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老龄化自发性高血压模型大鼠与SD大鼠的左冠状动脉力学特性

首席医学网      2012年07月22日 14:12:47 Sunday  
 
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作者:刘 波 李艳玲1 李新颖2    作者单位:1 吉林大学交通学院 2 吉林大学中日联谊医院 (首都医科大学附属北京朝阳医院急诊中心,北京 100043)

【摘要】  目的 研究SD雄性大鼠和老龄自发性高血压大鼠(SHR)左冠状动脉的拉伸力学性质,为高血压的发病机制提供生物力学参数。方法 对正常成年SD雄性大鼠左冠状动脉和老龄SHR左冠状动脉各20个试样,分别装夹于电子万能试验机的上、下夹头内,对试样预调处理后以5 mm/min的实验速度对试样施加拉伸载荷,直到试样破坏,打印机打印出试样的拉伸最大载荷、最大位移、最大应变、最大应力数据和应力-应变曲线。以统计分析和t检验方法处理实验数据。结果 SD组左冠状动脉最大载荷为(2.58±0.66) N,最大位移为(3.34±0.10) mm,最大应力为(1.11±0.09) MPa,最大应变为(66.8±2.09)%;老龄SHR组左冠状动脉拉伸最大载荷为(1.95±0.08) N,最大位移为(2.96±0.08) mm,最大应力为(0.94±0.06) MPa,最大应变为(59.2±1.62)%。两组拉伸力学性质各项指标比较差异显著,有统计学意义(P<0.05)。结论 正常SD左冠状动脉和老龄SHR左冠状动脉具有不同的拉伸力学性质,老龄SHR大鼠左冠状动脉拉伸力学性质发生改变。

【关键词】  高血压;老龄SHR;SD大鼠;左冠状动脉;一维拉伸;力学性质

  动物实验已成为研究高血压发病机制及治疗方法的重要手段〔1〕。高血压实验动物模型主要有三类:自发性高血压(SHR)、诱发性高血压和基因工程高血压模型。SHR模型大鼠的自发性高血压变化与人类非常相似,其后代100%于出生后数月自然发生高血压症状,成年鼠血压水平一般为200 mmHg。国内外学者对动脉血管的力学性质进行了一定的研究〔2,3〕。以往的研究以正常动物动脉血管的力学性质研究居多,国内关于老龄高血压模型动物左冠状动脉一维拉伸力学性质实验研究鲜有报道。鉴于此,本文对正常SD大鼠左冠状动脉和老龄SHR大鼠左冠状动脉进行一维拉伸实验,探讨其力学特性。

  1 材料与方法

  1.1 动物及分组

  健康4~5月龄SD大鼠25只,体质量(280±20)g;12月龄SHR大鼠25只,体质量(290±320)g,均由中国医科大学实验动物部提供。

  1.2 大鼠血压的测量

  两组大鼠处死前连续3 d测尾动脉血压,每日1次,SD组大鼠收缩压为(116.4±4.8)mmHg、SHR组大鼠收缩压为(180±6.2)mmHg。

  1.3 取样

  10%水合氯醛(0.3 ml/100 g)腹腔注射麻醉开胸,在手术显微镜下找到左冠状动脉,切取下来,每组各25个标本,以生理盐水浸湿的布包裹标本,置于-5℃冰箱内保存。

  1.4 一维拉伸实验

  实验前取出两组大鼠左冠状动脉,常温下解冻,以手术刀切取试样,试样长9.8~10.2 mm,将试样的长度和直径输入到控制电子万能试验机的计算机中。按参考文献〔4〕的方法在同一应力水平下分别对每个标本反复加-卸载10次,预调处理后进行实验。将试样置于装有生理盐水(pH7.4)的有机玻璃缸内,将有机玻璃缸置于试验机工作台上,试样上端与上夹头连接,下端与下夹头连接,以5 mm/min的实验速度对标本施加拉伸载荷,实验环境温度(36.5±0.5)℃。实验结束后,控制机器的计算机自动输出拉伸实验数据和应力-应变曲线。

  1.5 统计学方法

  应用SPSS11.0统计软件,数据以x±s表示,采用随机分组设计的单因素法进行分析,以Dunnett-t方法进行两两比较。

  2 结 果

  2.1 各组大鼠左冠状动脉一维拉伸实验结果

  各组大鼠左冠状动脉拉伸实验结果显示SD大鼠和老龄SHR大鼠左冠状动脉具有不同的力学性质。见表1。表1 两组大鼠左冠状动脉拉伸实验结果

  2.2 SD组大鼠和老龄SHR组大鼠左冠状动脉应力-应变曲线

  取SD大鼠和老龄SHR大鼠左冠状动脉拉伸应力和应变数据40个点进行曲线拟合,两组左冠状动脉应力-应变曲线见图1。图1 大鼠左冠状动脉应力-应变曲线

  2.3 各组大鼠左冠状动脉应力-应变关系表达式的建立

  以多项式用最小二乘法建立两组大鼠大脑中动脉应力-应变关系表达式:SD组:σ(ε)=103.872 6e6-208.291 4e5+120.251 2e4+41.038 6e3+1.275 4e2;SHR组:σ(ε)=107.698 2e6+191.174 0e5-89.589 2e4+69.339 8e3-0.656 7e2。

  3 讨 论

  本实验结果表明SD大鼠组左冠状动脉拉伸最大载荷、最大应力、最大位移、最大应变大于老龄SHR组左冠状动脉,提示长期高血压将使动脉血管的结构和功能产生一定的变化,即血管结构重建和功能重建。高血压是高应力状态,表现出非均匀性重建,这种重建又导致组织内部的应力重新分布,改变血管的力学性质〔4〕。相关研究表明,血管壁的平滑肌、胶原纤维和弹性纤维的含量和空间构型是决定血管功能和生物力学性质的重要因素。动脉的力学特性与管壁的胶原纤维与弹性纤维含量比(C/E)密切相关,C/E比值为反映血管的硬度指标,C/E比值高,弹性模量大,动脉管壁硬度就大〔5〕。长期的动脉高压导致主动脉僵硬程度增高,势必造成应力对血管壁的直接作用增加,从而可能改变血管壁的通透性,使血液某些成分进入血管壁,促进动脉粥样硬化病变的形成〔6〕。受累动脉病变主要从内膜开始,一般先有脂质和复合糖类积聚、出血及血栓形成,纤维组织增生及钙质沉着,并有动脉中层的逐渐蜕变和钙化,病变常累及弹性及大中等肌性动脉,一旦发展到足以阻塞动脉腔,则该动脉所供应的组织或器官将缺失或坏死。由于动脉粥样硬化使动脉壁上沉积了一层脂类,动脉弹性减低、管腔变窄。且动脉粥样硬化伴高血压,致使血液冲击血管内膜,导致管壁增厚、管腔变细。管壁内膜受损后易为胆固醇、脂质沉积、加重了动脉粥样斑块的形成〔7〕。动脉粥样硬化常导致血栓形成、供血障碍等。粥样硬化的血管发生了结构变化,使其柔顺性减小。以至于达极限荷载时血管不能像正常动脉那样再作较大的伸展〔8〕。动脉硬化病变初期,中膜平滑肌细胞分裂增殖,并迁移到内膜,分泌结缔组织基质,引起内膜增厚。参与内膜粥样硬化斑块的形成,但病变进一步发展,管壁内膜增厚明显,中膜萎缩,弹性结构排列紊乱,甚至断裂、消失,胶原大量增生,平滑肌由结缔组织代替,并出现纤维化,加之组织中钙盐沉积,使中膜变薄,整个管腔呈负性重塑表现〔7〕。

  本文认为,由于高血压后导致动脉血管的胶原纤维、弹性纤维的含量和排列方向发生改变,使其在应力作用于下的位移和应变降低。高血压导致左冠状动脉的胶原纤维含量和构型发生改变,降低了其力学性质。得出的结论和应力应变表达式的建立对研究高血压的发病机制提供了生物力学基础。

【参考文献】
    1 邓祖国.高血压动物模型的研究进展〔J〕.黔南民族医专学报,2008;21(4):249-51.

  2 姜宗来,王公瑞,何光篪.狗冠状动脉的生物力学特性:Ⅱ心外膜下各级分支的压力直径关系〔J〕.中国生物医学工程学报;1991;10(2):94-8.

  3 Humphrey JD.Vascular adaptation and mechanical homeostasis at tissue,cellular,and subcellular levels〔J〕.Cell Biochem Biophys,2008;50(2):53-78.

  4 朱宝亮,刘树玲,刘梅芳.自发性高血压大鼠四氢生物碟呤治疗后动脉的结构及力学改变〔J〕.中国应用生理学杂志,2009;25(3):325-8.

  5 姜宗来,何光篪.犬冠状动脉及有关动、静脉显微结构成分的定量分析〔J〕.解剖学报,1990;21(4):350-2.

  6 姜宗来,何光篪.狗冠状动脉的生物力学特性:Ⅲ静态弹性模量与血管结构及其临床意义〔J〕.第三军医大学学报,1989;11(4):252.

  7 杨永宗.中国动脉粥样硬化病理生理学研究近况〔J〕.中国动脉硬化杂志,2004;12(4):481-9.

  8 韩永生,王 瑾.颈动脉粥样硬化的研究进展〔J〕.山东中医杂志,2008;27(10):716-9.

  (编辑 袁左鸣/徐 杰)

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