低压缺氧对大鼠肾脏功能和结构的影响
作者：戴雨 戴大江 王喆 任曲
单位：空军总医院，北京100036
关键词：缺氧；失重模拟；肾功能；组织损伤；大鼠
航天医学与医学工程000315摘要：目的 观察急性低压缺氧对大鼠肾脏的损害。方法 将36只雄性Wistar大鼠随机平均分为A、B、C三组。A组为对照组，将B、C两组置低压舱内上升至5000 m，停留30 min，予以缺氧。下降后B组20 min后,C组24 h后取静脉血及肾组织，用全自动生化分析仪测定血清尿素氮、肌酐、碱性磷酸酶、氯离子,并用放免法测定肾组织内皮素。切取肾皮质做光镜及电镜下的病理检查。结果 实验组血清尿素氮和肌酐明显增多(P<0.01)，氯离子和碱性磷酸酶也增多(P<0.05)，而肾内皮素明显减少(P<0.01)，24 h内各项指标向正常恢复，只有氯离子继续增大。光镜下可见肾血管的舒张，线粒体、上皮细胞有病理变化。 结论 急性低压缺氧对肾功能和肾脏结构均有损害。
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中图分类号：R852.22 文献标识码：A
文章编号：1002-0837(2000)03-0215-03
Effect of Acute Hypobaric Hypoxia on Renal Function and Structure in Rats
DAI Yu,DAI Da-jiang,WANG Zhe,REN Qu
Abstract：Objective To observe renal damage due to acute hypobaric hypoxia. Method Thirty-six male wistar rats were randomly divided into three groups A, B and C(n=12 for each).Group A served as control,while groups B and C were exposed to 5000 m altitude for 30 min.Sample of serum and renal tissues were taken from group B rats 20 min and from group C rats 24 h after the exposure respectively. Result Serum ureanitrogen (BUN) and creatinine (Crea) increased significantly in group B and C rats after exposure to hypoxia(P<0.01).Cl- and alkaline phosphatase (AKP) in serum also increased (P<0.05),but renal endothelin(ET) decreased significantly (P<0.01).All changes in group C rats tended to recover to normal level, except Cl- which continued to increase. Dilation of renal vessels was found under optic-microscope,and pathological changes were found in mitochondra and epithelial cells. Conclusion Acute hypobaric hypoxia might be harmful to renal function and structure.
, 百拇医药
Key words:hypoxia;weightlessness simulation;renal function;histologic lesions;rats
缺氧会损害心脏等系统功能[1],但对肾脏功能和结构的影响尚未见有专项报道。为此我们对大白鼠进行了急性低压缺氧实验。它将对航空兵肾脏医学卫勤保障,有重要的理论和实际意义。
方 法
对象 36只成年健康雄性Wistar大鼠(军事医学科学院实验动物中心)，随机分为A、B、C 3组，每组各12只。组间体重无差异，实验前禁食4 h。
缺氧方法 将B、C组大鼠放入低压舱内，以30 m/s减压至5 000 m高度，停留30 min，造成缺氧。然后以30 m/s下降至地面。A组同时放入另一相同的低压舱内，但不上升。
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采血时间和指标测定方法 B组在实验后20 min、C组在实验后24 h，A组与B、C组同时在麻醉下剖腹，由腹主静脉取血2 ml，立即离心(4000 r/min，4℃，20 min)分离血清，低温冰冻(-20℃)保存。测定血清尿素氮(BUN)、碱性磷酸酶(AKP)、肌酐(Crea)、氯离子(Cl-)(法国Alcyon-300全自动生化分析仪)。采血后取出肾脏，吸去血迹，用天平称取肾脏组织100 mg，加入1 mol冰醋酸1 ml，然后在100℃水浴中煮沸10 min，冷却后用匀浆机匀浆，再离心(3500 r/min，4℃,5 min)，取上清液-20℃冰冻保存。测定时用5倍磷酸缓冲液调pH值，用放射免疫法测定肾脏组织提取液的内皮素(ET)含量。药盒由中国人民解放军301医院提供，方法按说明书进行。
光镜检查 每组自由选4只大鼠，取出约黄豆大的3块肾脏不同部位组织，用10%中性福尔马林固定，按常规方法制成3～4 μm厚的石蜡切片，经苏木素-伊红和过碘酸Schiff法染色后，于普通光镜下观察。
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表1 缺氧对血清BUN、AKP、Crea、Cl-和肾组织中ET含量的影响(
±s)
Table 1 Effect of hypoxia on serum BUN,AKP，Crea,Cl- and the content of ET-1 in renal tissue(±s) groups
BUN(c/mmol.L-1)
crea(c/μmol.L-1)
AKP(c/iu.L-1)
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ET-1(c/pg.ml-1)
Cl-(c/mmol.L-1)
A
6.95±1.10
65.12±6.03
145.91±25.75
123.23±25.62
98.21±3.78
B
10.23±2.13**
, 百拇医药
93.33±8.60**
195.92±26.53*
24.01±11.42**
100.42±4.15*
C
7.27±1.14**
85.90±8.75**
183.01±25.66*
70.81±23.52**
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104.43±4.20
*P<0.05,**P<0.01,as compared with group A
电镜检查 每组自由选4只大鼠，将摘除的左肾侧面剖开，在肾皮质上切取直径1 mm的组织3或4块，置3.1%戊二醛固定，经缓冲液浸洗，1%锇酸后固定，丙酮逐级脱水，Epon812包埋后，制出半薄切片。在光镜下定位，再切成超薄切片，醋酸铀和枸橼酸铝双染，于透射电镜下观察。
结 果
血清BUN、AKP、Crea、Cl-和肾组织中ET含量的变化 急性低压缺氧后，大鼠血清BUN、Crea含量明显升高，与对照组相比，有非常显著性差异(P<0.01)；血清AKP、Cl-含量也增高(P<0.05)；ET含量明显下降(P<0.01，见表1)。
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肾脏病理改变
光镜下结果 B组肾实质内毛细血管扩张充血(图1)，肾曲小管上皮细胞未见特殊改变。C组的图1情况加重，可见近曲小管颗粒变性，上皮细胞肿胀。表1显示缺氧对血清BUN、AKP、Crea、Cl-和肾组织中ET含量的影响(±s)。
图1 光镜下大鼠B组肾实质毛细血管扩张充血(40×10×0.4)
Fig.1 Under photo microsope，rats of group B of renal parenchyma telangiectasia(40×10×0.4)
电镜下结果 B组肾小球足细胞线粒体肿胀，基质灶性水肿(图2)。肾小管上皮细胞微绒毛短缩、稀少，胞浆基质轻度水肿，线粒体肿胀(图3)。C组肾小管上皮细胞线粒体肿胀，偶见基质灶性水肿(图4)。肾小球毛细血管内皮细胞基质水肿，但其结构未见异常。
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图2 电镜下可见B组肾小球足细胞线粒体肿胀(×0.4)
Fig.2 Under electron microscope,rats of group B of foot cells of glomerulus mitochondrial swelling(×0.4)
图3 电镜下可见B组肾小管上皮细胞微绒毛短缩，胞浆基质轻度水肿
Fig.3 Under electron microscope,rats of group B of microrilli of renal tubular epithelial ceucripation(×0.4)
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图4 电镜下可见C组肾小管上皮细胞线粒体肿胀(×0.4)
Fig.4 Under electron microscope,rats of group B of of mitochondrial swelling of renal tubular epithelial cell(×0.4)
讨 论
低压缺氧对肾功能的损害 急性低压缺氧后，血清中BUN、Crea含量明显升高，说明急性低压缺氧对肾小球的滤过功能影响大[2]。AKP主要存在于肾脏的近曲小管，血清AKP水平升高，说明急性低压缺氧对肾脏的近曲小管功能有损害作用。
低压缺氧对氯离子的影响 Cl-在低压缺氧后明显升高，而且24 h后继续上升，可见低压缺氧对Cl-的影响较大，且持久。这可能是与肾功能降低，肾小管损害后Cl-吸收减少，代谢产物潴留，水、电解质及酸碱平衡失调有关。
, 百拇医药
肾脏病理改变 缺氧可导致器官、细胞发生一系列形态结构改变。据报道，缺氧情况下最敏感的是线粒体和内质网[2]。这与我们的电镜观察结果基本一致。
缺氧可引起血管内皮损伤，使其通透性增加，并引起间质水肿，肾小球血管丛及肾间质血管重度扩张充血，肾小管上皮细胞肿胀，积水变性[3，4]。本实验结果表明，低压缺氧后肾脏ET明显减少。ET主要由大血管内皮细胞合成[5]，它的减少也说明了血管内皮细胞的损害。电镜下也直接观察到血管上皮细胞的损害。
Address reprint requests to:DAI Yu.General Hospital of Air Force,Beijing 100036,China
[参考文献]
[1] LONG Chao-liang,ZHOU zhi,YIN Zhao-yun et al.Effects of Acute Hypoxia and Hypoxic Acclimatization on Cardial Functions of rats[J].Space Medine & Medical Engineering,1999,12(4):267～269
, 百拇医药
龙超良，周智，尹昭云等.急慢性缺氧对大鼠心功能的影响[J].航天医学与医学工程，1999，12(4)：267～269
[2] YU Qifu,YANG Ye,LI Qingdi et al.Renal damage or acute hypobaric hypoxia and preventive effect of Taponin[J].Chinese Journal of Aviation Medicine,1996,7(1):75～78
俞启福，杨 晔，李庆棣等.血小板活化因子拮抗剂对急性低压缺氧肾损害的防护效应[J].中华航空医学杂志，1996，7(2)：75～78
[3] Okeda R,Matsuo T, Kuroiwa T et al.Experimental study on pathologesis of the fatal brain damage by acute carbon monoxide intoxication of the pregnant mother[J]. Acta Neuropathol, 1986,69:75
, 百拇医药
[4] Shi Yuchun,Dong Qingbing,Yu Linshan.Change of acute hypobaoic hypoxia on pathologic histology of visced organ in rat[J].Chinese Journal of Pxthology,1989,18(3)：174
石玉春，董庆滨，于林杉.减压缺氧条件下大鼠内脏器官的病理组织学改变[J].中华病理学杂志，1989,18(3)：174
[5] Masashi Yanagisawa, Hiroki Kurihara, Sadao Kimura et al. A novel potent vasoconstrictor peptide produced by vascular endothelial cell[J]. Nature,1988,332(31):411～415
收稿日期：1999-07-02, 百拇医药
单位：空军总医院，北京100036
关键词：缺氧；失重模拟；肾功能；组织损伤；大鼠
航天医学与医学工程000315摘要：目的 观察急性低压缺氧对大鼠肾脏的损害。方法 将36只雄性Wistar大鼠随机平均分为A、B、C三组。A组为对照组，将B、C两组置低压舱内上升至5000 m，停留30 min，予以缺氧。下降后B组20 min后,C组24 h后取静脉血及肾组织，用全自动生化分析仪测定血清尿素氮、肌酐、碱性磷酸酶、氯离子,并用放免法测定肾组织内皮素。切取肾皮质做光镜及电镜下的病理检查。结果 实验组血清尿素氮和肌酐明显增多(P<0.01)，氯离子和碱性磷酸酶也增多(P<0.05)，而肾内皮素明显减少(P<0.01)，24 h内各项指标向正常恢复，只有氯离子继续增大。光镜下可见肾血管的舒张，线粒体、上皮细胞有病理变化。 结论 急性低压缺氧对肾功能和肾脏结构均有损害。
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中图分类号：R852.22 文献标识码：A
文章编号：1002-0837(2000)03-0215-03
Effect of Acute Hypobaric Hypoxia on Renal Function and Structure in Rats
DAI Yu,DAI Da-jiang,WANG Zhe,REN Qu
Abstract：Objective To observe renal damage due to acute hypobaric hypoxia. Method Thirty-six male wistar rats were randomly divided into three groups A, B and C(n=12 for each).Group A served as control,while groups B and C were exposed to 5000 m altitude for 30 min.Sample of serum and renal tissues were taken from group B rats 20 min and from group C rats 24 h after the exposure respectively. Result Serum ureanitrogen (BUN) and creatinine (Crea) increased significantly in group B and C rats after exposure to hypoxia(P<0.01).Cl- and alkaline phosphatase (AKP) in serum also increased (P<0.05),but renal endothelin(ET) decreased significantly (P<0.01).All changes in group C rats tended to recover to normal level, except Cl- which continued to increase. Dilation of renal vessels was found under optic-microscope,and pathological changes were found in mitochondra and epithelial cells. Conclusion Acute hypobaric hypoxia might be harmful to renal function and structure.
, 百拇医药
Key words:hypoxia;weightlessness simulation;renal function;histologic lesions;rats
缺氧会损害心脏等系统功能[1],但对肾脏功能和结构的影响尚未见有专项报道。为此我们对大白鼠进行了急性低压缺氧实验。它将对航空兵肾脏医学卫勤保障,有重要的理论和实际意义。
方 法
对象 36只成年健康雄性Wistar大鼠(军事医学科学院实验动物中心)，随机分为A、B、C 3组，每组各12只。组间体重无差异，实验前禁食4 h。
缺氧方法 将B、C组大鼠放入低压舱内，以30 m/s减压至5 000 m高度，停留30 min，造成缺氧。然后以30 m/s下降至地面。A组同时放入另一相同的低压舱内，但不上升。
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采血时间和指标测定方法 B组在实验后20 min、C组在实验后24 h，A组与B、C组同时在麻醉下剖腹，由腹主静脉取血2 ml，立即离心(4000 r/min，4℃，20 min)分离血清，低温冰冻(-20℃)保存。测定血清尿素氮(BUN)、碱性磷酸酶(AKP)、肌酐(Crea)、氯离子(Cl-)(法国Alcyon-300全自动生化分析仪)。采血后取出肾脏，吸去血迹，用天平称取肾脏组织100 mg，加入1 mol冰醋酸1 ml，然后在100℃水浴中煮沸10 min，冷却后用匀浆机匀浆，再离心(3500 r/min，4℃,5 min)，取上清液-20℃冰冻保存。测定时用5倍磷酸缓冲液调pH值，用放射免疫法测定肾脏组织提取液的内皮素(ET)含量。药盒由中国人民解放军301医院提供，方法按说明书进行。
光镜检查 每组自由选4只大鼠，取出约黄豆大的3块肾脏不同部位组织，用10%中性福尔马林固定，按常规方法制成3～4 μm厚的石蜡切片，经苏木素-伊红和过碘酸Schiff法染色后，于普通光镜下观察。
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表1 缺氧对血清BUN、AKP、Crea、Cl-和肾组织中ET含量的影响(
±s)Table 1 Effect of hypoxia on serum BUN,AKP，Crea,Cl- and the content of ET-1 in renal tissue(
±s) groupsBUN(c/mmol.L-1)
crea(c/μmol.L-1)
AKP(c/iu.L-1)
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ET-1(c/pg.ml-1)
Cl-(c/mmol.L-1)
A
6.95±1.10
65.12±6.03
145.91±25.75
123.23±25.62
98.21±3.78
B
10.23±2.13**
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93.33±8.60**
195.92±26.53*
24.01±11.42**
100.42±4.15*
C
7.27±1.14**
85.90±8.75**
183.01±25.66*
70.81±23.52**
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104.43±4.20
*P<0.05,**P<0.01,as compared with group A
电镜检查 每组自由选4只大鼠，将摘除的左肾侧面剖开，在肾皮质上切取直径1 mm的组织3或4块，置3.1%戊二醛固定，经缓冲液浸洗，1%锇酸后固定，丙酮逐级脱水，Epon812包埋后，制出半薄切片。在光镜下定位，再切成超薄切片，醋酸铀和枸橼酸铝双染，于透射电镜下观察。
结 果
血清BUN、AKP、Crea、Cl-和肾组织中ET含量的变化 急性低压缺氧后，大鼠血清BUN、Crea含量明显升高，与对照组相比，有非常显著性差异(P<0.01)；血清AKP、Cl-含量也增高(P<0.05)；ET含量明显下降(P<0.01，见表1)。
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肾脏病理改变
光镜下结果 B组肾实质内毛细血管扩张充血(图1)，肾曲小管上皮细胞未见特殊改变。C组的图1情况加重，可见近曲小管颗粒变性，上皮细胞肿胀。表1显示缺氧对血清BUN、AKP、Crea、Cl-和肾组织中ET含量的影响(
±s)。图1 光镜下大鼠B组肾实质毛细血管扩张充血(40×10×0.4)
Fig.1 Under photo microsope，rats of group B of renal parenchyma telangiectasia(40×10×0.4)
电镜下结果 B组肾小球足细胞线粒体肿胀，基质灶性水肿(图2)。肾小管上皮细胞微绒毛短缩、稀少，胞浆基质轻度水肿，线粒体肿胀(图3)。C组肾小管上皮细胞线粒体肿胀，偶见基质灶性水肿(图4)。肾小球毛细血管内皮细胞基质水肿，但其结构未见异常。
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图2 电镜下可见B组肾小球足细胞线粒体肿胀(×0.4)
Fig.2 Under electron microscope,rats of group B of foot cells of glomerulus mitochondrial swelling(×0.4)
图3 电镜下可见B组肾小管上皮细胞微绒毛短缩，胞浆基质轻度水肿
Fig.3 Under electron microscope,rats of group B of microrilli of renal tubular epithelial ceucripation(×0.4)
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图4 电镜下可见C组肾小管上皮细胞线粒体肿胀(×0.4)
Fig.4 Under electron microscope,rats of group B of of mitochondrial swelling of renal tubular epithelial cell(×0.4)
讨 论
低压缺氧对肾功能的损害 急性低压缺氧后，血清中BUN、Crea含量明显升高，说明急性低压缺氧对肾小球的滤过功能影响大[2]。AKP主要存在于肾脏的近曲小管，血清AKP水平升高，说明急性低压缺氧对肾脏的近曲小管功能有损害作用。
低压缺氧对氯离子的影响 Cl-在低压缺氧后明显升高，而且24 h后继续上升，可见低压缺氧对Cl-的影响较大，且持久。这可能是与肾功能降低，肾小管损害后Cl-吸收减少，代谢产物潴留，水、电解质及酸碱平衡失调有关。
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肾脏病理改变 缺氧可导致器官、细胞发生一系列形态结构改变。据报道，缺氧情况下最敏感的是线粒体和内质网[2]。这与我们的电镜观察结果基本一致。
缺氧可引起血管内皮损伤，使其通透性增加，并引起间质水肿，肾小球血管丛及肾间质血管重度扩张充血，肾小管上皮细胞肿胀，积水变性[3，4]。本实验结果表明，低压缺氧后肾脏ET明显减少。ET主要由大血管内皮细胞合成[5]，它的减少也说明了血管内皮细胞的损害。电镜下也直接观察到血管上皮细胞的损害。
Address reprint requests to:DAI Yu.General Hospital of Air Force,Beijing 100036,China
[参考文献]
[1] LONG Chao-liang,ZHOU zhi,YIN Zhao-yun et al.Effects of Acute Hypoxia and Hypoxic Acclimatization on Cardial Functions of rats[J].Space Medine & Medical Engineering,1999,12(4):267～269
, 百拇医药
龙超良，周智，尹昭云等.急慢性缺氧对大鼠心功能的影响[J].航天医学与医学工程，1999，12(4)：267～269
[2] YU Qifu,YANG Ye,LI Qingdi et al.Renal damage or acute hypobaric hypoxia and preventive effect of Taponin[J].Chinese Journal of Aviation Medicine,1996,7(1):75～78
俞启福，杨 晔，李庆棣等.血小板活化因子拮抗剂对急性低压缺氧肾损害的防护效应[J].中华航空医学杂志，1996，7(2)：75～78
[3] Okeda R,Matsuo T, Kuroiwa T et al.Experimental study on pathologesis of the fatal brain damage by acute carbon monoxide intoxication of the pregnant mother[J]. Acta Neuropathol, 1986,69:75
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[4] Shi Yuchun,Dong Qingbing,Yu Linshan.Change of acute hypobaoic hypoxia on pathologic histology of visced organ in rat[J].Chinese Journal of Pxthology,1989,18(3)：174
石玉春，董庆滨，于林杉.减压缺氧条件下大鼠内脏器官的病理组织学改变[J].中华病理学杂志，1989,18(3)：174
[5] Masashi Yanagisawa, Hiroki Kurihara, Sadao Kimura et al. A novel potent vasoconstrictor peptide produced by vascular endothelial cell[J]. Nature,1988,332(31):411～415
收稿日期：1999-07-02, 百拇医药