ATⅡ细胞在急性高原肺水肿中的作用及意义

　　作者：吴岳,赵海龙,马祁生,田育璋,胥谨　　作者单位：1.青海大学医学院 ; 2.中山大学护理学院

　　【摘要】 目的 探讨ATⅡ细胞在急性高原肺水肿中的作用及意义。方法 wister大白鼠随机分高原1 d、3 d、7 d组，观察肺组织大体形态变化;H-E染色，观察肺组织学变化;电镜观察肺组织形态学变化;测定血流动力学和右室肥厚指数(RVHI)。结果 光镜下，肺组织出现明显炎症反应，肺泡壁充血水肿，肺泡腔内有大量的炎细胞;电镜下，肺泡上皮细胞出现凋亡。血流动力学测定、右室肥厚指数测定结果显示表明：1 d、3 d和7 d组mPAP 、mSAP和RVHI变化无显著性差异(P>0.05)。结论 缺氧使ATⅡ细胞凋亡，肺水转运功能障碍，肺泡内液体大量聚集，从而引发肺水肿。

　　【关键词】 高原环境 肺组织 凋亡 肺水肿

　　Abstract Objective To investigate the morphological and hemodynamic changes of pulmonary tissues in Wister rats under plateau environment and provide enlightenment for clarifying the mechanism of high altitude pulmonary edema. Methods To divide the Wister rats into 3 groups (1d,3d and 7d) at plateau randomly and to observe the morphological changes of pulmonary tissue. The mean pulmonary arterial pressure (mPAP), mean systematic arterial pressure (mSAP) and the right ventricle hypertrophy index were detected simultaneously. Results There were significant inflammatory reactions in pulmonary tissue. Congestion and edema were shown in pulmonary alveoli wall and a great amount of inflammatory cells presented in alveolar space under microscope. The apoptosis was shown in alveolar epithelium cells under electron microscope. The detection of hemodynamic and RVHI showed that there were no significant differences among 1d, 3d and 7d groups of mPAP, mSAP and RVHI (P<0.05). Conclusion Hypoxia leads to the ATⅡ cell apoptosis and hindrance to the pulmonary water transportation and then accumulated in alveoli and cause pulmonary edema eventually.

　　Key words Plateau environment Pulmonary tissues Apoptosis Pulmonary edema

　　高原肺水肿(high altitude pulmonary edema, HAPE)是一种严重的急性高原病，一般是由低海拔地区急速进入海拔2500 m以上地区时因低氧而引起[1]。它的临床表现与一般急性肺水肿相似：呼吸困难、咳嗽、咳大量白色或粉红色泡沫痰，听诊示两肺布满湿啰音[2]。高原肺水肿的发病机制现在尚不清楚，早期学者将其描述为肺炎或充血性心力衰竭。目前较为公认的学说认为高原肺水肿是一种高蛋白，高渗出性肺水肿[3]，但其具体原因不是很清楚。本实验采用高原现场实验观察方法，探讨ATⅡ细胞在急性高原肺水肿中的作用及意义。

　　1 材料与方法

　　1.1 材料

　　健康Wistar大鼠60只，鼠龄6～8周，体重210～230 g，由青海省实验动物中心提供。随机分成3组(1d、3d、7d组)。选择海拔4300 m的青海省玛多县医院作为实验场地。正常大鼠肺组织作对照。

　　1.2 方法

　　进入高原现场后，分别在第1 d、第3 d和第7 d进行如下操作：大鼠称重后经5%戊巴比妥(50mg/kg)麻醉后，行气管插管，按孙波等[4]报道的方法，将肺动脉导管经右颈外静脉插入肺动脉，连接压力传感器及多导生理记录仪(RM6240BD型，成都仪器厂产品)，从肺动脉导管缓慢注入1%氯化琥珀酰胆碱(0.1ml/100g)终止自主呼吸，接HX-200动物呼吸机(成都泰盟科技有限公司)，潮气量7～8　ml，频率80～90次/分，呼吸比1：1.25，待大鼠稳定20～30 min后，测平均肺动脉压(mPAP),行左颈总动脉插管测定平均体动脉压(mSAP)。然后打开胸腔，取出大鼠心脏，剪去心房组织，沿心室间隔边缘剪下右心室(RV)及左心室+室间隔(LV+S)并称重;计算RVHI[为RV/(LV+S)]作为右心室肥厚的指标。

　　将大鼠脱臼处死，解剖取出肺组织，观察肺组织大体形态学变化。然后，取一侧肺叶以10%甲醛缓冲液固定，石蜡包埋切片，用苏木素-伊红(HE)染色，观察肺组织学变化。电镜观察肺组织超微结构变化。

　　1.3 统计学分析

　　采用SPSS11.0统计软件处理，数据以均数±标准差表示，组间比较采用方差分析。P<0.05认为差别具有统计学意义。

　　2 结果

　　2.1 肉眼观察

　　鼠肺外观在1 d、3 d、7 d组均呈现组织肿胀，可见小片状、点状出血，分布于一叶或多叶，肺扩张尚均匀，但1 d和3 d组最为明显。

　　2.2 普通光镜下观察

　　光学显微镜下细胞核呈蓝黑色，胞浆呈淡红色。坏死组织呈红染颗粒状结构，核染色消失。肺组织出现明显炎症反应，肺泡壁充血水肿，肺泡腔内有大量的炎细胞。凋亡细胞在组织中呈单个散在分布，表现为核染色质致密浓缩，核碎裂等。

　　2.3 电镜观察

　　细胞凋亡时发生典型的形态学改变，细胞体积缩小变圆，胞浆浓缩，胞膜芽生，核固缩。染色质边集在核膜下呈月牙形或腰带状，凋亡小体形成。肺泡II型上皮细胞发生凋亡后，形态发生明显改变，胞浆内嗜俄性板层小体数量减少、排空增加，线粒体肿胀，次级溶酶体增多，细胞核呈多型性，核被膜外折或内陷，假包涵体形成，细胞膜上微绒毛减少或消失。

　　2.4 血流动力学测定和右室肥厚指数(RVHI)的测定

　　分别在进入玛多县第1 d、第3 d和第7 d测量mSAP 、Mpap和 RVHI。结果显示三组大鼠mSAP 、Mpap和 RVHI没有显著性差异(P>0.05)。表1三组大鼠的血流动力学指标比较

　　3 讨论

　　肺泡上皮仅有两种类型的上皮细胞，即ATⅠ和ATⅡ。ATⅡ被认为是肺泡上皮的干细胞[5]。ATⅡ常位于肺泡表面的凹陷处，肺泡与肺泡间隔结合部或肺泡角，呈立方形，体积较小，胞核圆，胞质着色浅。由于位置比较特殊，容易受到来自空气和血液两方面的损害。空气中的各种有害物质，如醛类、光气、氮氧化物、粉尘颗粒等可直接造成细胞损伤，血液中的中性粒细胞、内毒素、炎症介质等也常滞留在肺泡毛细血管床，造成ATⅡ损伤和功能改变，当用机械通气方式支持呼吸时，肺泡的被动运动、气道压力以及氧浓度的变化也可以直接造成ATⅡ功能和形态发生变化。

　　对ATⅡ的研究改变了人们对肺水肿形成机制的传统认识。以往认为肺泡两侧压力差的变化是造成肺水肿的直接原因。近年发现，ATⅡ具有强大的液体转运能力，对肺泡内液体的产生和清除具有重要的意义。Folkesson等[6]对博来霉素造成的亚急性肺损伤大鼠的肺水转运功能进行了连续观察。他们通过检测125I标记白蛋白的变化来推测肺泡液体的通透性改变，计算肺泡内液体清除率(alveolar liquid clearance,ALC)。损伤后1 h，ALC上升110%，4 h上升75%，60 d后才降至正常。同时肺泡上皮对蛋白的通透性也显著增加。与此同时，ATⅡ细胞上钠离子通道数量却减少了52%，提示单个细胞转运肺泡液体能力下降。因此，作者认为ALC增加的主要原因是ATⅡ数量上的增加。

　　本研究结果显示：大鼠肺组织外观在1 d、3 d、7 d组均呈现组织肿胀，可见小片状、点状出血，分布于一叶或多叶，肺扩张尚均匀，但1 d和3 d组最为明显。光镜下，对照正常大鼠肺泡结构，大鼠肺组织结构较为紊乱，肺泡腔内可见增多的肺泡巨噬细胞，有明显渗出。有炎性细胞侵袭，纤维组织无明显增生。说明进入高海拔的大鼠在1～3 d内，肺组织即受到影响，这和众多高原肺水肿研究发病时间是相吻合的[7，8]。

　　以往对高原肺水肿的认识集中在肺组织中肺动脉平滑肌的改建方面，认为低氧性肺动脉高压和缺氧性肺动脉重塑(HPRS)关系密切[9，10]，且缺氧诱导因子1(HIF-1)是肺对缺氧反应的主要转录因子[11]，我们参考了很多文献，发现肺动脉高压的形成最短也需要2～3 W的时间，这明显和急性高原肺水肿的发病时间不符，而且对急进高原大鼠的血流动力学的检测表明其平均肺动脉压、平均体动脉压、右心室肥厚的指标无显著性差异。说明在高原肺水肿的早期，肺动脉高压对肺水肿的产生作用较小。通过本次实验，我们确信，急进高原大鼠的肺组织发生明显变化，而且这些变化和肺水肿的发生密切相关，即高原环境下，肺泡上皮对蛋白的通透性显著增加，肺水转运功能障碍，肺泡内液体大量聚集，从而引发肺水肿。至于详细机制还有待于进一步研究。

　　【参考文献】

　　[1]Masayuki Hanaoka ,Yunden Droma,Junichi Hotta,et al.Polymorphisms of the tyrosine hydroxylase gene in subjects susceptible to high-altitude pulomonary edema.Chest， 2003， 123:54-58

　　[2]牟信兵，汤红亚，朱旦，等.高原肺水肿发病机理研究进展[J].高原医学杂志，2002，12(2)：61

　　[3]Peter H,Hackett MD,Rober C,et al.High altitude illness[J].N Eng J Med,2001,345(2):107

　　[4]孙波，刘文利.右心导管测定大鼠肺动脉压的实验方法.中国医学科学院学报，1984，6，465-466

　　[5]Uhal B D. Cell cycle kineties in alveolar epithelium [J].Am J Physiol, 1997, 272(6 pt 1)：1031-1045

　　[6]Folkesson H G , Nitenberg G ,Oliver B ,et al . Upregulation of alveolar epithelial fluid transport after subacute lung injury in rats from bleomycin[J] . Am J Physiol, 1998,275:478-490

　　[7]Andre louis gabry, Xavier Ledous, Monique Mozziconacci, et al. High-altitude pulmonary edema at moderate altitude (<2,400m;7,870feet).Chest， 2003，123:49-53

　　[8]Nakamura M,Matute-Bello G, Liles WC, et al. Differential response of human lung epithelial cells to fas-induced apoptosis. Am J Pathol， 2004，164: 1949-1958

　　[9]李其芳，戴爱国.大鼠缺氧性肺动脉高压时三种缺氧诱导因子a亚基在肺动脉中的差异表达.中华结核和呼吸杂志，2006，29(2)：113-117

　　[10]敖其林，郝春荣，熊密，等.低氧诱导因子-1a和内皮素-1基因在大鼠低氧性肺动脉高压中的表达.中华病理学杂志，2004，31(2)：140-142

　　[11]Heidbreder M, Frohlich F, Johren O, et al. Hypoxia rapidly activates HIF-3alpha mRNA expression. FASEB J, 2003, 17:1541-1543