减阻剂对正常大鼠后肢骨骼肌微循环灌注的影响

胡 锋, 查道刚, 陈向辉, 杜荣生, 周冰洁, 刘伊丽

南方医科大学 附属南方医院心血管内科, 广州 510515

·论著·

减阻剂对正常大鼠后肢骨骼肌微循环灌注的影响

胡 锋, 查道刚, 陈向辉, 杜荣生, 周冰洁, 刘伊丽

南方医科大学 附属南方医院心血管内科, 广州 510515

目的探讨聚氧化乙烯(PEO)对大鼠骨骼肌微循环灌注的影响。方法Wistar大鼠16只随机分为两组。经腹腔麻醉后，分别经尾静脉泵入生理盐水(对照组)或10 ppm PEO溶液(实验组)，泵入速度均为5 ml/h，持续20 min。选择右侧大腿中段短轴切面，分别于给药前及停药后即刻行对比超声造影检查。实验全程连续监测心电图、颈动脉压、中心静脉压。结果实验组在给药后骨骼肌毛细血管容量由(20.78±2.63) dB增加至(22.40±1.94) dB(P=0.023)；微血管血流速度由(0.27±0.08) s-1增加至(0.35±0.13) s-1(P=0.010)；微血管血流量由(5.65±1.81) dB/s增加至(7.91±3.28) dB/s(P=0.013)。而对照组在给药前后毛细血管容量[(21.68±2.01) dB 比(21.19±1.19) dB，P=0.385]、微血管血流速度[(0.29±0.09) s-1比 (0.27±0.06) s-1，P=0.275]、微血管血流量[(6.27±1.94) dB/s 比 (5.71±1.43) dB/s，P=0.184]差异均无统计学意义。两组在给药前后，大鼠的心率、血压、中心静脉压差异均无统计学意义(P>0.05)。结论PEO可以显著增加微循环灌注的血流速度和血流量，同时轻度开放骨骼肌毛细血管。

减阻剂; 聚氧化乙烯; 对比超声造影; 微循环

1948年，Toms[1]在第一届国际流变学会上报道了一类特殊可溶性高分子聚合物可以在不影响流体粘滞度的同时减低管道液体中湍流液体的流动阻力，即Toms现象。这种具有降低流体阻力作用的高分子聚合物称为减阻剂(drag-reducing polymers，DRPs)。DRPs最早用于石油、消防、灌溉等工业管道的流体减阻[2-3]。在流体中加入极少量的这类线性长链聚合物可以在不改变流体驱动压的情况下显著降低流体阻力、提高输量、增加流速、降低能耗。血液循环系统是由心脏、动脉、毛细血管及静脉组成的一个封闭的运输系统，由心脏不停的跳动提供动力推动血液在其中循环流动，这一系统与工业管道有许多相似之处，故减阻剂在循环系统中的应用可以借鉴“工业减阻”的理论。但是心血管系统远较工业管道复杂，因为其包含心脏、动脉、毛细血管网和静脉等多种组成部分，而且整个循环系统受到神经、激素等多方面的调节[4]，所以减阻剂对微循环灌注的影响亟待进一步研究。

聚氧化乙烯(polyethylene oxide, PEO)是一类水溶性高分子线性化合物，为目前常用减阻剂。研究显示PEO可以显著提高大动脉的血流量，减低血流阻力[5-7]。但是在局部组织微循环灌注方面，PEO的作用、效能国内相关报道较少。本研究使用直径2.0～4.0 μm的全氟丙烷人血白蛋白微气泡示踪红细胞[8-9]，利用对比超声技术评价PEO改善正常大鼠后肢骨骼肌微循环灌注的效能，为国内关于减阻剂的医学生物学领域的研究奠定方法学基础。

材料和方法

材料PEO 5000购自美国Sigma公司，批号189472；超声造影剂采用广州南方医院生产的全氟丙烷人血白蛋白微球注射剂；生理盐水；2%戊巴比妥钠；Sequoia 512超声诊断仪(美国Acuson公司)；MPA多道生物信号分析系统(上海奥尔科特公司)；微量输液泵(日本Terumo公司)；纤维素膜透析袋，分子截留量为50 000 Da(美国Spectrum公司)。

减阻剂的制备精确称取10 mg PEO，加入10 ml生理盐水，配制成浓度为1000 ppm(ppm为质量体积比的单位，1 ppm=10-6g/ml)的溶液。将配好的PEO溶液装入分子截留量为50 000 Da的透析袋中，于生理盐水中透析24 h。用生理盐水将透析后的1000 ppm溶液稀释为10 ppm的浓度，存放于4℃冰箱备用。

实验动物及分组SPF级Wistar大鼠16只，雄性，体重200～250 g，实验动物质量合格证：0045363，购自南方医科大学实验动物中心。大鼠随机分为两组，每组8只。对照组每只用微量输液泵经尾静脉泵入生理盐水(5 ml/h)，连续泵20 min；实验组每只用微量输液泵经尾静脉泵入10 ppm PEO溶液(5 ml/h)，连续泵20 min。

模型制备和数据采集使用2%戊巴比妥钠(45 mg/kg)对实验鼠进行腹腔注射麻醉。肢体安置心电电极，用于监测心电图。尾静脉插管，用于给药；右侧颈动脉插管，接压力换能器，用于监测血压；右侧颈静脉插管，接压力换能器，用于监测中心静脉压。右侧后肢脱毛处理，采用Sequoia 512超声诊断仪(17L5探头)观察右侧大腿中段(即：膝关节与腹股沟中点连线的中点)短轴切面，切面调整满意后，固定探头，并保持实验过程中超声仪器参数一致。选用CPS造影模式，触发时间间隔设置为100 ms，造影剂(微气泡浓度：1×109/ml)以0.3 ml/min的速度持续泵入，待声强度达到峰值后，发射高机械指数超声波触发微泡完全破裂，连续录取造影剂再充盈过程的全部超声图像，以准确计算微气泡进入骨骼肌组织的灌注速度和平台声强度。实验组经尾静脉按照5 ml/h的速度泵入10 ppm的PEO溶液，对照组以相同的速度泵入生理盐水，连续给药20 min。停药即刻重复骨骼肌声学造影。实验过程中实时监测心电图、颈动脉血压、中心静脉压。

对比超声数据分析采用ACQ图像分析系统(Sequoia512超声机附加软件)进行图像脱机分析。选择骨骼肌灌注区为兴趣区,兴趣区勾画完毕后,程序自动根据造影剂在局部组织的声强度与时间间隔的函数关系Y=A [1-e(-β×t)]，计算出骨骼肌的平台声强度(A)，反映的是局部微循环血流容积(相当于毛细血管密度)；造影剂再充填速率(β)，反映的是微泡在局部组织毛细血管流动的速度；A×β代表局部组织微循环的血流量[9]。

统计学处理采用SPSS 13.0统计软件分析，数据以均数±标准差表示。给药前后数据比较采用配对t检验。P<0.05为差异具有统计学意义。

结 果

减阻剂对后肢骨骼肌微循环灌注的影响实验组在静脉注射PEO后，骨骼肌毛细血管容量由(20.78±2.63) dB增加至(22.40±1.94) dB(P=0.023)；微血管血流速度由(0.27±0.08) s-1增加至(0.35±0.13) s-1(P=0.010)；微血管血流量由(5.65±1.81) dB/s增加至(7.91±3.28) dB/s(P=0.013)。而对照组在给盐水前后骨骼肌毛细血管容量[(21.68±2.01) dB 比(21.19±1.19) dB，P=0.385]、微血管血流速度 [(0.29±0.09) s-1比(0.27±0.06) s-1，P=0.275]、微血管血流量 [(6.27±1.94) dB/s 比(5.71±1.43) dB/s，P=0.184]差异均无统计学意义(图1～3)。

与注射聚氧化乙烯前比较，aP=0.023 aP=0.023 compared with before infusion of polyethylene oxide

与注射聚氧化乙烯前比较，aP=0.010 aP=0.010 compared with before infusion of polyethylene oxide

与注射聚氧化乙烯前比较，aP=0.013 aP=0.013 compared with before infusion of polyethylene oxide

减阻剂对心率、动脉压、中心静脉压的影响PEO及盐水注射前后，大鼠的心率、血压、中心静脉压差异均无统计学意义(P>0.05)(表1)。

讨 论

微循环是指微动脉和微静脉之间的血液循环，是血液与组织细胞进行物质交换的场所。冠心病、周围血管病、休克等多种疾病均与微循环的血供息息相关。国外部分学者开始减阻剂用于冠心病、休克等相关领域的医学研究[10-11]， 而国内的相关研究尚处于起步阶段。

表 1 给药前后大鼠心率、血压、中心静脉压的变化

本研究采用超声造影技术评价DRPs对正常大鼠骨骼肌微循环灌注的影响，结果显示经静脉应用减阻剂后，骨骼肌微循环红细胞流速明显增加，增幅27.9%；局部组织血流量也明显增加，增幅达39.2%；局部组织毛细血管密度增加8.5%。由此可见，减阻剂对于正常大鼠后肢骨骼肌微循环血流灌注的变化，主要源自于血流速度的增加；而毛细血管密度的增加则可能是减阻剂增加循环血流速度，引起血流切应力增加，促使大动脉、微动脉扩张，导致毛细血管前灌注压升高，局部毛细血管开放增加所致。

减阻剂增加微循环灌注的作用机制目前尚不十分清楚，但可以明确的是减阻剂的作用不仅仅限于“Toms现象”，还可能与以下机制有关：(1)减低血流撇清效应：正常情况下，红细胞在微血管血流的分布并不是均匀的，红细胞主要位于血流的轴心，血流边缘即靠近管壁的血流无红细胞，该现象称为血流撇清效应。Marhefka等[12]通过体外实验证明PEO可以使血液在微管中流动时红细胞更靠近管壁，从而有利于血液与组织间的气体交换；(2)降低法-林效应逆转的临界半径：Marhefka等[12]使用大鼠红细胞通过微管的模型来模拟微血管血流，发现减阻剂可以降低法-林效应逆转的临界半径，使得红细胞在通过更小的微循环中阻力降低，从而增加红细胞在局部组织的流速，增加局部供氧；(3)增加红细胞变形能力：Marhefka等[13]通过体外模型发现减阻剂可以使红细胞通过微管分叉时变形能力得到提高，表明减阻剂使红细胞进入毛细血管的能力及速度增加，从而有利于红细胞向组织供氧；(4)增加血流切应力：Macias等[11]关于减阻剂改善动物失血性休克预后的研究结果表明，减阻剂除通过减低血流撇清效应和法-林效应逆转的临界半径外，还可能通过减低血管内近壁血液黏度和增加切应力使毛细血管的征募增加，从而减轻休克微循环障碍发挥抗休克作用。

减阻剂作为可以减低流体阻力的一类高分子聚合物，在心血管疾病、脑血管疾病、糖尿病、休克、弥散性血管内凝血等多学科方面均有巨大的研究价值。本研究通过在体实验发现PEO可增强骨骼肌微循环灌注，同时进一步证实，超声造影可用于检测DRPs治疗前后微血管调节状况，为今后开展DRPs研究提供了方法学参考。

本研究虽然观察到减阻剂增加微循环血流速度的效应，但是微循环血流调节受多方面的影响，毛细血管前压力有无变化、局部组织有无异常代谢产物等尚有待于进一步的深入研究。

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EffectsofDrag-reducingPolymersonMicrocirculationofNormalRatHindlimbSkeletalMuscle

HU Feng, ZHA Dao-gang, CHEN Xiang-hui, DU Rong-sheng, ZHOU Bing-jie, LIU Yi-li

Department of Cardiology, Nanfang Hospital, Southern Medical University, Guangzhou 510515, China

ZHA Dao-gang Tel: 020-62787390, E-mail: nfyy2006-cs@yahoo.com.cn

ObjectiveTo observe the effects of polyethylene oxide (PEO) on microcirculation of normal rat hindlimb skeletal muscle.MethodsSixteen male Wistar rats were anesthetized and equally and randomly divided into PEO group (administered with 10 ppm PEO solution) and control group (administered with equal volume of normal saline). The PEO solution or saline was separately injected through the caudal vein at a constant rate of 5 ml/h for 20 minutes. Using short axis view at right mid thigh region, contrast-enhanced ultrasonography was performed before and after the administration of solution. Electrocardiogram, blood pressure, and central venous pressure were also monitored.ResultsIn the PEO group, after the administration of PEO, microcirculation capillary volume increased from (20.78±2.63) dB to (22.40±1.94) dB (P=0.023), red blood cell velocity from (0.27±0.08) s-1to (0.35±0.13) s-1(P=0.010), and capillary blood flow from (5.65±1.81) dB/s to (7.91±3.28) dB/s (P=0.013). In the control group, there were no significant changes in microcirculation capillary volume, red blood cell velocity, and capillary blood flow (allP>0.05) after the injection of normal saline. The changes of heart rates, blood pressures and central venous pressure were not significant after the administration of either PEO or saline (allP>0.05).ConclusionPEO can remarkably increase capillary volume, red blood cell velocity, and capillary blood flow in normal rat hindlimb skeletal muscle.

drag-reducing polymers; polyethylene oxide; contrast-enhanced ultrasonography; microcirculation

ActaAcadMedSin，2011,33(2)：189-193

查道刚 电话：020-62787390, 电子邮件：nfyy2006-cs@yahoo.com.cn

R540.4+7

A

1000-503X(2011)02-0189-05

10.3881/j.issn.1000-503X.2011.02.018

2010-05-04)