煤工尘肺鼠并发脑血管病的血液流变学机制分析

梁中正,牛小媛

煤工尘肺(CWP)是指煤矿各工种工人长期吸入生产环境中的粉尘,所引起肺部尘肺病变的总称。肖柳春等[1]对CWP死因调查显示,煤工尘肺患者的死因构成中脑血管病所占的比例正在逐年上升。本实验通过实验性煤工尘肺大鼠模型的制备,初步探讨煤工尘肺并发脑血管病的血液流变学机制。

1 材料与方法

1.1 实验动物 健康雄性清洁级Wistar大鼠140只,体重250 g±20 g。煤尘混悬液的制备:参考司徒锐等[2]所述方法制备煤尘混悬液。

1.2 动物分组及处理 共5组,实验前先将140只大鼠随机分为4组:模型一组、模型二组、对照一组和对照二组,实验过程中再将发病鼠隔离并组成脑血管病组。具体模型一组50只,模型二组40只,均给予煤尘悬液1 mL一次性气管内注入,模型一组动物正常饲养,出现神经行为学症状后的大鼠视为发病,予以隔离组成脑血管病组,对其采血并留取肺、脑组织标本。模型二组动物分别于4周、8周、12周、16周、20周后各随机处死 6只并留取血及肺脑标本。对照一组20只,对照二组30只均给予生理盐水1 mL一次性气管内注入,对照一组正常饲养,对照二组同模型二组一样定期随机处死6只并留取相关标本。

1.3 动物模型制备 采用气管内注入法制备煤工尘肺大鼠动物模型。

1.4 动物神经功能学评分 参照 Bederson等[3]及 Turgut等[4]的评分方法,在大鼠清醒状态下记录神经功能缺失症状,无神经缺失征象为0分;提尾时一侧肢体前肢不能完全伸直为1分;行走时向肢体瘫痪侧转圈为2分;向瘫痪肢体侧跌倒为3分;不能自发行走、意识丧失者为4分。

1.5 动脉血分析 将采入血气针的0.5 mL动脉血加入全自动雷度ABL700Series血气分析仪测定血氧分压(PaO2)、二氧化碳分压(PaCO2)、血氧饱和度(SaO2)。

1.6 指标测定 血黏度及HCT测定,将采好的静脉血吸取适量全血加入普利生LBY-N6B血流变检测仪中测出全血黏度;再吸取适量全血离心后测出红细胞比容(HCT)。血清促红细胞生成素(EPO)测定,将采好之静脉血离心后取上清,经Spectra-M ax Mze,M olecular Dvice仪器利用双抗体夹心酶联免疫吸附法测定血清EPO值。

1.7 统计学处理 采用SPSS11.0统计分析软件,大鼠神经功能学评分用等级资料的Wilcoxon秩和检验;组间t检验及组内one-way ANOVA。

2 结 果

2.1 大鼠神经功能学评分 模型一组大鼠在整个实验过程中累计发病11只,对照一组大鼠没有出现任何神经行为学异常。

2.2 血清EPO含量测定 3组大鼠在相同时间条件下两两之间血清EPO含量差异均有统计学意义,以脑血管病组EPO含量为最高。进一步分析模型二组和对照二组组内各不同时间点的血清EPO含量,发现对照组二组内差异无统计学意义(F=2.03,P＞0.05)。而模型组内差别有统计学意义(F=3.72,P＜0.05)。详见表1。

表1 不同时间血清EPO含量(±s) mIU/mL

表1 不同时间血清EPO含量(±s) mIU/mL

组别 4周 8周 12周 16周 20周模型二组 32.84±5.691) 27.06±4.701) 28.35±4.381) 26.94±3.711) 26.36±3.431)对照二组 19.26±4.20 19.31±4.08 18.87±3.92 20.31±4.32 20.08±3.74脑血管病组 38.70±4.28 32.42±3.99与同期对照二组相比,1)P＜0.05

2.3 血黏度及HCT测定 同期比较3组大鼠之间全血黏度与HCT之间差别均有统计学意义,脑血管病组要显著高于模型组和对照组。组内分析:随着时间的延长,各组全血黏度均呈上升趋势,尤其模型组间各时点间的差别有统计学意义(P＜0.05)。详见表2。

表2 不同时间大鼠全血黏度及HCT分析(±s)

表2 不同时间大鼠全血黏度及HCT分析(±s)

组别 全血黏度(mPa◦s)低切 中切 高切HCT%模型二组 4周 11.37±1.411) 7.02±1.031) 5.31±0.841) 47.54±2.061)8周 13.50±1.311) 7.63±0.841) 5.70±0.621) 49.76±3.051)12周 14.59±1.461) 8.46±1.071) 6.21±0.361) 52.33±2.811)16周 16.07±1.721) 9.13±1.011) 6.57±0.411) 55.41±3.031)20周 19.37±2.771) 9.80±1.091) 6.96±0.751) 57.48±3.571)对照二组 4周 8.70±1.15 5.40±0.98 4.20±0.41 40.99±1.73 8周 8.93±1.72 5.69±1.12 4.47±0.42 42.54±2.78 12周 9.84±1.38 5.97±1.11 4.91±0.27 43.13±3.02 16周 9.97±1.80 6.30±0.99 5.13±0.39 43.70±2.46 20周 10.24±2.36 6.52±1.64 5.20±0.42 45.37±3.44脑血管病组 4周 18.40±3.122) 9.35±2.472) 7.13±1.992) 59.28±3.722)8周 19.57±2.842) 9.80±2.172) 7.75±1.632) 59.97±2.702)与同期对照二组比较,1)P＜0.05;与同期模型二组比较,2)P＜0.05

2.4 动脉血气值测定 同期比较三组大鼠之间PaO2差别均有统计学意义(P＜0.01),模型组要显著低于对照组,但要高于脑血管病组。进一步分析模型二组和对照二组组内各不同时间点的PaO2,发现随实验时间延长,模型组内PaO2逐渐下降(P＜0.05),而对照组内差别无统计学意义。详见表3。

表3 不同时间大鼠动脉血气分析(±s)

表3 不同时间大鼠动脉血气分析(±s)

组别 PaO2 mmHg PaCO2 mmHg SaO2%模型二组 4周 79.3±6.11) 40.5±4.31) 86.8±5.11)8周 72.5±5.71) 41.3±4.91) 83.9±4.91)12周 69.6±6.71) 42.7±5.91) 79.3±5.31)16周 60.4±5.91) 42.6±6.01) 73.8±5.31)20周 61.0±6.21) 43.2±6.81) 74.0±5.81)对照二组 4周 96.9±4.5 37.4±3.8 94.9±3.7 8周 97.4±3.6 37.1±3.7 94.5±2.5 12周 93.2±4.7 39.1±4.8 94.0±1.9 16周 89.9±4.5 38.5±4.7 93.1±2.5 20周 92.4±5.7 37.2±3.2 93.7±3.0脑血管病组 4周 62.7±6.92) 42.4±7.12) 75.0±6.42)8周 60.9±4.22) 43.0±3.92) 70.9±4.32)与同期对照二组比较,1)P＜0.05;与同期模型二组比较,2)P＜0.05

2.5 肺脑组织形态学 模型组大鼠肺标本取好后行HE染色观察,可见在肺泡腔、肺泡壁、支气管尤其是细支气管内、血管周围及脏层胸膜下有数量不等的煤尘和吞噬了煤尘的细胞聚集,随着实验时间的延长,逐渐可见到蓄积了煤尘的细支气管壁及肺泡壁增厚甚至互相衔接、汇合而形成煤尘纤维灶,到了实验后期(16W～20W)可在煤尘纤维灶周围看到煤尘灶所在的呼吸性细支气管膨大而形成小叶中央型肺气肿。在少数模型鼠和多数并发脑血管病的大鼠肺泡及细支气管、血管周围可见到程度不等的纤维组织增生。脑组织标本取好后行HE染色镜下观察,可见对照组大鼠双侧大脑组织层次分明,结构完整,神经元密度均匀,细胞形态正常,胞核居中且清楚,胞浆嗜碱性。而模型组大鼠可见到大脑组织层次结构欠清,神经元数量减少且密度不均,一些地方神经元表面皱缩,突起减少,体积缩小,胞质也浓缩,随着实验时间延长,后期可见到脑内开始出现散在的神经元明显缺失区,区内染色较淡,有时也可见到有裂解后的神经元小碎片残余。脑血管病组大鼠镜下能见到大小不等的梗死灶,灶中神经元明显减少,有些呈空泡状,胞质染色较淡,胞核固缩甚至碎裂、坏死、溶解,病灶周围有小胶质细胞增生。

3 讨 论

本实验中与对照组相比,模型组的 PaO2、SaO2均明显降低,呈现一个慢性缺氧的过程。慢性缺氧可以导致肾管周间质细胞大量分泌产生EPO,EPO通过作用于其靶细胞上的EPO受体而发挥作用,它不仅能刺激骨髓多能干细胞向红细胞系列转化,促进红系原始细胞的增殖、加速合成膜蛋白、细胞骨架,还可以缩短红细胞成熟时间,使骨髓中网织红细胞释放入血增加,并且可以刺激Hb的合成,最终导致外周血红细胞数量的增加。红细胞是悬浮于血浆中数量最多的固体颗粒,是血液流动阻力的重要成因,目前公认的理论表明:在切变率一定的条件下,HCT是全血黏度最大的影响因素。王世恒等[5]在对血黏度较高的人群随访中发现,高黏状态持续的时间越长,缺血性中风的年发病率越高,揭示出了血液流变学状态与脑血管病有某种程度的相关。本研究中脑血管病组与正常对照组相比,全血黏度与HCT有明显升高,从动物实验的角度证实了上述发现的可靠性。具体机制可以从以下几个方面作出解释:流体物理学观点表明,血管内血流量的多少与血黏度呈反比,血液黏稠度的升高势必会影响到微循环的灌注,从而增加缺血性脑血管病的发生风险;高切黏度增高,意味着红细胞变形性降低,红细胞变形能力的障碍可使红细胞不易通过原本能通过的微血管,从而导致血液黏度更加增高,微循环灌注出现障碍。崔萍等[6]研究认为,缺血性卒中急性期红细胞变形性显著下降;低切黏度增高,红细胞聚集性增强,而国外有研究指出[7],红细胞聚集性增强是体内血栓形成的危险因素之一。

[1] 肖柳春,杨海兵,李绍奎,等.957例煤工尘肺死亡病例回顾性调查分析[J].环境与职业医学,2005,22(5):432.

[2] 陈绍仪.煤矿尘肺[M].北京:煤炭工业出版社,1994:336-337.

[3] Bedurson JB,Pitts LH,T suji M,et al,Rat middle cerebral artery occlusion:Evaluation of the model and development of a neurologic examination[J].Stroke,1986,17(3):472-476.

[4] Turgut T,Kentaro T,Richard AD,et al.Delayed treatment with an adnenosine kinase inhibitor,GP683,attenuate infarct size in rats with temporary middle cerebral artery occlusion[J].Stroke,1998,29(9):1952-1958.

[5] 王世恒,马晓峰.高粘状态与脑梗塞发病率关系的六年随访报告[J].临床神经病学杂志,1994,7(2):115-116.

[6] 崔萍,杨露春.红细胞变形性的实验研究[J].中华神经精神科杂志,1992,25:229-231.

[7] Beamer N.Hypertension and diabetes mellitus as determinats of multiple lacunar infarcts[J].Cerebrovasc Disease,1997,7:144-146.