小动脉血管舒缩的研究进展

段丽莎(综述)，崔建岭(审校)

(河北医科大学第三医院CT室，河北 石家庄 050051)

·综述·

小动脉血管舒缩的研究进展

段丽莎(综述)，崔建岭*(审校)

(河北医科大学第三医院CT室，河北 石家庄 050051)

[关键词]血管舒缩系统；血流动力学；研究方法

doi:10.3969/j.issn.1007-3205.2015.05.041

血管舒缩是组织小动脉网的一个典型特征及正常现象，可记录为血管壁在等长条件下其张力的波动，或记录为在血管壁等压条件下其动脉直径的波动，其以相应的方式使血流产生周期性的波动，即为血流波动。160多年前Jones[1]在研究蝙蝠翅膀的血液循环中首次描述了血管舒缩。以后在不同种类动物的许多血管床中也发现了此现象[2]。一般认为血流波动促进血液流向组织器官。引起血管舒缩的机制及其生理病理结果尚未明晰，有许多解释和理论。现就当前对小动脉血管舒缩的研究进展综述如下。

1血管舒缩的机制

一些生理学家认为微血管的波动起源于一组平滑肌细胞，其作为局部起搏细胞(pacemaker cells)，表现出自发的节律性活动，并传导到整个小动脉，引起其舒缩；然而，另外一些研究者认为血管舒缩可能起源于局部反馈调节机制，如肌源性机制，其最早由Bayliss[3]于1902年描述：由血压所造成的血管扩张作为血管平滑肌一个兴奋性刺激，以加强它们的活动。此效应被认为当动脉压力发生变化时，其在血流的自动调节中有一定作用。参与此效应的平滑肌细胞通常存在一个较低且不稳定的膜电位(40~50 mV)，其接受刺激后可以形成局部电位，直至诱发完全去极化，细胞内Ca2+浓度随之增加并通过Ca2+-诱导Ca2+释放形成Ca2+波，其进一步激活Cl-通道形成细胞膜电位的波动，并通过缝隙连接将电流传到邻近的平滑肌细胞，即传导兴奋，从而发生血管舒缩[4]。

2血管舒缩及血流波动的研究方法

2.1活体显微镜(intravital microscopy，IVM)在活体内，血管舒缩可通过IVM观察，其电耦合器件的视频摄像头具有较高的时间及空间分辨率，可以进行高速视频记录，并可以传输到视频系统进行离线评估。如Ortiz等[5]用IVM记录大鼠提睾肌微循环的血流及直径变化，用互相关算法对其微循环血流进行自动分析，用以量化分析微循环的血流动力学，评估不同实验条件下血流的动力学变化，测量体积流率及径向速度等。但IVM并不容易应用到所有的研究对象。

2.2激光多普勒测量(laser-Doppler flowmetry，LDF)浅表组织的血流波动比较容易用LDF测量[6-8]。如Rossi等[8]用其测量病态肥胖患者前臂皮肤缺血后反应性充血的血流波动，用以调查长期减肥对皮肤的血管扩张功能和皮肤血管舒缩的影响。Bocchi等[6]用LDF测量2型糖尿病患者前臂掌侧皮肤的血流波动，分析受损的血液微循环及频率节律电调制系统治疗后的血液微循环。但是这种方法不能无侵袭性地探测较深部组织血管的血流波动。

2.3血氧水平依赖磁共振成像(blood oxygen level-dependent magnetic resonance imaging，BOLD MRI)BOLD MRI信号主要反映血管内脱氧血红蛋白与氧合血红蛋白的比例。有研究表明灌注成像探测的血流波动与BOLD信号的波动紧密相关[9]。此外，在正常组织或肿瘤中，BOLD时间信号曲线与经皮氧分压波动或LDF检测的皮肤血氧状态的波动呈明显正相关[10]。所以，BOLD信号的波动可能反映了组织的血流波动。除可以探测深部组织的优点外，且可以与高分辨率解剖像叠加，从而实现精确空间定位。

3血管舒缩的影响因素和意义

3.1血管舒缩的影响因素在正常生理条件下，小动脉血管舒缩或血流波动的程度非常微弱甚至缺如，然而，如改变血压使其偏离正常状态、酸中毒、低氧等，常常可以诱发血管舒缩或增加血管舒缩的程度，主要体现为振幅的增加[11-12]；在体外，许多实验条件下可观察到血管舒缩。体外研究血管舒缩有助于阐明其细胞机制，而体内研究血管舒缩有助于说明其生理意义。

3.1.1血管管腔内压力逐渐改变动脉内的压力，可诱发血管舒缩。如Schmidt-Lucke等[12]观察到当兔股动脉内压力为60 mmHg时不表现出血管舒缩，当动脉压降低至50 mmHg时表现出血管舒缩。此外，Schmidt 等[11]用IVM及LDF同时探测兔骨骼肌的血管舒缩/血流波动，动脉压力正常时(73 mmHg)不表现出血管舒缩/血流波动，而当局部股动脉压力降低时(35 mmHg，r:20～50)会诱发频率为1.5周期/每分钟(cycle per minute，cpm)的血管舒缩/血流波动。

3.1.2酸碱失衡、低氧等当组织处于危机状态或具有较高代谢率时，可加强血管直径节律性的波动和血流波动。Schmidt等[11]研究表明血液内碳酸氢盐的值较低时(20.9 mmol/L)，表现出低频的血流波动；血管内注入10% HCl溶液60 min后，表现出频率为1.7 cpm、相对振幅为31%的血流波动。Bertuglia等[13]将仓鼠暴露于氧含量为11%的空气中发现，3 min后骨骼肌小动脉血管舒缩的频率明显增加，10 min后反应最明显，血管舒缩的频率达到最大值(24±4) cpm，同时振幅也明显增加。另外，恶性肿瘤与良性病变及正常组织相比，也可以加强血管舒缩的尺度。

3.1.3体外影响因素体外观察到的血管舒缩的频率与体内所测的血流波动的频率具有较好的一致性。在不同物种包括人类[14-15]的离体小动脉中可观察到血管舒缩。如Delgado等[14]在研究动脉内注射神经肽Y或血管活性肠肽对兔离体外眼动脉血管波动的影响中发现，前者使血管波动的频率增加，后者使血管波动的频率减低。同年，有研究发现早产胎鼠的离体动脉导管，在经历了2 h血管内增压及KCl 刺激后，观察到了血管舒缩[15]。体外血管舒缩的出现进一步说明了诱发血管舒缩的机制是血管壁所固有的，然而体内波动的复杂性提示血管舒缩受许多细胞外机制(如神经影响)的调制[2]。虽然已有许多关于体内和体外血管舒缩的研究，但将两者联系起来进行讨论的研究很少。今后应增加两种方法的交流，可能对血管舒缩的理解有很大提高。

3.2血管舒缩的意义当自我平衡受到威胁或应激状态时可增加血管舒缩的模式。如Bertuglia等[13]将仓鼠暴露于低氧含量的空气中，骨骼肌小动脉血管舒缩的频率及振幅明显增加。此外，血管舒缩可提高氧传递及组织氧合水平。已有研究表明，轻度外周动脉闭塞性疾病患者的血管舒缩发生率增加，根据患者是否表现出血流波动将其分为2组，发现表现出血流波动的患者有较高的组织氧合水平[11]。在病理条件下血管舒缩的发生及其模式的变化，提示其在许多病理状态中的重要性。然而，目前尚无对血管舒缩的生理和病理作用更多、更详细的了解。理解血管舒缩的机制可以提高对其生理病理作用的认识。

4血管舒缩频率的研究

用IVM探测小动脉直径的动态变化[5]或用LDF探测血流的动态变化[6,8]，分析其时间-振幅序列，发现血管舒缩存在一个较宽的波动谱(0.0095~2 Hz)[7,16-17]。起源于心跳和呼吸运动的高频波动后有许多较低频率的不同频带，如主要依赖于血管内皮的频率成分、依赖于神经活动的频率成分及固有的平滑肌活动的频率成分，即可以将血管舒缩的频率谱分为几个频率间隔，各个频率间隔有不同的背景机制[2,16]。

4.1与心跳有关的频率(0.6～2 Hz)众所周知，在安静状态下，人类心跳的频率约为1 Hz，波动范围可以从运动员的0.6 Hz到心血管系统受损患者的1.6 Hz。心脏泵活性体现在每一个动脉血管，也存在于微血管的血流信号中。通过同时测量心功能(如心脏的电活动)可以容易地说明血流信号中此频率峰的生理起源[16-17]。

4.2与呼吸活动有关的频率(0.15~0.6 Hz)在微血管血流信号中，与呼吸活动有关的频率很弱[17]。通过同时测量呼吸活动所致的双肺动度，可以明确此频率峰的起源，如Stefanovska等[16]将压电探头贴附在大鼠的胸部测量呼吸频率。

4.3与小动脉肌源性活动有关的频率(0.052~0.15 Hz)血管壁的平滑肌细胞随着血管腔内压的不断变化而作出不同反应，即为肌源性反应(myogenic response)。Delgado等[18]认为兔外眼动脉的血管舒缩频率分为3个主要的频带，为了说明极低频带(<0.07 Hz)的起源，其用去除神经、温度影响的离体兔外眼动脉作为观察对象，观察到的血管反应即认为归咎于局部肌源性调节，观察到的主要频带为0.033~0.066 Hz，进而认为此频带与小动脉肌源性活动有关。

4.4与交感神经活动有关的频率(0.021~0.052 Hz)Söderström等[7]用LDF同时测量人类游离血管皮瓣(去除了交感神经的影响)及邻近完整皮肤表面的血流信号，用小波转化分析其时-频成分，从而确定交感神经活动与血流波动中哪个频率有关。结果显示游离皮瓣与正常皮肤的血流波动振幅在频带为0.0095~0.021 Hz和 0.021~0.052 Hz 内存在明显差异，前者被认为与血管内皮活动有关，后者与交感神经活动有关。

4.5与血管内皮有关的频率(0.0095~0.021 Hz)Stefanovska 等[17]通过药物干预的方法认为此频率间隔与血管内皮的作用有关。乙酰胆碱为内皮依赖性血管扩张因子，硝普钠为直接作用于平滑肌细胞的内皮非依赖性血管扩张因子，用LDF探测两者血管扩张效应间的差异，认为其与血管内皮的参与有关。此频率间隔不易被检出的主要原因可能是检测信号的时间较短或应用了不具备较高低频分辨率的自回归模型。

虽然血管舒缩的频率被初步认识，然而，引起这些波动的确切机制有待进一步阐明[2,16]。

5血管舒缩功能检测的临床应用及展望

1992年Celermajer等[19]首先提出采用高分辨率超声无创性测定血管内皮依赖性血管舒张功能。目前，主要采用高分辨率超声测定脑血管舒缩反应能力、肱动脉或股动脉血管舒张功能，也可应用经胸超声心动图检测冠状动脉主干进行内皮功能评价。如测定二氧化碳分压的改变所诱发的脑血管反应，以推测脑血管舒缩反应的储备能力。另外，用LDF灌注监测[20]评估体外循环冠状动脉搭桥术后全身微血管反应和内皮功能，即在患者术后，评估内皮非依赖性血管舒张功能是否完好、全身微血管内皮功能的损害与否。

BOLD MRI是一种非侵袭性的检查技术，与超声技术及LDF相比，还可以观察深层组织，其信号主要反映血管内脱氧血红蛋白与氧合血红蛋白的比例。有研究表明灌注成像探测的血流波动与BOLD信号的波动紧密相关[9]。且在肿瘤中，其BOLD时间信号曲线与经皮氧分压波动或LDF检测的皮肤血氧状态的波动呈明显正相关[10]。预期BOLD MRI技术显示小动脉血管舒缩状态将成为新的临床实用功能成像方法。由于良恶性肿瘤的血管有差异，用其探测肿瘤的血管舒缩特点，有可能用于区分良恶性肿瘤，或观察抗肿瘤血管生成药物的治疗效果。

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(本文编辑：许卓文)

[收稿日期]2014-09-05；[修回日期]2014-10-02

[作者简介]段丽莎(1987-)，女，河北栾城人，河北医科大学第三医院医学硕士研究生，从事影像医学与核医学研究。 *通讯作者。E-mail：jianlingcui@sina.com

[中图分类号]R331.32

[文献标志码]A

[文章编号]1007-3205(2015)05-0617-04