人和大鼠頸動脈生物力學特性的對比研究

1、人和大鼠頸動脈生物力學特性的對比研究         10-01-29 11:08:00     編輯：studa20                    作者：管玉龍，董培青，萬彩紅，楊璟，何美玲【摘要】  目的 測定不同種屬包括大鼠、人體主動脈血管的生物力學特性，從而探討心

2、臟外科心肌保護基礎(chǔ)實驗與臨床結(jié)果差異顯著的原因。 方法 分別制備新鮮Wistar大鼠和人體頸總動脈血管條，利用PowerLab 4腔器官室檢測裝置，分別檢測大鼠和人體血管對電機械耦聯(lián)收縮刺激劑68 mmol/L 的高鉀溶液對受體激動劑去甲腎上腺素的收縮反應和舒張恢復反應。結(jié)果 大鼠動脈血管對68 mmol/L 的高鉀溶液具有很好的收縮反應，收縮反應具有可重復性;而人體動脈血管對高鉀具有高反應性; 大鼠和人體動脈血管對受體激動劑去甲腎上腺素均具有反應性，對血管舒張劑硝普鈉具有相似的舒張反應。結(jié)論 人體與大鼠具有相似的受體介導血管收縮機制; 人體與大鼠的電-機械耦聯(lián)血管收縮反應明顯不同，提示人體與

3、大鼠具有不同的通道反應特性。 【關(guān)鍵詞】  心肌保護;電-機械耦聯(lián);鉀Abstract: OBJECTIVE Aortic vascular sensitivity was compared between different species to search for possible causes of significant discrepancy between basic experiments and clinical observations. METHODS Carotid arteries were harvested from anesthetized Wista

4、r rats and cadavers who died within 2 hours . The response to 68mmol/L KCL and noradrenalin was assessed for observation of vascular sensitivity to electromechanical coupling vasoconstrictor and receptor-mediated vasoconstrictor between rats and human. RESULTS (1) The arterial rings of rats possesse

5、d swift and repetitive response to 68 mmol/L KCL. The tension of rings restored to baseline when the rings were washed with fresh Krebs-Henseleit Solution. The arterial rings of cadavers had persistent vasoconstriction and the tension did not restored after the incubation solution was switched into

6、fresh Krebs-Henseleit Solution. (2) The arterial rings from rats and cadavers possessed similar response to noradrenalin and sodium nitroprusside.CONCLUSION Human and rats have similar receptor-mediated vasoconstriction mechanism. The response to electromechanical coupling vasoconstriction is differ

7、ent between human and rats, which indicats human and rats possess different channel characteristic. So those may be the primary cause of significant discrepancy between basic experiments and clinical observations.Key words： Cardioprotection;Electromechanical coupling;Potassium體外循環(huán)(cardiopulmonary by

8、pass,CPB)心臟直視手術(shù)的患者，在圍術(shù)期會受到不同程度的干擾和損傷。為減輕術(shù)后臟器功能不全的發(fā)生，學者們曾應用不同實驗動物進行了大量的實驗研究，但我們發(fā)現(xiàn)，有些在動物實驗中應用的方法和技術(shù)在臨床應用時結(jié)果不盡相同。本實驗通過比較大鼠和人體動脈血管的生物力學特性，揭示不同種屬間組織結(jié)構(gòu)和功能方面的差異，從而為臨床應用提供幫助。1 材料與方法1.1 實驗材料 Wistar 大鼠(清潔級，購自中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院實驗動物中心 );人頸總動脈血管條(取自腦死亡供體)。1.2 實驗儀器 Powerlab 4 腔張力檢測儀;Sartorius Basicplus BP211D天平;JB-3型

9、磁力攪拌器。1.3 實驗步驟1.4 統(tǒng)計學處理 應用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析，記錄兩組不同血管材料在不同刺激條件下張力隨時間的變化值。兩組數(shù)據(jù)進行t檢驗，用±標準差(±s)表示。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。2 結(jié) 果2.1 頸總動脈血管電-機械耦聯(lián)反應結(jié)果 加入電-機械耦聯(lián)收縮刺激劑68 mmol/L K+溶液后，大鼠頸總動脈血管張力緩慢上升，并在1 h內(nèi)達峰值。以K-H液沖洗3次后，血管張力迅速下降，并在30 min內(nèi)恢復至原有基礎(chǔ)張力水平(1.52±0.03)g，與基礎(chǔ)張力(1.52±0.02)g相比，P>0.05。再次

10、加入68 mmol/L K+溶液，血管張力再次上升。電-機械耦聯(lián)反應刺激具有可重復性，見圖1。而人頸總動脈血管張力緩慢上升，并在1 h內(nèi)達峰值。以K-H液沖洗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，P< 0.01，見圖2。2.2 頸總動脈血管受體介導的血管收縮及非內(nèi)皮依賴性舒張反應結(jié)果 受到10-5 mol/L的去甲腎上腺素刺激后，大鼠頸總動脈血管張力急速上升，20 min內(nèi)即基本達峰值，之后緩慢上升，連續(xù)性觀測1 h血管張力無衰減。加入硝普鈉后，血管張力急速下降，在20 min左右即達基礎(chǔ)張力水平(1.43±

11、0.13) g，與基礎(chǔ)張力(1.53±0.05)g相比，P>0.05，見圖3。人頸總動脈在去甲腎上腺素作用下血管張力緩慢上升，30 min內(nèi)達峰值。加入硝普鈉后，血管張力緩慢下降，在30 min達基礎(chǔ)張力水平(3.21±0.28)g，與基礎(chǔ)張力(3.06±0.13)g相比，P>0.05，見圖4。     10-01-29 11:08:00     編輯：studa203 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

12、缺氧導致再灌注損傷的產(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。為此，學者們在心肌保護方面展開了大量的研究和探索，包括心臟停搏液的改良、灌注方式的改進、心肌損傷機制的探索等1-6。但是文獻中有關(guān)心肌保護的研究結(jié)果并不一致。在動物實驗中得到較好結(jié)果的一些心肌保護藥物(如腺苷等)，在臨床觀察中并沒有明顯增強心肌保護的效果7-8。動物實驗中發(fā)現(xiàn)的缺血預處理技術(shù)，在動物實驗中可以明顯改善之后心肌耐受缺血缺氧的能力，但在臨床實驗中也是不能得到驗證9。這種動物實驗與臨床觀察結(jié)果之間的巨大差異越來越受到學者們的重視，但具體機制尚不明確10-11。本研究選擇大鼠和人類動脈血管作

13、為實驗材料，從血管生物力學角度研究可能造成心肌保護基礎(chǔ)實驗與臨床觀察差異的可能原因。本組實驗由于采用了Powerlab 4 腔張力檢測系統(tǒng)，壓力傳感器的設置較傳統(tǒng)電生理檢測裝置有很大改進，采用了計算機模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換(A/D)系統(tǒng)，敏感度大大提高。血管平滑肌細胞受到刺激興奮后，通過肌細胞特有的興奮-收縮耦聯(lián)機制產(chǎn)生收縮反應。在基礎(chǔ)實驗中，一般采用高鉀作為電機械耦聯(lián)反應的刺激劑，其濃度從30 100 mmol/L不等，68 mmol/L K+溶液是比較常用的一種。據(jù)報道，68 mmol/L K+溶液可以在不同動物的不同血管產(chǎn)生強烈的收縮效應，并且沒有脫敏現(xiàn)象。去甲腎上腺素作用于腎上腺素能受體，

14、受體分布廣泛，因此是藥理機械耦聯(lián)反應實驗中最常用的試劑之一，因此，選用這兩種試劑作為生物力學實驗的刺激劑。加入硝普鈉觀察血管的非內(nèi)皮依賴性舒張反應。在電機械耦聯(lián)實驗中發(fā)現(xiàn)，大鼠對高鉀有較強的耐受和調(diào)節(jié)能力，大鼠血管張力在去除刺激因素后迅速下降，說明細胞內(nèi)存在快速的鈣通道調(diào)節(jié)機制，從而降低細胞內(nèi)鈣離子濃度，引起血管張力下降。但其具體機制尚需要進一步的實驗證實。在藥理機械耦聯(lián)反應實驗中，人體血管與大鼠具有相似的受體介導收縮反應和非內(nèi)皮依賴性舒張曲線。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能力。盡管動物實驗中經(jīng)常采用高

15、鉀進行反復刺激，進行血管生物力學的檢測。但是檢測也顯示，暴露于20 mmol/L的高鉀溶液，冠狀動脈內(nèi)皮細胞一氧化氮的釋放并未受到影響，但是內(nèi)皮細胞衍生的超級化因子(EDHF)介導的舒張作用減弱12。本組實驗則通過生物力學的角度直接證實了高鉀的這種不利影響。人頸總動脈受到68mmol/L K+溶液刺激后，血管張力持續(xù)增高，改變細胞外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，人與動物血管調(diào)節(jié)鉀代謝的機制存在明顯差異。這種現(xiàn)象在臨床上將會明顯影響心肌保護的效果，表現(xiàn)在： 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持續(xù)存在，加重心肌缺血。 鈣內(nèi)流

16、導致細胞內(nèi)鈣超載。由于心肌收縮最終都是改變細胞內(nèi)Ca2+的濃度。高鉀刺激引起的血管張力持續(xù)增加說明，細胞內(nèi)Ca2+濃度較高，細胞會調(diào)動質(zhì)膜上的通道或通過耗能的Ca2+泵，從而調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的鈣濃度。但這些過程大多數(shù)都是耗能過程，會加重細胞缺氧。 心肌血管的攣縮影響復灌后血液的復流。 影響復灌后正常電機械活動的恢復。由于細胞外高鉀本身對心肌電活動的產(chǎn)生和傳導有影響，如果復灌后血運恢復不暢，也會間接導致心律失常的發(fā)生。因此，根據(jù)本實驗結(jié)果，有必要在進一步的實驗中探索大鼠和人體血管電機械耦聯(lián)反應差異的內(nèi)在因素，將對心臟停搏液的改良起到有益的指導作用。在選擇心肌保護的實驗模型和實驗設計時，應考慮不同種屬的

17、差異性?！緟⒖嘉墨I】  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護效果研究 J. 中國體外循環(huán)雜志, 2008, 6(3):183-186.2 盧向航，冉珂，徐軍美，等. 延遲相嗎啡預處理對兔心肌缺血再灌注損傷的保護作用 J. 中國體外循環(huán)雜志, 2008, 6(3):180-182.3 Allen BS. Pediatric myocardial protection: a cardioplegic strategy is the "solution" J. Semin Thorac Cardiovasc Surg Pediatr Car

18、d Surg Annu, 2004, 7:141-154.4 Hayashi Y, Ohtani M, Sawa Y, et al. Minimally-diluted blood cardioplegia supplemented with potassium and magnesium for combination of 'initial, continuous and intermittent bolus' administration J. Circ J, 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

19、護效果 J. 中華胸心血管外科雜志, 1997, 13(4):212-214.6 Teshima Y, Akao M, Jones SP,et al. Cariporide (HOE642), a selective Na+-H+ exchange inhibitor, inhibits the mitochondrial death pathwayJ. Circulation, 2003, 108(18):2275-2281.7 Shalaby A, Rinne T, Jarvinen O,et al. Initial results of a clinical study: adenosine enhanced cardioprotection and its effect on cardiomyocytes apoptosis during coronary artery bypass graftingJ. Eur J Cardiothorac Surg, 2008, 33(4):639-644.8 Korbmacher B, Klein KK, Sunderdiek U,et al. Does adenosine pharmacologically pr