老齡化自發(fā)性高血壓模型大鼠SHR與SD大鼠大腦中動脈力學(xué)特性

張淑娟張翹1李新穎1

(長春理工大學(xué)醫(yī)院，吉林長春130022)

摘要〔〕目的研究6月齡SD雄性大鼠和老齡(12月齡)自發(fā)性高血壓模型大鼠(SHR)雄性大鼠大腦中動脈的拉伸力學(xué)性質(zhì)。方法對6月齡正常SD雄性大鼠大腦動脈和老齡SHR大腦中動脈各20個試樣，分別裝夾于電子萬能試驗(yàn)機(jī)的上、下夾頭內(nèi)，對試樣預(yù)調(diào)處理后以5 mm/min的實(shí)驗(yàn)速度對試樣施加拉伸載荷，直到試樣破壞，打印機(jī)打印出試樣的拉伸彈性限度應(yīng)變、最大應(yīng)變、最大應(yīng)力數(shù)據(jù)和應(yīng)力-應(yīng)變曲線。結(jié)果兩組拉伸力學(xué)性質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)比較差異顯著(P<0.05)。結(jié)論正常SD大鼠大腦中動脈和老齡SHR大鼠大腦中動脈具有不同的拉伸力學(xué)性質(zhì),老齡SHR大鼠由于高血壓,拉伸力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。

關(guān)鍵詞〔〕高血壓;大腦中動脈;一維拉伸;力學(xué)性質(zhì)

中圖分類號〔〕R318.01〔

1吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院

第一作者：張淑娟(1971-)，女，碩士，主治醫(yī)師，主要從事神經(jīng)內(nèi)科科臨床與生物醫(yī)學(xué)工程研究。

自發(fā)性高血壓大鼠(SHR)是目前應(yīng)用最為廣泛的高血壓模型〔1,2〕。國內(nèi)外學(xué)者對動脈血管的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了一定的研究〔3,4〕。楊向群等〔5〕研究結(jié)果表明, 在已建立高血壓的SHR, 腎動脈主干存在非均勻生長,其殘余應(yīng)力、應(yīng)變大于同齡的WKY大鼠, 內(nèi)源性血管緊張素(Ang)Ⅱ和內(nèi)皮素(ET)在SHR腎動脈零應(yīng)力狀態(tài)的改變中起重要作用。朱寶亮等〔6〕認(rèn)為四氫生物蝶呤(BH4)可以減弱由于長期高血壓導(dǎo)致的血管肥厚和管腔狹窄,恢復(fù)血管彈性。目前關(guān)于SHR動脈血管 一維拉伸力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究鮮有報(bào)道。本文擬分析正常SD大鼠和SHR大腦中動脈一維拉伸實(shí)驗(yàn)后，拉伸彈性限度應(yīng)變、最大應(yīng)力、最大應(yīng)變。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)動物健康4～5月齡SD大鼠15只，體質(zhì)量285～320 g、12月齡SHR 15只，體質(zhì)量290～320 g，均由吉林大學(xué)實(shí)驗(yàn)動物部提供。

1.2大鼠血壓的測量兩組大鼠處死前連續(xù)3 d測尾動脈1次，SD組大鼠收縮壓為(116.4±4.8)mmHg 、SHR組收縮壓為(180±6.2) mmHg。

1.3處置方法取樣10%水分氯醛(0.3 ml/100 g)腹腔注射麻醉,開顱,逐層分離，在手術(shù)顯微鏡下，找到大腦動脈，切取下來，每組各15個標(biāo)本，以生理鹽水浸濕的布包裹標(biāo)本，置于-5℃冰箱內(nèi)保存。

1.4一維拉伸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)前取出兩組大鼠大腦中動脈在常溫下解凍，以手術(shù)刀切取試樣，以讀數(shù)顯微鏡測量試樣的長度和直徑，試樣長10 mm。直徑為1.10～1.12 mm。按參考文獻(xiàn)〔7〕的方法分別對每個標(biāo)本反復(fù)加一卸載10次，預(yù)調(diào)處理后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將標(biāo)本裝夾于電子萬能試驗(yàn)機(jī)的夾頭內(nèi)，機(jī)以5 mm/min的實(shí)驗(yàn)速度對標(biāo)本施加拉伸載荷，實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度36.5±1℃，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,控制機(jī)器的計(jì)算機(jī)自動輸出 最大應(yīng)力、最大應(yīng)變、彈性限度應(yīng)變等拉伸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

2結(jié)果

2.1各組大鼠大腦中動脈一維拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,SD大鼠組拉伸最大應(yīng)力〔(126.6±8.5)kPa〕、彈性限度應(yīng)變〔(128.6±3.1)%〕、最大應(yīng)變〔(72.6±6.2)%〕大于SHR大鼠組拉伸最大應(yīng)力〔(110.2±7.8)kPa〕、彈性限度應(yīng)變〔(23.9±2.8)%〕、最大應(yīng)變值〔(64.5±5.7)%〕，差異顯著(P<0.05)。

2.2各組大鼠大腦中動脈應(yīng)力-應(yīng)變曲線 取SD大鼠組和老齡SHR大鼠組拉伸應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)40個點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合，老齡SHR組和SD組大腦中動脈應(yīng)力應(yīng)變曲線基本呈指數(shù)關(guān)系變化。見圖1。

圖1　兩組大鼠大腦中動脈應(yīng)力-應(yīng)變曲線

2.3各組大鼠大腦中動脈應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系表達(dá)式的建立SD組σ(ε )= 0000e5-0.008 3 e4+1.002 2e3+ 8.890 7e2老齡SHR組σ(ε)= 0.000 1 e5-0.015 7 e4+1.171 3 e3+4.720e2。

3討論

拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，SD大鼠大腦中動脈應(yīng)變達(dá)到28.6%時為其彈性限度應(yīng)變值， 之后應(yīng)變上升緩慢，應(yīng)力上升較快，當(dāng)應(yīng)變達(dá)到72.6%時，試樣被拉斷；當(dāng)SHR組大鼠大腦中動脈應(yīng)變達(dá)到23.9%時為其彈性限度應(yīng)變值，之后應(yīng)變上升緩慢，應(yīng)力上升較快，當(dāng)應(yīng)變達(dá)到64.5%時，試樣被拉斷。

本研究方法有以下幾種特征：①記錄了老齡SHR與SD大鼠大腦中動脈應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)和曲線;②試樣分組是隨機(jī)的;③每個樣本都是獨(dú)立的，分析的目標(biāo)是確定各組試樣拉伸力學(xué)性能指標(biāo)的差異;④對各組試樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了曲線擬合，可給人以一種代表應(yīng)力-應(yīng)變性質(zhì)內(nèi)容的直觀感覺;⑤應(yīng)用最小二乘法對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。得出了應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系表達(dá)式，能定量的比較實(shí)驗(yàn)得出的各組試樣的拉伸力學(xué)性能指標(biāo)。

長期高血壓將使動脈血管的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生一定的變化，即血管結(jié)構(gòu)重建和功能重建，高血壓是高應(yīng)力狀態(tài)，則表現(xiàn)出非均勻性重建，這種重建又導(dǎo)致組織內(nèi)部的應(yīng)力重新分布，改變血管的力學(xué)性質(zhì)。相關(guān)研究表明，血管壁的平滑肌、膠原纖維和彈性纖維的含量和空間構(gòu)型是決定血管功能和生物力學(xué)

性質(zhì)的重要因素，動脈的力學(xué)特性與管壁的膠纖維與彈性纖維含量比C/E密切相關(guān)，C/E比值作為反映血管的硬度指標(biāo)，C/E比值高，彈性模量大，動脈管壁硬度就大〔8，9〕。動脈硬化病變初期，中膜平滑肌細(xì)胞分裂增殖，并遷移到內(nèi)膜，分泌結(jié)締組織基質(zhì)，包括膠原纖維、彈性纖維和蛋白多糖，引起內(nèi)膜增厚，參與內(nèi)膜粥樣硬化斑塊的形成，但病變進(jìn)一步發(fā)展，管壁內(nèi)膜增厚明顯，中膜萎縮，彈性結(jié)構(gòu)排列紊亂，甚至斷裂、消失，膠原大量增生，平滑肌由結(jié)締組織代替，并出現(xiàn)纖維化，加之組織中鈣鹽沉積，使中膜變薄，整個管腔呈負(fù)性重塑表現(xiàn)〔10〕。膠原纖維使膠原組織具有一定的強(qiáng)度和剛度，彈性纖維使膠原組織具有無載荷作用下的延伸能力〔11〕。分析認(rèn)為，由于高血壓后導(dǎo)致老齡SHR動脈血管的膠原纖維，彈性纖維的含量和排列方向發(fā)生改變，使其最大應(yīng)變、彈性限度應(yīng)變、最大應(yīng)力降低。高血壓導(dǎo)致大腦中動脈的膠原纖維含量和 構(gòu)型發(fā)生改變，所以力學(xué)特性發(fā)生了改變。實(shí)驗(yàn)得出SD大鼠大腦中動脈和老齡SHR大腦中動脈應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)和曲線、對研究高血壓的損傷機(jī)制，提供了生物力學(xué)基礎(chǔ)。

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〔2013-11-05修回〕

(編輯袁左鳴)