老龄化自发性高血压模型大鼠SHR与SD大鼠大脑中动脉力学特性

老龄化自发性高血压模型大鼠SHR与SD大鼠大脑中动脉力学特性

张淑娟张翘1李新颖1

(长春理工大学医院，吉林长春130022)

摘要〔〕目的研究6月龄SD雄性大鼠和老龄(12月龄)自发性高血压模型大鼠(SHR)雄性大鼠大脑中动脉的拉伸力学性质。方法对6月龄正常SD雄性大鼠大脑动脉和老龄SHR大脑中动脉各20个试样，分别装夹于电子万能试验机的上、下夹头内，对试样预调处理后以5 mm/min的实验速度对试样施加拉伸载荷，直到试样破坏，打印机打印出试样的拉伸弹性限度应变、最大应变、最大应力数据和应力-应变曲线。结果两组拉伸力学性质各项指标比较差异显著(P<0.05)。结论正常SD大鼠大脑中动脉和老龄SHR大鼠大脑中动脉具有不同的拉伸力学性质,老龄SHR大鼠由于高血压,拉伸力学性质发生改变。

关键词〔〕高血压;大脑中动脉;一维拉伸;力学性质

中图分类号〔〕R318.01〔

1吉林大学中日联谊医院

第一作者：张淑娟(1971-)，女，硕士，主治医师，主要从事神经内科科临床与生物医学工程研究。

自发性高血压大鼠(SHR)是目前应用最为广泛的高血压模型〔1,2〕。国内外学者对动脉血管的力学性质进行了一定的研究〔3,4〕。杨向群等〔5〕研究结果表明, 在已建立高血压的SHR, 肾动脉主干存在非均匀生长,其残余应力、应变大于同龄的WKY大鼠, 内源性血管紧张素(Ang)Ⅱ和内皮素(ET)在SHR肾动脉零应力状态的改变中起重要作用。朱宝亮等〔6〕认为四氢生物蝶呤(BH4)可以减弱由于长期高血压导致的血管肥厚和管腔狭窄,恢复血管弹性。目前关于SHR动脉血管 一维拉伸力学性质实验研究鲜有报道。本文拟分析正常SD大鼠和SHR大脑中动脉一维拉伸实验后，拉伸弹性限度应变、最大应力、最大应变。

1材料与方法

1.1实验动物健康4～5月龄SD大鼠15只，体质量285～320 g、12月龄SHR 15只，体质量290～320 g，均由吉林大学实验动物部提供。

1.2大鼠血压的测量两组大鼠处死前连续3 d测尾动脉1次，SD组大鼠收缩压为(116.4±4.8)mmHg 、SHR组收缩压为(180±6.2) mmHg。

1.3处置方法取样10%水分氯醛(0.3 ml/100 g)腹腔注射麻醉,开颅,逐层分离，在手术显微镜下，找到大脑动脉，切取下来，每组各15个标本，以生理盐水浸湿的布包裹标本，置于-5℃冰箱内保存。

1.4一维拉伸实验实验前取出两组大鼠大脑中动脉在常温下解冻，以手术刀切取试样，以读数显微镜测量试样的长度和直径，试样长10 mm。直径为1.10～1.12 mm。按参考文献〔7〕的方法分别对每个标本反复加一卸载10次，预调处理后进行实验。将标本装夹于电子万能试验机的夹头内，机以5 mm/min的实验速度对标本施加拉伸载荷，实验环境温度36.5±1℃，实验结束后,控制机器的计算机自动输出 最大应力、最大应变、弹性限度应变等拉伸实验数据和应力-应变曲线。

2结果

2.1各组大鼠大脑中动脉一维拉伸实验结果实验结果表明,SD大鼠组拉伸最大应力〔(126.6±8.5)kPa〕、弹性限度应变〔(128.6±3.1)%〕、最大应变〔(72.6±6.2)%〕大于SHR大鼠组拉伸最大应力〔(110.2±7.8)kPa〕、弹性限度应变〔(23.9±2.8)%〕、最大应变值〔(64.5±5.7)%〕，差异显著(P<0.05)。

2.2各组大鼠大脑中动脉应力-应变曲线 取SD大鼠组和老龄SHR大鼠组拉伸应力和应变数据40个点进行曲线拟合，老龄SHR组和SD组大脑中动脉应力应变曲线基本呈指数关系变化。见图1。

图1　两组大鼠大脑中动脉应力-应变曲线

2.3各组大鼠大脑中动脉应力-应变关系表达式的建立SD组σ(ε )= 0000e5-0.008 3 e4+1.002 2e3+ 8.890 7e2老龄SHR组σ(ε)= 0.000 1 e5-0.015 7 e4+1.171 3 e3+4.720e2。

3讨论

拉伸实验结果显示，SD大鼠大脑中动脉应变达到28.6%时为其弹性限度应变值， 之后应变上升缓慢，应力上升较快，当应变达到72.6%时，试样被拉断；当SHR组大鼠大脑中动脉应变达到23.9%时为其弹性限度应变值，之后应变上升缓慢，应力上升较快，当应变达到64.5%时，试样被拉断。

本研究方法有以下几种特征：①记录了老龄SHR与SD大鼠大脑中动脉应力、应变数据和曲线;②试样分组是随机的;③每个样本都是独立的，分析的目标是确定各组试样拉伸力学性能指标的差异;④对各组试样的实验数据进行了曲线拟合，可给人以一种代表应力-应变性质内容的直观感觉;⑤应用最小二乘法对实验数据进行处理。得出了应力-应变关系表达式，能定量的比较实验得出的各组试样的拉伸力学性能指标。

长期高血压将使动脉血管的结构和功能产生一定的变化，即血管结构重建和功能重建，高血压是高应力状态，则表现出非均匀性重建，这种重建又导致组织内部的应力重新分布，改变血管的力学性质。相关研究表明，血管壁的平滑肌、胶原纤维和弹性纤维的含量和空间构型是决定血管功能和生物力学

性质的重要因素，动脉的力学特性与管壁的胶纤维与弹性纤维含量比C/E密切相关，C/E比值作为反映血管的硬度指标，C/E比值高，弹性模量大，动脉管壁硬度就大〔8，9〕。动脉硬化病变初期，中膜平滑肌细胞分裂增殖，并迁移到内膜，分泌结缔组织基质，包括胶原纤维、弹性纤维和蛋白多糖，引起内膜增厚，参与内膜粥样硬化斑块的形成，但病变进一步发展，管壁内膜增厚明显，中膜萎缩，弹性结构排列紊乱，甚至断裂、消失，胶原大量增生，平滑肌由结缔组织代替，并出现纤维化，加之组织中钙盐沉积，使中膜变薄，整个管腔呈负性重塑表现〔10〕。胶原纤维使胶原组织具有一定的强度和刚度，弹性纤维使胶原组织具有无载荷作用下的延伸能力〔11〕。分析认为，由于高血压后导致老龄SHR动脉血管的胶原纤维，弹性纤维的含量和排列方向发生改变，使其最大应变、弹性限度应变、最大应力降低。高血压导致大脑中动脉的胶原纤维含量和 构型发生改变，所以力学特性发生了改变。实验得出SD大鼠大脑中动脉和老龄SHR大脑中动脉应力、应变数据和曲线、对研究高血压的损伤机制，提供了生物力学基础。

4参考文献

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6朱宝亮，刘树玲，刘梅芳.自发性高血压大鼠四氢生物碟呤治疗后动脉的结构及力学改变〔J〕.中国应用生理学杂志，2009;25(3)：325-8.

7于波，冯铁键，马洪顺.实验大鼠动脉粥样硬化模型升主动脉力学特性研究〔J〕.医学研究，2010;39(7)：88-90.

8姜宗来，何光篪.犬冠状动脉及有关动、静脉显微结构成分的定量分析〔J〕.解剖学报，1990;21(4)：350-3.

9姜宗来，何光篪.人冠状动脉的生物力学物特性：Ⅲ.静态弹性模量与血管结构及其临床意义〔J〕.第三军医大学学报，1999;11(4)：252-6.

10韩永升,王瑾.颈动脉粥样硬化的研究进展〔J〕.山东中医杂志,2008;27(10):716-9.

11戴克戎，王以进，周健男,等.肌肉骨骼系统的生物力学基础〔M〕.上海：学林出版社，1985:89-94.

〔2013-11-05修回〕

(编辑袁左鸣)