模拟高原缺氧对大鼠膈肌超微结构影响的电镜研究
作者：曹晓哲 邢传平 杨生岳 高自芳
单位：曹晓哲(兰州军区兰州总医院病理科，甘肃 兰州 730050)邢传平(兰州军区兰州总医院病理科，甘肃 兰州 730050)杨生岳(解放军第四医院呼吸科)高自芳(兰州军区兰州总医院病理科，甘肃 兰州 730050)
关键词：动物实验；大鼠；膈肌；高海拔；缺氧；超微；病理学
模拟高原缺氧对大鼠膈肌超微结构影响的电镜研究摘 要：目的：了解高原缺氧环境对膈肌损害的影响。方法：Wistar大鼠16只，随机分为2组。缺氧组每日在氧浓度11%±0.5%环境中生活8 h，共5周，然后与对照组一起活杀后观察膈肌超微结构情况。结果：缺氧组膈肌细胞超微结构变化明显，线粒体水肿、空化、髓样体形成；肌纤维溶解、走向紊乱，肌膜增厚，糖原颗粒减少，肌膜外可见中性粒细胞附着，肌细胞间毛细血管内皮细胞的线粒体空化明显。结论：缺氧可致膈肌细胞间毛细血管及膈肌细胞损伤，炎细胞可能参与缺氧损伤过程。
, 百拇医药
分类号：R -332 文献标识码：A
文章编号：1007-8622(2000)01-0032-02
Electron microscopic study on the influence of simulated high altitude environment on ultrastructures of diaphragm in rats
CAO Xiao-zhe,XING Chuan-ping,YANG Sheng-yue,et al.
(Lanzhou General Hospital,Lanzhou Command,PLA,730050)
Abstract：objective：To understand the influence of high altitude and hypoxia environment on injury of diaphragm.Methods：16 Wistar rats were randomly divided into hypoxia and control groups.The former was placed in a 11%±0.5% oxygen concentration environment 8 h.d-1 for 5 weeks.Then all rats were executed and sampled to observe the ultrastructures of diaphragm under electron microscope.Results：Ultrastructures of diaphragm cells were obviously changed in hypoxia group.In these rats,swollen mitochondria with cristae loss and vacuolization,disorganized myofibrillae with some loss of myofilaments,thickened myocyte cell membrane and diminution of glycogen granules were observed.Neutrophilic granulocytes were found outside the mytocyte membrane.Mitochondria of endothelial cells in diaphragmatic capillary were evidently vacuolized.Conclusion：Hypoxia can lead injury to diaphragmatic capillary and myocyte.Inflammatory cells may be relate with the course of hypoxia injury.
, http://www.100md.com
Key words：Animal test; Rat; Diaphragm; High altitude; Hypoxia; Ultrastructure; Pathology▲
高原缺氧可致呼吸系统的慢性损伤，直至呼吸衰竭。膈肌在维持正常通气方面发挥着重要作用，对其病理和生理改变的研究有着极其重要的临床意义。为探讨膈肌损害与缺氧的关系，我们采用慢性缺氧模型大鼠，对其进行了膈肌超微结构的实验研究。
1 材料和方法
1.1 动物模型：Wistar大鼠16只(动物及饲料均由兰州医学院动物实验中心提供)，雌雄各半，体重200～300 g，随机分为2组，每组8只。对照组(A组)：在常氧条件下喂养5周，进食、水量不限。慢性缺氧组(B组)：放入常压缺氧箱内(氧浓度为11%±0.5%)模拟至海拔5 000 m高度，每天缺氧8 h自由进食，共5周。
, 百拇医药
1.2 方法：二组大鼠5周后，用3%戊巴比妥钠腹腔注射麻醉，从胸骨剑突下切开，打开腹腔，充分暴露并取出膈肌，然后取右半膈肌一小块，迅速切成1 mm大小，4%戊二醛和1%锇酸双固定，Epon 812包埋，LKB-V型超薄切片，醋酸铀和柠檬酸铅双染色。JEM-1200EX透射电镜下观察，拍片。
2 结果
2.1 对照组超微结构改变：膈肌肌细胞核清晰，多为椭圆形，核内以常染色质为主，异染色质较少、边集，呈均匀细线状，核仁偶见。肌节分布均匀，Z线清晰，肌丝排列整齐、清晰，走向一致。线粒体中等大小，线粒体膜、嵴及基粒清晰可见，基质均匀，中等电子密度。肌浆网无扩张，基质电子密度均匀。糖原颗粒散在分布于核周及膈肌细胞膜下。膈肌细胞膜清晰，无增厚，胞膜下间隙不增宽，胞饮现象偶见，胞膜外未见到大量的胶原纤维。肌细胞间毛细血管结构未见异常(见图1)。
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图1 示肌原纤维排列整齐清晰×10000
2.2 实验组超微结构改变：膈肌细胞核增大，基质电子密度降低，异染色质粗大、边集，呈块状。肌节长短不等，Z线增粗，肌原纤维走向紊乱，局部肌丝溶解消失，代之为线粒体及肌浆网，部分区域连接成片。线粒体增大，基质电子密度降低；部分膜破裂，嵴溶解及脱基粒，线粒体空泡化及髓样体形成可见(见图2)。肌浆网弥漫性扩张，内含絮状物或膜状小泡。糖原颗粒减少。各级溶酶体明显增多。膈肌细胞膜增厚，胞膜下间隙增宽，胞饮增多，胞膜外可见多量胶原纤维。毛细血管外，肌细胞表面可见中性粒细胞浸润(见图3)。肌细胞间毛细血管内皮细胞的线粒体空化明显(见图4)。
图2 肌丝紊乱、溶解；线粒体肿大，嵴溶解及髓样体形成×20000
, 百拇医药
图3 示肌膜外多量的胶原纤维及中性粒细胞浸润×10000
图4 示毛细血管内皮细胞的线粒体空化×20000
3 讨论
作为人体主要呼吸肌的膈肌，是完成呼吸过程的主要动力来源。膈肌功能的降低将直接影响呼吸功能，是导致呼吸衰竭发生发展的主要原因之一[1]。
缺氧可致心肌、骨骼肌的损伤及其超微结构的改变[2]。本实验结果也证实了这一点。膈肌在缺氧损害时，首先表现为线粒体的改变[2，3]，包括线粒体体积的增大，部分膜破裂，嵴溶解及脱基粒，基质电子密度降低，空泡化及髓样体形成。这主要是缺氧所致膈肌血供不能满足膈肌代谢的需要。而线粒体是膈肌细胞有氧氧化合成ATP的场所，对缺氧十分敏感，故首先出现形态改变[4]。由于线粒体形态结构的改变，其合成ATP的能力和离子传递机能降低[5，6]，ATP生成减少，而造成肌节收缩和舒张缓慢，出现肌原纤维的挛缩和松驰，肌丝断裂和解聚。形态上表现为肌节长短不等或不对称，Z线增粗，肌原纤维走向紊乱。如缺氧持续存在，则膈肌肌原纤维部分溶解消失而逐渐丧失其功能。核异染色质呈块状边集，提示膈肌细胞代谢功能降低。肌浆网扩张可表明肌细胞对缺氧的代偿性反应性机能增强。糖原的减少，则是膈肌细胞慢性缺氧消耗增大的表现。各级溶酶体的增多，则提示肌细胞内亚结构损伤后的自我修复机能加强。而肌膜增厚及肌膜外多量的胶原纤维，可能是膈肌对缺氧的代偿反应。对于膈肌细胞间毛细血管的损伤，形态上表现为毛细胞血管内皮细胞线粒体的变性，导致其通透性的增大，使得炎细胞更易于游走出毛细血管而直接接触到膈肌细胞。这些都提示在慢性缺氧的膈肌损伤时，膈肌间毛细血管的损伤及炎细胞的炎性介质有可能也参与其损伤过程。
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综上所述，本实验结果提示：缺氧可致膈肌细胞间毛细血管及膈肌细胞的损伤，炎细胞可能参与缺氧损伤过程。
基金项目：兰州军区医学科研计划项目(LXH97-09)
作者简介：曹晓哲(1965—)，男，博士，副主任医师
参考文献：
[1]赵亚玲，沈丽英.蛋白质对呼吸肌营养治疗的实验研究[J].西北国防医学杂志，1995，16(3)：175-176.
[2]冯 启，程 时.运动后心肌、骨骼肌超微结构及其形态计量学改变[J].中国运动医学杂志，1991，10(1)：35-36.
[3]武忠弼.超微病理学基础[M].北京：人民卫生出版社，1990.35-43.
, 百拇医药
[4]曾泽戎，刘 丽，纪树国.+Gz负荷对大鼠膈肌收缩性能及超微结构的影响[J].中华航空医学杂志，1995，6(1)：29-30.
[5]Metzger JM,Fitts RH.Role of intracellular PH in muscles fatigue[J].J Appl Physiol,1987，62：1329-1331.
[6]Bannister NJ,Publicover SJ.Interacting effects of Ca2+and hypoxia in the induction of sarcolemmal damage in mouse diaphragm in vitro[J].Acta Neuropathol Berl,1995,90(4)：411.
收稿日期：1999-06-23, 百拇医药
单位：曹晓哲(兰州军区兰州总医院病理科，甘肃 兰州 730050)邢传平(兰州军区兰州总医院病理科，甘肃 兰州 730050)杨生岳(解放军第四医院呼吸科)高自芳(兰州军区兰州总医院病理科，甘肃 兰州 730050)
关键词：动物实验；大鼠；膈肌；高海拔；缺氧；超微；病理学
模拟高原缺氧对大鼠膈肌超微结构影响的电镜研究摘 要：目的：了解高原缺氧环境对膈肌损害的影响。方法：Wistar大鼠16只，随机分为2组。缺氧组每日在氧浓度11%±0.5%环境中生活8 h，共5周，然后与对照组一起活杀后观察膈肌超微结构情况。结果：缺氧组膈肌细胞超微结构变化明显，线粒体水肿、空化、髓样体形成；肌纤维溶解、走向紊乱，肌膜增厚，糖原颗粒减少，肌膜外可见中性粒细胞附着，肌细胞间毛细血管内皮细胞的线粒体空化明显。结论：缺氧可致膈肌细胞间毛细血管及膈肌细胞损伤，炎细胞可能参与缺氧损伤过程。
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分类号：R -332 文献标识码：A
文章编号：1007-8622(2000)01-0032-02
Electron microscopic study on the influence of simulated high altitude environment on ultrastructures of diaphragm in rats
CAO Xiao-zhe,XING Chuan-ping,YANG Sheng-yue,et al.
(Lanzhou General Hospital,Lanzhou Command,PLA,730050)
Abstract：objective：To understand the influence of high altitude and hypoxia environment on injury of diaphragm.Methods：16 Wistar rats were randomly divided into hypoxia and control groups.The former was placed in a 11%±0.5% oxygen concentration environment 8 h.d-1 for 5 weeks.Then all rats were executed and sampled to observe the ultrastructures of diaphragm under electron microscope.Results：Ultrastructures of diaphragm cells were obviously changed in hypoxia group.In these rats,swollen mitochondria with cristae loss and vacuolization,disorganized myofibrillae with some loss of myofilaments,thickened myocyte cell membrane and diminution of glycogen granules were observed.Neutrophilic granulocytes were found outside the mytocyte membrane.Mitochondria of endothelial cells in diaphragmatic capillary were evidently vacuolized.Conclusion：Hypoxia can lead injury to diaphragmatic capillary and myocyte.Inflammatory cells may be relate with the course of hypoxia injury.
, http://www.100md.com
Key words：Animal test; Rat; Diaphragm; High altitude; Hypoxia; Ultrastructure; Pathology▲
高原缺氧可致呼吸系统的慢性损伤，直至呼吸衰竭。膈肌在维持正常通气方面发挥着重要作用，对其病理和生理改变的研究有着极其重要的临床意义。为探讨膈肌损害与缺氧的关系，我们采用慢性缺氧模型大鼠，对其进行了膈肌超微结构的实验研究。
1 材料和方法
1.1 动物模型：Wistar大鼠16只(动物及饲料均由兰州医学院动物实验中心提供)，雌雄各半，体重200～300 g，随机分为2组，每组8只。对照组(A组)：在常氧条件下喂养5周，进食、水量不限。慢性缺氧组(B组)：放入常压缺氧箱内(氧浓度为11%±0.5%)模拟至海拔5 000 m高度，每天缺氧8 h自由进食，共5周。
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1.2 方法：二组大鼠5周后，用3%戊巴比妥钠腹腔注射麻醉，从胸骨剑突下切开，打开腹腔，充分暴露并取出膈肌，然后取右半膈肌一小块，迅速切成1 mm大小，4%戊二醛和1%锇酸双固定，Epon 812包埋，LKB-V型超薄切片，醋酸铀和柠檬酸铅双染色。JEM-1200EX透射电镜下观察，拍片。
2 结果
2.1 对照组超微结构改变：膈肌肌细胞核清晰，多为椭圆形，核内以常染色质为主，异染色质较少、边集，呈均匀细线状，核仁偶见。肌节分布均匀，Z线清晰，肌丝排列整齐、清晰，走向一致。线粒体中等大小，线粒体膜、嵴及基粒清晰可见，基质均匀，中等电子密度。肌浆网无扩张，基质电子密度均匀。糖原颗粒散在分布于核周及膈肌细胞膜下。膈肌细胞膜清晰，无增厚，胞膜下间隙不增宽，胞饮现象偶见，胞膜外未见到大量的胶原纤维。肌细胞间毛细血管结构未见异常(见图1)。
, 百拇医药
图1 示肌原纤维排列整齐清晰×10000
2.2 实验组超微结构改变：膈肌细胞核增大，基质电子密度降低，异染色质粗大、边集，呈块状。肌节长短不等，Z线增粗，肌原纤维走向紊乱，局部肌丝溶解消失，代之为线粒体及肌浆网，部分区域连接成片。线粒体增大，基质电子密度降低；部分膜破裂，嵴溶解及脱基粒，线粒体空泡化及髓样体形成可见(见图2)。肌浆网弥漫性扩张，内含絮状物或膜状小泡。糖原颗粒减少。各级溶酶体明显增多。膈肌细胞膜增厚，胞膜下间隙增宽，胞饮增多，胞膜外可见多量胶原纤维。毛细血管外，肌细胞表面可见中性粒细胞浸润(见图3)。肌细胞间毛细血管内皮细胞的线粒体空化明显(见图4)。
图2 肌丝紊乱、溶解；线粒体肿大，嵴溶解及髓样体形成×20000
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图3 示肌膜外多量的胶原纤维及中性粒细胞浸润×10000
图4 示毛细血管内皮细胞的线粒体空化×20000
3 讨论
作为人体主要呼吸肌的膈肌，是完成呼吸过程的主要动力来源。膈肌功能的降低将直接影响呼吸功能，是导致呼吸衰竭发生发展的主要原因之一[1]。
缺氧可致心肌、骨骼肌的损伤及其超微结构的改变[2]。本实验结果也证实了这一点。膈肌在缺氧损害时，首先表现为线粒体的改变[2，3]，包括线粒体体积的增大，部分膜破裂，嵴溶解及脱基粒，基质电子密度降低，空泡化及髓样体形成。这主要是缺氧所致膈肌血供不能满足膈肌代谢的需要。而线粒体是膈肌细胞有氧氧化合成ATP的场所，对缺氧十分敏感，故首先出现形态改变[4]。由于线粒体形态结构的改变，其合成ATP的能力和离子传递机能降低[5，6]，ATP生成减少，而造成肌节收缩和舒张缓慢，出现肌原纤维的挛缩和松驰，肌丝断裂和解聚。形态上表现为肌节长短不等或不对称，Z线增粗，肌原纤维走向紊乱。如缺氧持续存在，则膈肌肌原纤维部分溶解消失而逐渐丧失其功能。核异染色质呈块状边集，提示膈肌细胞代谢功能降低。肌浆网扩张可表明肌细胞对缺氧的代偿性反应性机能增强。糖原的减少，则是膈肌细胞慢性缺氧消耗增大的表现。各级溶酶体的增多，则提示肌细胞内亚结构损伤后的自我修复机能加强。而肌膜增厚及肌膜外多量的胶原纤维，可能是膈肌对缺氧的代偿反应。对于膈肌细胞间毛细血管的损伤，形态上表现为毛细胞血管内皮细胞线粒体的变性，导致其通透性的增大，使得炎细胞更易于游走出毛细血管而直接接触到膈肌细胞。这些都提示在慢性缺氧的膈肌损伤时，膈肌间毛细血管的损伤及炎细胞的炎性介质有可能也参与其损伤过程。
, http://www.100md.com
综上所述，本实验结果提示：缺氧可致膈肌细胞间毛细血管及膈肌细胞的损伤，炎细胞可能参与缺氧损伤过程。
基金项目：兰州军区医学科研计划项目(LXH97-09)
作者简介：曹晓哲(1965—)，男，博士，副主任医师
参考文献：
[1]赵亚玲，沈丽英.蛋白质对呼吸肌营养治疗的实验研究[J].西北国防医学杂志，1995，16(3)：175-176.
[2]冯 启，程 时.运动后心肌、骨骼肌超微结构及其形态计量学改变[J].中国运动医学杂志，1991，10(1)：35-36.
[3]武忠弼.超微病理学基础[M].北京：人民卫生出版社，1990.35-43.
, 百拇医药
[4]曾泽戎，刘 丽，纪树国.+Gz负荷对大鼠膈肌收缩性能及超微结构的影响[J].中华航空医学杂志，1995，6(1)：29-30.
[5]Metzger JM,Fitts RH.Role of intracellular PH in muscles fatigue[J].J Appl Physiol,1987，62：1329-1331.
[6]Bannister NJ,Publicover SJ.Interacting effects of Ca2+and hypoxia in the induction of sarcolemmal damage in mouse diaphragm in vitro[J].Acta Neuropathol Berl,1995,90(4)：411.
收稿日期：1999-06-23, 百拇医药