缺氧动物模型复制及中枢神经系统功能抑制和低温对缺氧的影响

缺氧动物模型复制及中枢神经系统功能抑制和低温对缺氧的影响【摘要】目的：本实验学习复制乏氧性缺氧和血液性缺氧的动物模型方法，观察缺氧过程中呼吸的反应及血液色泽和全身一般情况的变化，并了解温度和中枢神经系统机能状态对缺氧耐受的影响以及对照实验和控制实验条件重要性。方法：小鼠注射氯丙嗪并置于冰上，制造中枢神经系统功能抑制和低温。置小鼠于密闭瓶中复制乏氧性缺氧动物模型。给小鼠吸入CO、注射亚硝酸钠来复制血液性缺氧的动物模型。测定其呼吸频率和死亡时间，解剖观察其肝血颜色。结果：中枢神经系统功能抑制和低温对缺氧的影响实验中，对照组小鼠存活时间为19.919±3.744min,而实验组存活时间为45.923±13.357min，长于对照组（p0.05）。对照组小鼠总耗氧率为4.668±1.136%，实验组则为2.021±0.605%，低于对照组（p0.05）。在不同原因缺氧机体呼吸变化实验中，乏氧性缺氧小鼠前期呼吸频率缓慢上升，维持一定时间后，逐渐下降至死亡。CO中毒的小鼠呼吸频率迅速增加至死亡。NaNO2小鼠呼吸频率先上升，后期频率逐渐降低直至死亡。亚硝酸钠加美兰处理的小鼠呼吸频率则相对稳定，其存活时间为24.7±9.209min,而单纯亚硝酸钠处理小鼠存活时间为11.822±4.779min，前者明显长于后者（P0.05）。乏氧性缺氧小鼠皮肤黏膜颜色呈青紫色（紫绀），解剖后肝脏暗红，血液暗红.皮肤，黏膜呈现鲜红色，解剖后肝脏血液呈现樱桃红色。亚硝酸盐处理和亚硝酸盐加美兰组两者皮肤黏膜均呈现蓝黑色，解剖后亚硝酸盐组肝脏血液为深咖啡色，亚硝酸盐加美兰组肝脏血液为浅咖啡色。结论：中枢神经系统机能抑制和低温使小鼠可以延长小鼠存活时间；CO和亚硝酸盐处理的小鼠存活时间明显缩短。美兰对亚硝酸盐中毒有一定缓解治疗作用。不同缺氧原因呈现不同的皮肤和血液颜色。【材料】小白鼠，100、500ml广口瓶和测耗氧装置，50g/L亚硝酸钠溶液，10g/L美兰溶液、2.5g/L氯丙嗪溶液(新鲜配制)、生理盐水，CO气体（甲酸加浓硫酸制取），钠石灰。【方法与观察项目】一、中枢神经系统功能抑制和低温对动物耐受缺氧的影响：方法：1．取性别相同，体重相近的小鼠2只，并准确称取体重。按随机分配的原则，将其中1只鼠作为实验组，另一只作为对照组。实验组鼠按0.1ml/10g体重腹腔内注射2.5g/L氯丙嗪，安放在冰浴的沙布上10~15分钟，使呼吸频率降为70~80次/分；对照组鼠按0.1ml/10g体重腹腔注射生理盐水，放置室温10~15分钟。2．将2只鼠分别放入100ml的广口瓶内，连接测耗氧装置。观察项目：1．从密闭测耗氧装置开始计时至鼠死亡，记录小鼠存活时间，用测耗氧装置测定总耗氧量（A）。根据总耗氧量Ａ（ml），存活时间T（min），鼠体量W（g）三项指标，求出总耗氧率R（ml/g/min）：R(ml/g/min)=A(ml)÷W(g)÷T(min)2．列各项指标的原始数据表并进行统计处理，数据以`x±S表示，对实验组和对照组的T、R作t检验。二、不同原因造成不同的缺氧类型方法：1．密闭瓶（1）取小鼠一只，数正常呼吸频率(次/10秒)，并注意深度。观察活动一般情况及耳、尾、口唇的颜色。（2）将鼠放入含钠石灰(约5g)的100ml广口瓶内，待安静后塞紧瓶塞，开始记录时间，以每隔５分钟间隔数呼吸频率(次/10秒)一次，并观察行为（如挣扎、痉挛等）和耳、尾、口唇的颜色变化，直至动物死亡，尸体留待打开腹腔观察。2．吸入CO（1）取小鼠一只，数正常呼吸频率(次/10秒)，并注意深度。观察活动一般情况及耳、尾、口唇的颜色。（2）将鼠放入500ml广口瓶内，塞紧瓶塞，用10ml注射器抽取CO气体10ml，注入刚密闭的广口瓶内，形成2%CO的空间环境，开始记录时间，观察方法与指标同项目１的第（2）项。3．注射亚硝酸盐（1）取体重相近的鼠2只，数呼吸频率和观察皮肤粘膜色泽。向腹腔内各注射50g/L亚硝酸钠0.2ml后，立即向其中一只腹腔内再注射10g/L美兰溶液0.2ml，另一只注射生理盐水0.2ml。（2）观察方法与指标同项目１的第（2）项，并观察两鼠表现及死亡时间有无差异。打开以上4只死亡小鼠的腹腔，取下小块肝组织置滤纸片上一起进行血液或肝脏颜色比较。【结果】1.中枢神经系统功能抑制和低温对缺氧的影响实验中，对照组小鼠存活时间为19.919±3.744min,而实验组存活时间为45.923±13.357min，长于对照组（p0.05）。对照组小鼠总耗氧率为4.668±1.136%，实验组则为2.021±0.605%，低于对照组（p0.05）。2.乏氧性缺氧小鼠前期呼吸频率缓慢上升，维持一定时间后，逐渐下降至死亡。3.CO中毒的小鼠呼吸频率迅速增加，后逐渐下降，30min后仍不死亡，补气（CO）后迅速死亡。4.NaNO2小鼠呼吸频率急剧上升至死亡。5.亚硝酸钠加美兰处理的小鼠呼吸频率则相对稳定，其存活时间为24.7±9.209min,而单纯亚硝酸钠处理小鼠存活时间为11.822±4.779min，前者明显长于后者（P0.05）。6.乏氧性缺氧小鼠皮肤黏膜颜色呈青紫色（紫绀），解剖后肝脏暗红，血液暗红.皮肤，黏膜呈现鲜红色，解剖后肝脏血液呈现樱桃红色。亚硝酸盐处理和亚硝酸盐加美兰组两者皮肤黏膜均呈现蓝黑色，解剖后亚硝酸盐组肝脏血液为深咖啡色，亚硝酸盐加美兰组肝脏血液为浅咖啡色。7.对呼吸变化做趋势图得到下图：【讨论】1.当供应组织的氧不足，或组织利用氧障碍时，机体的机能和代谢可发生异常变化，这种病理过程称为缺氧。缺氧是多种疾病共有的病理过程。许多原因都能使机体发生缺氧。不同类型的缺氧，其机体的代偿适应性反应和症状表现有所不同。2.根据缺氧的原因不同可将缺氧分为乏氧性缺氧、血液性缺氧、循环性缺氧和组织中毒性缺氧四种类型。乏氧性缺氧(低张性)：血液性缺氧(等张性)：Hb(数量减少；性质改变)循环性缺氧(低血液动力)：血流量（有效循环血流量减少）组织性缺氧：氧的利用（线粒体生物氧化或氧化磷酸化障碍）3.将动物放置于密闭的容器内，使其吸入气中的氧分压逐步降低以复制乏氧性缺氧模型。乏氧性缺氧（又称低张性缺氧），主要表现为动脉血氧分压降低，氧含量减少，组织供氧不足。正常毛细血管血液中氧离血红蛋白浓度约为26g/L。乏氧性缺氧时，动、静脉血中的氧离血红蛋白浓度增高。当毛细血管血液中氧离血红蛋白浓度达到或超过50g/L时，可使皮肤和粘膜呈青紫色（称为紫绀）。抑制动物中枢神经系统功能和降低体温，降低其代谢率可增强机体的缺氧耐受性。4.一氧化碳（CO）与血红蛋白的亲和力比氧与血红蛋白的亲和力高2l0倍．当吸入气中含有0.1%的CO时，血液中的血红蛋白可能有50%为碳氧血红蛋白（HbCO）。HbCO不能与O2结合，同时还可抑制红细胞的糖酵解。使2,3-二磷酸甘油酸（2,3-DPG）生成减少，氧离曲线左移，HbO2中的O2不易释放，从而加重组织缺氧。当血液中的HbCO增至50％时，动物可迅速出现痉挛、呼吸困难、昏迷，甚至死亡。此时，动物的动脉血含过多的HbCO，其皮肤、粘膜呈HbCO的樱桃红。5.亚硝酸盐可使血红素中二价铁氧化成三价铁，形成高铁血红蛋白(HbFe3＋OH)，导致高铁血红蛋白血症。高铁血红蛋白中的三价铁因与羟基结合牢固，失去结合氧的能力，或者血红蛋白分子中的四个二价铁中有部分氧化成三价铁，剩余的二价铁虽能结合氧，但不易解离，导致氧离曲线左移，使组织缺氧。低浓度美兰为还原剂，可抑制氧化剂的中毒反应。亚硝酸盐等氧化剂中毒时，如高铁血红蛋白含量超过血红蛋白总量的10%，就可出现缺氧表现，当血液中HbFe3＋OH达到15g/L，皮肤、粘膜可出现青紫颜色。达到30%~50%，则发生严重缺氧。6.乏氧性缺氧的呼吸变化机制：小鼠前期呼吸频率缓慢上升。这时候，瓶内由于钠石灰的存在，PaCO2较小，对呼吸中枢无兴奋作用。主要是由PaO2较低引起的外周化学感受器（颈动脉体+主动脉体）兴奋，对抗缺氧对呼吸中枢的直接抑制作用，兴奋呼吸中枢。这导致此时小鼠呼吸加深，加快。后期，由于缺氧的持续造成PaO2极低，外周化学感受器的兴奋减弱，反射不足以克服低PaO2对中枢的直接抑制。呼吸强度减弱【4】。乏氧性缺氧时动静脉血中氧离血红蛋白浓度增高，当超过50g/L时皮肤黏膜呈现青紫色（发绀）。解剖肝脏血液为暗红色，说明血液中氧离血红蛋白高于正常值。7.血液性缺氧（CO和NaNO2中毒）的呼吸变化机制：小鼠CO中毒后呼吸频率上升直至快速死亡。主要是因为缺氧而死。此时，因密闭瓶内小鼠的不断呼吸，PaCO2不断升高。外周化学感受器迅速发挥作用。小鼠呼吸中枢兴奋，呼吸强度增强。实验小鼠皮肤黏膜显桃红色，肝脏血液均显示为桃红色。这是因为血液中过多的HbCO存在。而亚硝酸钠处理小鼠外周化学感受器由于PaO2降低，反射性兴奋，对抗低氧直接抑制中枢作用，呼吸强度增强。而到后期中枢抑制作用增强，呼吸频率就降低，直至死亡。【参考文献】[1]陈季强，基础医学教程各论（上册）第一版，科学出版社，463页[2]陆源，生理科学实验教程第二版，浙江大学出版社，225页