WKY大鼠与自发性高血压模型大鼠( SHR) 大脑中动脉拉伸力学特性的对比分析

许东辉，李东原，黄淑华，李新颖

(1.吉林大学中日联谊医院神经外科，长春 130031；2.吉林省人民医院眼科，长春 130026；3.吉林大学中日联谊医院超声科，长春 130031)

1 引 言

高血压是心脑血管最主要的的危险因素，因此对高血压的预防和治疗是当今医学界研究的重要课题。国内外学者对的预防、诊断和治疗高血压等进行了大量的研究[1-5]。徐桂中等[6]对维生素 C对自发性高血压大鼠血压和血清一氧化氮血浆内皮素Ⅰ和血压、血浆血管紧张素Ⅱ含量的影响进行了研究，得出了维生素 C抑制了血清一氧化氮的减少及血浆内皮素Ⅰ、血浆 AngⅡ的增多， 延缓了自发性高血压大鼠的血压升高的结论。海峰等[7]对不同剂量的镇肝熄风汤对自发性高血压大鼠( SHR ) 血压、心血管MAPK mRNA、 MAPK/E和RK 通路中的丝裂原激活蛋白激酶(mitogen - activated protein kinase，MAPK) 蛋白表达的影响进行了研究，结果表明自发性高血压大鼠以镇肝熄风汤中药高剂量、中剂量干预组和以复方罗布麻组干预与模型组比较，血压下降明显(P<0.01);得出了镇肝熄风汤具有明显的促进血管内皮细胞的活性和降压的作用的结论。

国内外学者对动脉血管的力学性质进行了一定的研究，Hou xuhui等[8]研究了胎儿脐静和成人尸体大脑中动脉的纵向拉伸力学特性，得出了大脑中动脉和胎儿脐静脉的应力应变曲线相似，胎儿脐静脉的力学特性对移植大脑中动脉损伤的修复有利的结论。Li dongyuan 等[9]研究了大脑中动脉与胎儿脐静脉的应力松弛、蠕变特性，得出了胎儿脐静脉的蠕变和应力松弛特性对胎儿脐静脉移植大脑中动脉损伤后的血管重建有利的结论。

近年来，血管拉伸被提出作为制造人工血管和血管再生的一种手段[10-11]。鉴于此，我们对SHR大鼠和正常 WKY 大鼠大脑中动脉进行纵向拉伸实验，以生物力学的观点探讨动脉粥样硬化的发病机理。

2 材料与方法

2.1 材料

实验动物 5月龄健康雄性 WKY 大鼠20只，体质量为290～325 g，5月龄健康雄性SHR 大鼠20只，体质量为290～325 g，均由长春高新医学动物实验中心提供(许可证号SCXK(吉)2003-0004)。两组 大鼠以标准鼠饲料饲养3天。

2.2 方法

2.2.1两组大鼠血压的测量 二组大鼠处死前连续3天通过尾动脉测量血压1 次，WKY 组大鼠收缩压为116.0±5.1 mmHg，SHR 组大鼠收缩压为180.0±4.3 mmHg。

2.2.2大脑中动脉标本取材 各组大鼠饲养3天后，10%水分氯醛( 0.3 ml/100g) 通过腹腔注射麻醉大鼠后开颅，在上海安信光学制造有限公司生产的ASX-1手术显微镜下，找到大脑中动脉，以江苏省盱眙县淮安联合易康医疗用品有限公司生产的S-5无菌塑柄手术刀将大脑中动脉切取，每组各20个标本，将纱布以生理盐水浸湿后包裹标本，放置在生理盐水槽中，于4℃环境下保存。

2.3 试样切取与分组

实验前以江苏省盱眙县淮安联合易康医疗用品有限公司生产的S-5无菌塑柄手术刀切取 WKY 大鼠和SHR 大鼠大脑中动脉试样各20个，试样长10 mm。

2.4 各组大脑中动脉纵向拉伸实验

各组大脑中动脉纵向拉伸实验设备为长春试验机研究所生产的电子万能试验机(长春，吉林省，中国)，试验机配有温控仪，可根据实验需要进行设定。按文献[12-13]的方法以长春市第三光学仪器厂生产的ccs-3型读数显微镜(长春，吉林省，中国)测量各组大脑中动脉试样的长度和直径，WKY 组大鼠大脑中动脉试样直径0.98～1.02 mm，SHR组 大鼠大脑中动脉试样直径0.96～0.99 mm，。按文献[12-14]的方法对各组大脑中动脉试样进行预处理。在36.5℃±0.5 ℃的条件下进行实验。分别将每个大脑中动脉试样装夹于试验机的夹具内，以0.5 mm/min的速度对试样施加拉伸载荷。为保持试样湿度，实验中不断的向试样淋生理盐水。.实验结束后,计算机自动输出大脑中动脉的拉伸弹性限度应变、弹性模量、最大应力、最大应变等和应力-应变曲线。

2.5 统计学分析

计量资料以mean ± SD表示，用SPSS16.0 软件包(SPSS, Chicago, IL, USA)进行数据分析，组间数据差异的比较采用单因素方差分析法和Sceffe法，P< 0.05 为差异有显著性意义。以回归分析的方法分别建立 SHR 大鼠组和WKY大鼠组大脑中动脉的应力-应变关系表达式。

3 结果

3.1 大脑中动脉样本数量分析

大脑中动脉样本数量分析：WKY大鼠组大脑中动脉试样20个、SHR 大鼠组大脑中动脉试样20个，纳入拉伸实验样本40个，无脱落，40个样本全部纳入结果分析。

3.2 WKY大鼠和SHR大鼠大脑中动脉力学性质对比分析

各大鼠大脑中动脉试样的纵向拉伸实验结果见表1。

表1 各组大鼠大脑中动脉试样拉伸实验结果

注：SHR组和 WKY 组大脑中动脉试样最大应变、最大应力、弹性限度应变、应力为10.7 kpa、16.0 kpa、22.5 kpa对应的弹性模量值分别配对t检验差异显著(P<0.05)。

实验结果表明, WKY 大鼠组大脑中动脉弹性限度应变、最大应力、最大应变大于SHR大鼠组大脑中动脉(P<0.05)，有统计学意义，SHR大鼠组大脑中动脉应力为10.7 kpa、16.0kpa、18.7kpa，对应的弹性模量值大于WKY 大鼠组大脑中动脉(P<0.05)，有统计学意义。

3.3 各组大鼠大脑中动脉应力-应变曲线

WKY 大鼠和SHR大鼠大脑中动脉的应力-应变曲线见图1。

图1 两组大鼠大脑中动脉应力-应变曲线

由图1可知，对于WKY 大鼠大脑中动脉当应变由0%～5.9%时，应力-应变曲线基本呈指数关系变化，应变由5.9%～34.7%时，应力-应变曲线基本为线性关系变化，当应变由34.7%～48.7%时应力-应变曲线又呈指数关系变化，当应变由48.7%～66.2%，试样产生较大变形，载荷变化缓慢。SHR大鼠大脑中动脉当应变由0～3.2%时，应力-应变曲线基本呈指数关系变化，应变由3.2%～24.1%时，应力-应变曲线基本呈正比关系变化，当应变由24.1%～39.6%时，应力-应变曲线又呈指数关系变化，当应变由39.6%～55.2%时，试样产生较大变形，载荷变化缓慢。

3.4 各组大鼠大脑中动脉应力-应变关系表达式的建立

应用回归分析的方法，由各组大脑中动脉拉伸实验得出的应力、应变数据，分别建立各组大脑中动脉试样的应力-应变函数关系表达式，结果如下：

WKY大鼠组大脑中动脉：σ(ε)=-0.0000e5+0.0002e4+1.847e3+3.676e2。

SHR大鼠组大脑中动脉：σ(ε)=-0.0000e5+0.0001e4+0.0172e3+6.113e2。

4 讨 论

WKY 大鼠与SHR大鼠大脑中动脉试样拉伸实验结果表明，WKY 大鼠大脑中动脉拉伸最大应力、弹性限度应变最大应变大于SHR大鼠大脑中动脉组，差异显著(P<0.05)，SHR大鼠大脑中动脉组应力为10.7、16.0、18.7 kpa时对应的弹性模量值大于 WKY大鼠大脑中动脉组，差异显著(P<0.05)。有研究表明，血管壁的弹性纤维和胶原纤维的含量和空间构型对血管生物力学性能起着重要的作用，动脉的力学特性与管壁的弹性纤维、胶原纤维密切相关[15-16]。胶原纤维使胶原组织在载荷作用下具有一定的刚度和强度，弹性纤维使胶原组织具有在应力作用下的延伸能力[17]。分析认为，由于高血压后导致 SHR大鼠 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，使其力学性能指标降低，力学特性发生了改变。本实验发现，应力在16.0 kpa之内(相当于正常人舒张压)，WKY 大鼠大脑中动脉与SHR大鼠大脑中动脉试样应变变化较快，应力超过16.0 kpa后应变变化较慢，大脑中动脉管壁在应力的作用下，当应力升高，应变不随之急剧升高，而变化缓慢，这可对在应激情况下，当血压极剧升高时，大脑中动脉不出现临床症状，可以起到对人或动物的保护作用。分析认为，由于SHR大鼠机体的衰老导致动脉硬化，所以其大脑中动脉的硬度增加，弹性和韧性降低，提高了弹性模量。弹性模量直接反应动脉的弹性特性，SHR大鼠大脑中动脉弹性模量大，说明动脉管壁的硬度高，顺应性不好。高血压时血管在高应力作用下, 血管的应力分布规律被打乱,增加了应力对血管壁的作用, 血管壁的通透性受到改变, 促进了动脉粥样硬化的形成。高血压可引起主动脉结构重建，使血管壁的力学特性发生改变，从而加速了动脉粥样硬化的发展，如不加以干预、控制，将会发生脑卒中、脑出血等。

本研究发现，无论是 WKY大鼠大脑中动脉还是SHR大鼠大脑中动脉的弹性模量都随应力的增加而增大。本研究与Hayashi等[18]对人尸体颅内、外动脉的研究结果，弹性模量随血压的增高而增大表现出良好的一致性。

以往大脑中动脉的力学性质研究，主要以一维环向应力-应变关系和测定其压力-容积关系居多，大脑中动脉纵向拉伸实验的实验速度高于0.5 mm/mim，本实验与以往研究不同的是以0.5 mm/mim的实验速度测量WKY 大鼠与 SHR 大鼠大脑中动脉的最大应变、弹性限度应变、最大应力和应力为10.7 kpa、16.0 kpa、17.8 kpa时的弹性模量等和应力-应变曲线，以回归分析的方法建立了 WKY大鼠与SHR大鼠大脑中动脉的应力-应变关系表达式，定量的对比分析WKY大鼠与SHR大鼠大脑中动脉的力学性质，以生物力学的观点探讨了动脉粥样硬化的发病机理，为了解动脉粥样硬化的发病机理提供了生物力学基础。

本研究WKY大鼠与SHR大鼠大脑中动脉试样的取样方法和试样保存方法一致，试样预调处理方法和拉伸实验速度一致的干预措施，使实验结果可靠，但由于大脑中动脉实验样本有限和实验大鼠间的个体差异性的原因，使实验数据产生一定的离散性，但对了解动脉粥样硬化的发病机理还是有一定的参考价值的。