不同气体吸入对高原缺氧犬脑脊液及动脉血酸碱值的影响

1、不同气体吸入对高原缺氧犬脑脊液及动脉血酸碱值的影响第三军医大学新桥医院全军呼吸病研究所 (重庆 400037谢永宏钱桂生金发光 3殷振杰 3张箐刘福玉 #摘要 目的 :了解氧气 (O 2 、 二氧化碳气 (CO 2 及氧气与二氧化碳混合气 (O 2 CO 2 对急性高原病的防治情况 。 方法 :15条杂种犬放入减压舱 , 以 3m s 的速度到达 4500m 高度 , 持续减压 3d , 造成急性高原缺氧模型 , 然后利用右心漂浮导管法对急性缺氧犬分别吸入 O 2、 CO 2及 O 2+CO 2, 动态观察动脉血及脑脊液酸碱值的变化情况 。 结果 :急性缺氧犬分别吸入 O 2、 CO 2及 O

2、 2+CO 2后 , 各组自身前后比较 , 氧气组能提高 SaO 2、 PO 2、 PCO 2, 但对血液和 CSF 中 pH 、 HCO 3-的改善不明显 ; CO 2组能提高血液和 CSF 中 pH 、 HCO 3-、 PCO 2, 但不能提高 SaO 2、 PO 2; CO 2 O 2组则既有益于提高血液和 CSF 中 PO 2、 PCO 2、 HCO 3-, 又能降低 pH 。结 论 :CO 2 O 2混合对高原缺氧有一定的协同作用 , 优于 CO 2及 O 2的单独使用 , 可能对 AM S 的 防治有益 。主题词 缺氧 病理生理学脑脊髓液血气分析高海拔动物 , 实验犬缺氧被认为是急

3、性高原病 (A cu te m oun tain sickness , AM S 和 高 原 脑 水 肿 (H igh 2altitude cereb ral edem a , HA CE 的触发因子 , 但其确切的 病理生理机制仍然不清楚 。 本文通过建立 AM S 和 HA CE 的动物模型 , 同步动态监测动脉血和脑脊 液 (CSF 酸碱参数变化 , 以冀探讨 CSF 酸碱失衡 在 AM S 和 HA CE 发生中的作用和机制 。同时 , 为 了寻找一种较好的防治急性高原病的方法 , 我们 对急性高原缺氧犬分别吸入氧气 (95%O 2 、 二氧 化碳气 (3%CO 2 及氧气与二氧化碳混

4、合气 (3% O 2 95%CO 2 后的 CSF 及动脉血气的情况进行了 动态观察 , 现报告如下 。材料和方法1实验材料成年杂种犬 15条 (第三军医 大学实验动物中心提供 , 雌雄兼用 , 体重 :12. 15±2. 07kg , 随机分为 3组 (O 2组 、 CO 2组和 O 2 CO 2组 , n =5 。2实验方法2. 1动物准备动物采用速眠新肌注麻醉 (长春军医大学兽医研究所研制 , 0. 1m l kg 。 麻 醉成功后刮去颈后部枕骨大孔附近及股动脉部3第四军医大学唐都医院#第三军医大学高原医学系 毛 , 消毒 。 9号套管针在枕骨下经皮穿刺入枕骨下 池 , 拔出针

5、芯 , 抽取脑脊液 2m l , 然后注入等量生 理盐水 , 用敷贴固定套管针 。 用手术刀切开右侧腹 股沟皮肤 , 分离组织 , 暴露股动脉 , 插入留置管 , 用 肝素化的注射器抽动脉血 2m l , 用橡皮塞封住针 头 , 连接肝素帽 , 然后缝合皮肤 , 敷贴固定 。 放入减 压舱适应 24h 后以 3m s 的速度到达 4500m 高 度 。 2. 0m ×2. 0m ×1. 5m 狗笼单间饲养 , 每天上 午 8:00进舱喂养 1次 。 连续 3d 。2. 2测量指标 CSF 和动脉血 pH 、 HCO 3-、 SaO 2、 PO 2、 PCO 2。3实验步骤3

6、. 1分别于减压前 、 减压后 72h 测定 CSF 和 动脉血 pH 、 HCO 3-、 PO 2、 PCO 2值 。3. 2实验前动物禁食 12h , 自由饮水 。 每只 动物固定后按 0. 1m l kg 于后肢肌注速眠新 , 麻醉 成功后常规消毒 , 于麻醉状态下行气管插管 , 分别 吸入不同气体 (4L m in 。 记录吸入气体前及吸入 气体后 0. 5、 1. 0、 1. 5和 2h CSF 和动脉血 pH 、 HCO 3-、 PO 2、 PCO 2值 。4统计学处理数据用 x ±s 表示 , 采用 2检验 。结果急性缺氧犬在 4500m 的高度 , 吸入 95%O 2

7、后 , 其血液和 CSF 中的 pH 有所下降 , 而 HCO 3-、 SaO 2、 PO 2、 PCO 2均有不同程度的上升 , 与用气前 比 较 , pH 和 HCO 3-无统计学意义 (P <0. 05 , SaO 2、 PO 2、 PCO 2均有显著性差异 (P <0. 05, P <0. 01, P <0. 001 , 见表 1; 吸入 3%CO 2后 , 其血 液和 CSF 中的 pH 下降 , SaO 2、 PO 2无明显变化 , 与 用气前比较无统计学意义 (P <0. 05 , pH 下 降 , HCO 3-、 PCO 2均有不同程度的上升 ,

8、与用气 前比较有显著性差异 (P <0. 05, P <0. 01, P < 0. 001 , 见表 2; 吸入 95%O 2+3%CO 2 L 混合气 后 , 其血液和 CSF 中的 pH 下降 , HCO 3-、 SaO 2、 PO 2、 PCO 2均有不同程度的上升 , 与用气前比较 , 有显著性差异 (P <0. 05, P <0. 01, P <0. 001 , 见表 3。表 1高原缺氧犬吸入 95%O 2后动脉血及脑脊液酸碱值的变化情况 (x ±s , n =5 项目 吸氧前吸氧后0. 5h 1. 0h 1. 5h 2. 0h 动脉血

9、pH 7. 42±0. 02 7. 38±0. 037. 38±0. 027. 37±0. 037. 37±0. 04 HCO 3-(mmo l L 13. 32±1. 19 13. 43±1. 1214. 27±1. 2113. 73±1. 1714. 38±1. 26 PO 2(kPa 6. 89±1. 03 26. 91±1. 34d 27. 81±1. 59d 27. 62±1. 83d 26. 54±1. 67d PCO 2(kPa 2

10、. 35±0. 25 2. 51±0. 222. 92±0. 233. 25±0. 14a 3. 34±0. 24a SaO 2(% 80. 28±0. 73 96. 86±0. 44d 96. 04±0. 45d 97. 24±0. 35d 98. 35±0. 32d 脑脊液 pH 7. 36±0. 03 7. 35±0. 027. 33±0. 027. 34±0. 037. 33±0. 02 HCO 3-(mmo l L 14. 41

11、7;0. 15 14. 23±1. 1416. 21±1. 2215. 34±1. 2615. 42±1. 31 PO 2(kPa 8. 26±1. 45 30. 27±1. 65d 34. 37±1. 56d 35. 13±1. 75d 35. 21±1. 38d PCO 2(kPa 3. 08±0. 21 3. 42±0. 203. 74±0. 163. 95±0. 23a 4. 17±0. 14a SaO 2(% 83. 44±0. 31

12、97. 57±0. 43d 98. 04±0. 42d 99. 21±0. 32d 99. 13±0. 42d 注 :吸气后与吸气前比较 , a P <0. 05, b P <0. 01, d P <0. 001表 2高原缺氧犬吸入 3%CO 2后动脉血及脑脊液酸碱值的变化情况 (x ±s , n =5 项目 吸 CO 2前吸 CO 2后0. 5h 1. 0h 1. 5h 2. 0h 动脉血 pH 7. 42±0. 05 7. 38±0. 067. 35±0. 057. 33±0. 07

13、7. 34±0. 04a HCO 3-(mmo l L 13. 14±1. 21 15. 24±1. 1316. 64±1. 2318. 38±1. 24a 21. 76±1. 52a PO 2(kPa 7. 42±1. 03 7. 62±1. 347. 46±1. 597. 51±1. 427. 17±1. 37 PCO 2(kPa 2. 21±0. 42 2. 78±1. 362. 98±1. 58a 3. 92±1. 42a 4. 74&#

14、177;1. 33b SaO 2(% 80. 28±3. 73 78. 31±1. 5580. 11±1. 9279. 29±1. 7677. 58±1. 83脑脊液 pH 7. 38±0. 02 7. 27±0. 037. 28±0. 027. 26±0. 037. 29±0. 02 HCO 3-(mmo l L 14. 39±0. 14 16. 20±1. 1617. 67±1. 5419. 26±1. 39a 23. 48±1. 62a P

15、O 2(kPa 8. 26±1. 45 8. 27±1. 628. 34±1. 558. 17±1. 368. 47±1. 40 PCO 2(kPa 3. 07±0. 24 3. 64±1. 313. 77±1. 284. 95±1. 27a 5. 12±1. 32a 2(%注 :吸气后与吸气前比较 , a P <0. 05, b P <0. 01, d P <0. 001表 3高原缺氧犬吸入 95%O 2及 3%CO 2后动脉血及脑脊液酸碱值的变化情况 (x ±s

16、, n =5 项目 吸混合气前吸混合气后0. 5h 1. 0h 1. 5h 2. 0h 动脉血 pH 7. 43±0. 06 7. 40±0. 077. 37±0. 067. 34±0. 077. 34±0. 05a HCO 3-(mmo l L 13. 53±1. 14 14. 36±1. 2517. 36±1. 28b 19. 42±1. 34b 20. 66±1. 56b PO 2(kPa 6. 97±1. 03 23. 72±1. 82d 26. 23±1.

17、 88d 27. 08±1. 83d 27. 41±1. 87d PCO 2(kPa 2. 49±0. 65 3. 19±0. 433. 94±0. 414. 14±0. 40a 4. 24±0. 37a SaO 2(% 80. 28±3. 73 96. 68±0. 05d 96. 37±0. 04d 98. 05±0. 03d 98. 3±0. 04d 脑脊液 pH 7. 33±0. 04 7. 34±0. 057. 29±0. 047. 26

18、±0. 057. 28±0. 06a HCO 3-(mmo l L 15. 64±1. 42 16. 39±1. 2719. 71±1. 35b 21. 28±1. 57b 22. 69±1. 55b PO 2(kPa 7. 44±1. 12 24. 65±1. 26d 27. 42±1. 67d 28. 41±1. 54d 29. 37±1. 52d PCO 2(kPa 2. 52±0. 44 3. 34±0. 374. 25±0. 474.

19、67±0. 36a 4. 76±0. 33a 2(% 82. 222. 45d d d d 注 :吸气后与吸气前比较 , a P <0. 05, b P <0. 01, d P <0. 001讨论 CSF 是一种无色透明的低蛋白离子溶液 , 脑 组织生活在 CSF 中 , 因此 , CSF 酸碱内环境的稳定 对于维持大脑功能是十分重要的 , 已有的研究表 明 肺性脑病与 CSF 酸碱失衡有着密切的关系 , CSF 碱中毒时 , 患者可出现神经 、 精神兴奋症状 , 严重时可出现昏迷 1。 本组研究发现 , 实验犬在快 速进入 4500m 的高原环境中 ,

20、血液和 CSF 的 pH 值均高于正常 , 而且 HCO 3-、 PCO 2均低于正常 , 说 明存在血液和 CSF 低碳酸血症和呼吸性碱中毒 。 在低氧环境中 , 机体可发生一系列的生理反应 , 通 气加强可能是其在高原代偿适应中的首要环节 。 其中呼吸中枢对 PCO 2的变化最为敏感 , 其次为 PO 2。低 PO 2可刺激呼吸中枢 , 触发低氧通气的驱 动 , 导致呼吸加深加快 4, CO 2则排出过多 , 结果 PO 2得到改善而 PCO 2降低 , PCO 2进一步降低可 引起低碳酸血症和呼吸性碱中毒 2。研究还发现 , 血液和 CSF 中 CO 2是调节脑血 流量的重要因素 , C

21、O 2增加可使脑血流量明显增 加 , 而 CO 2减少则使脑血流量降低 。 PCO 2改变 10mm H g 可使脑血流量变化 2. 5%4. 0%, 吸入 7%的 CO 2可增加脑血流量达 100%以上 , 而过度 通气使 Pa CO 2降至 20mm H g 时 , 则脑血流量减 少 50%3。 同时 , CSF 和脑组织细胞外液中 H +作用于脑血管平滑肌 , H +升高使脑动脉舒张 , H +降低使脑动脉收缩从而影响脑血流量 4。因 此 , 当 CSF PCO 2下降和碱中毒时 , 可明显减少脑 血流量而加重脑缺氧和脑损害 , 而且作为脑细胞 膜上一种主要氯离子转 运 载 体 的 脑

22、带 3蛋 白 (A E 3 , 其结构和功能亦可能发生改变 , 结果引起 N a +、 C l -内移 , 水随之进入脑细胞 , 加重脑细胞 水肿 5。 实验犬快速进入高原环境中所发生的血 液和 CSF 低碳酸血症和呼吸性碱中毒 , 是否造成 脑血流量减少 , 脑缺氧进一步加重 , 有待于进一步 研究 。早在 1855年 M iescher 2R u sch 就提到了 CO 2的有益作用 , 1898年 , A ngelo M o sso 发现含 CO 2混合气可以减轻低压舱受试者的缺氧症状 6, 1988年 , H arvey 等研究发现在空气中增加 3%的 CO 2可以改善脑血流 , 可能

23、与改善急性高山病 (AM S 的症状有关 7。 然而 B artsch 等在对照实验 研究中并没有发现吸入 3%CO 2后能增加脑血流 和减轻 AM S 的症状 8。同样 Yang 等的研究认为 虽然 CO 2是脑血流的重要决定因素 , 但增加 CO 2并不能减轻 AM S 的症状 。 因此 , 在高原上单独增 加 CO 2是否有益依然不能确定 9。我们的研究结果表明在 4500m 的低压低氧 环境中 , 单独吸氧虽然能提高 SaO 2、 PO 2、 PCO 2, 但 对血液及 CSF 中 pH 、 HCO 3-的改善不明显 , 单独 吸 CO 2虽然能提高血液及 CSF 中 HCO 3-、

24、PCO 2, 降低 pH , 但不能提高 SaO 2、 PO 2, 而 CO 2和(下转第 421页 织化学方法证实 , 巨噬细胞的聚集发生在梗死后 16h , 在 48h 达高峰 。 在我们的实验中发现 , 脑缺血 后 12h , ED 2阳性巨噬细胞明显可见 , 脑实质内散 在分布 , 多见于血管壁上 ; 缺血 3d 时巨噬细胞达 高峰 , 在缺血周边区多见 ; 7d 时 ED 2阳性巨噬细 胞明显减少 ; 10d 时仅偶见 ED 2阳性细胞 。 脑内巨 噬细胞的来源有两种 , 一种来源为胶质细胞 , 另外 一种为血源性 。 微血管内皮细胞表达血管细胞粘 附 分子 21(V CAM 21

25、通过与其配体极迟抗原 24 (VLA 24 的作用 , 调节血源性单核 巨噬细胞的 浸润 7。 脑缺血时 , 微血管内皮细胞 V CAM 21的 表达明显增加 , 引起了单核 巨噬细胞的浸润变 化 。 脑缺血不同时期浸润的单核 巨噬细胞可能 具有不同的机能 :其在脑缺血后期聚集 , 可能 与清除坏死组织和细胞的碎片有关 ; 在脑缺血 早期聚集 , 可能通过产生氧自由基和细胞因子 , 以 及参与免疫调节过程对神经组织和细胞产生损害 作用 。参考文献1 Garcia JH , Kam ijyo Y . Cereb ral infarcti on evo lu ti on of h istopath

26、o logical changes after occlu si on of a m iddle cereb ral artery in p ri m ates . J N eu ropatho lExp N eu ro l , 1974; 33(3 4082周锡英 , 马宁 , 张北奇 , 等 . 建立实验性大鼠单侧局 部脑梗塞模型的新方法 . 中国病理生理杂志 , 1997; 13 (5 5323马琳 , 刘勇 , 邵小鹏 , 等 . 大鼠脑缺血淋巴细胞浸 润的免疫组化研究 . 西安医科大学学报 , 2000; 21(5 4024 Kochanek P M , H allenbeck JM

27、 . Po lymo rphonuclear leukocytes and monocytes in the pathogenesis of cereb ral ischem ia and strok . Stroke , 1992; 23(9 13675 M atsuo Y , O nodera H , Sh iga Y , et a l . Co rrelati on betw een m yeloperox idate quan tified neu troph il accum u lati on and ischem ic b rain in ju ry in the rat . E

28、ffect of neu troph il dep leti on . Stroke , 1994; 25(7 14696 Giu lian , Roberson C . Inh ib iti on of mononuclear p thagocytes reduces ischem ic in ju ry in the sp inal co rd . A nn N eu ro l . 1990; 27(1 337 A ruqi RM , D ico rteto PE . M echan is m s of monocyte recru i m en t and accum u lati on

29、 . B r H eart J , 1993; 69( 8 519(收稿 :2004210227(上接第 418页 O 2结 合 则 既 有 益 于 提 高 血 液 和 CSF 中 PO 2、 PCO 2、 HCO 3-, 又能降低 pH , 有一定的协同作用 , 使血液和 CSF 中的酸碱内环境保持稳定 , 可能对 AM S 的防治有益 , 值得进一步研究 。参考文献1金发光 , 钱桂生 . 危重肺心病患者动脉血和脑脊液酸碱 失衡关系的研究 . 中国急救医学 , 2000; 35(2 14 2金发光 , 钱桂生 . 过度通气对血液碱化后脑脊液酸碱变 化的影响 . 第四军医大学学报 . 1999; 35(2 1573 Yarnell PR , H eit J , H ackett PH . H igh 2altitude cereb ral edem a (HA CE :the D enver F ron t range experience . Sem in N eu ro l , 2000; 20(2 2094 Schoch HJ , F ischer S , M arti HH . H ypox ia 2induced vascu lar endo theli