李愈嫻， 劉鳳云， 胡 琳， 劉世明， 吳天一

(科技部省部共建高原醫(yī)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 青海高原醫(yī)學(xué)科學(xué)研究院， 西寧 810012)

高原慢性低氧對土生牦牛與遷飼黃牛腎功能影響的比較*

李愈嫻， 劉鳳云， 胡 琳， 劉世明， 吳天一△

(科技部省部共建高原醫(yī)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 青海高原醫(yī)學(xué)科學(xué)研究院， 西寧 810012)

目的：探討長期慢性高原暴露對高原土生牦牛(yak)、高山遷飼黃牛(migrated cattle)和低海拔黃牛(lowland cattle)腎功能的影響，探究牦牛和高山遷飼黃牛適應(yīng)和習(xí)服高原的不同特征及差異。方法：采集青海不同地區(qū)的牦牛血樣，按海拔高度分為3 000 m，3 500 m，4 000 m和4 300 m四個(gè)組(n=84)，同時(shí)采集高山遷飼黃牛(n=22)及低海拔黃牛(n=39)血液，利用全自動(dòng)血液生化分析儀測定尿素氮(BUN)、肌酐(Cr)、尿素氮/肌酐(BUN/Cr)、尿酸(UA)、二氧化碳結(jié)合率(CO2cp)、葡萄糖(GLU)水平，分析不同海拔高度的牦牛之間及牦牛、高山遷飼黃牛和低海拔黃牛之間的差異。結(jié)果：隨著海拔的升高，土生牦牛UA、CO2cp兩項(xiàng)升高較顯著，與黃牛相比，BUN、BUN/Cr顯著高于高山遷飼黃牛和低海拔黃牛， CO2cp、GLU顯著低于低海拔黃牛。低海拔黃牛和高山遷飼黃牛相比，BUN、BUN/Cr顯著低于高山遷飼黃牛，UA、CO2cp顯著高于高山遷飼黃牛。結(jié)論：土生牦牛對于高原低氧環(huán)境有很強(qiáng)的適應(yīng)能力；高山遷飼黃牛表現(xiàn)出對低氧的不適應(yīng)性，處于對低氧的應(yīng)激狀態(tài)。

慢性低氧；牦牛；黃牛；腎功能

低氧是影響動(dòng)物高原環(huán)境生存的最重要的生態(tài)因子，在長期的進(jìn)化過程中，高原土著動(dòng)物形成了一套它們獨(dú)特的機(jī)制來適應(yīng)高原低氧環(huán)境。高原低氧會對呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、血液循環(huán)系統(tǒng)及腎臟功能產(chǎn)生一系列影響[1]。資料顯示，急性低壓低氧對大鼠腎功能和腎臟結(jié)構(gòu)有損害[2]。缺氧引起腎小管細(xì)胞損傷的機(jī)制主要是通過影響能量代謝和膜轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)功能變化、自由基增多、腎小管細(xì)胞內(nèi)損傷性酶釋放及細(xì)胞骨架的損傷等產(chǎn)生的。黃牛(cattle)是平原土生動(dòng)物，遷飼高原后對低氧十分易感，難以生存在海拔3 000 m 以上[3]。本組課題很早已經(jīng)觀察到黃牛在高原易患肺動(dòng)脈高壓進(jìn)而導(dǎo)致右心衰竭，稱為胸檔病(brisket disease)。而牦牛(yak)作為典型的高原土生動(dòng)物，可以生存于海拔5 000 m 以上[4]，其對高海拔低氧環(huán)境的良好適應(yīng)性已引起國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，目前已見一些涉及牦牛血液學(xué)的研究報(bào)道，但低氧對其腎功能的影響如何，與高山遷飼黃牛和低海拔黃牛有何差異，未見報(bào)道。因此，本實(shí)驗(yàn)對腎功能水平進(jìn)行測定，并將牦牛(yak)與高山遷飼黃牛(migrated cattle)和低海拔黃牛(lowland cattle)進(jìn)行比較研究，來探討牦牛和高山遷飼黃牛適應(yīng)和習(xí)服高原的不同特征和差異性，以期豐富高原牦牛與高原低氧適應(yīng)性關(guān)系方面的資料，為高原醫(yī)學(xué)提供更詳盡的血液學(xué)研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物與分組

牦牛組：按海拔高度不同分為低海拔3 000 m(n=13)、高海拔3 500 m(n=22)、極高海拔4 000 m(n=41)及4 300 m(n=8)組，合稱牦牛組(yak)，樣本總量84例。 除3 000 m組為低海拔組外，其余三組為高海拔組；高山遷飼黃牛組(migrated cattle)：為70年代末從山東引進(jìn)的西門塔爾牛與當(dāng)?shù)攸S牛的雜交品種，遷飼地海拔2 500 m(n=22)；低海拔黃牛組(lowland cattle)：為甘肅省平?jīng)鍪挟?dāng)?shù)厍卮ㄅ?，飼養(yǎng)地海拔1 300 m(n=39)。

1.2 檢測方法與指標(biāo)

牦牛頸動(dòng)脈放血處死時(shí)收集血液，置于肝素抗凝管中于3 000 r/min離心10 min后吸出上清液，利用全自動(dòng)血液生化分析儀進(jìn)行尿素氮(blood urea nitrogen, BUN)、肌酐(creatinine, Cr)、尿素氮/肌酐(blood urea nitrogen/creatinine, BUN/Cr)、尿酸(uric acid, UA)、二氧化碳結(jié)合率(carbon dioxide binding rate, CO2cp)、葡萄糖(glucose, GLU)水平的測定，儀器型號OLYMPUS AU2700。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 不同海拔時(shí)高山土生牦牛腎功能指標(biāo)的比較

與較低海拔(3 000 m)牦牛相比，3 500 m、4 000 m及4 300 m組牦牛血清UA、CO2cp、兩項(xiàng)升高較顯著(P<0.01)，Cr下降較顯著(P<0.01)，GLU體現(xiàn)顯著性差異(P<0.01)，而BUN、BUN/Cr在不同海拔牦牛血清中差異無顯著性。其中UA：3 000 m組的顯著低于其余各組(P<0.05,P<0.01)，3 500 m組顯著低于4000 m組(P<0.01)；Cr：3 000 m組的顯著高于其余各組(P<0.01)；CO2cp：3 000 m組的顯著低于3 500 m、4 300 m組(P<0.01)，4 000 m組顯著低于3 500 m、4 300 m組(P<0.05,P<0.01)；GLU：3 000 m組與3 500 m組無顯著性差異，顯著高于4 000 m組(P<0.01)低于4 300 m組(P<0.01)，3 500 m組顯著高于4 000 m組(P<0.05)低于4 300 m組(P<0.01)，4 300 m組最高，與其余三組有顯著性差異(P<0.01, 表1)。結(jié)果表明，隨著海拔的升高，UA、CO2cp和GLU呈上升趨勢，而Crea水平處于下降的過程。

Tab. 1 The measured values of yak renal function indicators at different altitude(±s)

BUN: Blood urea nitrogen; Cr: Creatinine; BUN/Cr: Blood urea nitrogen/creatinine; UA: Uric acid; CO2cp: Carbon dioxide binding rate; GLU: Glucose

*P<0.05,**P<0.01vs3 000 m group;?##P<0.01vs3 500 m group;?△△P<0.01vs4 000 m group

2.2 高山土生牦牛與高山遷飼黃牛、低海拔黃牛腎功能六項(xiàng)指標(biāo)測定比較

牦牛組與黃牛組相比，牦牛組Cr、CO2cp、GLU顯著低于低海拔黃牛組；BUN、BUN/Cr顯著高于高山遷飼黃牛組和低海拔黃牛組(P<0.01)；UA含量高于高山遷飼黃牛組(P<0.01)；與低海拔組黃牛組相比，差異無顯著性。低海拔黃牛組和高山遷飼黃牛組相比，BUN、BUN/Cr顯著低于高山遷飼黃牛組(P<0.01)，UA、CO2cp含量顯著高于高山遷飼黃牛組(P<0.01，表2)。結(jié)果表明，高山遷飼黃牛與牦牛相較，BUN、BUN/Cr、UA具有顯著性差異，而高山遷飼黃牛與低海拔黃牛在BUN、BUN/Cr、CO2cp水平的差異，一方面是種系的因素，另一方面是高山遷飼黃牛表現(xiàn)出對低氧的不適應(yīng)性，處于對低氧的應(yīng)激狀態(tài)。

Tab. 2 The measured values of yak and cattle renal function indicators(±s)

BUN: Blood urea nitrogen; Crea: Creatinine; BUN/Cr: Blood urea nitrogen/creatinine; UA: Uric acid; CO2cp: Carbon dioxide binding rate; GLU: Glucose

**P<0.01vsyak;?##P<0.01vsmigrated cattle

3 討論

進(jìn)入高原后，缺氧可引起人體各系統(tǒng)機(jī)能一系列應(yīng)激性變化，從而導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生暫時(shí)性功能紊亂。腎臟是重要的代謝器官，具有利尿、調(diào)節(jié)酸堿平衡及產(chǎn)生紅細(xì)胞生成素(erythropoietin, EPO)等作用，在機(jī)體對高原低氧習(xí)服-適應(yīng)的整體過程具有重要作用。有報(bào)道表明：改變氧利用率和/或供應(yīng)可能導(dǎo)致腎臟功能障礙[5]，表現(xiàn)為腎血流量及有效腎血漿流量(ERFE)減少，腎血管球?yàn)V過率減低，引起體內(nèi)水潴留、尿素氮、肌酐等濾出增加，高原嚴(yán)重低氧還可造成腎小管的損傷進(jìn)而引起高原蛋白尿。長期慢性低氧對腎功能的不利影響顯著，眾多的研究表明：在低氧環(huán)境下，腎小球?yàn)V過率降低，機(jī)體尿酸排泄減少，同時(shí)低氧使體內(nèi)血乳酸濃度增高，可競爭性抑制血尿酸的排泄，最終導(dǎo)致高尿酸血癥[6]。高原健康人和慢性高原病患者尿微量蛋白排泄量隨海拔升高而增多[7]，慢性低氧引起紅細(xì)胞增多使高原蛋白尿的發(fā)生率更高。

長期慢性低氧對牦牛腎功能有何影響，其與高山遷飼黃牛和低海拔黃牛相比有何差異？從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，尿素氮可反映體內(nèi)蛋白質(zhì)的分解代謝和腎臟的排泄功能[8]，尿素氮水平隨海拔升高稍有降低，可能是機(jī)體對高原缺氧環(huán)境的逐漸習(xí)服過程[9]。隨著海拔的增加，尿素氮、尿素氮/肌酐比值在各個(gè)海拔組之間無顯著性差異。尿素氮/肌酐比保持穩(wěn)定，說明牦牛肝臟及腎臟的發(fā)育良好，其腎臟對小分子蛋白的濾過能力并無顯著性改變，體現(xiàn)出牦牛對于高原低氧很強(qiáng)的適應(yīng)能力。遷飼黃牛與低海拔黃牛相比，尿素氮、尿素氮/肌酐比有顯著性差異，這可能是遷飼黃牛習(xí)服高原的一種表現(xiàn)。肌酐是人體肌肉代謝的產(chǎn)物，可通過腎小球?yàn)V過，在腎小管內(nèi)很少吸收。不同海拔的四組比較有顯著性差異，隨著海拔的升高呈下降的趨勢，并沒有因海拔的不斷升高造成明顯的腎臟損傷，體現(xiàn)牦牛對高海拔較強(qiáng)的適應(yīng)能力。高山遷飼黃牛和低海拔黃牛與牦牛相比有顯著性差異，當(dāng)腎臟損傷時(shí)，其排泄廢物功能有所下降，就造成了肌酐等毒素在體內(nèi)的聚集，從而出現(xiàn)肌酐水平升高的現(xiàn)象，這是高山遷飼黃牛更好的適應(yīng)高原低氧環(huán)境體現(xiàn)出的應(yīng)激性。血尿酸也是反映腎功能狀態(tài)的重要指標(biāo)，3 500 m組及3 500 m以上海拔的牦牛組血尿酸含量顯著高于3 000 m組，并有明顯的隨海拔增高而增高的趨勢，說明在高海拔隨著低氧程度的加深，牦牛腎小球?yàn)V過尿酸的能力降低，另外高原低氧繼發(fā)紅細(xì)胞增生及破壞增多也會引起血尿酸升高[10]，但與低海拔黃牛血尿酸含量并沒有顯著性差異，說明牦牛腎小管功能的改變是代償性的，是其適應(yīng)高原的體現(xiàn)。

在高原環(huán)境下高通氣發(fā)生呼吸性堿中毒或代謝性酸中毒可吸收重碳酸鹽(bicarbonate)或氯化胺(ammonium)以維持pH的穩(wěn)定[11]。二氧化碳結(jié)合率是反映體內(nèi)酸堿平衡的指標(biāo)，隨著海拔的升高，腎臟缺氧加重，導(dǎo)致無氧代謝增強(qiáng)。在更高海拔，腎臟對呼吸性堿中毒的代償作用減低，血液重碳酸鹽的排出減少、血二氧化碳分壓(P2CO2)增高，血pH明顯偏堿。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明牦牛和高山遷飼黃牛血液的CO2結(jié)合率顯著低于低海拔黃牛，這可能是遷飼黃牛對高原習(xí)服和牦牛對高原適應(yīng)的共同表現(xiàn)。在低氧應(yīng)激狀態(tài)下，機(jī)體基礎(chǔ)代謝率增加，糖作為主要的能源物質(zhì)被優(yōu)先利用，在高海拔時(shí)牦牛血液內(nèi)葡萄糖含量顯著上升，這與文獻(xiàn)中所報(bào)道的動(dòng)物血糖水平隨著海拔升高而升高的結(jié)果相一致，同時(shí)也表明高海拔時(shí)葡萄糖含量的升高可以更好地滿足機(jī)體對能量的需要，是慢性低氧過程中所體現(xiàn)出的代謝性適應(yīng)[12]。

動(dòng)物的血液生化指標(biāo)既能代表該動(dòng)物類群的區(qū)域適應(yīng)能力，又能反映動(dòng)物的種質(zhì)特征[13]。本文從腎功能水平來探討高原低氧環(huán)境對牦牛及高山遷飼黃牛的影響。牦牛作為一個(gè)獨(dú)特的生態(tài)類群，對高原低氧環(huán)境具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，在空氣稀薄、牧草生長期短、寒冷的惡劣環(huán)境下生活自如，繁衍后代，是當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)經(jīng)濟(jì)中不可缺少的畜種[14]。高山遷飼黃牛在低氧環(huán)境下體現(xiàn)出一定的不適應(yīng)性，處于對低氧的應(yīng)激狀態(tài)，以此調(diào)節(jié)自身的生理行為來適應(yīng)環(huán)境的變化，正逐步習(xí)服于高原低氧環(huán)境。

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Comparative study of high altitude chronic hypoxia on renal function in yak and migrated cattle on Qinghai-Tibetan plateau

LI Yu-xian, LIU Feng-yun, HU Lin, LIU Shi-ming, WU Tian-yi△

(National Key Laboratory of High Altitude Medicine, Ministry of Sciences and Technology, PRC, Qinghai High Altitude Medical Research Institute, Xining 810012, China)

Objective: To investigate the difference of renal function among yak, migrated cattle on Qinghai-tibetan plateau and lowland cattle, and to further explore the characteristics of renal to adapt chronic hypoxia. Methods: The serum samples of yak(n=84) were collected at 3 000 m，3 500 m，4 000 m and 4 300 m respectively，meanwhile the serum samples of migrated cattle on plateau (n=22) and lowland cattle (n=39) were also collected．The levels of blood urea nitrogen(BUN), creatinine(Crea), blood urea nitrogen/creatinine(BUN/Cr), uric acid(UA), carbon dioxide binding rate(CO2cp), glucose(GLU) in serum were measured by using fully automatic blood biochemical analyzer. We analysed the differences among the above renal functions. Results: With the altitude increased, the results showed the levels of UA and CO2cp of yak were increased significantly, as compared to cattle, the levels of BUN and BUN/Cr were increased significantly compared with migrated cattle on plateau and lowland cattle, the levels of CO2cp and GLU were decreased significantly compared with lowland cattle. As compared to migrated cattle on plateau, the levels of BUN and BUN/Cr of lowland cattle were decreased significantly, the levels of UA and CO2cp were increased significantly. Conclusion: The results indicated that the yak were adapted to the plateau hypoxia environment and migrated cattle maybe not adapt to the low oxygen environment, they were under the stress situation.

chronic hypoxia; yak; migrated cattle; renal function

科技部973前期資助項(xiàng)目(2012CB722506)；科技部973資助項(xiàng)目(2012CB518202)

2015-11-01

2016-05-25

Q494

A

1000-6834(2016)05-440-04

10.13459/j.cnki.cjap.2016.05.014

△【通訊作者】Tel: 0971-6250870； E-mail: wutianyiqh@hotmail.com