張勤文，俞紅賢，李　莉，荊海霞，魏　青，王志強，張晶晶

（青海大學農牧學院動物醫(yī)學系，青海 西寧 810016）

成年大通牦牛肺血管低氧適應的組織學特點

張勤文，俞紅賢，李莉，荊海霞，魏青，王志強，張晶晶

（青海大學農牧學院動物醫(yī)學系，青海 西寧 810016）

為了闡明大通牦牛肺細小動脈對高原低氧環(huán)境適應的組織學特點，選取不同海拔地區(qū)成年大通牦牛作為研究對象，并以平原黃牛做對照，運用光鏡技術和透射電鏡技術研究了肺細小動脈中的平滑肌含量和肺氣-血屏障結構。結果表明，隨著海拔的升高，成年大通牦牛肺中直徑大于100 μm的細小動脈平滑肌含量逐漸增加，差異顯著（P＜0.05），直徑小于50 μm的細小動脈平滑肌含量逐漸減少，差異極顯著（P＜0.01）；大通牦牛肺氣-血屏障的算術平均厚度明顯比平原黃牛肺氣-血屏障的算術平均厚度要薄，差異極顯著（P＜0.01）。大通牦牛肺臟的這種結構特點，是其能適應高原低氧環(huán)境的組織學基礎。

大通牦牛；平原黃牛；肺血管；低氧適應

低氧是青藏高原的主要特征之一，氧分壓隨著海拔的升高逐漸下降，在海拔3 000 m和5 000 m時，大氣中的氧含量分別僅為海平面地區(qū)的73%和53%，動物在這種低氧環(huán)境中為了高效的利用氧氣，必須動員體內的各種適應機制，從而產生機體功能和結構的一系列改變。平原人和動物進入高原后，其進入高原的速度、所處的海拔高度和動物品種是影響這種改變的重要因素，一般來說，急進高原、所處海拔越高、這種反應越強烈。長期的代償性變化會導致機體結構的變化，主要表現為肺動脈高壓和右心肥厚，從而發(fā)生高原性心臟病和“獸胸病”，而引起肺動脈高壓的組織學改變主要表現為肺血管的平滑肌含量顯著增加。而高原世居生物，能夠很好的適應高原低氧環(huán)境，并可以通過遺傳將這種適應性傳遞給下一代。

近年來，已有大量學者對高原土生動物的低氧適應機制進行了大量研究，但不同學者研究動物肺血管對低氧的適應有不同的見解，普遍得到認可的觀點［1］認為：動物為了適應高原低氧環(huán)境，肺動脈血管的平滑肌含量會顯著增加，從而形成肺動脈高壓，而其研究認為牛屬于低氧敏感動物。有學者研究［2］證實，平原牛急進高原后，低氧會刺激肺小動脈壁的平滑肌明顯增加，導致肺動脈壁明顯增厚。而研究顯示，牦牛的肺小動脈壁只有一層極薄的彈性層結構，并無平滑肌成分［2-4］，或平滑肌含量較少［5］，即低氧不會導致高原牦牛的肺血管平滑肌含量增多。但近幾年有學者指出［6］，成年牦牛肺動脈管壁中平滑肌的含量較為豐富，且肺動脈大多為肌性動脈。因此，牦牛肺動脈組織結構與高原低氧關系的研究尚有較大分歧。因此，本研究選取不同海拔高度牦牛作為研究對象，對其肺血管結構進行比較，旨在闡明高原牦牛肺血管隨海拔升高對高原低氧環(huán)境適應的結構學特點及適應機制，研究其是否存在高原低氧環(huán)境適應的獨特性。進一步為高原醫(yī)學研究提供理論依據。

1　材料與方法

1.1材料選取青海大通種牛場兩個海拔高度（海拔3 200 m、3 700 m）臨床健康的“大通牦?！弊鳛檠芯繉ο?，并選取山東萊蕪地區(qū)（海拔500 m）平原黃牛作對照，試驗動物各5頭，不計性別。

1.2方法

1.2.1取材及樣品處理試驗動物在放牧地屠宰，并立即取材，所有動物均于右肺膈葉取1 cm× 2 cm大組織塊，經4%多聚甲醛固定后，常規(guī)方法包埋，4 μm間隔連續(xù)切片后H.E.染色。

另取1 mm3肺組織塊經2.5%戊二醛固定后經二次處理包埋，70 nm超薄切片，鈾鉛雙重染色。

1.2.2觀察和測量每例標本選5張組織切片，Olympus BX51顯微鏡下觀察，Olympus DP 70圖像采集系統(tǒng)取圖，用Image-Pro Plus 6.0 Chinese圖像分析系統(tǒng)（德國）直接測量肺細小動脈的外徑及其中膜肌層厚度。為了保證數據的準確性，只測量完全橫切的血管。在每個血管橫切面上，畫經過血管中點的十字交叉線，分別測量2個血管外徑（D）和4個中膜肌層厚度（t），取平均值，按公式2t/D×100%計算微動脈中膜肌層占其外徑的百分比，測得的數據做統(tǒng)計學處理。

透射電鏡樣品在JEM-2000EX透射電鏡（日本）觀察并拍照。觀察肺氣血屏障的組成及肺上皮細胞形態(tài)及連接方式，肺泡壁I型扁平上皮和II型立方上皮的結構及連接。觀察并參照鄭富盛［8］的形態(tài)測量學方法測量和計算氣血屏障的算術平均厚度，并對所測數據做統(tǒng)計學處理。

2　結果與分析

2.1大通牦牛與平原黃牛肺血管中膜厚度占血管直徑的比由表1和圖1可知：直徑大于100 μm肺細小動脈，表現為隨著海拔的增加，血管中膜厚度占血管直徑的比逐漸增大，各組數據兩兩相比差異顯著（P＜0.05）；而直徑小于50 μm血管中膜占血管直徑的比值，表現為隨著海拔的增高，血管中膜厚度占血管直徑的比逐漸降低，各組數據兩兩相比差異極顯著（P＜0.01）。而直徑介于50 μm～100 μm的血管兩兩相比差異不顯著（P＞0.05）。

2.2大通牦牛與平原黃牛肺氣-血屏障比較大通牦牛和平原黃牛的肺泡壁均由Ⅰ型肺泡上皮細胞、Ⅱ型肺泡上皮細胞組成。Ⅰ型肺泡上皮細胞形態(tài)扁平，有核部位略厚，其余部位較薄，胞質內細胞器的較少，胞質延伸度高，構成肺泡壁絕大部分。Ⅱ型肺泡上皮細胞立方型，細胞突出于肺泡腔，胞質內含有較多的板層小體，細胞表面有微絨毛形成的突起。I型上皮細胞與II型上皮細胞之間間隙較小，具有明顯的緊密連接。

透射電鏡下，兩種動物的肺氣-血屏障厚度在不同部位有所差異，但均由Ⅰ型肺泡上皮細胞、基膜和肺泡隔毛細血管內皮細胞3層結構組成。除此之外，成年高原牦牛的肺泡I型上皮細胞處有間斷分布，并可見一些凹陷和空泡狀結構。

根據表1和圖1可知：兩個海拔高度的大通牦牛肺氣-血屏障的算術平均厚度均比平原黃牛肺氣-血屏障的算術平均厚度要薄，且差異極顯著（P＜0.01）。而海拔3 700 m的大通牦牛肺氣－血屏障的算術平均厚度薄于海拔3 200 m的大通牦牛，但差異不顯著（P＞0.05）。

3　討論

研究表明，動物血管對低氧敏感度與其肺動脈管壁上的平滑肌含量密切相關，平滑肌含量越高，對低氧的敏感度越高。前期研究中，對于牦牛肺血管低氧適應性組織學研究，表現為兩種截然不同的觀點，部分學者認為牦牛肺血管管壁較薄，平滑肌含量較少，認為這是牦牛不易產生肺動脈高壓的組織學基礎［2-5］；而另一部分學者的研究結果表明，牦牛肺血管的平滑肌含量較高［6］。本研究的結果表明，直徑大于100 μm的肺血管隨著海拔的增加，血管中膜厚度占血管直徑的比逐漸增大，而直徑小于50 μm的肺血管，表現為隨著海拔的增高，血管中膜厚度占血管直徑的比逐漸降低。即大通牦牛的肺動脈表現為隨著血管管徑的逐漸變細，平滑肌含量和平原黃牛相比越來越少，這可能的原因是，大通牦牛肺中大血管的平滑肌含量多，有利于血管的收縮，可以有足夠的壓力將血液輸送到微小血管中去，而隨著血管變細平滑肌含量逐漸變少，則不易產生肺動脈高壓，對低氧表現出不敏感，有利于大通牦牛肺的低氧適應。

表1　大通牦牛和平原黃牛肺血管中膜占比和肺氣-血屏障算術平均厚度比較

圖1　大通牦牛和平原黃牛肺組織H.E.染色和肺氣-血屏障圖

肺氣-血屏障是肺泡與肺泡隔內毛細血管中血液進行氣體交換的薄層結構。其結構特點可以影響肺氣體交換速率和交換量。而衡量肺內氣體交換的一個重要參數是肺氣-血屏障的算術平均厚度，其可以反應氣體交換時的阻力和速率。本研究中，兩個海拔高度的成年大通牦牛肺氣-血屏障的算術平均厚度均比平原黃牛氣-血屏障的算術平均厚度要薄，且差異極顯著（P＜0.01）。肺氣-血屏障相對較薄，減少了氣體中氧彌散時的阻力，有利于肺的氣體交換，是大通牦牛肺組織對低氧的一種適應性變化。但海拔3 700 m的大通牦牛肺氣-血屏障的算術平均厚度比海拔3 200 m的大通牦牛肺氣-血屏障的算術平均厚度要薄，但二者無差異顯著性（P＞0.05），可能與兩個海拔高度的高度差還未能夠使其產生差異顯著性的主要原因。

綜上所述，大通牦牛的肺動脈表現為隨著血管管徑的逐漸變細，平滑肌含量和平原黃牛相比越來越少，即肺大血管較厚有利于動脈射血，而小血管的管壁較薄則不容易產生肺動脈高壓，這種結構特點是牦牛肺臟對高原的低氧環(huán)境的組織學適應。而大通牦牛肺氣-血屏障的算術平均厚度相對較薄，肺在氣體交換時的彌散距離短、阻力相對較小，這有利于在高原低氧環(huán)境下動物肺組織氣體的交換，使肺呼吸能適應高原低氧的惡劣環(huán)境。

［1］Tucker A，Mcmurtry I F，Reeves J T，et al.Lung vascular smooth muscle as a determinant of pulmonary hypertension at high alt it ude［J］.Am J Physiol，1975，288（3）：762-766.

［2］Anand I S，Harris E，Ferrari R，et al.Pulmonary hemodynamic of the yak，cattle，and cross breeds at high altitude［J］.Thorax，1986，41（9）：696-700.

［3］Heath D，Williams D，Dickinson J.The pulmonary arteries of the yak［J］.Cardiovasc Res，1984，18（3）：133-139

［4］Durmovicz A G，Hofmeister S，Kadyraliev T K，et al.Functional and structural adaptation of the yak pulmonary circulation to residence at high altitude［J］.J Appl Physiol，1993，74（5）：2276-2285.

［5］陳秋生，馮霞，姜生成.牦牛肺臟高原適應性的結構研究［J］.中國農業(yè)科學，2006，39（10）：2107-2113.

［6］靳新花，崔燕，何俊峰，等.成年牦牛肺動脈的顯微結構觀察［J］.中國獸醫(yī)科學，2009，39（3）：261-265.

［7］張勤文.不同海拔地區(qū)牦牛的肺組織形態(tài)學比較［J］.中國獸醫(yī)科技，2004，34（2）：73-74.

［8］鄭富盛.細胞形態(tài)立體計量學［M］.北京：北京醫(yī)科大學中國協(xié)和醫(yī)科大學聯(lián)合出版社，1990.

Histological characteristic of pulmonary vascular of adult Datong yak for hypoxia adaption

ZHANG Qin-wen，YU Hong-xian，LI Li，JING Hai-xia，WEI Qing，WANG Zhi-qiang，ZHANG Jing-jing
（Veterinary Medicine Department of Agricultural and Animal Husbandry College，Qinghai University，Xining 810016，China）

In order to explain the adaption of arterioloes in the lung of Datong yak for high-altitude hypoxia environment in terms of histological features，adult Datong yaks bred in different altitude gradients were analyzed and yellow cattle in plain area were applied as the control group.The content of smooth muscle in the arterioloes of lung and the structure of blood-air barrier were investigated using light microscope and transmission electron microscope（TEM）.The results indicated that with the increase of altitude，the content of smooth muscle of the arterioloes with a diameter larger than 100 μm in the lung of adult Datong yak increased gradually and that of the smooth muscle of the arterioloes smaller than 50 μm reduced，with significant differences（P＜0.05）.The arithmetic mean thickness of the blood-air barrier of Datong yak was apparently thinner than that of the yellow cattle（P＜0.01）.The characteristic of the lung of Datong yak was the histological basis of the adaption of high-altitude hypoxia environment.

Datong yak；yellow cattle in plain area；pulmonary vascular；hypoxia adaption

YU Hong-xian

S823.8+5

A

0529-6005（2016）09-0028-03

2015-07-14

國家自然科學基金項目（31440084）；青海省科技廳項目（2013-Z-713）

張勤文（1972-），男，教授，碩士，主要從事高原動物低氧適應研究，E-mail：82321200@qq.com

俞紅賢，E-mail：yhx@qhu.edu.cn