随着我国海上战略指导思想的转变,尤其是对海洋资源的开发和海洋权益的维护,推动海军战略从“近海防御”向“远海防卫”转变,海上各类军事行动日益频繁。军事潜水打捞、水下特种作战和潜艇脱险等水下活动都极有可能发生减压病（decompression sickness,DCS）。此外休闲潜水人数迅速增长,水下和高气压工程作业量陡增,这些人群都面临着极大的DCS风险。相对于普通临床疾病,DCS的病例数量有限。探索它的发生机制、病理生理过程和防治措施,更依赖于实验动物模型。小鼠、大鼠等小型实验动物在DCS研究中被广泛运用。但因生理构造与人类差别较大,在深入观察防治措施效果、探索特殊机制或者在新技术应用于人体前,需要借助大动物模型。在非灵长类动物中,猪在基因水平、解剖结构和生理特征上与人类较为相近,特别是心血管系统、呼吸系统、皮肤组织和脊髓等与DCS发生密切相关的系统。然而相对小鼠、大鼠等动物,目前以猪作为DCS模型较少,尤其国内在此领域更是空白。巴马猪是我国人工培育的唯一实验用小型猪,遗传背景明确,生理指标稳定、重现性好,是建立DCS模型理想的动物。本课题旨在系统地研究巴马猪DCS模型,优选制备稳定发病率的高气压暴露方案,建立评估指标体系;探究DCS核心病理生理变化——炎症反应和内皮损伤的规律;研究猪作为DCS模型特征性表现——DCS皮肤损伤的临床症状和机制;研究DCS核心致病因素——气泡在体内的变化规律以及与各指标变化、症状演变的相关性。模型的价值不仅体现在对疾病本身的机制探索,也包括运用于疾病防治方法的研究。本课题的第二部分针对不同的干预措施,选用不同DCS严重程度的高气压暴露方案;并针对干预措施的作用机制,从评估体系中选取合适的评价指标,同时不断完善模型本身的研究。高压氧（hyperbaric oxygen,HBO）是治疗DCS最有效的方法,而作为预处理措施的研究,目前尚停留在小动物模型中。七叶皂苷素作为内皮保护剂在临床广泛应用于治疗慢性静脉功能不全、软组织水肿、痔疮等疾病。本课题组已在大鼠模型上证实了两者对DCS具有良好的防治效果,本课题基于巴马猪DCS模型进一步探索HBO预处理和七叶皂苷素对DCS的效应及机制,为未来推广到DCS的防治实践中提供理论依据。第一部分:巴马猪DCS模型的研究一、巴马猪DCS模型的建立研究方法:选用雄性阉割巴马猪分别接受不同深度、暴露时间和减压速度的高气压暴露方案处理。减压后在既定时间点检测评估肢体运动功能和脊髓诱发电位,两者联合确定DCS脊髓损伤;心脏超声评估右心气泡量和心肺功能;观察皮肤症状演变;检测血液理化指标。通过整体行为学、组织病理学、循环和神经生理学、气泡生成、炎症反应等方面筛选建立评估指标体系。研究结果:各暴露方案产生不同发病率和死亡率的DCS模型。减压后右心系统可见明显气泡,肺动脉瓣口血流减慢,跨瓣压减小;出现典型皮肤损伤;白细胞、血小板数量减少,D-二聚体和纤维蛋白原降解产物增高,凝血酶原时间延长;肺、脊髓发生淤血、出血等病理改变。结论:成功建立了稳定发病率和死亡率的巴马猪DCS模型,上述各类指标能够客观反应模型损伤程度。二、巴马猪DCS炎症因子和内皮损伤的时间变化规律研究方法:10头巴马猪分两组分别接受“30 msw（meter sea water）暴露120 min、6 min减压”和“40 msw暴露35 min、11 min减压”的高气压暴露处理。使用超声检测动物气泡量,按照既定时间点采血检测炎症因子白介素-1β（interleukin-1β,IL-1β）、白介素-6（IL-6）、白介素-8（IL-8）和单核细胞趋化因子-1（monocyte chemo-attractant protein-1,MCP-1）水平,以及内皮标志物内皮素-1（endothelin-1,ET-1）、血管细胞粘附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1）和细胞间粘附分子-1（intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1）水平,观察两类指标的变化规律和气泡量的相关性。研究结果:气泡在减压后第一检测时间点30 min即为峰值,6 h仍有少量气泡,方案一气泡量水平高于方案二。减压导致IL-1β、IL-6、IL-8、MCP-1、ET-1、VCAM-1和ICAM-1水平明显增高;不同气泡量所致指标变化趋势相同;除VCAM-1外,各指标变化幅度与气泡量呈现明显相关性。结论:高气压暴露后气泡量与炎症因子和内皮损伤标志物高度相关,证实气泡是引起减压后炎症和内皮损伤的触发因素。炎症因子IL-1β、IL-6、IL-8、MCP-1和内皮损伤标志物ET-1、ICAM-1可以用于评估减压应激水平和体内气泡量。三、巴马猪DCS皮肤损伤的临床表现和发病机制研究方法:13头巴马猪接受“40 msw暴露35 min、11 min减压”的高气压暴露。减压后,观察记录皮肤损伤的表现,在每个进展期使用超声检测皮肤变化,同时对皮肤温度、组织一氧化氮含量和病理进行检测;另外检测右心系统气泡量和中枢神经系统功能。研究结果:所有动物都发生DCS皮肤损伤,其中2头动物由于心肺功能衰竭死亡。依据症状特点将DCS皮肤损伤的进展分为六期。所有动物仅在右心系统发现气泡。气泡量负荷与损伤面积、皮损潜伏期和持续时间有强相关性。局部皮肤温度并未发现明显变化,皮肤厚度增加,皮损组织一氧化氮含量升高,病理检测发现血管扩张、阻塞和出血。超声发现皮损区域的血管回声信号增强。运动功能检测和诱发电位未发现中枢神经系统受损。结论:典型DCS皮肤损伤呈现阶段性症状演变。当前结果提示DCS皮肤损伤主要由于局部组织产生的气泡而非中枢神经系统损伤和动脉气泡所致。第二部分:巴马猪DCS模型的应用一、高压氧预处理对巴马猪DCS的预防作用研究方法:实验分2阶段。在第1阶段中,6头巴马猪接受15 msw-1 h的HBO暴露。在HBO暴露前和暴露后6、12、18、24和30 h检测淋巴细胞的HSP32、60、70和90的表达。在第2阶段的交叉设计实验中,10头巴马猪被随机分到组1和组2。所有动物在加压舱内接受两次“40 msw暴露35 min、11 min减压”的高气压暴露。每次高气压暴露前18 h,给予单次常压空气暴露或者15 msw-1 h的HBO暴露。组1的动物在第1次高气压暴露前接受HBO预处理而在第2次高气压暴露前接受常压空气预处理,组2的动物在第1次高气压暴露前接受常压空气预处理而在第2次高气压暴露前接受HBO预处理。第1次高气压暴露和第2次预处理间隔7天。每次高气压暴露减压后,检测气泡量、皮肤损伤面积和潜伏期、炎症因子IL-8、MCP-1和内皮损伤指标ET-1和VCAM-1。研究结果:第1阶段HBO暴露后,HSP32、70表达增加,并在18 h达到峰值,而HSP60、90变化相对轻微。第2阶段HBO预处理降低了气泡量和皮肤损伤,缓解了快速减压所致的IL-8、MCP-1、ET-1和VCAM-1的升高。各组处理顺序对指标变化结果无影响。结论:HBO预处理可有效缓解DCS所致的损伤,可能与HBO诱导HSP的表达发挥保护作用有关。二、七叶皂苷素对巴马猪DCS的保护作用研究方法:16头巴马猪进行两阶段交叉设计实验,间隔7 d。在每个阶段的高气压暴露前7 d,所有动物都接受0.4 mg/kg/d七叶皂苷素（0.16 g/L）或等量的生理盐水处理:第1组在第1次高气压暴露前连续给七叶皂苷素7 d,第2次高气压暴露前连续给生理盐水7 d;第2组接受相反次序处理分别以生理盐水和七叶皂苷素给药7 d。减压后检测皮肤损伤面积和右心气泡量,采集血液进行血小板计数,测定炎症因子IL-1β、IL-6和内皮损伤指标ET-1、ICAM-1。研究结果:由于动物数量有限,死亡率无统计学意义,但与生理盐水相比,七叶皂苷素降低了巴马猪DCS的死亡比率。七叶皂苷素对气泡生成无影响,但显著改善血小板减少和IL-1β、IL-6、ET-1和ICAM-1的升高。结论:七叶皂苷素对巴马猪DCS具有保护作用,主要通过内皮保护机制实现。内皮损伤是DCS重要的发病机制之一,通过内皮保护可有效对抗DCS。