自發(fā)性高血壓大鼠主動脈弓重建的形態(tài)學(xué)研究

1、    自發(fā)性高血壓大鼠主動脈弓重建的形態(tài)學(xué)研究*        【摘要】目的研究高血壓動脈重建規(guī)律，為揭示高血壓主動脈弓的血流動力學(xué)特點提供形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。方法應(yīng)用組織學(xué)和計算機像分析技術(shù)，對36例SHR和WKY大鼠(各分4周、16周和26周)主動脈弓進行定量形態(tài)學(xué)研究。結(jié)果隨著年齡增長，大鼠主動脈弓形態(tài)和顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生重建。高血壓主動脈弓重建以壁厚、中膜厚、管壁面積、中膜面積和中膜厚內(nèi)徑比以及血管平滑肌、彈性纖維和膠原纖維等結(jié)構(gòu)成分的相對含量顯著增大為特征。結(jié)論SHR 成年以前

2、主動脈重建是年齡不斷增長和血壓逐步升高綜合作用的結(jié)果，其中高血壓是主要因素。大鼠主動脈弓形態(tài)結(jié)構(gòu)在血管周向呈顯著非均勻性，并在高血壓重建中變得更為顯著?！娟P(guān)鍵詞】主動脈弓形態(tài)測量學(xué)顯微結(jié)構(gòu)高血壓血管重建 MORPHOLOGICAL STUDY ON REMODELING OF THE AORTIC ARCH IN SPONTANEOUSLY HYPERTENSIVE RATSCai Guojun, Jiang Zonglai, Yang Xiangqun, Ji Kaihong(Department of Anatomy, Institute of Biomedical Engineering

3、, The Second Military Medical university, Shanghai)【Abstract】Objective To provide essential morphological data for research concerning biomechanics and hemodynamics of the vessel, and for further research on the law of vascular remodeling in hypertension,a morphological quantitative study was conduc

4、ted. MethodsThirty-six aortic arch specimens of SHR and WKY rats(divided into 4w, 16w and 26w groups respectively) were used. After fixation under 120mmHg (16kPa) pressure, the aortic arch was cross-sectioned at the sites proximal to the origin of the three branches.The sections were stained so as t

5、o reveal the elastin, collagen and smooth muscle, and then were analyzed by the computer image system. ResultsHypertension leads to increases in wall thickness, cross-sectional wall area, media:lumen ratio and relative area(Aa%) of elastin, collagen and smooth muscle in the aortic arch. The media th

6、ickness and Aa% of the microstructural components in different circumferential directions of the aortic arch are unequal significantly in SHR and WKY. ConclusionBefore adulthood, the remodeling of the aortic arch in SHR is a comprehensive effect of hypertension and aging, of which hypertension is mo

7、re important. The inequality of structure of the aortic arch exists all along during growth and the development of hypertension, and becomes more significant during the remodeling in hypertension.【Key words】 Aortic arch; Morphometry; Microstructure; Hypertension; Vascular remodeling高血壓血管重建(remodelin

8、g)是高血壓血管的適應(yīng)性生長和基本病理改變，血管形態(tài)重建必然導(dǎo)致其力學(xué)性質(zhì)及血管功能的改變。Owens1和Gohlke2等發(fā)現(xiàn)高血壓時血管平滑肌、彈性纖維和膠原纖維等大量積聚。Hadjiisky3則認為主動脈中膜重建和血壓升高導(dǎo)致的血管應(yīng)力及應(yīng)變的變化密切相關(guān)。主動脈弓是一段彎曲且分支的血管，研究其在高血壓重建中的形態(tài)，對建立主動脈弓生物力學(xué)模型，進一步揭示高血壓狀態(tài)下主動脈弓的血流動力學(xué)特點有重要意義。目前這方面研究尚不多見，而高血壓血管重建中主動脈弓結(jié)構(gòu)的血管軸向和周向非均勻性尚未見報道。材料和方法1.動物與分組雄性自發(fā)性高血壓大鼠(spontaneously hypertensive r

9、at, SHR)18只，按鼠齡4周(高血壓前期)、16周(高血壓形成期)和26周(高血壓穩(wěn)定期)分為3組，每組6只；雄性同齡同種系正常血壓的京都種大鼠(Wistar-Kyoto rat, WKY)18只為對照組。2.取材和組織切片動物頸總動脈插管，測頸動脈收縮壓。動物處死后，經(jīng)胸主動脈遠端插管，16kPa壓力下灌注固定后，分離主動脈弓，垂直血管長軸，分別于升主動脈中段、主動脈弓3大分支起始處近端和胸主動脈起始處切斷血管取材(1)。標記血管段方位，以血管弓凸緣為上，凹緣為下，在與上、下相垂直的方向上，近腹側(cè)為前，近背側(cè)為后。常規(guī)石蠟切片(厚3m)。    

10、1大鼠主動脈弓模式。示取材部位：A.升主動脈中段B.頭臂動脈起始處近端C.左頸總動脈起始處近端D.左鎖骨下動脈起始處近端E：胸主動脈起始處Fig.1 Diagram of the rat aortic arch, showing the special sections where measurements were taken:A, Middle point of the ascending aorta. B,Proximal to the origin of the innominate atery.C,Proximal to the origin of the left common c

11、arotid artery.D,Proximal to the origin of the left subclavian artery.E,Origin of the thoracic aorta.3.切片染色和像分析各血管段連續(xù)3張切片分別用Neubert酸性茜素藍法、Weigert間苯二酚復(fù)紅法和茜胺藍法染血管平滑肌、彈性纖維和膠原纖維。光鏡下用計算機像分析測定血管的形態(tài)指標。結(jié)果作統(tǒng)計學(xué)處理，兩組資料比較用t檢驗，多組資料比較用方差分析。結(jié)果1.大鼠的血壓SHR和WKY各組大鼠的頸動脈收縮壓見2。    2各組大鼠的頸動脈收縮壓*SHR與WKY相

12、比，P<0.01Fig.2Systolic pressure of carotid artery of SHR and WKY.?*P<0.01, SHR compared with WKY.     2.主動脈弓的幾何形態(tài)學(xué)SHR與WKY主動脈幾何形態(tài)指標隨年齡均呈增長趨勢(3)。16周和26周SHR與WKY比較，主動脈壁厚、壁面積和中膜厚內(nèi)徑值顯著增大(4)。在血管周向，各年齡組SHR和WKY主動脈弓中膜厚均呈顯著非均勻性(5)。    3各組大鼠主動脈弓(切面C)的各項幾何形態(tài)指標。16周、26周

13、SHR的壁厚、中膜厚、管壁和中膜面積均顯著大于WKY，P<0.01Fig.3 Line graphs show vessel area, diameter and thickness of the aortic arch (section C). The wall thickness, media thickness, cross-sectional wall area and media area of SHR(16week and 26week groups) are larger than that of WKY, significantly,P<0.01. ID,inner

14、 diameter; OD,outer diameter; LA,lumen area; WA,cross-sectional wall area; MA,media area; WT,wall thickness;MT,media thickness    4各年齡組SHR與WKY相應(yīng)切片的比較。A.4周SHRB.16周SHRC.26周SHRD.4周WKYE.16周WKYF.26周WKY    5SHR主動脈弓切片，示血管中膜厚周向非均勻性。5A.切面C(4周) 5B.切面B(26周)S.上壁A.前壁I.下壁P.

15、后壁3.主動脈弓的顯微結(jié)構(gòu)成分在主動脈弓軸向，各切面中膜血管平滑肌、彈性纖維和膠原纖維的相對含量(Aa%)連續(xù)變化。在周向，各顯微結(jié)構(gòu)成分相對含量也是不均勻的(6)。16周和26周SHR主動脈中膜3種顯微結(jié)構(gòu)成分的相對含量均顯著大于WKY(79)。    6各組大鼠主動脈弓(切面C)不同周向顯微結(jié)構(gòu)成分的相對含量(Aa%)。16周、26周SHR的Aa%在各周向均顯著大于WKY，各組大鼠3種顯微結(jié)構(gòu)成分的Aa%在血管周向均呈顯著非均勻性，P<0.05。Fig.6 The relative area(Aa%) of elastin, collagen

16、and smooth muscle in different circumferential directions of the aortic arch(section C). The Aa% of elastin, collagen and smooth muscle are unequal in circumferential directions of the aortic arch in all groups, and in SHR of 16w and 26w groups, are significantly larger than that of WKY (P<0.05).

17、    716周SHR與WKY主動脈切面E的血管平滑肌。A.SHRB.WKYNeubert酸性茜素藍染色×40    816周SHR與WKY主動脈切面A的彈性纖維。A.SHRB.WKYWeigert間苯二酚復(fù)紅染色×40    926周SHR與WKY主動脈切面E的膠原纖維。A.SHRB.WKY苯胺藍染色×40討論1.高血壓主動脈弓的重建SHR在4周以前血壓基本正常，主動脈弓形態(tài)結(jié)構(gòu)與WKY無明顯差異，之后血壓隨年齡逐漸增長，至26周維持在26.7

18、kPa左右，此時SHR與WKY相比，壁面積、壁厚、中膜厚內(nèi)徑以及平滑肌、彈性纖維和膠原纖維的相對含量均顯著增大。隨年齡增長，大鼠主動脈弓形態(tài)和顯微結(jié)構(gòu)也發(fā)生重建，從16周到26周，WKY年齡性重建已明顯減緩，而SHR由于血壓仍持續(xù)升高，血管重建非常顯著，可見，在成年以前，SHR主動脈重建是年齡不斷增長和血壓逐步升高綜合作用的結(jié)果，其中，高血壓是主要因素。2.力學(xué)因素在高血壓動脈重建中的作用及對主動脈弓結(jié)構(gòu)非均勻性的影響在生理情況下，血管的生長和消蝕保持一種動態(tài)平衡，血管在形態(tài)上保持穩(wěn)定性，這與血管應(yīng)力、應(yīng)變的穩(wěn)定性密切相關(guān)。高血壓時，血管壁周向和軸向應(yīng)力增加，應(yīng)力和生長的平衡關(guān)系被打破，引起血

19、管平滑肌和纖維結(jié)締組織的過度生長，管壁增厚4。力學(xué)因素在主動脈弓結(jié)構(gòu)非均勻性的重建中也發(fā)揮關(guān)鍵作用。在血管周向，主動脈弓上壁中膜厚和顯微結(jié)構(gòu)成分相對含量顯著大于下壁，這種結(jié)構(gòu)非均勻性在正常和高血壓大鼠中普遍存在，在正常人主動脈弓的研究中也發(fā)現(xiàn)類似規(guī)律，反映主動脈弓應(yīng)力、應(yīng)變的不均勻，與其血流動力學(xué)特點相關(guān)。根據(jù)Fung5“應(yīng)力-生長法則”，可以得出如下推論：在動態(tài)平衡狀態(tài)下，所有膠原纖維具有同一應(yīng)力，所有彈性纖維具有另一均勻應(yīng)力，在平滑肌細胞中所有致密體具有同樣的空隙。那么，在血管高應(yīng)力區(qū)，勢必有更多的結(jié)構(gòu)成分去承擔(dān)某一均勻應(yīng)力。SHR在血壓升高過程中，主動脈弓上壁血管平滑肌、彈性纖維和膠原纖

20、維相對含量的增長率比下壁顯著大(6)，即上壁的重建顯著大于下壁，表明主動脈弓結(jié)構(gòu)的周向非均勻性，在高血壓重建中變得更為顯著。這是由于血壓升高，血流在主動脈弓彎曲分支的管道內(nèi)離心作用加大，高速軸向血流移向血管上壁和分支處附近，進而形成螺旋形的二次流6，主動脈弓上壁附加壓力增大，上壁增生重建明顯，而下壁相對血流緩，應(yīng)力低，重建生長慢。* 國家自然科學(xué)基金資助項目(No.19672072) Department of Anatomy, Institute of Biomedical Engineering, The Second Military Medical University, Shanghai 200433,China作者單位：第二軍醫(yī)大學(xué)解剖學(xué)教研室，生物醫(yī)學(xué)工程研究所，上海200433參考文獻1Owens GK, Reidy MA. Hyperplastic growth response of vascular smooth muscle cells following induction of acute hypertension in rats by ao