研究背景红细胞中的血红蛋白是动物体内的运氧载体,是从外环境获取氧、血液向组织供给氧的关键因素,其分子结构的适宜性变化,是十分经济有效的高原习服适应机制。但是部分高原世居人(如藏族人)、部分高原土生动物以及高原习服良好或高原耐受的高原移居者血红蛋白分子的“一级结构”并没有突变。因此,我们考虑血红蛋白分子“高级结构”的调节性变化也在高原习服适应中发挥重要作用:在某种因素的作用之下,血红蛋白分子的高级结构发生调节性变化,增强亚基间协同效应以及血红蛋白分子对H+浓度变化的敏感性,引起“氧离曲线逆旋”与“波尔效应增强”,这样,可以使得在肺泡毛细血管内(偏碱性)血红蛋白具有更高的氧亲和力,从肺泡可以获取更多的氧,同时,在肌肉等组织毛细血管(偏酸性)中,血红蛋白氧亲和力下降的速度更快,从而更易于释放氧。因此,氧离曲线逆旋与波尔效应增强,可能是决定高原低氧耐受性的重要因素,是高原习服适应的重要机制。在人和哺乳动物是否存在这一机制,尚未见报道。血液中白细胞与血管内皮细胞是红细胞最亲密的细胞,也是炎症反应的主要细胞。低氧可以直接或间接地激活这些细胞,产生IL-1、IL-6、IL-8等多种介质,而且红细胞膜上存在与之结合的受体。因此,我们推测:低氧暴露时,血液白细胞与血管内皮细胞等细胞被激活,释放多种介质(包括细胞因子),进而再作用于红细胞,引起血红蛋白分子结构的变化,引起氧离曲线逆旋和/或波尔效应增强。研究目的明确低压低氧暴露时血红蛋白协同效应与波尔效应的变化特点与意义,及其与白细胞、血管内皮细胞的关系。研究方法将SD大鼠暴露于模拟海拔5000 m低压舱内1、7、30 d后,取大鼠动脉血用氧离曲线绘制仪(HEMOX ANLYZER)绘制不同p H(7.45、7.16、7.55)条件下的氧离曲线(ODC),用其软件计算出血氧饱和度为50%时的氧分压(P50),及Hill系数(HC),另外,计算ODC对酸碱的敏感指数(SI)。SI=(P50 HCl-P50 Na OH)/P50 CON×100%,P50HCl为加入盐酸时(p H7.16)的P50,P50NaOH为加入NaOH时(pH7.55)的P50,P50CON为对照组(p H7.45)时的P50。大鼠在Morris水迷宫经过训练获得目标记忆后,从腹腔注射50 mg/kg 5-羟甲基糠醛(5-Hydroxymethylfurfural,5HMF)或生理盐水(对照组),动物置模拟海拔5000 m的低压舱内1 d。直接在低压舱内再次给药30 min后,检测大鼠在目标象限内的滞留时间、穿过目标的次数,用以评价记忆能力。在同上海拔的低压舱内,将同样给药及低氧暴露后的大鼠置恒温游泳池内进行负重游泳,记录大鼠力竭时间。分离的人血白细胞(WBCs)、培养的人脐静脉内皮细胞(VECs)置低氧培养箱(5%、1%O2)不同时间(6、12、24 h),收集其上清。将低氧上清或细胞因子与分离纯化的红细胞孵育2 h,然后检测在不同pH条件下的ODC,计算P50、HC及SI。研究结果1.与常氧组相比,低氧暴露7、30 d后,大鼠红细胞ODC发生逆旋、对酸碱的敏感性增加(即波尔效应增强),HC、SI显著增加(p<0.05)。低氧暴露1 d后,没有引起这些变化,HC、SI没有显著增加(p>0.05),同时,水迷宫中大鼠在目标象限的滞留时间以及穿过原目标平台的次数显著降低(p<0.05),表明低氧引起记忆能力降低,另外游泳力竭时间也显著降低(p<0.05),表明低氧引起体力劳动能力也降低。5HMF引起ODC逆旋,并增加对酸碱的敏感性(即波尔效应增强)。当使用5HMF处理后,明显削弱了低氧暴露1 d引起的大鼠记忆能力与体力劳动能力降低。2.低氧刺激WBCs、VECs后,其培养上清均可引起ODC逆旋并增强波尔效应,HC、SI显著增加(p<0.05)。一氧化氮抑制剂存在时,显著削弱白细胞低氧上清引起的这些变化。与对照组(未加细胞因子组)相比,IL-1β、IL-6、IL-8作用后,红细胞P50显著降低和SI显著增加(p<0.05)。结论1.低压低氧引起ODC逆旋和波尔效应增强,这可能是低氧习服的机制之一。通过促进氧离曲线逆旋和/或波尔效应增强,可以改善低压低氧环境下的体力劳动能力和脑力劳动能力。2.低氧刺激白细胞与血管内皮细胞后,引起ODC逆旋和波尔效应增强,增强红细胞携氧能力,NO、IL-1、IL-6、IL-8可能在其发挥重要的介导作用。