植入式遙測技術偶測血壓方法探究*

曹開進， 李自強， 賀英菊， 張 智, 3△， 宋相容△

(四川大學 1華西藥學院， 2華西醫院生物治療國家重點實驗室，四川 成都 610041； 3四川理工學院化學與制藥工程學院，四川 自貢 643000)

血壓是動物藥效學試驗研究中的常用檢測指標之一。目前，動物血壓檢測常用方法主要有偶測血壓法和24 h動態血壓監測法(即植入式遙測技術)。傳統的血壓偶測方法如尾套法、頸動脈插管法等，易引起動物應激反應，導致血壓、心率和體溫等生理生化參數的較大波動，致使試驗數據離散度大，且重復性差[1-4]。而植入式遙測技術可減少動物因束縛產生的應激反應，能更準確地測定動物真實的血壓值，并可實時監測血壓，受到廣大研究者的青睞[4-5]。

用植入式遙測技術測定血壓時，常需24 h連續采集血壓的實時數據，再以24 h的血壓均值作為動物的當日血壓。因此，就需對植入子(植入式傳感器)進行連續開機，會嚴重耗損植入子電池的電量。植入子價格較為昂貴，且其電池壽命短，不能達到長期監測血壓的目的[1]。鑒于此，本課題以自發性高血壓大鼠(spontaneously hypertensive rats, SHR)為模型動物，對其24 h血壓連續變化規律進行系統分析，旨在建立植入式遙測技術偶測血壓方法，以在保證獲取數據的準確性和科學性基礎上，進一步提高植入子的使用壽命和效率。

材 料 和 方 法

1 動物

8只20周齡雄性SHR，SPF級，體重約300 g，購自北京維通利華實驗動物技術有限公司。大鼠飼養在SPF級動物房，喂以基礎飼料，自由飲水，溫度(20±3)℃，相對濕度50%～60%。光照周期為晝夜各12 h。

2 主要試劑

戊巴比妥鈉(成都市科龍化工試劑廠)；克林霉素磷酸酯注射液(西安利君制藥有限責任公司)；纖維貼(DSI)；生物膠(DSI)；替米沙坦(山東平原制藥廠)。

3 主要方法

3.1植入子手術和信號采集 本研究所采用的生理參數遙測系統為Data Sciences International(DSI)公司生產，它由植入式傳感器(植入子TA11PA-C40)、數據轉換器、數據接收器、外界壓力監控器、數據處理軟件(Dataquest A.R.T. 4.33)，遙感測壓監測系統等裝置組成。動物體內的傳感器以無線的方式將生理信號傳送給信號接收裝置。植入子TA11PA-C40可以同時監測血壓、心率、活動度等生理信號。植入子植入手術按照DSI公司操作說明進行，操作如下：按照5 mL/kg劑量注射 1%戊巴比妥鈉麻醉SHR，沿腹中線開口以暴露腹腔內容物，用棉簽將腸道撥到旁邊推至四周；用棉簽分離腹主動脈，在左腎靜脈的交叉處下方和腹主動脈尾端的分叉處前方，用彎鑷子繞過腹主動脈引入4-0 的縫線，打一個松結后，止血鉗夾持末端；準備植入子，取5 mL注射器針尖，將針尖端斜面一側彎折90°，拉緊縫合線末端的止血鉗，用針頭在髂動脈分叉前方刺破血管后，立即將植入子壓力導管輕輕插入血管，拔出針頭，推進導管至4 cm。吸取少量生物膠，然后輕觸穿刺點左右和導管下方各1 次，待生物膠凝固約15 s后松開阻斷主動脈血液的縫合線，取出用于阻隔內臟的紗棉；將植入子放到腸道的上方，進行腹壁肌肉縫合；術后1～7 d每天給動物腿部肌注克林霉素磷酸酯注射液防止感染，并每天用碘酊對創部進行消毒。手術恢復2周后開始進行血壓連續監測，先以每10 s采集1次的方式連續采集4 d 的SHR基礎血壓；然后以替米沙坦為藥物，按照3 mg/kg的藥效學劑量對SHR進行連續9 d的治療，并對治療期間的血壓等生理信號以同樣的方式連續采集9 d。

3.2SHR動態血壓變化的數據處理 采用數據處理軟件Dataquest A.R.T. 4.33對上述連續4 d間隔10 s采集的血壓生理信號進行處理，獲取相關的血壓值，繪制SHR基礎血壓動態變化曲線，并研究SHR動態血壓[包括收縮壓(systolic blood pressure， SBP)和舒張壓(diastolic blood pressure， DBP)]的變化規律。

3.3不同時段血壓均值變化的分析 SHR每天的血壓信號進行如下處理：分別以30 min、1 h 和3 h為間隔時段，應用軟件計算該時段內的血壓平均值，再進一步計算8只SHR連續4 d血壓在不同時段內的均值和標準差，并繪制24 h不同間隔時段的血壓均值散點圖。

3.4不同時段血壓均值曲線與24 h血壓均值曲線的相似性分析 取前述用植入式遙測技術測過血壓的8只SHR，每天早上10時灌胃給予3 mg/kg替米沙坦，連續給藥9 d，同時繼續用植入式遙測技術連續采集血壓等生理信號。計算24 h的血壓均值，形成10個數據點(包括治療前1 d的基礎數據)，繪制24 h血壓均值曲線；并分別計算每天3:00～3:30、20:00～21:00、2:00～5:00和20:00～23:00時間段的血壓均值，各形成10個數據點，繪制相應的血壓均值曲線。采用“相似因子比較法”對血壓均值曲線的相似性進行分析，用公式1計算血壓均值曲線的相似因子(f2)，用公式2計算每天血壓平均差異，再結合血壓平均差異與相應相似因子f2臨界值的關系，整體評價上述各時段的血壓均值曲線與24 h血壓均值曲線的相似性。

公式1：

Rt和Tt分別表示2條曲線在第n天時的血壓均值。

公式2：

4 統計學處理

用SPSS 16.0統計軟件分析，數據用均數±標準差(mean±SD)表示。

結 果

1 24 h SHR動態血壓變化的特點分析

如圖1所示，SHR血壓變化存在一定節律性，即每天的血壓存在相似變化趨勢(包括收縮壓和舒張壓)，血壓波形呈現“V”字型變化，上午10時左右血壓達到最高后，呈現波動下降，下午血壓較低，至次日凌晨血壓開始上升。不同天同一時點的血壓變化較大，重復性差，不穩定，甚至差異達到20 mmHg以上，提示用某一時點測得血壓代表24 h血壓均值不可行。

Figure 1. The dynamic curve of basic blood pressure for consecutive 4 d of SHR.

2 不同時段動態血壓均值變化分析

如圖2～4所示，間隔時段越短，SHR不同天同一時段血壓均值變化波動越大，偏離24 h血壓均值線也越大。隨間隔時段的延長，血壓均值變化波動顯著降低，穩定性和重復性亦顯著提高。在3:00～3:30、20:00～21:00、2:00～5:00和20:00～23:00時段內(圖2～4，箭頭標示)，其血壓均值與24 h血壓均值均比較相似，且變化較小，如連續4 d 20:00～23:00時間段血壓均值間的標準差僅為1.21 mmHg(圖4)。由此提示，上述4個時段內獲取的血壓均值能較好代表24 h的血壓均值。

3 不同段血壓均值曲線與24 h血壓均值曲線的相似性分析

采用“相似因子比較法”分析，結果發現在3:00～3:30、20:00～21:00、2:00～5:00和20:00～23:00時段分別獲取的血壓均值曲線，與24 h收縮壓均值曲線之間的相似因子f2 分別達到50. 5、55. 8、72. 3和77. 8，血壓均值之間的最大差異分別為14. 2%、13. 5%、4. 7%和3. 1%; 而與24 h 舒張壓均值曲線之間的相似因子f2 分別達到50. 7、59. 9、70. 6 和78. 0，血壓均值之間的最大差異分別為22. 4%、17. 4%、9. 7%和4. 3%，見圖5。根據血壓均值最大差異與相似因子f2 結果，提示在20: 00 ～ 23: 00 時段獲取的血壓均值曲線與24 h 血壓均值曲線最為相似，可以更好地評估SHR 24 h 的血壓均值。

Figure 2. The 24-h dynamic changes of the mean systolic and diastolic pressure at 30-min time interval. The scatter plot represents the mean blood pressure of different time periods at 30-min interval, and the arrow represents the time period of 3:00～3:30, at which the mean blood pressure was the most closest to the mean blood pressure of 24 h and had minimum SD value. The mean blood pressure lines of 4 d represent the mean blood pressure of consecutive 4 d. Mean±SD. n=8.

Figure 3. The 24-h dynamic changes of the mean systolic and diastolic pressure at 1-h time interval. The scatter plot represents the mean blood pressure of different time periods at 1-h interval, and the arrow represents the time period 20:00～21:00, at which the mean blood pressure was the closest to the mean blood pressure of 24 h and had minimum SD value. The lines of mean blood pressure of 4 d represent the mean blood pressure of consecutive 4 d. Mean±SD. n=8.

Figure 4. The 24-h dynamic change of the mean systolic and diastolic pressure at 3 h time interval. The scatter plot represents the mean blood pressure of different time periods at 3-h interval, and the arrows represent the time periods of 20:00～23:00 and 2:00～5:00，at which the mean blood pressure was the most closest to the mean blood pressure of 24 h and had minimum SD value. The mean blood pressure lines of 4 d represent the mean blood pressure of consecutive 4 d. Mean±SD. n=8.

討 論

尾套法和有創頸動脈法是常用的傳統血壓測定方法。尾套法在測定血壓的時候需要對動物進行限制和加熱；同時，該法測定的是外周動脈壓，顯著高于植入式遙測技術測定的中心動脈壓，因此尾套法測得的血壓無法準確反映出正常的血壓值[2, 6-7]。而有創頸動脈法的監測時間很受限制，通常不宜超過4 h，且易造成傷害，很難實現對SHR的血壓等生理參數進行長期有效監測[1]。與傳統血壓測定方法相比，植入式遙測技術能最大程度地減少對實驗動物的人工干預和刺激，在動物自由活動、清醒的情況下進行長時間持續記錄血壓等生理參數，保證數據的客觀性和準確性[7]。目前該技術采集血壓等生理信號的方式主要是連續開機采集法，因此對植入子電池使用壽命是一個較大的考驗[1,8-9]。本研究提出將植入式遙測技術應用于偶測血壓方法，以克服傳統偶測血壓方法準確性和重復性差以及植入子使用壽命有限等缺陷。然而，將植入式遙測技術應用于偶測血壓方法時，如何選擇監測時段，選擇多長時段，其獲取的血壓均值能否代表24 h血壓均值，這些問題尚缺乏系統研究。

Figure 5. Similarity analysis of the mean blood pressure curves of 3:00～3:30， 20:00～21:00, 2:00～5:00 and 20:00～23:00 time periods and the mean blood pressure curve of 24 h.Mean±SD. n=8.

本研究首先對SHR 24 h基礎血壓原始信號的動態變化進行分析，結果表明雖然SHR血壓存在一定的晝夜變化規律和波動特點，但由于不同天同一時點的血壓值變化較大，很難直接找到一段變化或波動較為平穩的時段(圖1)。因此，我們放棄直接從血壓原始信號尋找合適監測時段的方法，改為以30 min、1 h、3 h為間隔時段，應用數據分析軟件計算不同時段的血壓均值，并通過觀察不同時段血壓均值的動態變化特征，來尋找能代表24 h血壓均值的時段。結果表明，分別以30 min、1 h、3 h為間隔時段時，均能找到一些與24 h血壓均值相近且標準差較小的時段，如3:00～3:30、20:00～21:00、2:00～5:00和20:00～23:00(圖2～4，箭頭標示)。我們采用“相似因子比較法”對這些時段的血壓均值進行評估，通過對連續給予替米沙坦治療9 d SHR在上述時段的血壓均值曲線與24 h血壓均值曲線的相似度進行比較分析，確定了在20:00～23:00時段獲取的血壓均值能更好的代表24 h血壓均值(圖5)。

本研究首次提出將植入式遙測技術應用于偶測血壓方法，并證實在20:00～23:00時段進行開機監測血壓，能獲得準確和科學的血壓數據，很好地評估SHR 24 h的血壓均值。該方法一方面是對目前植入式遙測技術測定血壓方法的有力補充和擴展；另一方面，通過對SHR 24 h的血壓均值變化特點的分析，為傳統血壓偶測方法在血壓監測時點或時間段的選擇提供了參考。

[參 考 文 獻]

[1] Van Vliet BN, Chafe LL, Antic V, et al. Direct and indirect methods used to study arterial blood pressure[J]. J Pharmacol Toxicol, 2000, 44(2):361-373.

[2] Irvine RJ, White J, Chan R, et al. The influence of restraint on blood pressure in the rat[J]. J Pharmacol Toxicol, 1997, 38(3):157-162.

[3] Kubota Y, Umegaki K, Kagota S, et al. Evaluation of blood pressure measured by tail-cuff methods (without heating) in spontaneously hypertensive rats [J]. Biol Pharm Bull, 2006, 29(8):1756-1758.

[4] Pinna GD, Maestri R, Mortara A, et al. Long-term time-course of nocturnal breathing disorders in heart failure patients[J]. Eur Respir J, 2010, 35(2):361-367.

[5] Massagram W, Hafner N, Chen MQ, et al. Digital heart-rate variability parameter monitoring and assessment ASIC[J]. IEEE Trans Biomed Circuits Syst, 2010, 4(1):19-26.

[6] 李 虹, 肖傳實, 王 蕾, 等. 不同周齡自發性高血壓大鼠動態血壓變化及阻力血管形態學研究[J]. 中國病理生理雜志, 2011, 27(4):653-657.

[7] Bazil MK, Krulan C, Webb RL. Telemetric monitoring of cardiovascular parameters in conscious spontaneously hypertensive rats[J]. J Cardiovasc Pharmcol, 1993, 22(6):897-905.

[8] Anderson NH, Devlin AM, Graham D, et al. Telemetry for cardiovascular monitoring in a pharmacological study: new approaches to data analysis[J]. Hypertension, 1999, 33 (1 Pt 2):248-255.

[9] Ning G, Bai Y, Yan W, et al. Investigation of beat-to-beat cardiovascular activity of rats by radio telemetry[J]. Clin Hemorheol Microcirc, 2006, 34(1-2):363-371.