb l o o d e n h a n c i n gc a r d i a cr e s e r v ea n dm y o c a r d i a lc o n t r a c t i v e t h ec a p a b i l i t yo ft a k i n ga n du s i n go x y g e ni si m p r o v e da sw e l l a l lt h e s eb r i n gp h y s i o l o g i ca d a p t a t i o no fh y p o x i a i t sc a p a b i l i t yi ss t r o n g e rt h a ns p r a g u e d a w l e y s oi ti sa ni d e a la n i m a lm o d e lf o rr e s e a r c h i n gp h y s i o l o g i c a lm e c h a n i s mo f h y p o x i aa d a p t a t i o n i nb f i e et h eg a n s uz o k o ri sa d a p t e dt oh y p o x i ah a b i t a t s ( u n d e r g r o u n dc a v e s ) a n do r g a n i s mm a i n t a i n st h es t a b l ei n t e r n a le n v i r o n m e n tb yd i f f e r e n tr e s p o n s e si nt h ei n d i v i d u a l ，o r g a n sa n dc e l l s i t sc a r d i a cc o m p e n s a t i o n sh a v eb e e ng r e a t l yd e v e l o p e db yi m p m v i n gt h ef u n c t i o no fb l o o da n dt h ec a p a b i l i t yo ft a k i n ga n du s i n go x y g e n ，e n h a n c i n gc a r d i a cr e s e r v e ，i n c r e a s i n gm y o c a r d i a lc o n t r a c t i v e p u t t i n gt o g e t h e rt h ef a c t sm e n t i o n e da b o v e ，i tc a l la l l e v i a t et h eh y p o x i ae f f e c t so nc a r d i a cf u n c t i o n s t h a ti sw h yt h eg a n s uz o k o ri sw e l lf i tt oh y p o x i ae n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：g a n s uz o k o r ( m y o s p a l a xc a n s u s ) h y p o x i ah y p o x i aa d a p t a t i o nc a r d i o v a s c u l a rs y s t e mc a r d i a cf u n c t i o ni v学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得陕西师范大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名：扬堑日期：“至上! i学位论文使用授权声明本人同意研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属陕西师范大学。本人保证毕业离校后，发表本论文或使用本论文成果时署名单位仍为陕西师范大学。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其它指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。作者签名：捣整日期：商冬主日第一部分低氧对机体的影响及低氧适应环境变化是一种刺激，由刺激导致机体发生变化是一种反应，简言之即一种环境因素的变化，作为一种应激原作用于机体而引起原有生物平衡的破坏。氧气是呼吸氧化还原反应最终的电子受体( 倪永兵等，2 0 0 2 ) ，是人体及其他哺乳动物维持生存和新陈代谢的一种重要因素。低氧对哺乳动物的生长发育和生理过程影响重大，能够引起机体代谢紊乱，组织损伤，涉及到各系统和脏器。( 付小兵等，2 0 0 0 ；蒋礼先，1 9 9 8 ) 。低氧适应是指进入低氧环境后，机体依靠自身的生理调节，发生一系列代偿性生理改变，使各系统机能达到新的平衡，最终达到新的内外环境统一的过程，是为维持基本生命活动所建立的一种保护性机制。在生理学上的表现是以心血管功能增强，血液系统携氧能力提高和组织氧利用效能强化为主要特征的多系统多层次的协调效应( 钱令嘉，2 0 0 1 ) 。这既增加了氧的传递，又激活了不需氧的代谢旁路，使机体能更好地适应低氧环境。同时长期低氧适应也使动物种系发生了可遗传的，并具有遗传基础的解剖上和生化上的特征变化，使之能更好地适应低氧环境，这是经过世代演化而获得的，因而是遗传和基因水平上的适应。一、组织器官水平1 中枢神经系统在机体所有组织，神经系统特别是大脑皮层是没有氧储且依赖于恒定而充足的氧供应，因此对低氧最为敏感，是机体各系统低氧反应的主导者。研究表明：1 9 脑组织在l m i n 内需氧0 0 9 0 1 0 m l ，几乎是肌肉组织需氧量的2 0 倍。进入机体的氧，约有2 5 被大约占体重5 的大脑所利用。因此，高级神经活动的改变出现较早。轻度低氧时，皮层下中枢受低氧条件损害较轻，兴奋过程占优势，在心理活动上有情绪不稳定和兴奋现象等；而严重低氧时，由于皮质细胞营养代谢发生严重障碍，兴奋过程和条件反射逐渐减弱，抑制过程加深，导致在心理活动上有抑郁、迟钝、淡漠等心理活动的产生( 吕永达等，2 0 0 3 ) 。低氧应激能引起一系列神经内分泌反应，导致免疫力下降。缺氧时大脑的兴奋与抑制过程的平衡关系被破坏，使神经传导速度减慢，而影响中枢神经系统的功能。实验表明，大鼠在低压低氧条件下，海马神经元突触结构明显异常，致使学习与记忆等脑高级功能改变( 隋建峰等，2 0 0 2 ) 。大鼠急性暴露在模拟5 9 5 0 m 高度时，表现出明显的工作、学习与记忆能力下降( s h u l d t t h a l e be ta 1 ，1 9 9 6 ) 。另有实验表明，低氧可诱发w i s t a r 大鼠海马脑片低氧损伤电位，给予动物低氧习服后，海马脑片低氧损伤电位出现时间明显推迟，正常电位峰群的恢复能力增加，表明低氧习服预处理，低氧，复氧导致的凋亡神经元百分率明显低于未作处理低氧的对照组，神经元存活数目明显提高；其机理可能与b c l - 2 表达增加和j u n表达减少有关。这提示，低氧预处理可有效保护体外培养的海马神经元在急性低氧条件下的损伤。2 呼吸系统低氧条件下呼吸频率和深度增加并引起肺通气量增加，以代偿低氧对机体的影响。此外尚有肺弥散功能增强，肺容量增大和胸廓增大等代偿机制的参与( j o h nv w e i l ，1 9 8 3 ) 。肺通气反应可增加肺泡氧分压，提高动脉血氧分压和氧饱和度，氧合血红蛋白的解离曲线也左移，呼吸频率的增加可能是肺通气量增加的原因。肺通气量增大，且随低氧程度加深而增加，以提高肺气泡氧分压和血氧饱和度，增加组织摄氧量。原因是由于低氧刺激外周化学感受器，并依赖于个体对低氧的敏感性，反射性地引起呼吸加深加快，通气增多，使呼吸中枢对c 0 2 的敏感性提高。呼吸频率加快，调节其变化的化学感受器机理并不十分清楚。但在离体低氧血症实验中证实，儿茶酚胺的释放增加，同时伴随有c a 2 + 依赖k + 通道的下调。肺结构上的一些改变，例如支气管肺泡比值增加，而支气管壁厚度下降。肺动脉内皮细胞变长、变宽，平滑肌数量变少，从而在功能上有利于气体的交换。是在组织学和解剖学上发生一定的适应性改变，是长期暴露在低氧环境中的结果( 石云等，2 0 0 2 ) 。3 心血管系统低氧适应后心血管系统的变化主要表现在心率加快，可以补偿氧运输能力的下降。血红蛋白含量提高，血液重新分配，供给量增加。3 1 心功能低氧作为一种应激因素可以明显抑制心功能，其影响程度取决于缺氧时间的长短，缺氧严重程度及缺氧发生的快慢( 周兆年，1 9 9 6 ) 。低氧后心率加快，心输出量增加，且随低氧程度的加深而增加；但随低氧时间延长心率逐渐减慢，心输出量降低。在低氧情况下停留数月后，安静心率可与常氧下大致相同。低氧适应后大鼠的左室功能代偿良好，明显优于未经低氧适应的急性缺氧大鼠。提示动物经低氧适应后，可减轻严重缺氧引起的心功能损伤( 龙超良等，1 9 9 9 ) 。有研究报道，高原适应后心率的下降与心脏毛细血管的增生有关( h u d i c k aoe ta 1 ，1 9 9 5 3 。一方面b 一肾上腺能受体的下调是心输出量下降的主要原因，另外，低氧环境下运动使心肌缺氧也可能是影响因素，这种变化对心功能产生不利影响( a n t e z a n a a me ta 1 ，1 9 9 2 ) 。有实验表明，w i s t a r 大鼠低氧适应后，心脏功能明显改善( 增强) ，反映左室2收缩功能的各项指标( l v s e + d p d k 。，v p m 和v m 。) 和舒张功能的指标( - d p d t 。)明显改善，其中l v s p 和v k 。接近常氧水平，这与低氧习服大鼠心肌肌浆网和心肌线粒体的c a 2 + 、m 矿+ - a r p 嬲e 、钙泵活性以及p l b 的磷酸化水平明显提高有关。同时也与低氧习服后大鼠心肌线粒体呼吸链复合体酶活性的增强有关( h u d l i c k aoe ta 1 1 9 9 5 ；龙超良等，2 0 0 0 ) 。低氧适应时，血管平滑肌细胞的i p 3 受体数目减少，亲和力下降，从而减轻缺氧引起的血管收缩，增加心肌供血( z h o ulse ta 1 ，1 9 9 7 ) ，心肌c a 2 + 、m 9 2 c a t p a s e的活性增高，改善心肌收缩功能( 孙希武等，1 9 9 4 ) ；心肌细胞利用葡萄糖的能力增强，氧的利用率提高，为心肌提供更多的a t p ( h 0 1 d e njee ta 1 ，1 9 9 5 ) ；低氧还可引起心肌代偿性肥厚，增强心肌收缩能力( b o e rphe ta 1 ，1 9 9 4 ) 。所有这些研究表明：在进行阶梯适应性缺氧时，机体接受间歇性低氧的刺激，能充分调动从分子到细胞乃至整体水平的代偿机制，增强机体对低氧的抵抗能力，从而缓解缺氧对心肌的损害作用( 龙超良等，1 9 9 9 ) 。对大鼠进行间歇性低氧处理后，发现间歇性低氧2 8 d 和4 2 d 具有明确的心肌抗缺血和抗再灌注性心律失常作用，并认为其抗心率失常作用的电生理基础是：间歇性低氧可使大鼠左室乳头肌动作电位时程及有效不应期延长( 张翼等，1 9 9 9 ) 。对不同间歇低氧条件下小鼠右心室肥厚情况进行了研究，认为间歇性常压低氧是引发肺动脉高压造成右心室肥厚和红细胞生成的强有力刺激因素( m o o r e g i l l o njce ta 1 ，1 9 8 5 ) 。以小鼠右左心室质量比作为反映右心室肥厚的可靠指标，发现在常压低氧可显著提高，但在进行为期4 周的间歇常压低氧1 周后，右k , o 室质量比较最初暴露于低氧条件时显著下降。而对照组小鼠的右，左心室质量则无改变。由此推论，小鼠右心室质量的改变是对压力负荷的快速反应( k e n t e r ade ta 1 ，1 9 8 0 ) 。3 2 心肌组织结构的变化心肌是机体摄氧量高而又对缺氧十分敏感的组织之一，低氧不仅可以引起心肌代谢及功能的改变，而且对心肌细胞的超微结构也可产生不同程度的影响( b r o w n e v ae t a l ，1 9 9 7 ；o h t s u k a te t a l ，1 9 9 5 ) 。心肌能量代谢以有氧代谢为主，心肌细胞中线粒体数量及其功能和结构决定了运动时心脏的能量供应。在低氧早期，心肌细胞会发生一定的损伤，心肌组织缺氧导致线粒体结构的破坏和线粒体数目的减少，少量线粒体膜溶解，嵴清晰且密集，但随着机体对缺氧的适应，心肌细胞内线粒体的数量明显增加，体积略增大( 王细文等，2 0 0 0 ；c o s t alee ta 1 ，1 9 9 8 ；孙小华等，1 9 9 9 ) 。线粒体内膜、嵴是细胞氧化磷酸化的重要部位，是产生a t p 的场所，内膜面积的增大及嵴的增多，意味着能够固着生物氧化酶系的表面积增大，能量的转换效益增加，线粒体合成a t p 的能力增加，使机体的有氧代谢能力得到提高( 王茂叶等；雷志平等) 。研究表明：大鼠暴露模拟海拔8 0 0 0 m 高度4 h 后，心肌可出现局部坏死，细胞结构破坏白细胞浸润，并发现有散在的凋亡细胞。低氧习服后，未见有明显的坏死，且细胞凋亡明显减少。其机理可能与线粒体功能改善及凋亡调控蛋白的表达变化有关。低氧时大鼠心肌线粒体酶复合体、活性抑制，使氧化磷酸化产生的电子滞留在呼吸链上，增加活性氧自由基( r o s ) 的产生。r o s 可作为低氧的信号分子启动包括凋亡在内的信号转导通路。因此线粒体呼吸酶复合体i 、是心肌细胞感受低氧信号的位点。大鼠经低氧习服后，线粒体呼吸酶复合体活性改善，r o s 产生减少，有利于防止细胞各种病理现象的发生。3 3 毛细血管心脏是循环系统的中心和动力器官，研究缺氧时心肌毛细血管密度的变化规律及机制，有助于了解低氧习服过程中心脏本身的适应性变化，对理解机体低氧习服适应机制有重要意义( 黄庆愿等，2 0 0 1 ) 。毛细血管增多，可缩短氧从毛细血管向组织细胞弥散的距离，改善组织的供氧量，是机体在组织水平上对低氧适应的重要机制之一。研究表明，大鼠在低氧习服过程中，左、右室心肌毛细血管均发生了增生，毛细血管增生，可以缩短氧从毛细血管向心肌细胞弥散的距离，增加心肌细胞氧的供应，从而改善心肌在缺氧条件下的功能，进而改善机体各器官和组织的供氧状态( 黄庆愿等，2 0 0 1 ) 。组织代谢对氧的需要与组织毛细血管分布密度有关，决定组织毛细血管的密度和分布。心脏作为循环系统的中心和动力器官，缺氧时，心肌氧的体外供应减少，但由于整体习服的需要，心脏对氧的需求反而相对增加，从而使心肌氧供需平衡失调；另外，机体缺氧时，导致肺动脉压力升高，右心室的后负荷增加，功能增强，伴随着右心室功能增强，其代谢活动必然增强，从而加重氧供需失衡。这是毛细血管增生的基础( a d a i r t he t a l ，1 9 9 0 ) 。3 4 肺循环低氧可导致肺动脉高压和肺水肿。缺氧性肺动脉高压形成和发展的主要因素一是缺氧性肺血管收缩反应，一是低氧使多种生长因子及其他血管活性物质参与结构重建，使血管壁增厚( 蔡英年，1 9 9 2 ) 。长时间低氧使右心室负荷增加，减少了心脏血液输出，引起右心室肥厚甚至衰竭。研究表明，肺动脉内皮细胞的分泌功能改变可能与其发生密切相关。低氧时肺动脉内皮细胞分泌血管活性因子发生改变，其中收缩血管的因子增加，舒张因子减少。这可能是引起肺动脉高压的原因之一。同时v e g f m r n a 表达变化可能与细胞内c a 2 + 、c a m 水平和磷酸肌酸激4酶( c p k ) 活性明显升高有关，低氧习服后，大鼠血浆及肺组织v e g f 升高幅度明显低于急性低氧组，而且随低氧预处理时间的延长，升高幅度呈下降趋势，肺组织液体渗出逐渐减少( 洪欣等，2 0 0 0 ) 。4 骨骼肌肌肉脂溶性物质可能通过增加机体共轭亚油酸的含量，促进心肌和骨骼肌肌红蛋白的表达，增加肌红蛋白含量。肌红蛋白是一种主要存在于人及哺乳动物等红肌的胞内蛋白，具有可逆地与氧结合的性质，在肌细胞中转运和储存氧( m i l l i k a nda ，1 9 3 7 ；s i n g hne ta 1 ，1 9 9 5 ) 。其在哺乳动物肌肉内的含量变化是为了适应与低氧有关的内外环境的改变，在低氧条件下为组织提供较多的氧，增强动物对低氧的耐受性。有研究表明，低氧可诱导肌肉组织毛细血管增多。模拟高原训练1 2 周，大鼠骨骼肌毛细血管密度增加，每条肌纤维中的毛细血管数量比平原训练对照组增多的幅度大( b i g a r da xe ta 1 ，1 9 9 1 ) 。对大鼠进行低氧训练( 1 h d ，6 d w k ) 5 周后，毛细血管密度增加( 黄庆愿等，2 0 0 0 ) 。但有研究发现高原训练后骨骼肌毛细血管数目不变，线粒体酶活性降低，肱三头肌毛细血管增生，而线粒体数量无改变，故认为骨骼肌线粒体活性和毛细血管的适应性变化起主要作用的是肌肉的使用程度而非低氧( m i z u n ome ta 1 ，1 9 9 0 ) 。因此在低氧时，肌肉组织毛细血管是否增多尚无定论。长期低氧暴露可加速骨骼肌蛋白的分解，导致骨骼肌萎缩。低氧暴露可加速蛋白质的分解作用或降低蛋白质的合成作用。处于低氧环境时，由于基础代谢率的升高，体重往往会下降( d n i e l sje ta 1 ，1 9 9 0 ) 。低氧适应对骨骼肌能量的代谢也有影响。对常氧训练和间歇低氧训练( 1 3 5 低氧，每周3 次，持续8 周) 条件下，骨骼肌中n a 十一k + - a t p a s e 浓度及柠檬酸合成酶的活性进行了比较，发现低氧训练可降低骨骼肌中n a + - k + - a t p a s e 浓度约1 4 ( p o 0 5 ) ，提高柠檬酸合成酶的活性约7 0 ( p 0 0 5 ) 。而常氧训练组上述两指标均表现为增高( 分别上升1 4 和5 l ，p 0 0 5 ) ，说明低氧训练可以刺激线粒体r n a 活性同时降低n a + - k + a t p a s e 的表达( g r e e n he t a l ，1 9 9 9 ) 。另有研究表明3 月龄小鼠经低氧适应( 每天1 2 h 暴露于n 2 ：0 2 为9 0 ：1 0 或9 1 5 ：8 5 的混合其中，持续4 周) 训练后腓肠肌的糖酵解途径中某些成分发生改变，如乳酸脱氢酶( l d h ) 和或己糖激酶活性增高，引起糖酵解底物浓度降低，相应的乳酸产出增加，乳酸丙酮酸比值上升。而在线粒体方面，则表现为苹果酸脱氢酶和或柠檬酸合成酶活性降低，造成三羧酸循环中某些关键组分浓度降低( p a s t o r i s0e ta 1 ，1 9 9 5 ) 。骨骼肌对低氧刺激产生适应后在生化方面也有特征性表现，骨骼肌磷酸肌酸( c p ) 、柠檬酸盐、旺酮戊二酸、谷氨酸的含量降低，但某些与骨骼肌能量代谢相关的酶的最大反应速度( v 。) 末发生改变，说明低氧适应使骨骼肌在能量代谢上产生调整以适应环境的变化( p a s t o r i s0c ta 1 ，1 9 8 6 ) 。5 血液血液在沟通内外环境及机体各部分之间，维持机体内环境的恒定及多种物质的运输、免疫、凝血和抗凝血等方面都具有重要作用。内环境的变化可能导致血液组成成分或性质发生特征性的变化( 陈诗书等，1 9 9 9 ) 。低氧可刺激造血系统，引起红细胞和血红蛋白的增加( 许欣等，2 0 0 2 ) 。对间歇和持续低氧状态下的促红细胞生成素( e p o ) 、血红蛋白( h b ) 、红细胞压积( h c t ) 、网织红细胞计数( r e t ) 、2 ，3 一二磷酸甘油酸( 2 ，3 - d p g ) 、血浆铁蛋白( s - f e r r i t ) 、血浆可溶性转铁蛋白受体( s t r a n s f r ) 的变化进行了研究，发现除h b 、h c t 无显著改变外，其余各指标在间歇或持续低氧条件下均有显著提高( k o i s t i n e npoe ta 1 ，2 0 0 0 ) 。另有研究发现，每天3 0 - 4 5 m i n ，持续2 4 d 的大强度( 氧浓度1 4 1 1 ) 间歇性低氧训练，可引起h b 、r b c 和网织红细胞的显著增加( b e r e z o v s k i i v ae t a l ，2 0 0 0 ) 。每天2 h ，持续1 2 天的1 3 氧浓度低氧适应，发现r b c 、h b 未改变，但r e t 计数在第5 天显著升高，并建立了代偿机制( g a r c i ane t a l ，2 0 0 0 ) 。我国学者研究了氧浓度控制在9 一1 4 ，每周6 天，共4 周的低氧适应，低氧l 周后r b c ，r e t 显著升高，随后又恢复到低氧前水平，低氧1 - 2 周时，2 ，3 - d p g 显著高于低氧前水平( 李强等，2 0 0 1 ) 。这些研究表明低氧刺激了骨髓造血功能。低氧促使红细胞增多的可能机理主要包括( 1 ) 呼吸中枢及外周化学感受器敏感性降低。有人认为持续慢性低氧刺激引起外周化学感受器对低氧性通气反应敏感性减退，呼吸驱动作用减弱，形成肺通气功能降低，从而导致机体摄氧能力下降，红细胞代偿性过渡增生。( 2 ) 机体低氧时，肾脏球旁细胞分泌的红细胞生成因子( 砌弭) 增多，r e f 促使肝脏生成的红细胞生成素转变为e p o 。e p o 随血流到达骨髓，刺激骨髓的原始红细胞不断增多，使其分化为有核红细胞，并促进有核红细胞分裂，加速红细胞的成熟，因而血液中的红细胞不断增多。( 3 ) 低氧时红细胞的脆性增加，易于破坏，其破坏产物可促进骨髓内红细胞的生成( 吕永达等，1 9 9 5 ) 。在低氧条件下，组织水平上的适应是机体对低氧适应的重要环节，机体能够最大限度地摄取和利用有限的氧，完成正常的生理功能，是低氧适应的本质。红细胞作为氧运输的载氧工具，主要功能是运输氧和二氧化碳，并对酸性物质起缓冲作用，直接影响生物体的有氧代谢能力，对无氧代谢中所产生废物的消除也起着关键作用，而细胞中的血红蛋白是核心物质。血红蛋白对氧的结合、贮存、运输、释放具有重要的生理作用( g u y t o nace ta 1 ，2 0 0 2 ) 。氧由肺到组织的运输是由红细胞中的血红蛋白来完成的。血氧饱和度是反映血红蛋白携氧能力的重要指标，血氧饱和度与p 0 2 的关系可用氧离曲线表示。血红蛋白浓度的升高，不仅可以提高血液载氧能力，还可以提高血液对乳酸的缓冲能力。对低氧适应后血红蛋白组分的研究发现，有形成一种新h b 的趋势。过去有学者认为，低氧环境下并不导致机体发生l i b 肽链上氨基酸排列的顺序改变，而仅仅是h b 组分的量变( 张彦博，1 9 9 5 ) ；但目前很多学者认为这种适应能力是长期自然选择和进化的结果，存在遗传因素的作用( m o o r elge ta 1 ，2 0 0 1 ；b e a l lcme ta 1 ，2 0 0 2 ) 。低氧适应可能对血红蛋白作出基因选择。实验表明，在人的c t 链上用p r o取代1 1 9 位a l a ，可减少n 链与b 链间的接触，增加氧的携带能力( j e s s e nthe ta 1 ，1 9 9 1 ) 。高原土著动物经过长期的进化和自然选择具有低氧适应能力，在血液学上的突出特点是血红蛋白与氧结合和释放的能力显著高于平原动物。高原鼠兔( o c h o t o n ac u r z o n i a e ) 是青藏高原上具有代表性低氧适应动物，以低h b 含量、低红细胞压积( h c t ) 为特征。与平原鼠相比，高原鼠兔0 2 解离曲线明显左移，p 5 0 0 a b氧半饱和式的氧分压) 降低，h b 与氧亲和力增强，因而在高海拔地区仍保持很高的氧的氧分压和血饱和度( s a 0 2 ) ；同时其氧离曲线中段明显陡峭与延长，有利于氧的释放，便于对组织的供氧( 何加强等，1 9 9 4 ) 。随着海拔的升高，高原鼠兔的红细胞增生不显著( 吴天一。1 9 9 3 ) 。6 其他各系统泌尿系统，轻度低氧时尿量增加，严重时减少。尿液成分除蛋白质和酮体增加外，一般变化不大。少尿与低氧引起脑垂体后叶抗利尿激素分泌增加。肾小管对水的重吸收增强和低氧引起肾动脉收缩，肾血流量减少有关。消化系统，各种消化腺的分泌功能有不同程度的减弱，唾液分泌减少，胃酸活性虽正常，但缺乏游离酸，胃排空时间延长，肠蠕动减弱。内分泌，由于心肌能量代谢底物以葡萄糖为主，控制血糖的激素如胰岛素、生长激素、可的松等在葡萄糖代谢调解中发挥重要作用( h o c h a e h k apwe ta 1 ，1 9 9 9 ) 。能量代谢，心肌组织的能量代谢是一个适应性的进化。反映出心肌的能量代谢倾向于碳水化合物。由于葡萄糖利用氧产生a t p 的效率高于自由脂肪酸2 5 6 0 ，因此心肌低氧适应的方式就是通过增加碳水化合物的利用，增加单位摩尔氧分子产生a t p 而实现的( r a m i r e zge ta 1 ，1 9 9 9 ) 。二、低氧适应基因低氧适应基因是指一类低氧诱导表达并参与低氧适应反应的基因群。h i f 1 作为重要转录因子在这类基因的表达调控方面具有关键作用( 付小兵等，2 0 0 0 ) 。1 低氧诱导因子( r n f - 1 )h i f 一1 是1 9 9 2 年由s e m e n z a 发现并于1 9 9 5 年克隆表达的细胞转录因子( s e m e n z agl ，2 0 0 0 ) ，是在低氧条件下诱导h e p 3 b 细胞株表达的一种d n a 结合性蛋白质分子，该蛋白质分子参与促红细胞生成素( e p o ) 基因的增强子序列结合、激活e p o 基因的转录；在非e p o 表达的细胞里也有类似的结果。对多种低氧反应性基因( h y p o x i ar e s p o n s i v eg e n e s ，h r g ) 的转录都有调控作用，并可能参与对低氧反应的其他信号转导过程( w a n ggle ta 1 ，1 9 9 5 ；s e m e n z agle ta 1 ，1 9 9 4 ) 。它由h i f - l a 和h i f 1 b 两个亚基组成( w a n ggle ta 1 ，1 9 9 3 ) ，其中h i f 1 a 进一步调控h i f 1 的活性，仅在低氧细胞的核中存在；h i f 1 1 3 是h i f 1 e t 与d n a 呈高亲和性结合所必需的( p e t e rbe ta 1 ，2 0 0 1 ；c h r i s t i n ec he ta 1 ，2 0 0 2 ) 。在正常细胞和低氧细胞的细胞核和细胞质中均有表达( 陈莉芬等，2 0 0 2 ) 。它与人及哺乳动物体内低氧诱导产生的特异应答密切相关，在低氧诱导的基因调节中起着关键的作用。h i f 1 是慢性低氧时哺乳动物细胞产生的一种核转录因子，可与多种效应基因的d n a 双链结合，调节它们的转录。在低氧条件下，h i f 1 能增加下列基因的转录如红细胞生成素( e p o ) 的转录，刺激红细胞的发生和成熟，提高全身血液的携氧能力( s e m e n z agle ta 1 ，1 9 9 4 ) ；v e g f 基因的转录( l e eshe ta 1 ，2 0 0 0 ) ，刺激血管再生( z a g z a gde ta 1 ，2 0 0 0 ) ，提高局部的血液灌注，增加氧输送能力；葡萄糖转运体和糖酵解酶基因的转录，保证缺氧细胞在无需氧气参与的情况下合成a t p ，增加代谢的适应性；胰岛素生长因子基因的转录，促进细胞的生存( s u t t e r ghe ta 1 ，2 0 0 0 ) ：以及血红素氧化酶i 和诱导型n o 合酶等以此促进氧气的供给，维持内环境稳定，使机体耐受低氧保护自身不受损伤( f o r s y t h jae ta 1 1 9 9 6 ) 。研究表明h i f - 1 可能作为活性氧的受体，感受环境中的低氧程度( i s a a cd de ta 1 ，1 9 9 6 ) ，同时又对起效应器作用的低氧反应基因的转录起调控作用( 谢印芝等，1 9 9 9 ) 。h i f 1 参与有机体众多氧平衡调节有关的生理过程。低氧条件下，低氧信号与血红素蛋白氧感受器结合，启动信号转导通路，抑制u b i p u i t i n p r o t e a s o m e 系统，h i f - l t t 降解途径阻遏，大量的h i f - 1 a 蛋白聚集并同h i f 1 8 结合，形成具有活性的h i f 一1 ，h i f 一1 同靶基因的低氧反应元件结合，在转录水平上调节促红细胞生成素、血管内皮生长因子等靶基因的表达，从而引起一系列的生理反应，维持有机体的氧平衡( s e m e n z agl ，2 0 0 0 ) 。无论在细胞水平，还是在有机体局部甚至是整体水平，h i f 1 都是氧感受子与氧效应子之间的关键纽带，而h i f le t 可被认为是细胞低氧适应反应所必需的核信号( s e m e n z agl ，1 9 9 8 ；s e m e n z agl 。1 9 9 9 ) 。h i f 1 对机体组织在低氧条件下维持内环境的平衡起着重要的调节作用。研究表明：较