模拟高原环境导致的低碳酸血症对家兔肺动脉压力的影响

王超平 高 芬 赵云峰

急性高原反应患者存在低氧血症，动脉血氧分压降低，刺激颈动脉体和主动脉体的化学感受器，反射性的引起呼吸加深加快，从而使肺泡通气量代偿性的显著增加，PaCO2降低，出现呼吸性碱中毒。低氧环境，氧与血红蛋白结合减少，加之释氧量增加，使血液中偏碱性的脱氧血红蛋白增多，使血液的pH值增高。同时，由于PaCO2分压降低，CO2对呼吸中枢的刺激作用减弱，造成睡眠时周期性呼吸和呼吸暂停，导致睡眠时低氧血症，进一步加重了缺氧[1]，从而导致多种高原病的发生。在高原地区由于呼吸增强排出过多CO2，产生低碳酸血症往往是高原病的发病因素之一。低氧可引起血管内皮细胞损伤，血管内皮合成和分泌的各种血管舒张因子平衡失调，导致早期的肺血管收缩(hypoxic pulmonary vasoconstriction, HPV) 以及后期的肺血管重建(hypoxic pulmonary vascular remodeling, HPSR)。HPSR是低氧性肺动脉高压的重要病理基础[2]，目前，国内外肺动脉高压研究均为低氧所致肺动脉高压，罕见低碳酸血症对肺循环压力影响的报道资料，但有文献报道雌激素对肺动脉压力有一定的影响[3]。本研究以健康雄性家兔为实验对象，旨在观察模拟高原环境过度通气所致低碳酸血症对家兔肺动脉压的影响

材料与方法

一、试剂和材料

试剂和材料： ① 健康雄性清洁级家兔10只，兔龄6～7个月，体重2.2±0.3 kg(种属为青紫蓝 由兰州大学医学院实验动物中心提供)； ②SNIBE MAGLUMI 2000 PLUS全自动化学发光免疫分析系统(深圳新产业公司) ；③血管紧张素II(AngII)测定试剂盒(深圳市新产业生物医学工程有限公司)；④BL-820生物机能实验系统(成都泰萌科技有限公司)；⑤HX-300动物呼吸机(成都泰萌科技有限公司)；⑥MEDICA血气分析仪(美国MEDICA公司)。

二、实验方法

1.动物试验步骤：所有家兔用20% 乌拉坦3～4 ml/kg行耳缘静脉穿刺注射麻醉。麻醉成功后将家兔固定于手术台上，气管插管，并行颈外静脉插管至肺动脉，BL-820生物机能实验系统监测肺动脉压；所有家兔自主呼吸15 min做为空白对照(A阶段)；接HX-300动物呼吸机行机械通气15 min(B阶段)，氧浓度为21%，呼吸机参数设置(潮气量5～8 ml/kg，频率45～55次/min，吸呼比：1︰2)。低碳酸血症造模呼吸机的参数(潮气量8～10 ml/kg，频率75～85次/min，吸呼比：1︰2～2.5),各阶段持续时间为20 min。轻度低碳酸血症(C阶段，动脉血气分析PaCO225～35 mmHg， pH>7.45)，中度低碳酸血症(D阶段，血气分析PaCO215～25 mmHg， pH>7.50)，重度低碳酸血症(E阶段，血气分析PaCO2<15 mmHg， pH>7.55)[4-6]。

2.血液标本采集及血清AngⅡ测定：机械通气时间达到上述水平后分别抽取家兔耳缘静脉血，EDTA抗凝。将所采取的兔血标本以离心半径8 cm，3000 r/min，离心15 min，分离血清，血清存于-80 ℃冰箱保存。血清AngⅡ测定严格按照试剂盒说明进行操作。

3.肺动脉平均压力的测定：麻醉生效后，钝性分离颈外静脉，用自制的硅胶管沿颈外静脉至右心房、右心室、肺动脉。根据波形变化确定插管到达的正确位置，测定肺动脉收缩压(pulmonary artery systolic pressure, sPAP)和肺动脉舒张压(diastolic pulmonary artery pressure, dPAP)，并计算出肺动脉平均压(mean pulmonary artery pressure, mPAP)。

三、统计学方法

结 果

一、空白对照、无低碳酸血症、低碳酸血症各阶段动脉血气结果的比较

结果显示：①家兔pH、PaCO2、PaO2在A阶段至B阶段，差异无统计学意义(P均>0.05)。C阶段至E阶段，随着低碳酸血症的加重，pH由(7.47±0.03)升至(7.58±0.03)，PaCO2由(30.10±2.88 mmHg)降至(11.40±2.07 mmHg)，PaO2由(85.00±4.14 mmHg)升至(93.20±3.49 mmHg)，差异均有统计学意义(P均<0.05)；②A阶段至C阶段，家兔MPAP之间的差异无统计学意义(P均>0.05)。C阶段至E阶段，随着低碳酸血症的加重，MPAP由(15.15±0.78 mmHg)降至(12.76±0.42 mmHg)，差异有统计学意义(P<0.05)。

二、AngⅡ变化情况A阶段至C阶段，家兔血清AngⅡ变化不明显，差异无统计学意义(P>0.05)。C阶段至E阶段，随着低碳酸血症的加重，血清AngⅡ由(83.08±6.74 pg/ml)降至(62.84±6.20 pg/ml)，差异有统计学意义(P<0.05)，见表1。

讨 论

高原肺动脉高压主要机制为缺氧导致肺血管收缩，血流阻力增大，从而引起肺动脉压升高。

本实验表明，轻度低碳酸血症阶段至重度低碳酸血症阶段，随着机械通气呼吸频率的增加和吸呼比的改变，低碳酸血症进行性加重，pH值由(7.47±0.03)升至(7.58±0.03)，PaCO2由(30.1±2.88 mmHg)降至(11.40±2.07 mmHg)，PaO2由(85.00±4.14 mmHg)升至(93.20±3.49 mmHg)，差异均有统计学意义。在吸入氧浓度不变的情况下，随PaCO2的下降，PaO2却在升高，考虑其机制可能为过度通气能使更多的新鲜空气进入肺泡，从而提高肺泡腔的PaO2，改善高原环境导致的机体缺氧。通过过度通气能把原来未参与换气的肺泡调动起来，以增大呼吸面积，提高氧的弥散。另外，血液碱性环境下血红蛋白在肺部结合氧能力增加，而在组织中血红蛋白释氧相应减少。

表1 家兔实验各阶段动脉血气结果比较及AngⅡ变化

注：a与A阶段比较，P<0.05 ；b与B阶段比较，P<0.05；c与C阶段比较，P<0.05；d与D阶段比较，P<0.05

本实验发现轻度低碳酸血症阶段至重度低碳酸血症阶段，随着低碳酸血症的加重，mPAP逐渐降低，中度、重度低碳酸血症能导致肺动脉压力降低，原因可能与前列腺环素(prostacyclin, PGI2)有关。Nishio等[7]研究人类肺动脉内皮细胞的实验认为，CO2相关的pH改变影响PGI2的产生，PGI2是由内皮细胞依赖Ca2+浓度而产生的舒张性血管活性类前列腺素，碱中毒时细胞外Ca2+内流增加，PGI2的产生显著增加，因而肺血管舒张，肺动脉压力降低。

AngⅡ是肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosterone system, RAS)中最重要的活性成分，在体内有多种重要的功能，它作用于心脏、血管平滑肌、肾脏和肾上腺等组织的AngⅡ受体，导致血管收缩、醛固酮释放、水钠潴留、平滑肌增生等[8]。血液循环内的AngⅡ主要在肺内产生，AngⅠ在肺内血管经张素转换酶(angiotensin converting enzyme, ACE)作用下形成具有增压作用更强的AngⅡ。而且肺循环是体内唯一不使AngⅡ灭活的血管床，肺循环流出的血液中AngⅡ的含量最高[9]。当机体处于低氧状态时，ACE活性增强，引起肺小动脉收缩，形成低氧性肺动脉高压(hypoxic pulmonary hypertension, HPH)，是急、慢性高原病的发生机制之一[10]。

血管局部RAS也产生AngⅡ，并以自分泌方式作用于血管平滑肌细胞或经过旁分泌方式影响内皮细胞的功能。缺氧可促进AngⅡ的释放，导致肺血管收缩反应增强。AngⅡ除直接作用于肺血管外，还通过刺激肾上腺能神经末梢增加去甲肾上腺素的释放，间接调节肺血管张力[11]。研究发现在体外实验中，AngⅡ能引起肺血管平滑肌钙离子内流和血管收缩[12]。本实验结果提示，轻度低碳酸血症阶段至重度低碳酸血症阶段，随着低碳酸血症的加重，血清AngⅡ由(80.21±7.91 pg/ml)降至(65.84±6.19 pg/ml)，差异具有统计学意义。

综上所述，本实验模拟高原环境导致的低碳酸血症，研究不同程度的低碳酸血症对家兔平均肺动脉压力及血清AngⅡ的水平的关系。结果显示：中重度的低碳酸血症对肺循环的影响较大，使平均肺动脉压力下降，对高原低氧导致的肺动脉压力升高可能有一定的拮抗作用，血清AngⅡ水平随着MPAP的下降而降低，从而可能使高原低氧导致肺血管收缩作用减弱。

参 考 文 献

1 高钰琪, 主编. 高原病理生理学[M]. 北京: 人民卫生出版社, 2006: 157-160.

2 崔建华. 缺氧性肺动脉高压的研究进展[J]. 西北国防医学杂志, 2013, 34(3): 251-255.

3 孙思庆, 林 勇, 朱晓莉, 等. 雌激素及其受体对低氧性肺血管重建的作用[J]. 中国病理生理杂志, 2007, 23(1): 76-80.

4 Yundt KD, Diringer MN. The use of hyper-ventilation and its impact on cerebral ischemia in the treatment of traumatic brain injury[J]. Crit Care Clin, 1997, 13(1): 163-184.

5 Allen CH, Ward JD. An evidence- based approach to management of increased intracranial pressure [J]. Crit Care Clin, 1998, 14(3): 485-495.

6 Marion DW, Spiegel TP. Changes in the management of severe traumatic brain injury: 1991-1997[J]. Crit Care Med, 2000, 28(1): 16-18.

7 Nishio K, Suzuki Y, Takeshita K, et al. Effects of hypercapnia and hypocapnia on [Ca2+]i mobilization in human pulmonary artery endothelial cells[J]. J Appl Physiol, 2001, 90(6)：2094-2100.

8 冉海红, 张 然. 肾素-血管紧张素系统通过氧化应激机制参与血管反应性的调节[J]. 生理科学进展, 2011, 42(2): 117-120.

9 Veerappan A, Reid AC, Estephan R, et al. Mast cell renin and a local renin angiotensin system in the airway role in Bronchial obstruction[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2008, 105(4): 1315-1320.

10 刘世明, 余满堂, 吴天一. 青海汉族人群ACE基因多态性频率的研究[J]. 高原医学杂志, 2009, 19(3): 30.

11 王 媛, 杨俊玲. 血管紧张素Ⅱ在肺部疾病中的作用[J/CD]. 中华哮喘杂志：电子版, 2013, 7(4): 289-292.

12 Stenmark KR, McMutry IF. Vascular remodeling verus vasoconstriction in chronic hypoxic pulmonary hypertention: A time for veapprasisal? [J]. Circ Res, 2005, 97(2): 95-98.