魏 華，趙海燕，劉 萍，黃海霞，王 偉△，付小鎖，鈕偉真

（1．首都醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)與測(cè)試中心，北京100069；2．首都醫(yī)科大學(xué)燕京醫(yī)學(xué)院生理教研室，北京101300；3．首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)系，北京100069）

壓力感受器的機(jī)-電換能機(jī)制是減壓反射研究的重點(diǎn)之一，其中感受壓力變化的機(jī)械敏感離子通道的本質(zhì)仍不清楚［1］。壓力感受器的放電活動(dòng)直接與血管壓力感受野的機(jī)械變形有關(guān)，而后者主要取決于主動(dòng)脈弓或頸動(dòng)脈竇區(qū)的壓力。因此，準(zhǔn)確控制主動(dòng)脈弓或頸動(dòng)脈竇內(nèi)的壓力是完成實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵之一。本實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)成功地將壓力鉗理念引入離體心臟機(jī)械-電反饋研究［2］，根據(jù)同樣原理，本實(shí)驗(yàn)以壓力調(diào)節(jié)閥為主要部件，構(gòu)建了一套計(jì)算機(jī)化的竇內(nèi)壓力控制系統(tǒng)。

1 材料與方法

1．1 頸動(dòng)脈竇-竇神經(jīng)標(biāo)本的制備和灌流

實(shí)驗(yàn)采用成年家兔，體重（2．0±0．3）kg，雌雄不拘，由首都醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué)部提供。20%氨基甲酸乙酯（5 ml／kg）靜脈麻醉，做氣管插管。于動(dòng)物頸部正中切口游離一側(cè)頸動(dòng)脈竇區(qū)和竇神經(jīng)，取出頸動(dòng)脈竇-竇神經(jīng)（carotid sinus-carotid sinus nerve，CS-CSN）標(biāo)本（圖 1），標(biāo)本包括頸總動(dòng)脈長(zhǎng)約7 mm、頸外動(dòng)脈約5 mm、頸內(nèi)動(dòng)脈約5 mm（結(jié)扎）和竇神經(jīng)約 7 mm［3］。

應(yīng)用本室自制的離體標(biāo)本灌流-放電記錄裝置（圖1），對(duì)CS-CSN標(biāo)本從血管內(nèi)外兩條途徑同時(shí)灌流。灌流液（mmol／L）：NaCl 154，KCl 4．7，CaCl22．2，MgCl21．1，glucose 5．5，用 HEPES-NaOH調(diào) pH為 7．4，持續(xù)用純氧平衡（以抑制頸動(dòng)脈體化學(xué)感受器的放電），溫度保持在36℃～37℃。

Fig．1 Carotid sinus perfusion-discharge recording apparatus CS-CSN preparation was mounted in a temperature-controlled bath and perfused outside and inside carotid sinus with the same solution．Carotid sinus nerve was placed on the electrode to record the baroreceptor discharge CS-CSN：Carotid sinus-carotid sinus nerve

1．2 竇內(nèi)壓力的控制

首先，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，按 pClamp7．0軟件（Axon Instrument，USA）規(guī)定的格式，預(yù)先編輯壓力控制文件，設(shè)定壓力波形、時(shí)程、強(qiáng)度等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程（圖2）中，壓力控制文件由pClamp 7．0軟件運(yùn)行，再通過(guò)Digidata1200（Axon Instrument，USA）進(jìn)行 D／A轉(zhuǎn)換，生成壓力控制指令（即與壓力控制文件相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)），壓力調(diào)節(jié)閥（PRE-U，Hoerbiger，Deutschland）收到該指令后調(diào)節(jié)高壓氣源（純氧，0．15 MPa）的流量，輸出預(yù)定的壓力，該壓力輸至盛有灌流液的密閉容器，驅(qū)動(dòng)灌流液進(jìn)入頸動(dòng)脈竇內(nèi)和控制竇內(nèi)壓力。本系統(tǒng)還將壓力換能器（YH-4，國(guó)產(chǎn)）置于竇內(nèi)灌流出口處，以監(jiān)測(cè)竇內(nèi)壓是否與指令壓力一致。

Fig．2 Carotid sinus perfusion-pressure control system Pressure stimulus files were edited according to experimental requirements in advance．They were run by pClamp7．0 and conversed to corresponding voltage signals（pressure commands）via Digidata1200．The pressure controlling valve followed the command and then output prospective pressure．The pressure output drove the solution into the carotid sinus and controlled the intrasinus pressure CS-CSN：Carotid sinus-carotid sinus nerve

2 結(jié)果

2．1 多種壓力控制模式的實(shí)現(xiàn)

2．1．1 脈動(dòng)式壓力控制模式 脈動(dòng)式壓力是頸動(dòng)脈竇經(jīng)常感受到的生理性壓力刺激，在實(shí)驗(yàn)中常被采用。本實(shí)驗(yàn)用三角波形的壓力指令（圖3B）模擬脈動(dòng)式壓力模式，通過(guò)本系統(tǒng)可輸出相應(yīng)的竇內(nèi)壓力（圖3A）。和壓力指令相比，輸出壓力的峰值和谷值存在誤差（＜3 mmHg），升支的起始段和降支的終末段也有一定變形，但對(duì)于壓力感受器的研究沒(méi)有影響。

Fig．3 Comparison between carotid sinus pressure and pulsation pressure commandA：CSP，carotid sinus pressure；B：Pulsation pressure command（pulsation period：0．6 s，minimal pressure：80 mmHg；top pressure：120 mmHg，110 mmHg，90 mmHg）

2．1．2 斜坡式壓力控制模式 為測(cè)定壓力感受器若干特征參數(shù)，在實(shí)驗(yàn)中常需應(yīng)用勻速升高的斜坡式壓力控制模式。系統(tǒng)輸出的斜坡式壓力的上升速率和最高壓力與壓力指令基本相同（圖4），盡管在0～20 mmHg沒(méi)有形成壓力波（圖4A）（可能與壓力調(diào)節(jié)閥的啟動(dòng)惰性有關(guān)），由于竇神經(jīng)放電所需壓力的閾值遠(yuǎn)大于20 mmHg，所以不影響實(shí)驗(yàn)效果。另外，輸出壓力的下降速率較慢，與壓力指令有明顯差別，但因這部分壓力波形與壓力感受器特征參數(shù)的測(cè)定無(wú)關(guān)。

Fig．4 Comparison between carotid sinus pressure and ramp pressure commandA：Carotid sinus pressure；B：Ramp pressure command（from 0 mmHg to 200 mmHg at a constant speed of 20 mmHg／s

2．1．3 階躍式壓力控制模式 階躍式壓力波形也是動(dòng)脈壓力感受性反射研究中常用的壓力刺激模式，尤其在研究動(dòng)脈壓力感受器的適應(yīng)性時(shí)常被采用。本系統(tǒng)也可輸出較理想的階躍式壓力波形。每次竇內(nèi)壓力階躍的時(shí)間、數(shù)值與指令文件基本一致（圖5），只是在階躍初期有輕微波動(dòng)，但持續(xù)時(shí)間很短，之后的壓力能很穩(wěn)定地維持在相應(yīng)水平，直至下一次階躍指令到達(dá)。因此，本系統(tǒng)生成的階躍式壓力控制模式完全能滿足實(shí)驗(yàn)需求。

Fig．5 Comparison between carotid sinus pressure and step pressure commandA：Carotid sinus pressure；B：Step pressure command（from 50 mmHg to 190 mmHg at 20 mmHg／step）

2．2 不同壓力條件下頸動(dòng)脈竇的放電

圖6A為應(yīng)用脈動(dòng)式壓力控制模式時(shí)的竇神經(jīng)少纖維放電，顯示了竇神經(jīng)纖維放電與壓力變化之間的關(guān)系。圖6B為斜坡式壓力刺激時(shí)的竇神經(jīng)少纖維放電，從中可以得到竇神經(jīng)壓力-放電頻率關(guān)系曲線，有利于進(jìn)一步分析頸動(dòng)脈竇壓力感受器的各個(gè)特征參數(shù)和研究壓力換能器機(jī)-電換能過(guò)程的離子通道機(jī)制。圖6C是階躍式壓力控制模式下的竇神經(jīng)少纖維放電，這種情況可以用來(lái)研究動(dòng)脈壓力感受器的適應(yīng)性。

3 討論

壓力感受器是分布于主動(dòng)脈弓和頸動(dòng)脈竇血管外膜下的感覺(jué)神經(jīng)末梢，其主要功能是將動(dòng)脈內(nèi)壓力信息轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛑袠袀魉偷碾娦盘?hào)，即機(jī)-電換能作用。壓力感受器的機(jī)電換能機(jī)制是減壓反射研究的重點(diǎn)之一，但其中機(jī)-電換能過(guò)程中的諸多細(xì)節(jié)均不清楚［1］。目前，了解動(dòng)脈壓力感受器機(jī)電換能機(jī)制的的重要方法之一是研究壓力感受器地壓力-放電關(guān)系。因此，準(zhǔn)確控制主動(dòng)脈弓或頸動(dòng)脈竇內(nèi)的壓力是完成實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵之一。

Fig．6 Discharges of carotid sinus nerve under diverse pressure moods SND：Sinus nerve discharge；CSP：Carotid sinus pressure．Discharges of carotid sinus nerve under pulsation pressure mode（A），ramp pulsation pressure mode（B）and step pressure mode（C）

以往本實(shí)驗(yàn)室利用蠕動(dòng)泵動(dòng)力的脈動(dòng)性質(zhì)實(shí)現(xiàn)對(duì)頸動(dòng)脈竇的脈動(dòng)式灌流，并通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)灌流阻力的方式控制竇內(nèi)的平均壓力。采用這種方法很難準(zhǔn)確控制脈動(dòng)壓力的幅度，也無(wú)法輸出長(zhǎng)時(shí)間的方波或斜坡壓力刺激，無(wú)法精確分析壓力感受器的各項(xiàng)指標(biāo)（如閾值壓力、最大放電頻率、飽和頻率、壓力-頻率關(guān)系曲線等），致使研究難于深入。有文獻(xiàn)報(bào)道利用計(jì)算機(jī)或單片機(jī)等實(shí)現(xiàn)竇內(nèi)壓力的精確調(diào)節(jié)［4］，并可實(shí)現(xiàn)斜坡式、脈動(dòng)式等多種形式的壓力刺激，但市場(chǎng)上并無(wú)現(xiàn)成的設(shè)備。

本室近年來(lái)成功地將壓力鉗技術(shù)引入離體心臟機(jī)械-電反饋研究［2］，根據(jù)同樣原理，本實(shí)驗(yàn)選用壓力調(diào)節(jié)閥為主要部件，首次成功地構(gòu)建了這套計(jì)算機(jī)化的竇內(nèi)壓力控制系統(tǒng)。壓力調(diào)節(jié)閥是本系統(tǒng)的核心部件，閥中的關(guān)鍵元件——壓電陶瓷片在電壓（即壓力控制指令）的作用下控制閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉。另外，閥內(nèi)內(nèi)置的壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)際壓力輸出，并將其輸入給內(nèi)置的負(fù)反饋放大器。當(dāng)輸出壓力低于指定壓力時(shí)，進(jìn)氣閥門(mén)開(kāi)放，使輸出壓力上升；而當(dāng)輸出壓力高于指定值，進(jìn)氣閥門(mén)關(guān)閉、排氣閥門(mén)打開(kāi)，輸出壓力下降。如此實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的準(zhǔn)確鉗制。

實(shí)際應(yīng)用的結(jié)果表明［5］，本系統(tǒng)一方面為頸動(dòng)脈竇竇內(nèi)灌流提供驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)能對(duì)頸動(dòng)脈竇壓力感受器施加程控化、多種波形的壓力刺激。這套壓力控制系統(tǒng)的建立為深入研究壓力感受器了提供準(zhǔn)確靈活的壓力刺激方法。

［1］ Chapleau MW，Abboud FM．The baroreceptor reflex：novel methods and mechanisms［M］．USA，Kluwer Academic Publishers，2004．1-20．

［2］ Wei H，Huang H X，Wang W，et al．A ventricular pressure-clamping system for the study of mechano-electrical feedback［J］．Acta Physiologica Sinica，2006，58（6）：606-610．

［3］ 鈕偉真，劉東霞．心血管生理學(xué)與臨床［M］．北京：高教出版社，2004．568-571．

［4］ 易小林，王敏彥，何瑞榮，等．單片機(jī)控制的頸動(dòng)脈竇區(qū)自動(dòng)灌流系統(tǒng)的研究［J］．中國(guó)應(yīng)用生理學(xué)雜志，2001，17（3）：308-310．

［5］ 劉廷會(huì)，魏 華，鈕偉真，等．芐阿米洛利和釕紅對(duì)頸動(dòng)脈竇壓力感受器放電的阻斷作用［J］．首都醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，32（2）：218-223．