世界微循環(huán)研究的回顧與展望

1、世界微循環(huán)研究的回顧與展望    關(guān)鍵詞： 微循環(huán)  世界微循環(huán)研究領(lǐng)域的前緣正在向前推進(jìn)，其范圍也以加速度向外擴(kuò)展，成為現(xiàn)代科學(xué)揭示生命系統(tǒng)分子水平奧秘的尖端學(xué)科，是基礎(chǔ)與應(yīng)用的生物醫(yī)學(xué)科學(xué)中不可缺少的一部分。使這一特殊領(lǐng)域得以進(jìn)一步輝煌的重要因素之一是來自基礎(chǔ)與臨床的研究者在自己的研究實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到了微循環(huán)的重要性并正在積極投身其中，利用分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、化學(xué)、物理和工程學(xué)的大量工具和分析手段，由此入手而開始解開在過去被認(rèn)為非常復(fù)雜的難題。微循環(huán)信息獨(dú)特而豐富，它是任何動(dòng)物活體組織不可缺少的組成部分，并且是活體細(xì)胞與外部環(huán)境之

2、間獨(dú)特的物質(zhì)交流途徑。 世界微循環(huán)領(lǐng)域的起源可以追溯至幾百年前。Malpighi和Leuwenhock用簡(jiǎn)易的顯微鏡進(jìn)行觀察，第一次描述了血液在相對(duì)纖細(xì)的毛細(xì)管中川流不息的情景。這些顯微鏡下看到的血管一開始被形容為類似一種田間灌溉的渠道。事實(shí)上，很長(zhǎng)一段時(shí)間里科學(xué)家們還不能肯定它們是血管還是組織間隙。這些具有獨(dú)立功能呈樹枝狀分布的血管，其周圍的分枝當(dāng)時(shí)僅被認(rèn)為是微血管對(duì)局部損傷或發(fā)炎作出反應(yīng)時(shí)的產(chǎn)物。 兩種方法學(xué)的進(jìn)展促進(jìn)了對(duì)微循環(huán)血流動(dòng)力學(xué)的了解。本世紀(jì)70和80年代應(yīng)用電子顯微鏡使人們清晰地觀察到這些小血管壁中的細(xì)胞（內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、周細(xì)胞）內(nèi)構(gòu)造和它們的細(xì)胞器。近一段時(shí)期，細(xì)胞培養(yǎng)

3、技術(shù)和特殊的免疫學(xué)探針的發(fā)展為揭示生物化學(xué)和生物物理學(xué)與多細(xì)胞組織的關(guān)系及對(duì)生命結(jié)構(gòu)的選擇性自我改建開辟了廣闊前景。人體活體顯微鏡及計(jì)算機(jī)圖像檢測(cè)分析系列用最有力的證據(jù)證明了末梢血管床在大多數(shù)疾病及衰老過程中起著原動(dòng)或從動(dòng)的作用。 本世紀(jì)50年代首次統(tǒng)一了該領(lǐng)域使用的名詞微循環(huán)（microcirculation）。早在1880年，ClaudeBernard已經(jīng)認(rèn)識(shí)到對(duì)于多細(xì)胞組織的生理組成，其本質(zhì)的也是首要的問題是保持穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。在這內(nèi)環(huán)境中實(shí)質(zhì)細(xì)胞得以完成它們的功能性活動(dòng)，WalterBCannon在人的智慧一書中涉及到了一個(gè)最基本的問題，即神經(jīng)系統(tǒng)的自主性，并提出了“內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定”（hom

4、eostasis）一詞，強(qiáng)調(diào)保護(hù)組織完整和內(nèi)平衡的絕對(duì)必要性。顯然，末梢血管床是完成這一重要功能的基本園地。某些類型的局部反饋是必需的，它不僅能保障穩(wěn)定的組織環(huán)境，而且是在人體代謝活動(dòng)中重新調(diào)整血液、組織液的機(jī)理之所在。 有關(guān)血液與組織間液體交換的定性概念首先是由Ludwin于1861年提出，后來又經(jīng)Starling進(jìn)行了詳細(xì)說明。那時(shí)，末梢血管床的行為引起病理學(xué)家們的興趣，有關(guān)組織中血液控制的細(xì)節(jié)與選擇性分配大多是推理性的。直到20世紀(jì)二三十年代AugustKrough所做的經(jīng)典性貢獻(xiàn)才將人們的注意力集中到組織灌注上來。 被應(yīng)用相關(guān)的基礎(chǔ)學(xué)科，如工程學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)的原理和工具進(jìn)行研究之后，

5、微血管研究的方向和重點(diǎn)有過多次改變。然而，在能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量微血管行為之前，只能根據(jù)疾病的早期現(xiàn)象和這些學(xué)科發(fā)生表面的相互聯(lián)系。 毛細(xì)血管（capillary）一詞由原意為頭狀的拉丁詞capilla衍生而來，一開始用來表示所有口徑特別細(xì)小的血管，這些構(gòu)成毛細(xì)血管網(wǎng)狀組織的狹窄通道樣排列看上去類似一系列灌溉渠道，靠動(dòng)脈端血流閘門的閉合使之充滿血流。 電子顯微鏡的出現(xiàn)帶來了許多傳統(tǒng)顯微鏡無法得到的高分辨率信息，但它們對(duì)微血液動(dòng)力學(xué)研究的意義仍然有限。近幾年分子生物學(xué)發(fā)展的選擇性免疫學(xué)探針和體外培養(yǎng)技術(shù)成為揭示微血管系統(tǒng)中細(xì)胞組織功能性活動(dòng)的極好工具，今天我們綜合來自不同基本學(xué)科的豐富信息，將結(jié)構(gòu)與

6、功能結(jié)合起來，就能把它們組織成一幅栩栩如生的、美麗的畫卷。 心血管系統(tǒng)的末端微血管在顯微鏡下可描述為互不關(guān)聯(lián)的有機(jī)單元，網(wǎng)絡(luò)是各種組織所需營(yíng)養(yǎng)的送達(dá)地點(diǎn)，是抵御外來不良作用的重要陣地，是保持體內(nèi)溫度的關(guān)鍵自然因子。它也緊密包含在受創(chuàng)傷組織的再生或重組中，它既是腦、肝、脾、腎和各類腺體處理各自特殊物質(zhì)的環(huán)境，也是循環(huán)系統(tǒng)的重要組成部分，通過與局部控制的對(duì)抗以達(dá)到中心控制的平衡。最后，它還能適應(yīng)并改建末梢毛細(xì)血管的自然結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了人及動(dòng)物集體應(yīng)激非常條件和抵御衰老及疾病挑戰(zhàn)的巨大潛在功能。 百事通 如果拿研究者60或70年前 討論的問題與現(xiàn)狀作個(gè)對(duì)比，不僅我們今天仍面臨同樣的課題，而且許

7、多早先拋棄的概念仍具有挑戰(zhàn)性。 本世紀(jì)早些時(shí)期，科學(xué)家們的思路受AugustKrogh所做工作的支配。這位丹麥生理學(xué)家因他在該領(lǐng)域的創(chuàng)先性研究而獲諾貝爾獎(jiǎng)。他的研究著重認(rèn)識(shí)到局部控制的重要性，并把他的概念建立在對(duì)組織供氧能力的調(diào)節(jié)需要上。他針對(duì)骨骼肌建立的Krogh柱面模型以毛細(xì)血管空間排列為基礎(chǔ)，使交換物質(zhì)從血液向?qū)嵸|(zhì)組織細(xì)胞擴(kuò)散時(shí)呈最佳變化梯度。Krogh闡述的操作機(jī)理，在穩(wěn)態(tài)條件下機(jī)體能自動(dòng)地有選擇性地減少開放的毛細(xì)血管數(shù)量，而在肌肉運(yùn)作時(shí)根據(jù)需要增加開放的毛細(xì)血管。 之后，法國(guó)胚胎學(xué)家CharlesRouget提出，毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)可以被認(rèn)為是血管系統(tǒng)中尚未完全成熟的一部分，在生命期間有進(jìn)

8、一步完善的潛力，通過電子顯微鏡掃描已經(jīng)證實(shí)在大多數(shù)毛細(xì)血管基底膜中有多分支的周細(xì)胞存在，這種細(xì)胞可使毛細(xì)血管內(nèi)腔變形。 Rouget的研究和推論建立了使微循環(huán)結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步發(fā)展的基本概念，并對(duì)大量衰老過程和血管生成的研究產(chǎn)生了影響。目前的研究已經(jīng)表明微循環(huán)網(wǎng)絡(luò)不單純以靜態(tài)的結(jié)構(gòu)存在，而且能為保持血管-組織的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定而做一連串的隨機(jī)改建，以應(yīng)激可能出現(xiàn)的破壞性變化的一種極具獨(dú)特活力的器官單位。美國(guó)那句古老的諺語“你和你的動(dòng)脈一樣老”也許應(yīng)改為“你和你的微循環(huán)一樣老”。 活體顯微鏡方法學(xué)的不斷更新使科學(xué)家們能夠觀察到越來越多的哺乳動(dòng)物的活體組織，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)骨骼肌增大工作負(fù)荷時(shí)，充滿血液流動(dòng)的毛細(xì)血

9、管數(shù)量確實(shí)增加了近10倍，從而進(jìn)一步證實(shí)了Krough的推理。 綜上所述，過去的研究已經(jīng)證明，微循環(huán)的主要功能之一是能夠?yàn)檫m應(yīng)組織中實(shí)質(zhì)細(xì)胞代謝活動(dòng)的增加而增加血流量，這種調(diào)節(jié)意味著存在一些反饋活動(dòng)來控制那些在兩種可能性連續(xù)影響下的血管，最接近末梢血管床的輸入枝血管，其功能意義介乎大循環(huán)（系統(tǒng)循環(huán)）與微循環(huán)（局部循環(huán)）之間。這兒要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是這一區(qū)域的動(dòng)脈枝連續(xù)地受到系統(tǒng)和局部控制機(jī)制的影響。與大循環(huán)有關(guān)的調(diào)節(jié)作用受神經(jīng)系統(tǒng)支配，以保持中心血壓，而對(duì)于微循環(huán)系統(tǒng)則通過控制組織灌注來滿足代謝活動(dòng)的需要。雖然兩種方式的作用匯于一身，其作用方向卻不盡相同，甚至在疾病狀態(tài)下是相互沖突的。 微循環(huán)系指大

10、循環(huán)中的游離血管進(jìn)入每一器官之后的循環(huán)部分。它由微動(dòng)脈、前毛細(xì)血管、真毛細(xì)血管網(wǎng)、后毛細(xì)血管及微靜脈組成。在微動(dòng)脈壁上有較密布的平滑肌細(xì)胞，在前、后毛細(xì)血管中，平滑肌分布稀疏，呈束狀，環(huán)抱著它們，又稱前、后毛細(xì)血管括約肌，起閘門作用，在真毛細(xì)血管壁中卻沒有平滑肌細(xì)胞，其管壁僅由一層內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)筑。微血管平滑肌的基本特性之一是這些細(xì)胞保持在部分緊張或松弛狀態(tài)，這種被部分激發(fā)的狀態(tài)可比喻成是肌肉的緊張度。這是一種變化著的動(dòng)力，不僅決定著血流的導(dǎo)通或阻隔，而且決定著對(duì)其他物理化學(xué)刺激的反應(yīng)強(qiáng)度。神經(jīng)系統(tǒng)強(qiáng)加于供給動(dòng)脈的緊張性是為了將系統(tǒng)血壓保持在一定范圍。另外，來自局部環(huán)境的因素直接作用于更末梢的小血

11、管，或增強(qiáng)或減弱平滑肌細(xì)胞的反應(yīng)狀態(tài)，這種一分為二的作用對(duì)調(diào)節(jié)效應(yīng)細(xì)胞反應(yīng)狀態(tài)的部分性介入甚至可以壓倒中樞刺激。 血液運(yùn)載物質(zhì)與組織間隙的物質(zhì)交換假設(shè)是一種被動(dòng)過程，其中微血管壁內(nèi)皮屏障的作用像一個(gè)濾過器，使選擇性的交換物質(zhì)通過假設(shè)的眾多的“孔”或水性通道。這種功能反映內(nèi)皮細(xì)胞與其他細(xì)胞肯定有重要不同，或者存在其他特殊的結(jié)構(gòu)。 對(duì)隔開組織間隙與血流的屏障進(jìn)行詳細(xì)的超微結(jié)構(gòu)分析，揭示出幾種自然通道的存在，應(yīng)該加以區(qū)別對(duì)待。形成稱為內(nèi)皮膜的內(nèi)皮細(xì)胞鑲嵌體，排列在由一層糖蛋白組成的內(nèi)表面和由一層無定形的基底膜組成的外表面中，盡管已經(jīng)進(jìn)一步論證存在一些自然通道使物質(zhì)穿過內(nèi)皮細(xì)胞移動(dòng)，內(nèi)皮交換的復(fù)雜性仍

12、在隨著人們的目光變敏銳而增加。 百事通 早期對(duì)上皮膜可透性的大體研究提出了物質(zhì)從這些細(xì)胞鄰近的表面之間敏捷地移動(dòng)穿過多細(xì)胞屏障的可能性。最近幾年通過電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，表面上溶在一起的鄰近的內(nèi)皮細(xì)胞之間保持著50100埃區(qū)域的間隔，足夠保證物質(zhì)分子的傳遞。 內(nèi)皮細(xì)胞的狀態(tài)是關(guān)鍵因素。毛細(xì)血管內(nèi)層和基底膜被內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)合起來，相鄰內(nèi)皮細(xì)胞之間的接觸或緊或松，很大程度上由這些細(xì)胞的調(diào)節(jié)來規(guī)定。有充分證據(jù)證明局部區(qū)域因素能以一種指定方式影響細(xì)胞間關(guān)系，并以此改變內(nèi)皮傳輸屏障的交換，這種反饋承擔(dān)著對(duì)機(jī)體受到嚴(yán)重干擾時(shí)的局部適應(yīng)任務(wù)。 最近對(duì)保持鄰近細(xì)胞表面胞間制約作用力的研究表明，這一特征可通過決定細(xì)胞

13、形狀的F-肌纖蛋白的內(nèi)部細(xì)胞骨架的動(dòng)因來改變。這一外觀與交換之間的相關(guān)性是由20年代Landis提出的，他研究了穿過單支毛細(xì)血管的液體移動(dòng)，首次對(duì)血管壁液體通透性進(jìn)行了定量估算，并證實(shí)了Starling在1890年提出的關(guān)于在膠體滲透壓與靜水壓之間保持著一種平衡的假說。后來的研究者們則采用更精巧的途徑包括對(duì)整個(gè)附加物的連續(xù)稱重來測(cè)量液體的得與失，以及藉此了解流體靜水壓與膠體滲透壓的相互作用。 通過電子顯微鏡得到的數(shù)據(jù)還揭示，大量?jī)?nèi)皮小泡是物質(zhì)傳遞潛在的交通工具，并已有研究證明經(jīng)這一結(jié)構(gòu)類型可完成大分子移動(dòng)。然而，大量胞質(zhì)交通工具的分布使一些研究者提出這些90埃的鏈泡能排列成一個(gè)相當(dāng)大的毛孔系統(tǒng)

14、，對(duì)其傳遞的動(dòng)態(tài)過程正在研究中。 沿著微循環(huán)發(fā)展史，我們把注意力轉(zhuǎn)向人體。大多數(shù)從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)得到的信息能用于探索人體的問題。與動(dòng)物相比，人體微循環(huán)測(cè)量的障礙之一是能作為詳細(xì)研究的部位有限。 活體微循環(huán)顯微鏡作為研究人體微循環(huán)動(dòng)態(tài)變化的實(shí)用工具在國(guó)外開始于30年代。皮膚、眼球結(jié)膜、手指的甲皺區(qū)域較薄且相對(duì)較透明是特別適合的觀察位置。在這些部位可以長(zhǎng)時(shí)間觀察和記錄大量的真毛細(xì)血管回路和血流狀態(tài)。但在早期、微循環(huán)作為臨床工具的主要不利之處是受到技術(shù)上的限制，其各指標(biāo)在本質(zhì)上只是描述性的。David是這一研究的先驅(qū)，他最先描述了高血壓患者甲皺微循環(huán)的變化特征。 我國(guó)最早的微循環(huán)研究開始于臨床，陸道培等于

15、1961年首次報(bào)道了應(yīng)用毛細(xì)血管鏡對(duì)40例正常人及20例再生障礙性貧血患者甲皺微循環(huán)的研究，描述了毛細(xì)血管襻的輪廓、長(zhǎng)短、密疏及形狀。陳文杰等1962年在對(duì)再生障礙性貧血出血機(jī)制的研究中，除對(duì)甲皺毛細(xì)血管襻進(jìn)行了形態(tài)的描述外，還對(duì)其機(jī)能（脆性、通透性）進(jìn)行了檢測(cè)。1964年，李志山，陳文杰首次系統(tǒng)地介紹了甲皺皮膚微循環(huán)的檢查方法，同時(shí)介紹了13項(xiàng)檢查指標(biāo)及其相對(duì)正常值。13項(xiàng)指標(biāo)是：  管襻一般外觀； 管襻數(shù)目； 管襻長(zhǎng)度； 管襻畸型； 管襻直徑； 襻頂寬度； 管襻周圍滲出點(diǎn)； 毛細(xì)血管壓及指?jìng)?cè)小動(dòng)脈壓；

16、 管襻內(nèi)血流速度；血流狀態(tài)；管襻對(duì)針刺的反應(yīng)；對(duì)束臂刺激反應(yīng)；二次出血檢查。以上工作為我國(guó)臨床微循環(huán)的研究起了奠基作用。 1965年，在祝壽河、華光與閻田玉領(lǐng)導(dǎo)的搶救流腦患兒的合作項(xiàng)目中，修瑞娟應(yīng)用甲皺微循環(huán)研究方法日夜連續(xù)檢測(cè)了58例流行性腦脊髓膜炎患兒的甲皺微循環(huán)各指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化，自患兒入院追蹤至患兒痊愈或死亡，同時(shí)由陳祥銀等測(cè)定這些患兒體內(nèi)生物胺的變化。發(fā)現(xiàn)患兒甲皺微循環(huán)的變化與生物胺的變化密切相關(guān)，還發(fā)現(xiàn)不同臨床類型（普通型、腦型、皮膚型、肺型）患兒的甲皺微循環(huán)表現(xiàn)及變化也不同。該研究首次在世界上發(fā)現(xiàn)了微循環(huán)自律運(yùn)動(dòng)的激活對(duì)改善人體各器官及組織急性缺血的重要作用并應(yīng)用微循環(huán)指

17、標(biāo)協(xié)助臨床治療，取得了顯著的療效。1971年，修瑞娟在肺心病微循環(huán)障礙動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)研究之先又將甲皺微循環(huán)的觀測(cè)指標(biāo)應(yīng)用到肺心病患者，在臨床觀測(cè)中設(shè)正常對(duì)照組和哮喘病、慢性支氣管炎、風(fēng)心病、冠心病對(duì)照組，發(fā)現(xiàn)肺心病患者微循環(huán)變化的特點(diǎn)是血流緩慢及管襻痙攣，對(duì)寒冷刺激特別敏感。這一階段對(duì)甲皺微循環(huán)的深入研究，一方面證明該指標(biāo)在不同疾病或同一疾病的不同階段具有不同的表現(xiàn)特點(diǎn)，在判定病情、指導(dǎo)臨床治療和判斷預(yù)后方面具有重要的臨床價(jià)值。通過急性腦膜炎患兒甲皺微循環(huán)晝夜連續(xù)檢測(cè)、發(fā)現(xiàn)微血管自律運(yùn)動(dòng)在病情轉(zhuǎn)化中的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)及其重要性。與此同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)甲皺微循環(huán)各項(xiàng)指標(biāo)的變化沒有嚴(yán)格的特異性，管徑的收縮和擴(kuò)張、

18、流速的降低或血流淤滯、管襻形態(tài)的異常以及微栓子的形成等等，在許多疾病中都可以有類似的表現(xiàn)，即使在正常人中甲皺微循環(huán)的各項(xiàng)指標(biāo)間也存在較大差異。在疾病的發(fā)病過程中以及疾病治療的前后進(jìn)行自身對(duì)照較異體對(duì)照更為有價(jià)值。從本質(zhì)上看，甲皺管襻只是微循環(huán)的真毛細(xì)血管網(wǎng)部分，而不是皮膚微循環(huán)的全部，也不是體內(nèi)其他器官功能的唯一代表。因此絕對(duì)不能單純依據(jù)某人某時(shí)刻的甲皺微循環(huán)檢測(cè)對(duì)其健康狀態(tài)下結(jié)論，甲皺微循環(huán)檢測(cè)只是一項(xiàng)輔助指標(biāo)。1980年至1982年，修瑞娟將上述臨床及實(shí)驗(yàn)研究在美國(guó)及歐洲進(jìn)行了報(bào)告，并發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)雜志上，首次將我國(guó)的臨床微循環(huán)研究介紹給了西方國(guó)家。 百事通 隨著宇航高科技的出現(xiàn)和發(fā)展，加

19、州理工學(xué)院的Wayland等接觸了醫(yī)學(xué)的理工學(xué)者們決定將他們精細(xì)的專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于探索人體功能。于是，微循環(huán)系統(tǒng)的研究被選為突破口。70年代初期電子細(xì)胞計(jì)數(shù)器、微血流流速測(cè)量?jī)x、微血管管徑圖像剪切測(cè)量?jī)x、微血管自律運(yùn)動(dòng)的頻譜分析技術(shù)相繼出現(xiàn)。時(shí)代性的技術(shù)革新將微循環(huán)的研究推向蓬勃發(fā)展的新階段。我國(guó)廣大微循環(huán)研究工作者應(yīng)用微血液動(dòng)力學(xué)、生物流變學(xué)和臨床血液流變學(xué)、活體微循環(huán)和大循環(huán)顯微電視同步檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)及圖像處理技術(shù)、無創(chuàng)傷臨床研究和檢測(cè)系統(tǒng)等一系列方法，對(duì)微血管的正常功能及其障礙從臨床到實(shí)驗(yàn)室做了大量的研究，對(duì)休克、糖尿病、腦卒中、冠心病、高血壓、腫瘤等疾病發(fā)病機(jī)理和防治作了進(jìn)一步闡明。這些成績(jī)使我國(guó)的微循環(huán)研究在國(guó)際上獨(dú)樹一幟。 當(dāng)前，細(xì)胞生物學(xué)及分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用使微血管功能的研究向縱深開拓。如從組織培養(yǎng)角度來研究大鼠主動(dòng)脈環(huán)的新生末梢微血管在無血清培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)；應(yīng)用肝素、FGF和VEGF等生長(zhǎng)因