曹成珠，張 歡，劉 杰，吳 穹，張 偉，3，4△

[1.青海大學高原醫(yī)學研究中心；2.青海大學基礎醫(yī)學部；3.青海省高原醫(yī)學應用基礎重點實驗室(青海-猶他高原醫(yī)學聯(lián)合重點實驗室)；4.高原醫(yī)學教育部重點實驗室，青海 西寧 810001]

一直以來，AZ對肺通氣功能的影響存在爭議，尤其是AZ對急性低氧應激大鼠肺通氣功能的影響研究較少且結(jié)論不一。本研究通過相關實驗設計，監(jiān)測大鼠在急性低氧應激時肺通氣功能指標的變化，進一步明確了AZ對常氧和低氧下大鼠肺通氣功能的影響情況。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗動物

SD雄性大鼠(323.5±31.6)g購于北京維通利華實驗動物技術有限公司[許可證號：SCXK(京)2012-0001，NO.11400700064575]。動物使用和實驗程序按照《中華人民共和國國家標準—實驗動物質(zhì)量控制要求》(GB/T3491-2017)執(zhí)行。青海大學醫(yī)學院實驗動物倫理委員會批準動物的使用和處理方案。

1.1.2 實驗儀器與試劑

FinePointe無創(chuàng)氣道功能檢測儀購于美國DSI公司，手持式血氣分析儀購于梅州康立高科技有限公司，乙酰唑胺(AZ)粉末購于美國sigma公司。

1.2 方法

1.2.1 實驗動物分組

將20只大鼠隨機分為對照組(Control組)和乙酰唑胺組(AZ組)。實驗前2小時，AZ組以AZ(100mg/kg)灌胃，Control組以等量0.9%生理鹽水灌胃。

1.2.2 大鼠肺通氣功能測定

校準FinePointe無創(chuàng)氣道功能檢測儀后，將清醒、自主呼吸的大鼠依次放入檢測儀的動物艙中固定，穩(wěn)定5～10分鐘待大鼠呼吸平穩(wěn)后，測定大鼠在20% O2下通氣1、2、3、4、5分鐘時的呼吸頻率(Frequency of respiratory，F(xiàn)R)、潮氣量(Tidal volume，TV)、每分鐘通氣量(Minute volume，MV)、氣道阻力(Airway resistance，Raw)、特殊氣道阻力(Specific airway resistance，sRaw)、特殊氣道導率(Specific airway conductance，sGaw)、功能余氣量(Functional residual capacity，F(xiàn)rc)、吸氣流峰值(Peak inspiratory flow，PIF)、呼氣流峰值(Peak expiratory flow，PEF)、吸氣時間(Inspiration time，Ti)、呼氣時間(Expiration time，Te)、呼吸中期流速(The expiratory flow at 50% expired volume，EF50)等肺通氣功能指標，然后測定在15% O2下通氣1、2、3、4、5分鐘時的上述各項指標。

1.2.3 大鼠動脈血氣測定

Control組和AZ組分別于常氧通氣5分鐘及低氧通氣5分鐘時采集動脈血液各20 μL，通過血氣分析儀測定分析動脈血氣指標pH、PaO2、SaO2、PaCO2、HCO3-。

1.2.4 統(tǒng)計學分析

采用SPSS27.0軟件進行分析，計量資料采用均數(shù)±標準差描述，兩組間的計量資料比較采用t檢驗，多組計量資料之間的比較采用重復測量方差分析法，檢驗水準α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 AZ對急性低氧應激雄性大鼠肺通氣功能的影響

2.1.1 對sRaw的影響

常氧下，sRaw在不同時間之間無顯著差異(F=0.278，P=0.816)，AZ組sRaw低于Control組(F=10.184，P=0.005)，見表1、圖1。低氧下，不同時間之間的sRaw無顯著差異(F=1.407，P=0.240)，AZ組sRaw明顯低于Control組(F=132.403，P<0.001)，見表2、圖1。

圖1 不同組大鼠sRaw變化趨勢圖

表1 常氧情況下AZ對大鼠肺通氣功能的影響值

表2 AZ對急性低氧大鼠肺通氣功能的影響值

2.1.2 對sGaw的影響

常氧下，sGaw在不同時間之間無顯著差異(F=0.092，P=0.951)，AZ組特殊氣道導率明顯高于Control組(F=104.575，P<0.001)，見表1、圖2。低氧下，不同時間之間的sGaw無顯著差異(F=1.482，P=0.217)，AZ組sGaw明顯高于Control組(F=180.939，P<0.001)，見表2、圖2。

圖2 不同組大鼠sGaw變化趨勢圖

2.1.3 對Raw的影響

常氧下，Raw在不同時間之間有顯著差異(F=3.354，P=0.039)，Control組Raw在不同時間點無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，AZ組Raw在不同時間點有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，AZ組Raw明顯低于Control組(F=7.352，P=0.014)，見表1、圖3。低氧下，Control組Raw在不同時間點無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，AZ組Raw在不同時間點有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；AZ組Raw明顯低于Control組(F=5.412，P=0.032)，見表2、圖3。

圖3 不同組大鼠Raw變化趨勢圖

2.1.4 對FR的影響

常氧下，Control組FR在不同時間點無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，AZ組在不同時間點有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，隨著時間延長，AZ對FR的影響加強；而AZ組和Control組之間無顯著性差異(F=1.637，P=0.217)，見表1、圖4。低氧下，F(xiàn)R在不同時間點呈現(xiàn)線性趨勢(F=65.444，P<0.001)，時間與不同組別的交互作用有統(tǒng)計學意義(F=3.123，P=0.045)，兩組FR在不同時間點均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；隨著時間的增加，兩組的FR均呈現(xiàn)逐漸減慢的趨勢，AZ組FR的變化明顯高于Control組(F=6.456，P=0.020)，見表1、圖4。

圖4 不同組大鼠FR變化趨勢圖

2.1.5 對TV的影響

常氧下，Control組TV在不同時間點無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，AZ組TV在不同時間點有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；隨著時間的增加，AZ組潮氣量呈現(xiàn)先升后降的趨勢，AZ組潮氣量明顯高于Control組(F=33.624，P<0.001)，見表1、圖5。低氧下，TV在不同時間點呈現(xiàn)線性趨勢(F=21.148，P<0.001)，兩組TV在不同時間點均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；隨著時間的增加，Control組先升后降，AZ組呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，AZ組潮氣量明顯高于Control組(F=43.800，P<0.001)，見表2、圖5。

圖5 不同組大鼠TV變化趨勢圖

2.1.6 對MV的影響

常氧下，AZ組MV明顯高于Control組(F=139.6，P<0.001)，見表1、圖6。低氧下，不同時間之間MV有顯著差異(F=23.310，P<0.001)，時間與不同組別的交互作用有統(tǒng)計學意義(F=4.449，P=0.019)，兩組MV在不同時間點有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；隨著時間的增加，兩組MV先升后降，AZ組MV明顯高于Control組(F=65.211，P<0.001)，見表2、圖6。

圖6 不同組大鼠MV變化趨勢圖

2.1.7 對Frc的影響

常氧下，Control組Frc在不同時間點無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，AZ組Frc在不同時間點有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，兩組間無顯著性差異(F=0.006，P=0.938)，見表1、圖7。低氧下，F(xiàn)rc在不同時間點呈現(xiàn)線性趨勢(F=112.710，P<0.001)，兩組Frc在不同時間點有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；隨著時間的增加，兩組Frc呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，兩組間無顯著性差異(F=1.423，P=0.248)，見表2、圖7。

圖7 不同組大鼠Frc 變化趨勢圖

2.2 AZ對大鼠動脈血氣的影響

與常氧相比，Control組大鼠通入15% O2后，PaO2、SaO2、PaCO2明顯降低，差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，顯示出PaO2、SaO2、PaCO2隨著低氧刺激而顯著下降的情形。與通入15% O2的Control組相比，應用了AZ并通入15% O2后，pH、HC O3-下降，PaO2、SaO2、PaCO2升高，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，見表3。

表3 不同組大鼠低氧通氣前后動脈血氣分析結(jié)果

3 討論

本研究結(jié)果顯示，AZ通過引起代謝性酸中毒等機制增加通氣量，提高PaO2、SaO2，以此改善急性低氧應激雄性大鼠的肺通氣功能。

給大鼠吸入15% O2后，吸入氣中PO2降低，經(jīng)過肺通氣使肺泡氣PO2隨之降低，肺換氣后動脈血PO2降低，一方面缺O(jiān)2可直接抑制呼吸中樞，另一方面PO2降低可使頸動脈體、主動脈體外周化學感受器興奮，興奮后產(chǎn)生的神經(jīng)沖動通過竇神經(jīng)、迷走神經(jīng)傳到延髓，引起延髓中的呼吸中樞興奮，從而使呼吸運動加深加快，F(xiàn)R、TV、MV較通入20% O2時增大，肺通氣量增加。另外，隨著呼吸的加深加快，肺維持在較大的擴張狀態(tài)，使肺泡呼吸膜的表面積和肺換氣時的有效交換面積增大，提高了肺換氣時氧的擴散速率，肺換氣功能增強。

氣體在進出肺的過程中，只有通氣動力克服通氣阻力后才能引起O2和CO2在肺和外界之間交換。肺通氣的阻力包括肺和胸廓的彈性阻力和氣道的非彈性阻力。影響氣道阻力的主要因素有氣流速度、氣流形式和氣道口徑。進入高原地區(qū)后，由于空氣稀薄，空氣密度降低，氣壓降低，氣道阻力將減小。但呼吸加深加快后，氣流速度加快，由于氣流速度和氣道阻力之間成正比關系，所以隨著氣流速度加快，氣道阻力增大；如果氣流通過呼吸道過程中形成湍流，則氣道阻力進一步增大[1-3]。在我們的實驗研究中，和常氧情況比較，給大鼠吸入15% O2后Raw、sRaw增大，sGaw減小，說明通入低氧后通氣阻力增加、肺的順應性減小。

關于AZ對人體機能影響的研究結(jié)果存在不一致性，尤其是對氣道功能和通氣反應的影響[4-6]。CA是一類含鋅金屬酶，從牛紅細胞中首次發(fā)現(xiàn)，其作用底物是CA，并且有比較好的抑制作用，可催化CO2的水合反應。不同的CA催化速率不一致，雖然CA催化的只是一個簡單的生理反應，在沒有催化酶作用的情況下，這一可逆反應的反應速度非常緩慢。CA是CO2水合反應中催化速率最快的酶之一[6]，其催化的底物CO2及產(chǎn)生的HCO3-、H+與人體在呼吸過程中肺與組織之間轉(zhuǎn)運CO2/HCO3-，維持pH、CO2濃度之間的平衡，分泌電解質(zhì)等有關。目前，AZ在急性高原病、慢性高原病和腫瘤、氧驚厥等方面的應用都有所研究，尤其是AZ在急性高原病、慢性高原病和腫瘤等領域的應用研究為當前研究的熱點[7-9]。

臨床研究顯示，AZ對進入高海拔地區(qū)的人有幫助，可能是通過增強通氣功能來減少急進高原引起的高原反應。AZ作為強效CA抑制劑，抑制了CA催化的CO2水合反應，導致利尿效應，出現(xiàn)代謝性酸中毒，這種腎臟效應抵消了由急性低氧誘導的過度換氣而引起的呼吸性堿中毒，并使中樞化學感受器敏感性增加。血液中的H+和CO2升高可刺激頸動脈體外周化學感受器和延髓中樞化學感受器，使呼吸頻率加快、呼吸深度加深[10]。Teppema等比較研究了AZ對切除頸動脈體的貓和正常貓的通氣反應的影響，發(fā)現(xiàn)前者的通氣量是后者的兩倍。進一步研究發(fā)現(xiàn)，AZ降低頸動脈體竇神經(jīng)對CO2的敏感性，并減少頸動脈體I型細胞的多巴胺釋放量，即使是小劑量的AZ也有此作用[11-15]。

AZ對紅細胞、血管內(nèi)皮細胞中CA的抑制作用比較強，可以很快阻斷CO2的轉(zhuǎn)運、交換，使組織細胞中CO2的潴留增加，導致組織呼吸性酸中毒，引起通氣量增加。AZ還可以通過改善肺部氣體交換效率(降低VA/Q不等性和減少擴散限制)來改善動脈氧合作用，而不僅僅是通過增加MV[16-18]。上述效應使AZ組大鼠通氣量增加，PaO2、SaO2升高。本實驗結(jié)果顯示，AZ大鼠吸入15% O2后，F(xiàn)R、TV、MV較通入20% O2后變化不明顯，但較Control組大鼠吸入15% O2時明顯，肺通氣和肺換氣功能進一步增強。本實驗結(jié)果顯示，和常氧情況比較，AZ組大鼠吸入15% O2后Raw、sRaw增大，sGaw減小，但Raw、sRaw增大幅度和sGaw減小幅度均比Control組小，說明應用AZ再吸入低氧后通氣阻力增加不明顯，肺的順應性較好，是AZ改善通氣功能的原因之一。有研究結(jié)果顯示，AZ可通過抑制低氧狀態(tài)下平滑肌細胞內(nèi)Ca2+的釋放，使平滑肌的收縮受到影響[19]。上述實驗結(jié)果產(chǎn)生的可能原因：大鼠應用了AZ后，呼吸道平滑肌細胞內(nèi)鈣池釋放Ca2+減少，肌細胞的興奮收縮耦聯(lián)功能減弱，受到急性低氧刺激后平滑肌的收縮程度減小，氣道口徑相對變大，從而使氣道阻力減小。

本研究發(fā)現(xiàn)，AZ組大鼠FR、TV、MV、sGaw高于Control組，Raw、sRaw較Control組低，說明AZ通過增加通氣量，提高PaO2、SaO2來改善急性低氧應激大鼠的肺通氣功能。