二氧化碳高暴露对SD雌性大鼠生育能力的影响

陈琪珍, 陈 雄, 田淑娜, 邱丽华

(上海交通大学附属仁济医院 妇产科, 上海, 200127)

二氧化碳高暴露对SD雌性大鼠生育能力的影响

陈琪珍, 陈 雄, 田淑娜, 邱丽华

(上海交通大学附属仁济医院 妇产科, 上海, 200127)

目的研究模拟腹腔镜手术室二氧化碳高暴露环境下SD雌大鼠受孕率、流产、存活仔鼠数量、身长、体质量、畸形率，同时监测大鼠血清性激素(E2、P、FSH、LH)、甲状腺功能(TSH、FT4)、超氧化物歧化酶(SOD)及丙二醛(MDA)水平。方法80只正常雌鼠进行分组，对照组40只雌鼠不做任何处理，实验组40只雌鼠给予二氧化碳暴露, 1个月后将2组雌鼠再进行分组，即对照组A、实验组A、对照组B、实验组B，每组20只。实验组A雌鼠及对照组A雌鼠均进行合笼，比较2组检栓数、受孕率、流产、存活仔鼠数量、身长、体质量、畸形率。比较对照组B雌鼠及实验组B雌鼠在不同环境下性激素、甲状腺功能及卵巢病理。结果观察对照组A与实验组A雌鼠在合笼后妊娠情况、检栓数、妊娠数、妊娠率、流产数及产仔数量, 2组动物以上指标并无显著差异(P>0.05)。对照组A与实验组A雌鼠产仔身长、体质量及畸形率也无显著差异(P>0.05)。二氧化碳高暴露的实验组B雌鼠血内雌二醇及孕激素水平显著低于对照组B雌鼠，同时实验组B雌鼠卵泡刺激素及促黄体生成素显著高于对照组B雌鼠(P<0.05)。2组动物模型体内血清促甲状腺素及游离甲状腺素无显著差异。实验组B雌鼠卵巢组织超氧化物歧化酶(SOD)稍低于对照组B雌鼠(P>0.05), 实验组B雌鼠卵巢丙二醛(MDA)含量显著高于对照组B雌鼠(P<0.05)。结论二氧化碳高暴露可显著影响雌鼠性激素水平及卵巢氧化应激指标，但对雌鼠妊娠及妊娠结局并无显著影响。

二氧化碳暴露; 雌性; 生育能力

二氧化碳(CO2)是人正常生理活动不可或缺的生理气体，但当其含量超过2 kPa(15 mmHg)时，对机体会产生毒性作用主要刺激人的呼吸中枢，称为高二氧化碳症，则属于有害气体[1-4]。腹腔镜手术中CO2气腹形成时间越长对卵巢功能及其储备功能影响越明显; 同时对妊娠期甲状腺激素也有影响[5]; CO2气腹时间延长会影响妊娠期性激素水平。手术过程中弥散的CO2气体势必造成手术间环境的空气污染[6], 另外高二氧化碳环境下医生疲倦严重度评分显著增加，危害医护人员身心健康[7-8]。目前还未有文献报道二氧化碳高暴露的职业女性是否存在女性激素紊乱、卵巢功能下降及生育功能下降。本研究探讨二氧化碳高暴露下SD雌大鼠各指标变化，现报告如下。

1 材料与方法

1.1 一般资料

本实验所需为50 d龄性成熟清洁级雌性SD大鼠80只，体质量210 g左右。80只成年雌鼠用0.5%品红液在鼠背标志随机分为试验组和对照组。清洁级雄性大鼠40只，体质量260 g左右，随机分为2组。均购于第二军医大学实验动物中心。动物自由取食，供水充足。动物房温度控制在(23±2) ℃, 12 h昼夜循环。

测定使用便携式红外线CO2分析仪(TY-9800A)参照《中华人民共和国室内空气质量标准》(GB/T 18883-2002)在本院妇科腹腔镜手术室内近术者布置3个点进行CO2浓度检测。纳入手术限定的为子宫肌瘤手术，手术时间每台2～4 h, 每组每周10台，测定2周; 纳入手术室均为万级层流手术间，面积30～40 m2, 室温22 ℃～26 ℃, 湿度66%～70%, 术前层流净化30 min, 采样高度距地面1.5 m, 测得3点数值取平均值。分别于手术开始30 min (T0)、手术开始1 h (T1)、手术开始2 h (T2)、手术结束时(T3)检测并记录手术室内CO2浓度。见表1。

表1 2组手术室不同时刻室内CO2浓度的比较 g/m3

与开腹组比较, *P<0.05; 与同组前一时间点比较, #P<0.05。

1.2 构建二氧化碳高暴露大鼠模型

CO2钢瓶置于实验室中，打开阀门，控制流量持续放气，模拟本院妇科腹腔镜手术室气体环境(监测平均值)，保持持室内CO2浓度为手术室CO2平均值(由CO2检测仪监测)，将试验组雌鼠置于CO2高暴露环境中6 h/d, 共1月。根据表1按腹腔手术室开始30 min、手术开始1 h、手术开始2 h、手术结束(3.5～6 h)4个阶段CO2浓度梯度设置大鼠CO2暴露浓度与时间。

1.3 实验步骤

对照组A: 雌鼠20只，常规空气饲养环境，时间1月。实验组A: 雌鼠20只，高二氧化碳暴露(模拟妇科腹腔镜手术室空气环境中二氧化碳浓度), 6 h/d, 共1月。对照组B: 雌鼠20只，常规空气饲养环境，时间1月。实验组B: 雌鼠20只，高二氧化碳暴露(模拟妇科腹腔镜手术室空气环境中二氧化碳浓度), 6 h/d, 共1月。

饲养1月后, A组以雌鼠1∶1比例与雄鼠晚8点合笼过夜。各组雌鼠于次日清晨8时检查阴道涂片，以涂片查到精子定为孕1 d。方法: 棉签用生理盐水浸润轻轻插入动物阴道内，稍转一下后抽出，将取得的阴道分泌物涂在玻片上，在显微镜下观察。镜下见精子的为妊娠第1天。确定为怀孕的雌鼠单独分笼喂养。妊娠时间共21～30 d。

对照组A孕鼠喂养至分娩，以此组受孕率、流产、存活仔鼠数量、身长、体质量、畸形率、产后2周死亡率为正常参考值。实验组A孕鼠继续CO2高暴露，直至分娩。分娩后母鼠与仔鼠于正常环境饲养并进行计数、21 d后称重并测量身长。

对照组B及实验组B均在饲养1月后取尾血采用ELISA法检测性激素(E2、P、FSH、LH)及甲状腺激素水平(TSH、FT4), 剖腹取卵巢组织，研磨后采用ELISA试剂盒在分光光度计下测定超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛 (MDA)含量。

1.4 统计学分析

应用SPSS 22.0软件进行统计分析。计量资料以均数±标准差表示，两组之间指标采用独立样本t检验判断有无差异性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 2组雌鼠合笼后妊娠情况比较

对照组A雌鼠检栓数12, 妊娠数11, 妊娠率91.67%, 流产数0, 产仔数量(9.62±1.47)只; 实验组A雌鼠检栓数11, 妊娠数9, 妊娠率81.82%, 流产数0, 产仔数量(8.84±1.68)只。

2.2 2组雌鼠产仔体重身长情况比较

对照组与二氧化碳高暴露组雌鼠产仔21 d后比较，对照组3.88%; 发现给予高二氧化碳环境的实验A组A仔鼠数量82只，身长(26.53±3.38) cm、体质量(143.21±0.17) g, 畸形率4.88%; 以上3个指标2组并无显著差异。

2.3 不同处理组雌鼠尾血雌激素及甲状腺激素水平检测

通过检测不同处理模式下的2组雌鼠血中雌二醇、孕激素、卵泡刺激素、促黄体生成素、血清促甲状腺素及游离甲状腺素发现给予高浓度二氧化碳的实验组大鼠血内雌二醇及孕激素水平显著低于对照组，同时实验组卵泡雌激素及促黄体生成素显著高于对照组。2组动物模型体内血清促甲状腺素及游离甲状腺素并未表现出显著差异。见表2。

2.4 不同处理组雌鼠卵巢氧化指标检测

通过检测卵巢组织氧化应激指标超氧化物歧化酶(SOD)及丙二醛(MDA)发现，实验组动物卵巢组织超氧化物歧化酶(SOD)为(24.26±2.73) U/mL, 稍低于对照组的(27.54±2.07) U/mL, 而实验组动物卵巢丙二醛(MDA)含量为(17.52±1.88) noml/mL, 显著高于对照组(13.64±1.32) noml/mL(P<0.05)。

表2 不同处理组雌鼠尾血雌激素及甲状腺激素水平检测

与对照组B比较, *P<0.05, **P<0.01。

3 讨 论

随着微创外科技术在临床上的应用越来越广泛，临床常重视了二氧化碳对患者机体的影响，而忽略了对医务工作者自身的影响。手术人员自我防护意识薄弱，为避免单极电刀、双极电刀、超声刀等都会产生烟雾水汽，影响手术视野，妨碍手术顺利进行[9]。绝大部分手术医生直接打开 Trocar 的阀门放出烟雾，烟雾与部分CO2被随之排出，同时手术结束时腹腔内以及气腹机内的余气排放过程也会造成手术室内CO2浓度增高[10-12]。弥散的CO2气体，势必造成手术间环境的空气污染，长期在这种废气污染的环境中工作，对手术室工作人员的身心健康带来不利的影响[13-15]。研究[16-17]证实，腔镜手术室内CO2浓度于手术30 min时升高，术中维持较高水平，于手术结束时达最高值约0.183%, 和开腹手术组相比，腔镜手术组人员手术后心率和呼吸频率明显增快、pH降低、p(CO2)升高，且疲倦严重度评分显著增加，因此腔镜手术造成的手术室内CO2污染危害医护人员身心健康。研究[18-19]显示气腹机在实际使用过程中，可以引起手术室CO2气体浓度升高，对于医护人员的生命体征产生影响，术后心率及血压较术前比较差异有统计学意义。持续高浓度的二氧化碳环境对女性生殖内分泌是否有不良影响，是否引起女性生育能力的下降是值得关注的。

Tang CS及Wan GH[20]报道手术里空气中二氧化碳及其他废气含量高，除了对医护人员身心造成伤害，因细菌浓度也相对较高，易导致患者感染。Hardt DJ等[21]2015年的研究成 果，关注潜艇封闭空气环境一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和低氧气(O2)对女性生殖和发育的风险、性周期变化及性激素浓度长期的潜在不良影响。同时，Hardt DJ等也关注了潜艇污染物的吸入毒性，研究中没有观察到大鼠潜在的神经行为、生殖和发育毒性; 没有观察到大鼠发情阶段、交配、妊娠或分娩并发症; 没有观察到大鼠或仔鼠相关的运动活动、探索行为及更高级的认知功能(学习和记忆)缺陷，亚急性暴露潜艇大气气体并不影响老鼠繁殖的能力，没有重大的不良健康影响。相对于潜艇密闭的高二氧化碳环境，故设计了本试验模拟腹腔镜手术室二氧化碳高暴露环境，通过观察对照组与实验组雌鼠在合笼后妊娠情况，检栓数、妊娠数、妊娠率、流产数及产仔数量发现高浓度二氧化碳对其妊娠统计学上无显著差异。对照组与二氧化碳高暴露组雌鼠产仔身长、体质量及畸形率虽不具备统计学意义，但的确有数量、体质量上的差异，考虑是否样本量不足，检验效能低。通过检测不同处理模式下的两组雌鼠血中雌二醇、孕激素、卵泡刺激素、促黄体生成素、血清促甲状腺素及游离甲状腺素发现给予高浓度二氧化碳的实验组大鼠血内雌二醇及孕激素水平显著低于对照组，同时实验组卵泡刺激素及促黄体生成素显著高于对照组，高二氧化碳暴露可紊乱雌激素的分泌与卵巢功能。为检验实验结果，拟对手术室女性工作人员进行相关研究以验证。两组动物模型体内血清促甲状腺素及游离甲状腺素并未表现出显著差异。通过检测卵巢组织氧化应激指标SOD及MDA发现实验组动物卵巢组织SOD稍低于对照组，但并未出现统计学差异，然而实验组动物卵巢MDA含量却显著高于对照组。

综上所述，腔镜手术造成手术室内CO2污染，危害医护人员身心健康，对女性生殖内分泌可能有潜在不良影响，临床应加强各类防范措施的使用，尽量减少女性医生二氧化碳的暴露。

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EffectofhighcarbondioxideexposureonfertilityofSDfemalerats

CHENQizhen,CHENXiong,TIANShuna,QIULihua

(DepartmentofGynecologyandObstetrics,RenjiHospitalAffiliatedtoShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai, 200000)

ObjectiveTo investigate the pregnancy rate, abortion rate, the number of surviving rats, the body mass and the deformity rate of SD female rats in the simulated laparoscopic operation room with high carbon dioxide exposure. Serum sex hormones (E2, P, FSH, LH) and thyroid function(TSH, FT4) were also monitored, superoxide dismutase(SOD) and malondialdehyde(MDA) were detected.MethodsA total of 80 normal female rats were divided into two groups, 40 rats in the control group conducted no measures and 40 in the experimental group were in high carbon dioxide exposure. One month later, female rats of two groups were divided into four groups, the control group A, the experimental group A, the control group B, the experimental group B. Female rats of A groups were all caged in one, the number of detected thrombus, the rate of conception, the number of abortion, the number of surviving mice, body length, body mass and deformity rate were compared between the two groups. Sex hormones, thyroid function and ovarian pathology under different environments in the control group B and the experimental group B were compared.ResultsThe pregnant condition, the number of thrombus, the number of pregnancy, the rate of pregnancy, the number and rate of abortion and the number of farrowing both in control A group and in experimental A group showed no significant difference (P>0.05). And there was no significant difference in size, weight and deformity rate between the control A group and experimental A group (P>0.05). Estradiol and progesterone levels in experimental B group in high concentration of carbon dioxide were significantly lower, and follicle stimulating hormone and luteinizing hormone were significantly higher than that of the control B group (P<0.05). However, serum thyrotropin and free thyroxine in vivo of animal model in two groups showed no significant difference. The superoxide dismutase(SOD) in the ovary of the experimental B group was slightly lower, and malondialdehyde(MDA) was significantly higher than that in the control B group(P<0.05).ConclusionHigh carbon dioxide exposure can significantly affect the levels of sex hormones and ovarian oxidative stress, but have no significant effect on pregnancy outcomes.

carbon dioxide exposure; female; fertility

2017-07-07

上海市宝山区科学技术委员会科技创新专项资金项目(16-E-2)

邱丽华

R 321.1

A

1672-2353(2017)23-060-04

10.7619/jcmp.201723018