反复高气压暴露引起动物减压性骨坏死的实验模型的建立
本文关键词：解放军总后勤部卫生部科研基金，由笔耕文化传播整理发布。
反复高气压暴露引起动物减压性骨坏死的实验模型的建立
中国病理生理杂志 2000年第6期第16卷 实验技术
作者：朱祥祺 田伍训 姜德玺 乐秀鸿
单位：（海军医学研究所，上海 200433）
关键词：压力；骨坏死
［中图分类号］ R642 ［文献标识码］ A
［文章编号］1000-4718(2000)06-0574-03
［MeSH］ Pressure; Osteonecrosis
减压性骨坏死是一种与压力障碍有关的疾病，对人的健康有很大的危害性。这种疾病主要发生在潜水员和高气压作业的人群中。据1985年的调查，我国海军潜水员中，减压性骨坏死的发病率为2.15%，民用潜水员中为20%左右。减压性骨坏死的治疗目前还是一个有待探讨的问题，因此，动物模型显得非常重要。本试验尝试用小型猪制造减压性骨坏死模型，以便今后开展对此病的病理生理和防治的研究。
材 料 和 方 法
一、14头6月龄至3岁的小型香猪(SUS SCROFA DOMESTICA Var MINO GUIZHOU MENSIS Yu，贵州中医学院提供)，体重7～24 kg，平均15 kg。
二、所有动物在正式试验前，先作1～2次加压锻炼。用压缩空气加压至0.5 mPa，停留10 min后按标准减压表减压(总减压时间为30 min)。然后采用4组不同的加减压方案：第1组(模拟深潜水，4头)：0.7 mPa压力下停留1.5 h，然后用12 min匀速减至常压。发生严重减压病(decompression illness, DCI)时，进行加压治疗并休息1周，，重新实验的第1次暴露压力降至0.5 mPa；第2组(模拟浅潜水，2头)：0.3 mPa停留1.5 h，减压5 min；第3组(模拟常规高气压作业，4头)：0.2 mPa停留5～6 h，减压2 min；第4组(模拟极端高气压作业，4头)：0.35 mPa停留5～6 h，减压1 min。发生严重DCI时给以加压治疗并休息1周，重新实验的第1次暴露压力降至0.3mPa。
三、指标测定
观察并记录动物减压后发生的症状。并测定下列指标：(1)血管内流动气泡：在加压前和减至常压后15 min，用超声Doppler气泡探测仪，探测肺动脉中的气泡音。(2)发射同位素计算机断层(emit computed tomography, ECT)检查：从动物的耳缘静脉注入99Tc 2 mL(含同位素7.4×10９Bq)，4 h后用戊巴比妥钠麻醉，40 mg/kg ip。首次加压后3个月送上海长海医院同位素室，对动物全身骨骼作ECT检验。(3)骨血流量测定：用同位素(133Xe)清除法［1］测定“股骨”中段的骨血流量。加压前和减压后各1次。(4)纤维蛋白原(fibrinogen, FG)测定：加压前和减压后15 min各采集动物血2 mL左右，EDTA抗凝，用双缩脲法测定FG含量。(5)血细胞计数：加压前和减压后15 min用光镜进行红细胞(RBC)、白细胞(WBC)和血小板(platelet, PLT)计数。(6)取ECT检查阳性的动物长骨作光镜检查。
结 果
一、动物减压后的症状分为3型
无症状、轻型DCS(抬腿、转换重心等)和重型DCS(瘫痪、气喘气急、呕吐等)。第1组的发病率为100%，其中轻型60%，重型40%，有2头动物因发病太重而死亡；第2，3组的发病率各为1.5%和3%，且都属轻型；第4组发病率为50%，其中40%轻型，10%重型。
二、气泡探测
共对27头次动物作了血流气泡音探测。除第2组的动物外，都测到3级以上的气泡音(见表1)。
表1 气泡音分级
Tab 1 Degree of bubbles in various schedules
Group Cases Doppler(+) Doppler degree Incidence(%)
1 10 10 ≥3 100
2 2 1 1 50
3 11 2 1 18
9 ≥3 82
4 4 4 ≥3 100
三、血细胞计数的样本取自第3、4组，加压前和减压后相比，两组的RBC、WBC和PLT计数无显著差别(表2、表3)。
表2 0.2 mPa暴露后血细胞计数
Tab 2 Change of blood cell count after 0.2mPa exposure(±s)
RBC WBC PLT
Pre-compression 817.9±165.2 18.5±6.4 38.5±11.5
Post-decompession 912.3±198.3 22.2±4.6 37.2±8.7
表3 0.35 mPa暴露后血细胞计数
Tab 3 Change of blood cell count after 0.35mPa exposure(±s)
RBC WBC PLT
Pre-compression 951.9±97.2 18.5±6.5 31.1±4.9
Post-decompession 983.1±105.7 18.2±4.9 37.2±8.1
四、FG含量
测定12个正常动物样本的FG含量为2.22±0.62 μg/mL。试验组动物选择第1组(DCI的发病率是100%)，2头发生了重型减压病的动物，减压后的FG含量有所减少(分别从加压前的3.03和2.71 μg/mL降低到减压后的1.3和2.16 μg/mL)。另6头轻型减压病的动物，减压后FG含量为3.12±0.70 μg/mL，明显高于对照值(P＜0.05)。
五、ECT检查
共作了11只动物的ECT检查(对照：2头；第1～3组：各2头；第4组：3头)。第1～3组中未发现热岛。第4组中，3头动物的股骨中段都有热岛。
六、骨血流量改变
在第4组动物中测定5次，其中有2次发生轻型DCI，3次发生重型DCI。结果发现，减压后两侧肢体的骨血流量均减少，其中骨髓血流量减少明显，而骨皮质骨血流量无明显变化(见表4)。同时，这些改变与DCI发病轻重无关。
表4 0.35 mPa暴露后的骨血流量
Tab 4 Blood flow of bone after 0.35 mPa exposure (mL·100 g-1.min-1,±s)
Left Right
F F1 F2 F F1 F2
Control(n=13) 15.0±1.3 11.5±1.0 3.4±0.6 15.9±1.3 11.9±1.4 4.1±0.7
Decompression(n=5) 9.2±2.3* 3.2±0.9* 5.7±2.5 9.7±1.9* 4.9±0.6* 4.8±1.9
F: general blood flow; F1:marrow blood flow; F2:cortex blood flow; *P＜0.05，vs control 七、病理检查
在ECT检查为阳性的股骨中段，骨髓内有散在的点状和小片状钙质沉着，周围有胶原纤维生成，并可见新生的小血管。
讨 论
Kahlstron等在1939年就已证实［2］，减压性骨坏死的主要病理改变有：坏死区的骨组织有时形成囊状，其中含有坏死的凝胶状物质；坏死区周围为致密的钙化纤维组织所包围，并有结缔组织和新生和小血管侵入，这是一种典型的无菌性骨坏死，是骨组织缺血的结果。用贵州小型香猪进行反复加一减压试验表明，减压可引起骨血流量的减少，这和Pooley等［3］的研究结果相一致。大量文献对这种血流量减少的原因作了各种不同的解释，其中有血管内气栓、血管外气泡压迫、脂肪栓塞、气体引起的渗透压改变和骨髓内压力升高等。虽然这些都不能单独说明减压性骨坏死的确切机制，但其中每一种改变都与减压后形成的气泡有关。气泡是减压性骨坏死的初始原因。气泡形成的初始部位主要是在静脉和毛细血管内［4］，在骨循环中，则首先发生在骨后静脉和骨静脉窦中。气泡通过机械作用和表面活性作用对血流进行干扰：气泡直径超过2倍血管直径时，直接引起血管栓塞(气栓)，或使黄骨髓的脂肪细胞破裂，脂滴进入血管引起栓塞(脂肪栓)；同时，按波义尔定律，气泡体积随外界压力下降而增大，在骨硬壳组成的不能伸缩的空间内，这会使骨内压升高。此外，气泡的气-血界面有很强的表面活性作用：①使球形结构分子(如球蛋白)的亲水基团重新定向而变成链状分子［5］；②吸附PLT并使释放血小板内容物，启动凝血机制［6］；③激活Ⅷ因子，并进一步激活纤维蛋白溶酶［5］。这些血液变化引起的血液流动性改变(粘度升高、血流变慢)，和骨髓压力升高一同起作用，结果是骨血流量减少。但是，减压性骨坏死的机制可能要复杂得多，在本试验中，第3和第4组中，都测到大量气泡音，结果却有很大差异。前者减压病发病率非常低，而且ECT检查未发现骨坏死。因此，可以推测，可能还有其他机制在起作用，对此还要作进一步的研究。
［基金项目］ 解放军总后勤部卫生部科研基金资助
［参 考 文 献］
［1］ 田伍训，余绍宁，云昌全，等.同位素清除法研究不充分减压时小型猪股骨血流量的变化［J］.生物医学工程学杂志，1997，4(1)：26～29 .
［2］ Kahlstrom SC, Burton CC, Phemister DB. Aseptic necrosis of bone. I.Infarction of bone in caisson disease resulting in encapsulated and calcified areas in diaphysis and in arthritis deformations［J］. Surg Gynecol Obster, 1939, 68:129～146.
［3］ Pooley J, Walder DN. Changes in bone marrow circulation following simulated dive［J］. UBR (supple)， 1981,8(1):25～29.
［4］ 龚锦涵. 减压病［M］. 见：龚锦涵， 王恒星， 叶甲壬， 等. 主编.潜水医学.北京：人民军医出版社，1985. 186～258.
［5］ Philp RB, Inwood MJ, Warren BA. Interactions between gas bubbles and components of the blood:Implications in decompression sickness［J］. Aerospace Med, 1972,43:946～956.
［6］ Philp RB, Bennett PB, Anderson JC, et al. Effect of aspirin and dipyridamole on platelet function, hematology and blood chemistry of saturation divers［J］. Undersea Biomed Res, 1979, 6:127～143.
［收稿日期］1999-03-18 ［修回日期］1999-09-03
本文关键词：解放军总后勤部卫生部科研基金，由笔耕文化传播整理发布。
本文编号：212563
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