人和大鼠頸動(dòng)脈生物力學(xué)特性的相關(guān)研究

人和大鼠頸動(dòng)脈生物力學(xué)特性的相關(guān)研究【內(nèi)容摘要】目的測定不同種屬包含大鼠、人體自動(dòng)脈血管的生物力學(xué)特性，進(jìn)而討論心臟外科心肌保衛(wèi)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與臨床結(jié)果差別顯著的原因。方法分別制備新鮮wistar大鼠和人體頸總動(dòng)脈血管條，利用powerlab4腔器官室檢測裝配，分別檢測大鼠和人體血管對電機(jī)械耦聯(lián)收縮刺激劑68mmol/l的高鉀溶液對α受體沖動(dòng)劑去甲腎上腺素的收縮反應(yīng)和舒張恢復(fù)反應(yīng)。結(jié)果①大鼠動(dòng)脈血管對68mmol/l的高鉀溶液具有很好的收縮反應(yīng)，收縮反應(yīng)具有可反復(fù)性;而人體動(dòng)脈血管對高鉀具有高反應(yīng)性;②大鼠和人體動(dòng)脈血管對α受體沖動(dòng)劑去甲腎上腺素均具有反應(yīng)性，對血管舒張劑硝普鈉具有類似的舒張反應(yīng)。結(jié)論①人體與大鼠具有類似的受體介導(dǎo)血管收縮機(jī)制;②人體與大鼠的電-機(jī)械耦聯(lián)血管收縮反應(yīng)明顯不同，提示人體與大鼠具有不同的通道反應(yīng)特性?！颈疚年P(guān)鍵詞語】心肌保衛(wèi);電-機(jī)械耦聯(lián);鉀comparativestudyoncarotidaorticvascularsensitivitybetweenhumanandratsguanyu-long1,dongpei-qing2,wancai-hong2,yangjing2,hemei-ling2(mentofcardiopulmonarybypass,cardiovascularinstituteandfuwaihospital,chineseacademyofmedicalsciencespekingunionmedicalcollege,beijing100037;mentofcardiopulmonarybypass,beijinganzhenhospital,capitaluniversityofmedicalsciences,beijingheart,lungandbloodvesselmedicalinstitute,beijing100029,china)abstract:objectiveaorticvascularsensitivitywascomparedbetweendifferentspeciestosearchforpossiblecausesofsignificantdiscrepancybetweenbasicexperimentsandclinicalobservations.methodscarotidarterieswereharvestedfromanesthetizedwistarratsandcadaverswhodiedwithin2hours.theresponseto68mmol/lkclandnoradrenalinwasassessedforobservationofvascularsensitivitytoelectromechanicalcouplingvasoconstrictorandreceptor-mediatedvasoconstrictorbetweenratsandhuman.results(1)thearterialringsofratspossessedswiftandrepetitiveresponseto68mmol/lkcl.thetensionofringsrestoredtobaselinewhentheringswerewashedwithfreshkrebs-henseleitsolution.thearterialringsofcadavershadpersistentvasoconstrictionandthetensiondidnotrestoredaftertheincubationsolutionwasswitchedintofreshkrebs-henseleitsolution.(2)thearterialringsfromratsandcadaverspossessedsimilarresponsetonoradrenalinandsodiumsionhumanandratshavesimilarreceptor-mediatedvasoconstrictionmechanism.theresponsetoelectromechanicalcouplingvasoconstrictionisdifferentbetweenhumanandrats,whichindicatshumanandratspossessdifferentchannelcharacteristic.sothosemaybetheprimarycauseofsignificantdiscrepancybetweenbasicexperimentsandclinicalobservations.keywords：cardioprotection;electromechanicalcoupling;potassium體外循環(huán)(cardiopulmonarybypass,cpb)心臟直視手術(shù)的患者，在圍術(shù)期會(huì)遭到不同水平的干擾和損傷。為減輕術(shù)后臟器功能不全的發(fā)生，學(xué)者們曾應(yīng)用不同實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，但我們發(fā)現(xiàn)，有些在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的方法和技術(shù)在臨床應(yīng)用時(shí)結(jié)果不盡一樣。本實(shí)驗(yàn)通過比較大鼠和人體動(dòng)脈血管的生物力學(xué)特性，揭示不同種屬間組織構(gòu)造和功能方面的差別，進(jìn)而為臨床應(yīng)用提供幫助。1材料與方法1.1實(shí)驗(yàn)材料wistar大鼠(清潔級，購自中國人民當(dāng)兵的人科學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心);人頸總動(dòng)脈血管條(取自腦死亡供體)。1.2實(shí)驗(yàn)儀器powerlab4腔張力檢測儀;sartoriusbasicplusbp211d天平;jb-3型磁力攪拌器。1.3實(shí)驗(yàn)步驟1.3.1液體的配制實(shí)驗(yàn)當(dāng)日配制krebs-henseleit(k-h)溶液(mmol/l)：nacl118，kcl4.7，cacl22.5，kh2po41.2，mgso4(7h2o)1.2，nahco325.0，glucose11.0，ph7.4;68mmol/lk+溶液：kcl68mmol，其他同k-h液;m199培養(yǎng)液：在無菌條件下配制m199溶液(購自gibcobrl公司)，放置于4℃冰箱中備用。1.3.2標(biāo)本的制備wistar大鼠(體重250±10g，n=10)，10%水合氯醛375mg/kg腹腔打針麻醉。取雙側(cè)頸總動(dòng)脈血管，用眼科剪將血管條剪成3mm長的血管環(huán)。取自人尸體的頸總動(dòng)脈血管備用(n=10)，用眼科剪將血管條剪成3mm長的血管環(huán)。1.3.3頸總動(dòng)脈血管電-機(jī)械耦聯(lián)反應(yīng)測定將制備好的大鼠、人頸總動(dòng)脈血管分別懸掛于powerlab4腔張力檢測儀的器官室掛鉤上，調(diào)定大鼠血管基礎(chǔ)張力為1.5g，人頸總動(dòng)脈血管基礎(chǔ)張力為3.0g，維持基礎(chǔ)張力平衡1h。分別在器官室內(nèi)參加68mmol/lk+溶液，連續(xù)記錄血管張力，觀測動(dòng)脈血管對高鉀的反應(yīng)性，直至最大張力達(dá)平衡。使用k-h液進(jìn)行換液，使得血管張力降至基礎(chǔ)水平。反復(fù)上述刺激3次。1.3.4頸總動(dòng)脈血管α受體介導(dǎo)的血管收縮及非內(nèi)皮依靠性舒張反應(yīng)測定血管平衡1h后，大鼠血管使用68mmol/lk+溶液進(jìn)行預(yù)處理3次，人頸總動(dòng)脈血管無須預(yù)處理，分別在器官室內(nèi)參加10-5mol/l的去甲腎上腺素。血管張力達(dá)平臺(tái)期后參加10-5mol/l的硝普鈉。1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)處理應(yīng)用spss13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，記錄兩組不同血管材料在不同刺激條件下張力隨時(shí)間的變化值。兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行t檢驗(yàn)，用±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示。p0.05為差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。2結(jié)果2.1頸總動(dòng)脈血管電-機(jī)械耦聯(lián)反應(yīng)結(jié)果參加電-機(jī)械耦聯(lián)收縮刺激劑68mmol/lk+溶液后，大鼠頸總動(dòng)脈血管張力緩慢上升，并在1h內(nèi)達(dá)峰值。以k-h液沖刷3次后，血管張力迅速下降，并在30min內(nèi)恢復(fù)至原有基礎(chǔ)張力水平(1.52±0.03)g，與基礎(chǔ)張力(1.52±0.02)g相比，p0.05。再次參加68mmol/lk+溶液，血管張力再次上升。電-機(jī)械耦聯(lián)反應(yīng)刺激具有可反復(fù)性，見圖1。而人頸總動(dòng)脈血管張力緩慢上升，并在1h內(nèi)達(dá)峰值。以k-h液沖刷3次后，血管張力無改變(7.51±0.19)g，與基礎(chǔ)張力(2.52±0.04)g相比，p0.01，見圖2。2.2頸總動(dòng)脈血管α受體介導(dǎo)的血管收縮及非內(nèi)皮依靠性舒張反應(yīng)結(jié)果遭到10-5mol/l的去甲腎上腺素刺激后，大鼠頸總動(dòng)脈血管張力急速上升，20min內(nèi)即基本達(dá)峰值，之后緩慢上升，連續(xù)性觀測1h血管張力無衰減。參加硝普鈉后，血管張力急速下降，在20min左右即達(dá)基礎(chǔ)張力水平(1.43±0.13)g，與基礎(chǔ)張力(1.53±0.05)g相比，p0.05，見圖3。人頸總動(dòng)脈在去甲腎上腺素作用下血管張力緩慢上升，30min內(nèi)達(dá)峰值。參加硝普鈉后，血管張力緩慢下降，在30min達(dá)基礎(chǔ)張力水平(3.21±0.28)g，與基礎(chǔ)張力(3.06±0.13)g相比，p0.05，見圖4。3討論在心臟直視手術(shù)中，cpb和心臟停搏為心臟和大血管手術(shù)提供了安全的保證。但在心臟停搏期間，心肌的缺血缺氧導(dǎo)致再灌注損傷的產(chǎn)生，部分患者在體外循環(huán)后發(fā)生心功能低下、心律失常等，影響了手術(shù)的順利恢復(fù)。為此，學(xué)者們在心肌保衛(wèi)方面展開了大量的研究和探尋求索，包含心臟停搏液的改進(jìn)、灌注方式的改良、心肌損傷機(jī)制的探尋求索等[1-6]。但是文獻(xiàn)中有關(guān)心肌保衛(wèi)的研究結(jié)果并不一致。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中得到較好結(jié)果的一些心肌保衛(wèi)藥物(如腺苷等)，在臨床觀察中并沒有明顯加強(qiáng)心肌保衛(wèi)的效果[7-8]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的缺血預(yù)處理技術(shù)，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中能夠明顯改善之后心肌耐受缺血缺氧的能力，但在臨床實(shí)驗(yàn)中也是不能得到驗(yàn)證[9]。這種動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與臨床觀察結(jié)果之間的宏大差別越來越遭到學(xué)者們的看重，但詳細(xì)機(jī)制尚不明確[10-11]。本研究選擇大鼠和人類動(dòng)脈血管作為實(shí)驗(yàn)材料，從血管生物力學(xué)角度研究可能造成心肌保衛(wèi)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與臨床觀察差別的可能原因。本組實(shí)驗(yàn)由于采取了powerlab4腔張力檢測系統(tǒng)，壓力傳感器的設(shè)置較傳統(tǒng)電生理檢測裝配有很大改良，采取了計(jì)算機(jī)模仿量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換(a/d)系統(tǒng)，敏感度大大提升。血管平滑肌細(xì)胞遭到刺激興奮后，通過肌細(xì)胞特有的興奮-收縮耦聯(lián)機(jī)制產(chǎn)生收縮反應(yīng)。在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中，一般采取高鉀作為電機(jī)械耦聯(lián)反應(yīng)的刺激劑，其濃度從30～100mmol/l不等，68mmol/lk+溶液是比較常用的一種。據(jù)報(bào)道，68mmol/lk+溶液能夠在不同動(dòng)物的不同血管產(chǎn)生強(qiáng)烈的收縮效應(yīng)，而且沒有脫敏現(xiàn)象。去甲腎上腺素作用于α腎上腺素能受體，受體分布廣泛，因而是藥理機(jī)械耦聯(lián)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中最常用的試劑之一，因而，選用這兩種試劑作為生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)的刺激劑。參加硝普鈉觀察血管的非內(nèi)皮依靠性舒張反應(yīng)。在電機(jī)械耦聯(lián)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，大鼠對高鉀有較強(qiáng)的耐受和調(diào)節(jié)能力，大鼠血管張力在去除刺激因素后迅速下降，說明細(xì)胞內(nèi)存在快速的鈣通道調(diào)節(jié)機(jī)制，進(jìn)而降低細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度，引起血管張力下降。但其詳細(xì)機(jī)制尚需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明。在藥理機(jī)械耦聯(lián)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，人體血管與大鼠具有類似的α受體介導(dǎo)收縮反應(yīng)和非內(nèi)皮依靠性舒張曲線。但是人體血管上升(收縮)和下降(舒張)曲線更為平緩，說明收縮和舒張強(qiáng)度低于大鼠。這可能提示人體對藥物具有一定的抵抗和適應(yīng)能力。雖然動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常采取高鉀進(jìn)行反復(fù)刺激，進(jìn)行血管生物力學(xué)的檢測。但是檢測也顯示，暴露于20mmol/l的高鉀溶液，冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮的釋放并未遭到影響，但是內(nèi)皮細(xì)胞衍生的超等化因子(edhf)介導(dǎo)的舒張作用減弱[12]。本組實(shí)驗(yàn)則通過生物力學(xué)的角度直接證明了高鉀的這種晦氣影響。人頸總動(dòng)脈遭到68mmol/lk+溶液刺激后，血管張力連續(xù)增高，改變細(xì)胞外k+濃度并不能使張力降低。這說明高鉀對人體血管的不良影響較大鼠更為明顯，人與動(dòng)物血管調(diào)節(jié)鉀代謝的機(jī)制存在明顯差別。這種現(xiàn)象在臨床上將會(huì)明顯影響心肌保衛(wèi)的效果，表如今：①高鉀引起心肌血管痙攣，影響心臟停搏液的均勻分布，使部分心肌代謝活動(dòng)連續(xù)存在，加重心肌缺血。②鈣內(nèi)流導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣超載。由于心肌收縮最終都是改變細(xì)胞內(nèi)ca2+的濃度。高鉀刺激引起的血管張力連續(xù)增長說明，細(xì)胞內(nèi)ca2+濃度較高，細(xì)胞會(huì)調(diào)動(dòng)質(zhì)膜上的通道或通過耗能的ca2+泵，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的鈣濃度。但這些經(jīng)過大多數(shù)都是耗能經(jīng)過，會(huì)加重細(xì)胞缺氧。③心肌血管的攣縮影響復(fù)灌后血液的復(fù)流。④影響復(fù)灌后正常電機(jī)械活動(dòng)的恢復(fù)。由于細(xì)胞外高鉀自己對心肌電活動(dòng)的產(chǎn)生和傳導(dǎo)有影響，假如復(fù)灌后血運(yùn)恢復(fù)不暢，也會(huì)間接導(dǎo)致心律失常的發(fā)生。因而，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有需要在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中探尋求索大鼠和人體血管電機(jī)械耦聯(lián)反應(yīng)差別的內(nèi)在因素，將對心臟停搏液的改進(jìn)起到有益的指點(diǎn)作用。在選擇心肌保衛(wèi)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮不同種屬的差別性?！疽韵聻閰⒖嘉墨I(xiàn)】[1]黑飛龍,王壽世,曹煥軍,等.阜外極化停搏液大鼠離體心肌保衛(wèi)效果研究[j].雜志,2008,6(3):183-186.[2]盧向航，冉珂，徐軍美，等.延遲相嗎啡預(yù)處理對兔心肌缺血再灌注損傷的保衛(wèi)作用[j].中國體外循環(huán)雜志,2008,6(3):180-182.[3]allenbs.pediatricmyocardialprotection:acardioplegicstrategyisthe"solution"[j].seminthoraccardiovascsurgpediatrcardsurgannu,2004,7:141-154.[4]hayashiy,ohtanim,saway,etal.minimally-dilutedbloodcardioplegiasupplementedwithpotassiumandmagnesiumforcombinationof'initial,continuousandintermittentbolus'administration[j].circj,2004,68(5):467-472.[5]董培青,孫衍慶,楊璟,等.心臟直視手術(shù)外源性磷酸肌酸的心肌保衛(wèi)效果[j].中華胸心血管外科雜志,1997,13(4):212-214.[6]teshimay,akaom,jonessp,etal.cariporide(hoe642),aselectivena+-h+exchangeinhibitor,inhibitsthemitochondrialdeathpathway[j].circulation,2003,108(18):2275-2281.[7]shalabya,rinnet,jarvineno,etal.initialresultsofaclinicalstudy:adenosineenhancedcardioprotectionanditseffectoncardiomyocytesapoptosisduringcoronaryarterybypassgrafting[j].eurjcardiothoracsurg,2008,33(4):639-644.[8]korbmacherb,kleinkk,sunderdieku,etal.doesadenosinepharmacologicallypreconditionhumanmyocardiumduringcoronarybypasssurgery[j]?jcardiovascsurg(