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编号:10502759
低氧高二氧化碳环境下肺动脉内皮结构变化与肺动脉高压的关系
http://www.100md.com 《心肺血管病杂志》 2000年第3期
     作者:王良兴 陈少贤 徐正介 喻林升 谢于鹏 陈彦凡

    单位:温州医学院肺心病研究室 附属一院,325000,呼吸内科

    关键词:缺氧;高碳酸血症;肺性高血压;血管内皮细胞;川芎嗪

    心肺血管病杂志000319

    摘要 探讨肺动脉内皮结构变化与低O2高CO2肺动脉高压的关系。SD大鼠分为对照组(A组),4周低O2高CO2组(B组),4周低O2高CO2+川芎嗪组(C组)。1.电镜下B组肺细小动脉内皮细胞(EC)向管腔内突起,呈立方或柱状上皮,部分细胞膜突起似绒毛,可见严重EC胞内水肿、变性,形成空泡,并可见EC下水肿,中膜平滑肌细胞增生,外膜胶原纤维高度密集,呈束状,C组肺细小动脉内皮细胞基本恢复正常,平滑肌细胞、胶原纤维增生明显减轻。2.B组肺动脉平均压(mPAP)明显高于A组(P<0.01),C组mPAP明显低于B组(P<0.01);3.光镜下,肺细小动脉管壁面积/管总面积比值(WA/TA)、肺细小动脉中膜平滑肌细胞核密度(SMC)B组较A组明显增高(P均<0.01),C组较B组明显降低(P均<0.01)。肺动脉内皮细胞严重水肿、变性,空泡形成与慢性低O2高CO2性肺动脉高压的形成密切相关,川芎嗪可抑制上述内皮细胞损害。
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    Relationship Between Structural Changes of Pulmonary Arterial

    Endothelium and Chronic Hypoxic Hypercapnic Pulmonary Hypertension

    Wang Liangxing,Chen Shaoxian,Xu Zheng jie,et al.

    (Institute of Cor pulmonale,Wenzhou,Medical College,Wenzhou,325000)

    Abstract To investigate relationship between structural changes of pulmonary arterial endothelium and chronic hypoxic hypercapnic pulmonary hypertension.Methods Thirty rats were randomly divided into three groups:control group (A),hypoxic hypercapnic group (B),hypoxic hypercapnia+ligustrazine (lig)group (C).Result (1) Electron microscopy showed notable intracellular edema of endothelium and subendothelial edema took place,the proliferation of smooth muscle cells and collageous fibers occured in pulmonary arterioles of chronic hypoxic hypercapnic rats,ligustrazine could invert the changes mentioned above.(2) mPAP was significantly higher in rats of group B than that of group A (P<0.01) and group C (P<0.01);(3) Light microscopy showed WA/TA (vessel wall area/total area) and SMC (the density of medial smooth muscle cells) were significantly higher in rats of group B than that of group A (P<0.01) and group C (P<0.01).Conclusion The impairment of endothelium in pulmonary arterioles has close relation with pulmonary hypertension induced by chronic hypoxic hypercapnia.
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    Key words:Anoxia;Hypercapnia;Hypertension,pulmonary;Vascular endothelial cell;Ligustrazine

    肺动脉高压是慢性阻塞性肺部疾病(COPD)引起肺心病的中心环节,阐明其形成机制一直是COPD、肺动脉高压、肺心病防治的重要研究课题。近年来研究发现,肺动脉内皮结构变化与慢性肺动脉高压形成和肺血管结构重建密切相关,但以往有关这方面的研究报道大多采用单纯低O2所致的肺动脉高压动物模型,本实验则采用本研究室先期建立的与人类COPD病理改变相似的慢性低O2高CO2所致的肺动脉高压大鼠模型,探讨肺动脉内皮结构变化与肺动脉高压和肺血管结构重建的关系。

    材料与方法

    1 动物模型的制备 雄性Sprague-Dawley大鼠(温州医学院实验动物中心提供),30只,体重180~280g,适应性饲养1周后,随机分为3组:(1)正常对照组(A组),n=10,作为常压氧下的对照;(2)低O2高CO2 4周组(B组),n=10,置于常压低O2高CO2舱中,吸入气O2浓度为(8.5~11.0)%,CO2浓度为(5.0~6.5)%,每日10h,其余时间与正常对照组在同一室内(室温15~20℃),相对湿度(50~70)%饲养到规定时间。(3)低O2高CO2 4周+川芎嗪组(C组),n=10,川芎嗪购自无锡市第七制药厂,批号9610051,80mg*kg-1*d-1,腹腔注射,其余条件同(2)组。
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    2.肺动脉和颈动脉平均压的检测 用1%戊巴比妥钠腹腔注射行全身麻醉,仰卧固定,作颈正中切口,自颈外静脉插管至肺动脉并行颈总动脉插管,分别连接YL-3和YL-4型压力传感器,输入SJ-42型生理记录仪测取平均肺动脉压(mPAP)和平均颈动脉压(mCAP)。

    3.血清NO的测定 血清(NO)测定(酶法)试剂盒购自伊利康生物技术有限公司,按说明书操作。

    4.光镜标本制作及观察 放血处死大鼠,取出肺组织,10%缓冲甲醛溶液固定,取固定后的肺,左肺门水平横切,做石蜡切片,厚约5um,行HE、弹力纤维及VG染色,每只大鼠选一张肺组织切片,每张切片随机选取直径约100um-200um肺细小动脉5支,用图像分析仪心肺血管分析软件(华东理工大学研制)测定平均血管总面积(外弹力板以内)、血管腔面积(内膜表面以内)以计算相对比值肺细小动脉管壁面积/管总面积(Vessel wall area/total area,WA/TA),并测定中膜平滑肌细胞核密度(每1000平方微米中细胞核数)。
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    5.电镜标本制作及观察 大鼠放血处死,立即完整取出肺,在肺门水平横切面切取1mm×1mm×1mm大小肺组织各2块,用2.5%戊二醛作前固定,1%锇酸作后固定,Epon 812包埋,LKB-V型超薄切片机切片,常规染色,H-600型透射电镜观察肺小动脉超微结构改变,并拍照。

    6.统计学处理 数据以±S表示,采用spss软件进行组间t检验。

    结 果

    1.慢性低O2高CO2和川芎嗪对大鼠平均肺动脉压和平均颈总动脉压、肺细小动脉管壁面积/管总面积比值、中膜平滑肌细胞核密度、血清NO的影响见表1。

    表1 平均肺动脉压、平均颈总动脉压、肺细小动脉管壁面积/管总面积比值
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    肺细小动脉中膜平滑肌细胞核密度、血清NO的变化(±S,n=8) group

    mPAP(kPa)

    mCAP(kPa)

    WA/TA(%)

    SMC

    NO(umol/L)

    Control

    1.92±0.23

    17.73±0.93

    30.7±4.4
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    6.1±1.3

    110.2±20.3

    hypoxic hypercapnia

    2.83±0.20△△

    17.60±0.67

    53.4±10.0△△

    9.9±2.7△△

    87.1±5.4△△

    hypoxic hypercapnia+lig

    2.13±0.40**
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    17.87±1.07

    34.0±2.4**

    6.4±1.0**

    103.9±23.6*

    注:△△P<0.01,与对照组比较:*P<0.05,**P<0.01,与低O2高CO2组比较

    2.慢性低O2高CO2和川芎嗪对大鼠肺细小动脉内皮及中、外膜超微结构的影响 电镜下发现,正常对照组大鼠肺细小动脉内膜、中膜、外膜清晰,内皮细胞扁平,中膜有1~2层环形平滑肌,外膜为疏松的结缔组织,仅有少量胶原纤维。慢性低O2高CO2大鼠肺细小动脉内皮细胞(EC)向管腔内突起,呈立方或柱状上皮,部分细胞膜突起似绒毛,可见严重EC胞内水肿、变形,形成空泡,并可见EC下水肿(图1、2),中膜平滑肌细胞增生,面积增大,呈立方形,核粗大,染色质增多。外膜胶原纤维高度密集,呈束状。
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    慢性低O2高CO2+川芎嗪组大鼠肺细小动脉内皮细胞基本恢复扁平,EC内及EC下水肿消失,中膜平滑肌细胞增生减轻,面积变小,外膜胶原纤维明显减少(图3)。

    图1 电镜显示低O2高CO2组大鼠肺细小动脉内皮细胞(EC)严重胞内水肿和EC下水肿,部分细胞膜突起似绒毛 (×8500)

    图2 电镜显示低O2高CO2组大鼠肺细小动脉内皮细胞向管腔内突起,呈柱状上皮,细胞水肿,变性,形成空泡 (×8000)
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    图3 电镜显示低O2高CO2+川芎嗪组大鼠肺细小动脉内皮细胞基本恢复扁平,EC内及EC下水肿消失,平滑肌细胞和胶原纤维增生明显减轻 (×8000)

    讨 论

    内皮细胞(EC)覆盖血管腔60%~70%的内表面,近来各方面的实验结果彻底改变了EC仅作为单纯的管腔内衬的概念,认为其与肺血管收缩和肺血管结构重建密切相关,但以往其他研究者报道的有关这方面的实验研究大多采用单纯低O2所致肺动脉高压动物模型[1],临床上COPD患者通气功能障碍常导致肺泡低O2和CO2潴留,而高CO2在肺动脉高压形成中起着一定的作用[2]。故本实验采用慢性低O2高CO2所致的肺动脉高压大鼠模型,观察大鼠肺细小动脉内皮、中膜、外膜超微结构和血清NO浓度的变化及川芎嗪的影响。
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    本实验发现慢性低O2高CO2大鼠较正常对照组肺动脉压力明显升高,光镜下,慢性低O2高CO2大鼠肺细小动脉管壁明显增厚、平滑肌细胞核密度增高,电镜下,肺细小动脉中膜平滑肌细胞增生,面积增大,染色质增多,外膜胶原纤维高度密集,提示4周低O2高CO2导致大鼠肺动脉高压和肺动脉结构重建。本实验同时发现,慢性低O2高CO2组大鼠肺细小动脉内皮细胞内严重水肿、变性,形成空泡,血清NO浓度下降,近年来研究发现肺动脉内皮细胞释放的NO具有舒张肺动脉和抑制血管壁平滑肌[3~6]及胶原纤维增生的作用[7],因此根据本实验上述结果,推测肺动脉内皮细胞受损导致NO合成下降可能为慢性低O2高CO2性肺动脉高压形成和肺血管结构重建的重要机制之一;慢性低O2高CO2引起的肺动脉内皮细胞下水肿,使内皮与其下基质分离,造成NO向平滑肌细胞和成纤维细胞传递障碍,可能亦有助于肺血管结构的重建。此外,内皮细胞向管腔内突起,呈立方或柱状上皮,部分细胞膜突起似绒毛,从而使血管腔变得更加狭窄,进一步增加了血管阻力最终产生肺动脉高压。
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    本实验发现,与慢性低O2高CO2组相比,慢性低O2高CO2+川芎嗪组大鼠肺动脉压力明显下降,肺细小动脉管壁变薄、平滑肌细胞核密度下降,电镜下肺细小动脉平滑肌细胞和胶原纤维增生现象明显减轻,并同时发现肺细小动脉内皮细胞基本恢复扁平,细胞内和细胞下水肿消失,血清NO升高,据此推测川芎嗪保护肺动脉内皮细胞及合成NO功能可能为其抑制慢性低O2高CO2性肺动脉高压和肺血管结构重建的作用机制之一。

    参考文献

    1,宋为,蔡英年,邓希贤,等.缺氧性肺动脉高压大鼠肺腺泡内动脉肌化与内皮结构变化的关系.中国应用生理学杂志,1993,9(4):292~296.

    2,Myers JL,Domkwski PW,Wang Y,et al.Sympathetic blockade blunts hypercapnic pulmonary arterial vasoconstriction in newborn piglets.Eur J Cardiothorac Surg,1998,13(3):298~305.
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    3,Steudel W,Scherrer CM,Block KD,et al.Sustained pulmonary hypertension and right ventricular hypertrophy after chronic hypoxia in mice with congenital deficiency of nitric oxide synthase 3.J Clin Invest,1998,101:2468~2477.

    4,Giaid A,Saleh D.Reduced expression of endothelial nitric oxide synthase in the lung of patients with pulmonary hypertension.N Engl J Med,1995,333:214.

    5,Mcquillan LP,Leung GK,Marsden PA,et al.Hypoxia inhibits expression of enos via transcriptional and posttranscripitional mechanisms.Am J Physiol,1994,267:H1921~1927.
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    6,Smith JD,Mclean SD,Nakayama DK,et al.Nitric oxide causes apoptosis in pulmonary vascular smooth muscle cell.J Surg Res,1998,79(2):121~127.

    7,Myers PR,Tanner MA.Vascular endothelial cell regulation of extracellular matrix collagen:role of nitric oxide. Arterioscler Thromb Vasc Biol,1998,18(5):717~722.

    2000-04-03收稿,2000-05-16修回, 百拇医药