低濃度吸氧對福爾馬林暴露大鼠氣管及肺組織的保護作用

聶曉進，劉海平，王 切，任國山*

（1.河北省邯鄲市中心醫(yī)院胸外科，河北邯鄲056001；2.河北省邯鄲市中心醫(yī)院普外一科，河北邯鄲056001；3.河北醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院人體解剖學教研室，河北石家莊050017）

低濃度吸氧對福爾馬林暴露大鼠氣管及肺組織的保護作用

聶曉進1，劉海平2，王 切3，任國山3*

（1.河北省邯鄲市中心醫(yī)院胸外科，河北邯鄲056001；2.河北省邯鄲市中心醫(yī)院普外一科，河北邯鄲056001；3.河北醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院人體解剖學教研室，河北石家莊050017）

目的給予福爾馬林暴露大鼠吸入低濃度氧氣后，觀察其氣管及肺組織的光、電鏡形態(tài)學改變，為預防及治療福爾馬林對呼吸系統(tǒng)的損傷提供理論基礎。方法18只雄性SD大鼠隨機分成對照組、福爾馬林暴露組、福爾馬林暴露+吸氧組，每組6只。對照組大鼠呼吸自然空氣，福爾馬林暴露組大鼠及福爾馬林暴露+吸氧組大鼠每天吸入福爾馬林12h，福爾馬林暴露+吸氧組大鼠福爾馬林暴露完畢后立即吸入濃度為29%的氧氣，1次/d，1h/次。對照組和福爾馬林暴露組大鼠此時呼吸自然空氣。連續(xù)吸入25d后處死大鼠取氣管、肺組織，通過光學顯微鏡和透射電鏡觀察其形態(tài)學改變。結(jié)果與福爾馬林暴露組相比，福爾馬林暴露+吸氧組大鼠光學顯微鏡下可見氣管及肺組織的水腫及炎性改變均有所減輕，透射電鏡下雖然板層小體結(jié)構(gòu)仍顯紊亂，但Ⅱ型肺泡上皮細胞胞漿內(nèi)未見空泡；肺泡腔內(nèi)雖仍可見紅細胞及少量壞死細胞碎片，但也未見空泡。結(jié)論低濃度吸氧可改善福爾馬林暴露所導致的大鼠氣管及肺組織的病理損傷。

氧；氣管；肺；大鼠

福爾馬林是40%甲醛的水溶液，被廣泛應用于固定、殺菌消毒等。有研究表明呼吸系統(tǒng)是甲醛毒性作用的主要器官［1-4］，當大鼠吸入甲醛后，肺內(nèi)的甲醛含量明顯高于其他器官，并引起肺細胞增殖，多種蛋白表達發(fā)生改變［5-7］。吸氧臨床上主要用于治療呼吸系統(tǒng)疾病，此外還用于一氧化碳和苯中毒的預防和救治［8］。研究表明，吸氧濃度越高則損傷越嚴重，其機制可能與高氧誘發(fā)氧自由基增加而引起機體過氧化反應有關(guān)［9-10］。大鼠吸氧濃度＜50%即可對肝臟和腦組織造成損傷［11-12］。本研究通過給予福爾馬林暴露組大鼠進行低濃度吸氧治療，觀察吸入低濃度氧氣對福爾馬林暴露組大鼠氣管和肺組織是否具有保護作用，為吸氧對福爾馬林暴露所致毒性損傷的預防和治療作用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗材料：健康雄性SD大鼠，（200±20）g，由河北醫(yī)科大學實驗動物中心提供。100cm×60cm× 80cm透明福爾馬林吸入箱由有機玻璃自制而成。光學顯微鏡和樣本制作試劑由河北醫(yī)科大學解剖學教研室提供，透射電鏡由河北醫(yī)科大學電鏡實驗中心提供。特定濃度氧氣購自西三教制氧站。

1.2 動物處理方法：18只雄性SD大鼠隨機分成對照組、福爾馬林暴露組、福爾馬林暴露+吸氧組，每組6只。在自制透明福爾馬林吸入箱內(nèi)給對照組大鼠放置一個1 000mL燒杯，加入500mL蒸餾水；福爾馬林暴露組大鼠的燒杯內(nèi)加入福爾馬林500mL，1次/d，12h/次。次日倒掉前天剩余液體，重新補充500mL福爾馬林。福爾馬林暴露+吸氧組大鼠的暴露方法與福爾馬林暴露組相同，只是每天福爾馬林暴露完畢后，將該組大鼠置于密閉容器內(nèi)，容器內(nèi)放置鈉石灰吸收二氧化碳，輸入濃度為29%的氧氣。氧氣吸入時間為1h/次，1次/d，均在福爾馬林暴露結(jié)束后立刻進行，而對照組和福爾馬林暴露組大鼠此時則呼吸自然空氣。整個實驗環(huán)境均仿正常工作環(huán)境，室溫（20±5）℃，室內(nèi)濕度未控制。連續(xù)吸入25d后處死大鼠取氣管、肺組織。一部分放入3%多聚甲醛和1%戊二醛混合固定液中固定，用于透射電鏡觀察；另一部分放入4%多聚甲醛固定液內(nèi)固定，用于HE染色。

1.3 觀察指標和測定方法

1.3.1 大鼠一般表現(xiàn)的改變：從大鼠吸入福爾馬林前至被處死，每天觀察大鼠的精神狀態(tài)、食欲、毛發(fā)顏色、呼吸節(jié)律等的改變并詳細記錄。

1.3.2 大鼠體質(zhì)量的改變：18只SD大鼠隨機分組之后稱質(zhì)量，記錄每只大鼠的體質(zhì)量。福爾馬林暴露25d后再次稱質(zhì)量并記錄。觀察福爾馬林暴露以及吸氧對大鼠體質(zhì)量的影響。

1.3.3 組織切片HE染色和觀察：組織塊常規(guī)脫水、透明，石蠟包埋后，切片厚5μm，HE染色，于光學顯微鏡下觀察大鼠氣管、肺組織的形態(tài)學改變，日本產(chǎn)Olympus光學顯微鏡觀察并進行圖象分析。

1.3.4 TEM樣品制備和觀察：經(jīng)醛類混合固定液固定的肺組織標本，切成3mm×2mm×1mm的組織塊，經(jīng)0.01mmol/L磷酸鹽緩沖液充分清洗，先后置于2%單寧酸和1%鋨酸溶液中，導電處理和后固定各2h，梯度乙醇脫水，丙酮置換，Epon-812樹脂浸透和包埋。修切組織塊，超薄切片載于200目銅網(wǎng)上，經(jīng)醋酸鈾和枸櫞酸鉛電子染色后，用Hitachi-7500型透射電鏡觀察和攝像，加速電壓80kV。

1.4 統(tǒng)計學方法：應用SPSS10.0軟件進行統(tǒng)計學處理。計量資料以±s表示，分別采用單因素方差分析及SNK檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié) 果

2.1 大鼠一般表現(xiàn)的改變：福爾馬林暴露組大鼠早期在福爾馬林吸入箱內(nèi)出現(xiàn)煩躁不安、抓腮、上下竄動，呼吸加速等現(xiàn)象，隨暴露時間延長大鼠的毛發(fā)光澤度下降且進食量減少，精神不振，呼吸節(jié)律不規(guī)則，變淺變慢，口鼻周圍分泌物增多，暴露10d后，大鼠毛發(fā)變松散，失去光澤，毛色發(fā)黃，飲食差，精神萎靡，蜷縮在箱內(nèi)一角。福爾馬林暴露+吸氧組大鼠在剛進入福爾馬林吸入箱內(nèi)也出現(xiàn)煩躁不安、運動增多等現(xiàn)象，隨暴露時間延長大鼠的運動減少，蜷縮在箱內(nèi)一角，精神不振，口鼻周圍分泌物略增多；進入吸氧箱后大鼠較為興奮，對外界張望，爬抓箱壁，整理身體毛發(fā)等行為增加；20d后，大鼠毛發(fā)色澤略發(fā)黃，飲食與精神狀態(tài)明顯好于暴露組大鼠。對照組大鼠實驗前后均未見異常表現(xiàn)。

2.2 大鼠體質(zhì)量的改變：對照組大鼠體質(zhì)量（376±29）g，福爾馬林暴露組大鼠體質(zhì)量（234± 21）g，福爾馬林暴露+吸氧組大鼠體質(zhì)量（323±34）g。福爾馬林暴露組大鼠與福爾馬林暴露+吸氧組大鼠的體質(zhì)量均低于對照組（q=4.21、2.90，P＜0.05）；福爾馬林暴露+吸氧組大鼠的體質(zhì)量高于福爾馬林暴露組大鼠（q=4.98，P＜0.05）。

2.3 光學顯微鏡觀察大鼠氣管、肺組織的形態(tài)學改變

2.3.1 氣管的形態(tài)學改變：福爾馬林暴露組大鼠氣管黏膜上皮細胞纖毛發(fā)生粘連，部分脫失，黏膜下層輕度充血，黏液腺肥大，黏膜上皮內(nèi)杯狀細胞數(shù)量明顯增多（圖1）。對照組結(jié)構(gòu)清晰未見異常（圖2）。福爾馬林暴露+吸氧組大鼠氣管黏膜上皮細胞纖毛部分發(fā)生粘連，黏膜下層充血不明顯，黏液腺肥大，黏膜上皮內(nèi)杯狀細胞數(shù)量有所增多（圖3）。福爾馬林暴露+吸氧組大鼠氣管黏膜充血水腫等病理改變明顯輕于福爾馬林暴露組大鼠。

2.3.2 肺組織的形態(tài)學改變：福爾馬林暴露組大鼠肺間質(zhì)出現(xiàn)水腫、增寬，毛細血管擴張充血、炎細胞浸潤。肺泡腔內(nèi)出現(xiàn)巨噬細胞和單核細胞。少量肺泡上皮細胞發(fā)生腫脹、胞漿疏松變性（圖4）。對照組大鼠肺組織結(jié)構(gòu)基本正常，未見腫脹滲出（圖5）。福爾馬林暴露+吸氧組大鼠肺間質(zhì)出現(xiàn)水腫、增寬，毛細血管擴張充血、炎細胞浸潤不明顯。肺泡腔內(nèi)偶可見巨噬細胞和單核細胞（圖6）。福爾馬林暴露+吸氧組大鼠肺組織內(nèi)炎細胞浸潤明顯輕于福爾馬林暴露組大鼠。

2.4 透射電鏡觀察大鼠肺組織的形態(tài)學改變：暴露組大鼠肺泡上皮細胞腫脹，肺泡間隔水腫、增寬，可見Ⅱ型肺泡上皮細胞形態(tài)呈柱狀改變，微絨毛脫落，胞漿內(nèi)出現(xiàn)大量空泡，板層小體排空結(jié)構(gòu)紊亂，肺泡間隔水腫，二型肺泡上皮細胞膜破裂，肺泡腔內(nèi)可見大量空泡，巨噬細胞內(nèi)也出現(xiàn)空泡，還可見紅細胞、壞死細胞碎片和纖維素樣沉積（圖7）。血管內(nèi)皮吞飲泡增多及空泡形成（圖8）。對照組結(jié)構(gòu)清晰，Ⅱ型肺泡上皮細胞呈立方型，游離面可見微絨毛，胞質(zhì)內(nèi)可見成熟板層小體，板層呈螺紋狀，板層間隙規(guī)律，線粒體結(jié)構(gòu)規(guī)整（圖9）。福爾馬林暴露+吸氧組大鼠組大鼠Ⅱ型肺泡上皮細胞胞漿內(nèi)未見空泡，但板層小體結(jié)構(gòu)仍顯紊亂，肺泡腔內(nèi)也未見空泡，但仍可見紅細胞及少量壞死細胞碎片。肺泡間隔水腫、增寬，血管內(nèi)皮可見吞飲泡增多及空泡形成（圖10）。與福爾馬林暴露組大鼠相比，福爾馬林暴露+吸氧組大鼠Ⅱ型肺泡上皮細胞胞漿及肺泡腔內(nèi)未見空泡且結(jié)構(gòu)改變較輕。

3 討 論

吸氧能顯著提高血氧飽和度，提高肺泡內(nèi)的氧濃度，因此成為目前臨床上治療呼吸系統(tǒng)損傷的一種重要途徑。但有研究［11-12］表明，如果吸入高濃度氧不僅不具有治療作用，相反還可能對肝臟和腦等重要器官造成嚴重損傷。因此，我們選用29%低濃度氧氣，觀察其對福爾馬林暴露所致氣管和肺組織的毒性損傷是否具有保護作用。

本研究結(jié)果顯示，福爾馬林暴露+吸氧組大鼠隨著福爾馬林暴露時間的延長雖然也出現(xiàn)了精神不振，毛發(fā)色澤變黃，飲食減少，體質(zhì)量減輕等改變，但改變程度均明顯輕于暴露組大鼠。除此之外，光學顯微鏡觀察結(jié)果也顯示福爾馬林暴露+吸氧組大鼠氣管黏膜充血水腫，肺組織內(nèi)炎細胞浸潤等病理改變均明顯輕于福爾馬林暴露組大鼠。透射電鏡下可見福爾馬林暴露+吸氧組大鼠與福爾馬林暴露組大鼠相比，Ⅱ型肺泡上皮細胞胞漿及肺泡腔內(nèi)均未見空泡，雖然板層小體結(jié)構(gòu)仍顯紊亂，但結(jié)構(gòu)改變程度明顯輕于福爾馬林暴露組。表明低濃度氧氣吸入減輕了福爾馬林對氣管和肺組織的毒性損傷，對呼吸系統(tǒng)具有一定的保護作用。

通過對福爾馬林暴露組大鼠氣管和肺組織的形態(tài)學觀察，可以看到福爾馬林暴露已對氣管和肺組織造成了毒性損傷，肺組織形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變必然導致其氧氣交換及氧和作用的降低，而低濃度氧氣的吸入恰恰改善了這種缺氧狀態(tài)。同時由于我們采用的是低濃度氧氣吸入，氧氣含量低，因此不會像高濃度氧氣吸入那樣誘發(fā)強的氧化應激反應，而加重對組織的病理損傷。我們推測，這可能就是低濃度氧氣吸入對福爾馬林暴露所致氣管和肺組織的毒性損傷具有保護作用的原因之一。

總之，低濃度氧氣的吸入對呼吸系統(tǒng)具有一定的保護作用。因此，那些經(jīng)常接觸福爾馬林和長期在福爾馬林暴露環(huán)境中工作的人群可以通過吸氧的方法來保護自己的呼吸系統(tǒng)，防止福爾馬林對其造成毒性損傷。（本文圖見封三）

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（本文編輯：劉斯靜）

THE EFFECT OF LOW CONCENTRATION OXYGEN INHALATION ON TRACHEA AND LUNG TISSUE OF THE RATS EXPOSED TO FORMALIN

NIE Xiaojin1，LIU Haiping2，WANG Qie3，REN Guoshan3*
（1.Department of Tharocic Surgery，Handan Central Hospital，Hebei Province，Handan 056001，China 2.Department of General Surgery，Handan Central Hospital，Hebei Province，Handan 056001，China；3.Department of Anotomy，the School of Basic Medical Sciences，Hebei Medical University，Shijiazhuang 050017，China）

ObjectiveSD rats inhaled low concentration oxygen after exposed to formalin and the morphology change of trachea and lung tissue was observed to provide a theoretical basis for the prevention and treatment of respiratory system damage induced by formalin.MethodsEighteen SD rats were randomly divided into control group，formalin group and formalin+oxygen group.Control group breathed air in the box.Formalin group and formalin+oxygen group inhaled formalin for 12 hours every day in the box.After formalin exposure，the control group and formalin group breathed air，The formalin+ oxygen group was immediately provided with 29%oxygen in a airtight container for one hour every day. After 25 days，the morphology change of trachea and lung tissue was observed by the optical microscope and transmission electron microscope.ResultsEdema and inflammatory change in trachea and lung tissue of the formalin+oxygen group observed by optical microscope was lighter than that of the formalin group.TEM showed lamellar body structure remained disorder and there were still red blood cells and asmall amount of necrotic cell debris in alveolar space，but there was no vacuoles in TypeⅡalveolar epithelial cells and alveolar space.Conclusionlow concentration oxygen inhaltation can improve the pathological damage of trachea and lung tissue induced by formalin.

oxygen；trachea；lung；rats

R135.2

A

1007-3205（2012）12-1392-04

2012-05-12；

2012-07-08

聶曉進（1976-），男，河北魏縣人，河北省邯鄲市中心醫(yī)院主治醫(yī)師，醫(yī)學學士，從事胸外科疾病診治研究。

*通訊作者。E-mail：rengsh2004@126.com

10.3969/j.issn.1007-3205.2012.12.010