老齡化自發性高血壓模型大鼠SHR與SD大鼠大腦中動脈力學特性

老齡化自發性高血壓模型大鼠SHR與SD大鼠大腦中動脈力學特性

張淑娟張翹1李新穎1

(長春理工大學醫院，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)自發性高血壓模型大鼠(SHR)雄性大鼠大腦中動脈的拉伸力學性質。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機的上、下夾頭內，對試樣預調處理后以5 mm/min的實驗速度對試樣施加拉伸載荷，直到試樣破壞，打印機打印出試樣的拉伸彈性限度應變、最大應變、最大應力數據和應力-應變曲線。結果兩組拉伸力學性質各項指標比較差異顯著(P<0.05)。結論正常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性質,老齡SHR大鼠由于高血壓,拉伸力學性質發生改變。

關鍵詞〔〕高血壓;大腦中動脈;一維拉伸;力學性質

中圖分類號〔〕R318.01〔

1吉林大學中日聯誼醫院

第一作者：張淑娟(1971-)，女，碩士，主治醫師，主要從事神經內科科臨床與生物醫學工程研究。

自發性高血壓大鼠(SHR)是目前應用最為廣泛的高血壓模型〔1,2〕。國內外學者對動脈血管的力學性質進行了一定的研究〔3,4〕。楊向群等〔5〕研究結果表明, 在已建立高血壓的SHR, 腎動脈主干存在非均勻生長,其殘余應力、應變大于同齡的WKY大鼠, 內源性血管緊張素(Ang)Ⅱ和內皮素(ET)在SHR腎動脈零應力狀態的改變中起重要作用。朱寶亮等〔6〕認為四氫生物蝶呤(BH4)可以減弱由于長期高血壓導致的血管肥厚和管腔狹窄,恢復血管彈性。目前關于SHR動脈血管 一維拉伸力學性質實驗研究鮮有報道。本文擬分析正常SD大鼠和SHR大腦中動脈一維拉伸實驗后，拉伸彈性限度應變、最大應力、最大應變。

1材料與方法

1.1實驗動物健康4～5月齡SD大鼠15只，體質量285～320 g、12月齡SHR 15只，體質量290～320 g，均由吉林大學實驗動物部提供。

1.2大鼠血壓的測量兩組大鼠處死前連續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，在手術顯微鏡下，找到大腦動脈，切取下來，每組各15個標本，以生理鹽水浸濕的布包裹標本，置于-5℃冰箱內保存。

1.4一維拉伸實驗實驗前取出兩組大鼠大腦中動脈在常溫下解凍，以手術刀切取試樣，以讀數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〔7〕的方法分別對每個標本反復加一卸載10次，預調處理后進行實驗。將標本裝夾于電子萬能試驗機的夾頭內，機以5 mm/min的實驗速度對標本施加拉伸載荷，實驗環境溫度36.5±1℃，實驗結束后,控制機器的計算機自動輸出 最大應力、最大應變、彈性限度應變等拉伸實驗數據和應力-應變曲線。

2結果

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

2.2各組大鼠大腦中動脈應力-應變曲線 取SD大鼠組和老齡SHR大鼠組拉伸應力和應變數據40個點進行曲線擬合，老齡SHR組和SD組大腦中動脈應力應變曲線基本呈指數關系變化。見圖1。

圖1　兩組大鼠大腦中動脈應力-應變曲線

2.3各組大鼠大腦中動脈應力-應變關系表達式的建立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

拉伸實驗結果顯示，SD大鼠大腦中動脈應變達到28.6%時為其彈性限度應變值， 之后應變上升緩慢，應力上升較快，當應變達到72.6%時，試樣被拉斷；當SHR組大鼠大腦中動脈應變達到23.9%時為其彈性限度應變值，之后應變上升緩慢，應力上升較快，當應變達到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大鼠大腦中動脈應力、應變數據和曲線;②試樣分組是隨機的;③每個樣本都是獨立的，分析的目標是確定各組試樣拉伸力學性能指標的差異;④對各組試樣的實驗數據進行了曲線擬合，可給人以一種代表應力-應變性質內容的直觀感覺;⑤應用最小二乘法對實驗數據進行處理。得出了應力-應變關系表達式，能定量的比較實驗得出的各組試樣的拉伸力學性能指標。

長期高血壓將使動脈血管的結構和功能產生一定的變化，即血管結構重建和功能重建，高血壓是高應力狀態，則表現出非均勻性重建，這種重建又導致組織內部的應力重新分布，改變血管的力學性質。相關研究表明，血管壁的平滑肌、膠原纖維和彈性纖維的含量和空間構型是決定血管功能和生物力學

性質的重要因素，動脈的力學特性與管壁的膠纖維與彈性纖維含量比C/E密切相關，C/E比值作為反映血管的硬度指標，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，中膜平滑肌細胞分裂增殖，并遷移到內膜，分泌結締組織基質，包括膠原纖維、彈性纖維和蛋白多糖，引起內膜增厚，參與內膜粥樣硬化斑塊的形成，但病變進一步發展，管壁內膜增厚明顯，中膜萎縮，彈性結構排列紊亂，甚至斷裂、消失，膠原大量增生，平滑肌由結締組織代替，并出現纖維化，加之組織中鈣鹽沉積，使中膜變薄，整個管腔呈負性重塑表現〔10〕。膠原纖維使膠原組織具有一定的強度和剛度，彈性纖維使膠原組織具有無載荷作用下的延伸能力〔11〕。分析認為，由于高血壓后導致老齡SHR動脈血管的膠原纖維，彈性纖維的含量和排列方向發生改變，使其最大應變、彈性限度應變、最大應力降低。高血壓導致大腦中動脈的膠原纖維含量和 構型發生改變，所以力學特性發生了改變。實驗得出SD大鼠大腦中動脈和老齡SHR大腦中動脈應力、應變數據和曲線、對研究高血壓的損傷機制，提供了生物力學基礎。

4參考文獻

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〔2013-11-05修回〕

(編輯袁左鳴)