自发性高血压大鼠肾脏和胰腺微循环血流灌注和自律运动变化*

宋晓红 刘明明 王春晓 李炳蔚 张秋菊 仉红刚

高血压是以体循环动脉血压升高为主要特征，累及机体心、脑、肾等器官功能或器质性损害的临床综合征，是心血管疾病的重要危险因素[1]。近年来，越来越多的研究表明微循环功能障碍可能参与了高血压的发病机制[2]。血液微循环由直径<150μm的微血管，包括微动脉、微静脉和毛细血管及其微血流组成，微血管自律运动可调节微血流分布和组织灌注，参与维持组织和器官正常生理功能[3, 4]。高血压时微动脉重构、毛细血管减少等微循环病理改变，可能与靶器官功能障碍有关[5]。本文分析自发性高血压大鼠(SHRs)肾脏、胰腺微循环血流灌注水平及微血管自律运动功能，为深入研究高血压器官损伤与微循环功能障碍的关系提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物、仪器和试剂

1.1.1实验动物：本动物实验经中国医学科学院微循环研究所伦理委员会审核批准。SPF级8周龄雄性SHRs(137.00±1.84mmHg)及正常血压对照大鼠(WKYs，112.80±3.26mmHg)各6只，均购自北京维通利华实验动物技术有限公司，分别设为SHR组和WKY组。适应性饲养于12h明暗交替、温度22-25℃、湿度40-60%环境中，自由饮水和进食，一周后进行下述实验。

1.1.2主要仪器、试剂：ASA 1680小动物麻醉机(英国ASA公司)；Moor VMS双通道激光多普勒血流(LDF)检测系统为英国Moor Instruments公司产品，针式探头VP4，分析软件PC 3.1。2%异氟烷(批号：045727)由中国友诚生物科技有限公司提供；自备50% O2+50% N2混合气体。

1.2 实验方法

1.2.1手术：两组大鼠持续吸入2%异氟烷与50% O2+50% N2混合气体，麻醉后仰卧固定于实验操作台，碘伏消毒腹部皮肤，沿腹部正中线切开，依次暴露胰腺和左侧肾脏。

1.2.2测量：运行Moor VMS-LDF，仪器设置为测量血流灌注量、血流速度和血细胞浓度状态。将VP4探针固定于专门支架，针尖距肾脏和胰腺表面约1mm；选取胰腺头、体和尾及肾脏上缘、中部和下缘各三个部位，分别测量1min，并记录两组大鼠肾脏、胰腺微循环血流灌注LDF信号。读取各测试位点微血流平均灌注量(PU/min，单位时间内的血流灌注水平)、微血管自律运动频率(cycles/min，单位时间内的灌注峰值数)、微血管自律运动振幅[△PU，最大灌注单位(PU)与最小灌注单位(PU)的差值]、微血管自律运动相对速度(PU，单位时间内血液流速)。然后对胰腺和肾脏各3个测量部位数据计算均值作为每只大鼠两脏器测量值，分别进入SHR组和WKY组进行统计学分析。

1.2.3小波变换及观测内容：采用PC 3.1软件将前述SHRs和WKYs的肾脏、胰腺LDF信号由正弦波调制成高斯函数Morlet小波(母小波)，通过高斯窗对其时域和频域进行计算，使Morlet小波获得最优的时频局部特征。LDF信号经小波变换后生成的小波系数呈现6个特征峰值，且峰值幅度随着时间变化，即于0.005-2.00Hz频率范围内对应6个反映微血管自律运动功能有关的特征频段，分别为心源(0.6-2.0Hz)、呼吸源(0.145-0.6Hz)、肌源(0.052-0.145Hz)、神经源(0.021-0.052Hz)、NO依赖性(0.0095-0.021Hz)和NO非依赖性内皮细胞源(0.005-0.0095Hz)。本研究主要观察NO依赖与否内皮细胞源性微血流状态的变化特征。通过三维、二维图像，观察比较两组大鼠肾脏和胰腺微血流灌注量、血流速度和血细胞密度信号中6个特征频段的幅值变化，以及两组大鼠肾脏和胰腺NO依赖和非依赖内皮细胞源性频谱振幅差异。

1.3 统计学处理

2 结 果

2.1 两组大鼠肾脏、胰腺微血流灌注水平及微血管自律运动功能比较

2.1.1血流灌注水平：图1显示，WKY 组和SHR组大鼠肾脏和胰腺微血流灌注模式存在差异，WKY 组肾脏和胰腺血流灌注均持续稳定，SHR组胰腺微血流灌注模式紊乱。定量分析：与WKY 组相比，SHR组肾脏微血流平均灌注量降低(540.60±25.70 vs 454.90±17.26，t=2.77，P<0.05)，SHR组胰腺微血流平均灌注量降低更明显(648.30±34.60 vs 348.70±20.80，t=7.42，P<0.01)。

注：A,两组大鼠肾脏微循环血流灌注模式；B,两组大鼠胰腺微循环血流灌注模式；绿色虚线为WKY组和SHR组微血流灌注模式分界线

图1 两组大鼠肾脏、胰腺微血流灌注模式

2.1.2微血管自律运动：(1)振幅和频率：图2A显示，WKY 组肾脏和胰腺微血管自律运动持续稳定，而SHR 组胰腺微血管自律运动节律紊乱。定量分析，与WKY 组相比，SHR 组肾脏和胰腺微血管自律运动振幅显著降低(634.20±10.16 vs 322.00±27.19，t=10.76；525.80±22.45 vs 270.20±32.63，t=6.45；均P<0.01)。同时，SHR 组肾脏和胰腺微血管自律运动频率亦显著低于WKY 组(39.00±1.77 vs 34.50±0.56，t=2.42；51.67±5.26 vs 36.67±2.03，t=2.66；均P<0.05)。(2)微血管自律运动相对速度：图2B显示，WKY组肾脏和胰腺微血管自律运动血流速度稳定规律，SHR组肾脏和胰腺血流速度失去稳定节律。定量分析，WKY 组与SHR 组肾脏、胰腺相对速度接近, 数据无统计学差异。定量数据为(50.61±2.15 vs 56.68±2.35，t=1.90)和(56.02±2.93 vs 55.35±5.80，t=0.10；均P<0.05)。

2.2 两组大鼠肾脏、胰腺微血流内皮细胞源信号频带幅值差异分析

小波变换结果表明，WKY组与SHR组肾脏和胰腺微血流信号呈现不同二维频谱图和三维时频图。两组大鼠肾脏微血流信号频谱出现相同的特征峰值分布规律，而两组胰腺频谱特征峰值分布规律并不相同，SHR组微血管血流灌注、微血流相对速度及血细胞密度信号特征峰值均低于WKY组(图3)。三维时频图显示，WKY组和SHR组肾脏微血流灌注信号中NO依赖性和NO非依赖性内皮细胞源频段呈现相似的频谱特征，而两组大鼠胰腺该频段随时间变化呈现完全不同的频谱特征(箭头所示，图4)。

定量分析显示，与WKY组相比，SHR组肾脏微血流灌注信号NO依赖性和非依赖性内皮细胞源性频段振幅均明显降低(肾脏：464.00±64.37 vs 237.60±51.56，t=2.75；607.40±95.45 vs 231.70±32.52，t=3.73；P<0.05或P<0.01)。SHRs胰腺NO依赖性和非依赖性内皮细胞源频段振幅也明显降低(胰腺：305.50±48.34 vs 158.10±31.06，t=2.57；369.90±54.20 vs 141.20±12.94，t=4.10；P<0.05或P<0.01)。见图5，另外，SHR组和WKY组胰腺NO依赖性和非依赖性内皮细胞源频段幅值差( ΔAU = 375.70AU，ΔAU = 228.70AU)均显著高于肾脏(ΔAU=226.48AU，ΔAU=147.38AU)。

3 讨 论

越来越多的临床和基础研究表明微循环对调节外周阻力和维持血压正常发挥着重要作用，通过调控器官和组织血流分布和灌注水平，以及剪切应力和高灌注压而保护机体生理功能[6]。高血压病变的微循环障碍可表现为阻力动脉收缩和微血管稀疏[7]。不同器官的微循环在高血压影响下可能出现不同病理变化。本研究结果表明SHRs肾脏、胰腺微血流灌注水平降低，微血管自律运动节律紊乱。提示微循环障碍参与了高血压的发病机制。

注：A，WKY组和SHR组肾脏(左)、胰腺(右)微血管自律运动频率和振幅；B，WKY组和SHR组肾脏(左)、胰腺(右)微血管自律运动相对速度。PU为灌注单位

图2 WKY组和SHR组肾脏和胰腺微血管自律运动频率、振幅和相对速度

图4 两组大鼠肾脏、胰腺微血流灌注信号三维时频图

注:A,NO依赖性内皮细胞源频段；B，NO非依赖性内皮细胞源频谱段。与WKY组相比，*P<0.05，#P<0.01图5 两组大鼠肾脏、胰腺NO依赖性和非依赖性内皮细胞源频谱幅值比较图

高血压状态的微循环血流分布模式及微血管自律运动功能改变与器官和组织的肾素-血管紧张素系统(RAS)活化[8, 9]、血流剪切应力异常[10, 11]、微血管收缩和舒张的振幅和频率降低等有关。肾脏是高血压主要受累靶器官，高血压患者肾小球损害发生前即出现肾小球小动脉收缩功能受损[12]，而肾小球传入小动脉可通过平衡微血管收缩舒张和血流变化调节毛细血管内血压[13]。提示肾脏微循环功能障碍可致高血压相关肾损伤，改善微循环，下调高血压可使肾损害获益[14]。

已有研究表明，高水平的基质金属蛋白酶活性对细胞和脏器的重要功能性细胞膜受体异常切割，可导致血压升高、胰岛素抵抗[15, 16]。胰腺可能是基质金属蛋白酶的主要来源，同时也是高血压损害的靶器官之一[17, 18]。本文观察到SHRs胰腺的微血流灌注水平下降，且微血管自律运动功能受损，表明胰腺微循环功能障碍可能参与高血压所致器官损伤。

微血管内皮细胞是微循环功能的基本执行单元，其舒缩功能与NO有关，且直接影响器官血流灌注[19]。本研究采用基于多普勒频移原理的LD技术和小波变换时频分析评估肾脏和胰腺器官微循环功能，结果显示SHRs肾脏、胰腺微循环LDF信号中NO依赖与否的内皮细胞源频段振幅值均显著降低，表明微血管内皮功能障碍可能是高血压时肾脏和胰腺微循环功能受损的基本原因。而仅应用LD不可能获得某一频率区间内特征峰值的幅值变化[20]，故不能精准评价微血管自律运动的频段特点。

综上所述，本研究表明SHRs肾脏和胰腺微循环功能受损，微血流灌注减少，微血管自律运动紊乱，且胰腺微血流灌注水平更低。为深入研究高血压相关机制和器官损害提供了新的视角。

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