董旭，雷濤，羅二平

1.第四軍醫(yī)大學 生物醫(yī)學工程學院，陜西 西安 710032；2.海軍青島第一療養(yǎng)院 醫(yī)務部科訓科，山東 青島 266071

便攜式膜法氧氣機在模擬高原慢性缺氧環(huán)境下對大鼠血液指標的影響

董旭1,2，雷濤1，羅二平1

1.第四軍醫(yī)大學 生物醫(yī)學工程學院，陜西 西安 710032；2.海軍青島第一療養(yǎng)院 醫(yī)務部科訓科，山東 青島 266071

目的探索便攜式膜法氧氣機在模擬高原慢性缺氧環(huán)境下對大鼠血液指標的影響，評價氧氣機的應用效能。方法利用低壓艙模擬海拔5000 m高原缺氧環(huán)境，利用自主研制的便攜式膜法氧氣機與大鼠IVC籠盒建立富氧飼養(yǎng)籠。將36只雄性SD大鼠隨機分為平原對照組（NC）、高原缺氧組（HH）與高原富氧組（HO），HH與HO組置于低壓艙內飼養(yǎng)4周（22 h/d），HO組每天有效富氧8 h，NC組于艙外同時飼養(yǎng)。4周后測量各組大鼠血液指標，進行統(tǒng)計學分析。結果低壓艙實驗4周后3組大鼠WBC均值間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）；與NC和HO組比較，HH組大鼠RBC顯著提高（P＜0.01，P＜0.05）、Hb、HCT、MCV、MCH均顯著提高（P＜0.01），NC與HO組間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。結論模擬海拔5000 m慢性缺氧環(huán)境下，便攜式膜法氧氣機富氧能夠使紅細胞數(shù)量維持在平原水平，有效預防紅細胞增多癥的發(fā)生，同時可為大鼠適應更復雜惡劣、更高海拔的高原環(huán)境進行血液系統(tǒng)代償?shù)墓δ軆洌@著提高了大鼠對高原缺氧環(huán)境的適應能力。

高原慢性缺氧；低壓艙；富氧；血液指標；氧氣機

引言

醫(yī)學上高原是指海拔3000 m以上，產生明顯生物學效應（機體反應）的地區(qū)。高原與平原的主要區(qū)別是海拔較高，隨著海拔的上升，大氣壓力逐漸下降、氧分壓不斷降低、機體血氧飽和度不斷下降，致使血液系統(tǒng)功能亢進，紅細胞數(shù)量、紅細胞比容以及血紅蛋白含量明顯增加[1-6]。這些血液系統(tǒng)代償性變化有利于高原缺氧環(huán)境下氧的攝取與運輸，改善局部缺氧組織的血供與氧供。然而，當紅細胞過度增多時會導致紅細胞增多癥，引起血液粘滯度增加、血液流速降低以及局部血液微循環(huán)障礙，嚴重時將引起一系列損傷性變化，如右心后負荷增加、右心室肥大、肺動脈高壓等病理性變化[7-9]。本文利用實驗動物小型低壓艙模擬海拔5000 m高原慢性缺氧環(huán)境，利用自主研制的便攜式膜法氧氣機與獨立供氣式大鼠飼養(yǎng)籠建立小型富氧室為大鼠富氧，檢驗高原缺氧環(huán)境下便攜式膜法氧氣機對大鼠血液指標的影響，重點分析高原缺氧環(huán)境下便攜式膜法氧氣機對高原缺氧紅細胞增多癥的影響，從而評價便攜式膜法氧氣機的應用效能。

1 材料與方法

1.1 實驗動物和設備

1.1.1 實驗動物

健康SPF級雄性Sprague-Dawley（SD）大鼠共36只，7～8周齡，體重（280.3±14.3）g，由第四軍醫(yī)大學動物實驗中心提供。

1.1.2 一般設備

實驗動物小型低壓艙，由第四軍醫(yī)大學生物醫(yī)學工程學院與蘇州市利安特醫(yī)療設備有限公司聯(lián)合研制。該設備通過無油干式真空泵進行抽氣，艙壁設有進氣孔，利用微機控制電磁閥開合程度、調整進出氣比例，可有效模擬海拔高度0～10000 m高原低壓低氧環(huán)境。獨立供氣式大鼠飼養(yǎng)籠（IVC籠盒），由第四軍醫(yī)大學動物實驗中心提供，可為實驗大鼠提供良好的獨立飼養(yǎng)環(huán)境。便攜式氣體檢測儀（ADKS-4），氧氣測定量程為0～30% vol。

1.1.3 便攜式膜法氧氣機

便攜式膜法氧氣機，由第四軍醫(yī)大學生物醫(yī)學工程學院研制。該設備主要由過濾網(wǎng)風扇、富氧膜組件、真空泵以及緩沖氣缸等部分組成。過濾網(wǎng)風扇在富氧膜組件的高壓側給風，真空泵在富氧膜組件的低壓側抽真空，使氣體首先流過過濾網(wǎng)濾除氣體中的灰塵及雜質而后獲得的干潔空氣通入富氧膜組件，利用富氧膜的“溶解-吸附-擴散”原理直接從空氣中分離富集氧氣，富氧濃度為（30%±3%）vol，氧氣產量為（5±0.5）L/min。近年來本課題組經過一系列模擬與實地測驗發(fā)現(xiàn)，該設備對急進高原人群動脈血氧飽和度、心率以及工作效能有顯著改善作用，能夠有效緩解急進高原人群的缺氧反應[10-12]。

1.2 實驗方法和步驟

1.2.1 模擬高原缺氧環(huán)境的建立

利用實驗動物小型低壓艙模擬海拔5000 m缺氧環(huán)境，控制艙內溫度在22℃～25℃之間，濕度在40%～60%之間。

1.2.2 模擬高原缺氧環(huán)境下富氧飼養(yǎng)籠的建立

利用便攜式膜法氧氣機和大鼠IVC籠盒在低壓艙內建立小型富氧室，經檢驗在模擬海拔高度為5000 m時，飼養(yǎng)籠內的氧濃度可達到28.2%。

1.2.3 實驗分組及動物模型建立

分組前對SD大鼠分別進行編號、稱體重、生成隨機數(shù)，采用完全隨機設計分組。主要設置平原對照組（NC組)、高原缺氧組（HH組）和高原富氧組（HO組）。高原缺氧組：置于低壓艙內模擬海拔5000 m缺氧環(huán)境下飼養(yǎng)4周（22 h/d）；高原富氧組：同樣置于低壓艙內模擬海拔5000 m缺氧環(huán)境下飼養(yǎng)4周（22 h/d），同時每天置于富氧飼養(yǎng)籠內有效富氧8 h。平原對照組：于低壓艙外（海拔約400 m）同時飼養(yǎng)4周。大鼠飼養(yǎng)明暗交替時間為1:1，低壓艙中大鼠可自由取食水。每天2 h為低壓艙中高原缺氧組和高原富氧組大鼠更換食水、墊料以及設置富氧裝置[13]。

1.2.4 大鼠血液指標測量

SD大鼠利用10%水合氯醛腹腔麻醉后，2 mL注射器心臟穿刺取血，血樣迅速注入EDTA采血管保存，血樣當天送第四軍醫(yī)大學西京醫(yī)院檢驗科進行血液常規(guī)檢測。

1.3 統(tǒng)計學分析

實驗數(shù)據(jù)以均值+標準差（x-±s）表示，用SPSS軟件進行分析。方差齊性檢驗采用Levene檢驗。組間差異比較采用單因素方差分析（F檢驗）及SNK-q檢驗，檢驗水準α=0.05，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

低壓艙模擬海拔5000 m慢性缺氧環(huán)境實驗4周后，SD大鼠血液常規(guī)檢查結果，見表1。檢測血液指標包括白細胞計數(shù)（WBC）、紅細胞計數(shù)（RBC）、血紅蛋白含量（Hb）、紅細胞比容（HCT）、平均紅細胞體積（MCV）和平均血紅蛋白含量（MCH）。Levene檢驗結果表明不能認為3組大鼠各指標總體方差不等。F檢驗結果提示，低壓艙實驗4周后3組大鼠WBC均值間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），而3組大鼠RBC、Hb、HCT、MCV、MCH等指標均值間差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.01）；SNK-q檢驗結果進一步提示，與NC和HO組比較，HH組大鼠RBC顯著提高（P＜0.01,P＜0.05）、Hb、HCT、MCV、MCH 均顯著提高（P＜0.01），NC與HO組間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

表1 各組大鼠血液指標測量結果（n=12，x-±s）

3 討論

大量實驗研究結果表明，高原缺氧環(huán)境可引起大鼠RBC、HCT、Hb等指標顯著增加。高鈺琪等[2]將70只Wister大鼠隨機分為平原對照組和缺氧1、3、7、14、21和28 d組，將缺氧組動物置于減壓艙中模擬海拔5000 m高原環(huán)境，每天8 h，結果發(fā)現(xiàn)與對照組相比，缺氧7 d后大鼠HCT顯著增高（P＜0.05），缺氧14 d后RBC和Hb顯著增高（P＜0.01，P＜0.01）。謝剛等[3]對 8只 Wister大鼠分別于進駐3658 m高原前1天及進駐高原后1、4、8、12周采用血細胞分析儀測量HCT和Hb，結果發(fā)現(xiàn)，大鼠自平原進入高原后Hb濃度持續(xù)上升，4周后達到峰值（211.3±3.1）g.L-1；進駐1周后大鼠HCT較進駐前顯著升高，此后持續(xù)上升。劉霞等[4]研究發(fā)現(xiàn)長期低氧暴露使大鼠RBC、Hb和HCT顯著升高。郭文靜等[7]研究發(fā)現(xiàn)RBC和血紅蛋白含量（HGB）隨著海拔升高以及缺氧時間延長呈現(xiàn)出上升趨勢。本文實驗研究結果與上述研究一致，與NC組比較，HH組大鼠RBC、Hb、HCT指標顯著增高（P＜0.01），MCV和MCH也顯著增高（P＜0.01）。該實驗結果表明，低壓艙模擬海拔5000 m高原缺氧環(huán)境下飼養(yǎng)4周后大鼠紅細胞數(shù)量顯著增加，出現(xiàn)了明顯的高原缺氧紅細胞增多癥。

更重要的是，我們發(fā)現(xiàn)HO組大鼠RBC、Hb、HCT、MCV、MCH等指標較HH組比較均顯著降低（P＜0.05，P＜0.01，P＜0.01，P＜0.01，P＜0.01）， 與 NC 組 間 差 異 無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。目前國內外均有研究報道與本文研究結果一致。Fumagalli等[14]研究發(fā)現(xiàn)吸氧治療能夠顯著降低缺氧性慢性支氣管炎患者HCT等血液指標。張芳等[15]研究發(fā)現(xiàn)在海拔3700 m建立富氧室（室內氧濃度為24%～25%），12名受試者在富氧10 h后，HCT、血液粘度、血漿粘度等指標均較富氧前降低。張西洲等[16]、崔建華等[17]分別在海拔3700、5280 m建立富氧室，研究運動前后人體HCT、血液粘度等指標的變化，發(fā)現(xiàn)富氧可使運動后HCT、血液粘度顯著降低。該實驗結果表明，在模擬海拔5000 m慢性缺氧環(huán)境下，每天利用便攜式膜法氧氣機富氧8 h能夠顯著改善由缺氧導致的大鼠紅細胞過度增多，對高原缺氧紅細胞增多癥有顯著的預防作用。

綜上所述，高原缺氧環(huán)境下便攜式膜法氧氣機富氧能夠顯著增加血氧飽和度以提高血氧含量，使紅細胞數(shù)量維持在平原水平，有效預防紅細胞增多癥的發(fā)生，因而對由于紅細胞增多癥誘發(fā)的右心后負荷增加、右心室肥厚以及肺動脈高壓等病理性改變有積極的預防作用[18-20]。另外，由于便攜式膜法氧氣機富氧能夠使大鼠紅細胞數(shù)量在模擬海拔5000 m缺氧環(huán)境下維持在平原水平，可為大鼠適應更復雜惡劣、更高海拔的高原環(huán)境進行血液系統(tǒng)代償?shù)墓δ軆?，顯著提高大鼠對高原缺氧環(huán)境的適應能力。

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Effects of Portable Oxygen-Enriched Machine on Blood Indices of Rats Under Simulated Chronic Hypoxic Environment

DONG Xu1,2, LEI Tao1, LUO Erping1
1.Faculty of Biomedical Engineering, The Fourth Military Medical University, Xi’an Shaanxi 710032, China;2.Section of Research and Training, Department of Medical Affairs, Qingdao First Sanatorium, People’s Liberation Army Navy,Qingdao Shandong 266071, China

ObjectiveTo evaluate the application performance of portable oxygen-enriched machine by studying the effects of portable oxygen-enriched machine on blood indices of rats under simulated chronic hypoxic environment.MethodsChronic hypoxic environment was simulated by small hypobaric chamber and oxygen-enriched rooms were established by portable oxygen-enriched machines and individually ventilated cages. 36 male Sprague-Dawley rats were randomly divided into 3 groups: normal control group(NC group), high altitude hypoxia group (HH group) and high altitude oxygen enrichment group (HO group). Rats of HH group and HO group were fed in the small hypobaric chamber for 4 weeks (22 h every day) and the rats of HO group also were fed in oxygenenriched rooms for 8 hours every day. Rats of NC group were fed outside of the chamber at the same time. The blood indices of rats were measured after 4 weeks. ResultsNo statistical differences were found in the level of WBC of 3 groups (P＞0.05). But compared with NC group and HO group, the levels of RBC, Hb, HCT, MCV and MCH of HH group were significantly increased (P＜0.05 orP＜0.01), and no statistical difference was found between NC group and HO group (P＞0.05).ConclusionPortable oxygen-enriched machine can enhance adaptive ability of rats by reducing level of RBC and improving functional reserve of blood system under simulated chronic hypoxic environment.

chronic hypobaric hypoxia; hypobaric chamber; oxygen enrichment; blood indices; oxygen-enriched machine

TH789

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.12.014

1674-1633(2017)012-0060-03

2017-07-28

國家科技支撐計劃項目（2012BAI20B00）；十二五全軍后勤科研項目（CWS12J098）。

羅二平，教授，博士生導師，主要研究方向為高原抗缺氧裝備。

通訊作者郵箱：luoerping@fmmu.edu.cn

本文編輯 袁雋玲