急性低氧大鼠血流動力學(xué)觀測模型的建立及評價※

劉瑞欣，張 昱，劉 杰，張 歡，周 振，紀(jì)巧榮，張 偉

(1.青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院；2.青海省高原醫(yī)學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)重點實驗室)

急性低氧大鼠血流動力學(xué)觀測模型的建立及評價※

劉瑞欣，張 昱，劉 杰，張 歡，周 振，紀(jì)巧榮，張 偉△

(1.青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院；2.青海省高原醫(yī)學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)重點實驗室)

目的 探究不同急性低氧對大鼠血流動力學(xué)指標(biāo)的影響，旨在建立一種在海拔2 260 m地區(qū)、急性低氧情況下能有效、穩(wěn)定研究血流動力學(xué)變化的大鼠模型。方法 SD大鼠30只，隨機分為20% O2對照組(20% O2，80% N2)、17% O2低氧組(17% O2，83% N2)和15% O2低氧組(15% O2，85% N2)。通過實時、動態(tài)監(jiān)測中心靜脈壓(central venous pressure，CVP)、系統(tǒng)動脈壓(system arterial pressure，Psa)、肺動脈壓(pulmonary artery pressure，PAP)、左心房壓(left atrial pressure，LAP)、升主動脈血流量(ascending aorta blood flow，ABF)、氣道阻力(airway pressure，Paw)和心率(heart rate，HR)等血流動力學(xué)指標(biāo)，觀察低氧條件(17% O2、15% O2)下各項指標(biāo)的變化，計算總外周循環(huán)阻力(Toll pressure resistance，TPR)和肺循環(huán)阻力(pulmonary vascular resistance，PVR)來反映不同急性低氧對血流動力學(xué)的影響。結(jié)果 與對照組相比，15% O2低氧組的Psa降低(P<0.05)，而17% O2低氧組無明顯變化；給予17% O2和15% O2的低氧刺激后ABF均降低(P<0.05)，15% O2低氧組比17% O2低氧組下降更為顯著；17% O2低氧組的PAP在低氧刺激過程中僅出現(xiàn)了一過性的升高，而15% O2低氧組PAP在1 min內(nèi)就出現(xiàn)了明顯升高(P<0.05)；與對照組相比兩低氧組CVP、HR、LAP和Paw沒有明顯改變；通過計算得出15% O2低氧組PVR明顯升高(P<0.05)，而TPR無明顯變化。結(jié)論 在海拔2 260 m的西寧地區(qū)應(yīng)用17% O2的低氧刺激可以引起肺循環(huán)血流動力學(xué)的一過性改變，但無法持續(xù)監(jiān)測；15% O2的低氧刺激是觀測急性低氧影響麻醉大鼠血流動力學(xué)的適宜條件。

急性 低氧 血流動力學(xué) 模型 總外周循環(huán)阻力 肺循環(huán)阻力

有關(guān)在海拔2 260 m 地區(qū)、急性低氧刺激下的有效、穩(wěn)定血流動力學(xué)變化的大鼠模型未見報道，故本研究旨在建立一種在海拔2 260 m地區(qū)、急性低氧情況下能有效、穩(wěn)定研究血流動力學(xué)變化的大鼠模型。

當(dāng)機體快速進入高原后，由于空氣中氧含量的降低，機體會出現(xiàn)心慌、氣促等癥狀，這是機體對低氧刺激的部分代償反應(yīng)[1]，其中包括機體自身的血流動力學(xué)改變，這些變化是機體對外環(huán)境的改變作出的反應(yīng)性調(diào)整和適應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，急性低氧時可導(dǎo)致SD大鼠平均動脈血壓、左心室內(nèi)壓及左心室功能下降，而右心室內(nèi)壓及右心室功能增強[2]。過強、過久的低氧刺激就會產(chǎn)生一系列損傷反應(yīng)，主要是機體血流動力學(xué)的紊亂。我們在以往對過敏性休克的實驗研究中已經(jīng)建立了以TPR和PVR反映血流動力學(xué)變化的動物模型[3]，所以在觀察血流動力學(xué)變化大鼠模型的基礎(chǔ)上給予不同低氧通氣便可反映急性低氧對大鼠血流動力學(xué)的影響。經(jīng)過對 12%～17% 氧百分含量混合氣體的篩選，初步確定了15% 和17%兩種混合氣體作為低氧刺激的條件，通過對CVP、Psa、PAP、LAP、ABF、Paw和HR等血流動力學(xué)指標(biāo)的實時、動態(tài)監(jiān)測，選擇適宜的低氧刺激條件，建立觀察急性低氧影響血流動力學(xué)的有效動物模型。

1 材料與方法

1.1 動物與分組

SPF級雄性SD大鼠，體重(324±6.8)g，由北京維通利華實驗動物技術(shù)有限公司提供，許可證號：SCXK(京)2012-0001，NO.11400700064575。分籠飼養(yǎng)于青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院實驗動物中心。飼養(yǎng)條件：每籠10只，明暗12小時交替、自由飲水、23 ℃飼養(yǎng)。飼料購自北京科澳協(xié)力飼料有限公司。大鼠隨機分為20% O2對照組(20% O2，80% N2)、17% O2低氧組(17% O2，83% N2)、15% O2低氧組(15% O2，85% N2)，每組10只。17% O2和15% O2的混合氣體由氮氣稀釋空氣配制而成(經(jīng)PowerLab實時監(jiān)測)。所有實驗均在青海省高原醫(yī)學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)重點實驗室進行。

1.2 手術(shù)操作

大鼠稱重后用2.5%戊巴比妥鈉(50mg/kg，i.p)麻醉[4]，仰臥位固定于恒溫加熱板上，體溫維持在37 ℃。頸部及左側(cè)大腿腹股溝處備皮。行右頸外靜脈插管(聚乙烯導(dǎo)管ID 0.8mm，OD 1.0mm)測量CVP，行左頸總動脈插管(聚乙烯導(dǎo)管ID 0.5mm，OD 0.8mm)測量Psa。行氣管插管(T字形三通道)，一端連接水檢壓計使呼氣末正壓維持在2.5 cmH2O以防止肺萎縮，另一端連接動物呼吸機，呼吸頻率70 bpm/min，潮氣量7 mL/kg[5]，同時監(jiān)測Paw。分離股靜脈插入聚乙烯導(dǎo)管(ID 0.5mm，OD 0.9mm)注射藥物和補液(生理鹽水，4mL/kg/h)。行開胸術(shù)：沿胸前正中線開胸，充分暴露胸腔，胸腔切口電凝止血至無明顯的出血點后打開心包，分離升主動脈，將超聲探頭置于升主動脈，導(dǎo)電糊填充血流探頭與主動脈接觸的間隙監(jiān)測ABF；將聚乙烯導(dǎo)管(ID 0.5mm，OD 0.8mm) 末端荷包縫合于左心房內(nèi)測量LAP；將聚乙烯導(dǎo)管(ID 0.5mm，OD 0.8mm)傾斜30%由心尖插入右心室監(jiān)測 PAP。手術(shù)完成后創(chuàng)面覆蓋保鮮薄膜以防大鼠體內(nèi)的水分散失。

手術(shù)完成后，各插管連接位于左心房水平的壓力傳感器，各組待指標(biāo)平穩(wěn)后分別進行實驗，實時、動態(tài)監(jiān)測各項生理指標(biāo)，由PowerLab生物信息采集系統(tǒng)以200 Hz采樣頻率記錄5 min[6]。平均動脈壓(mean arterial pressure，MAP)以1/3收縮壓+2/3舒張壓計算得出。TPR 和PVR使用下列公式計算得出[7]：

TPR=(MAP-CVP)/ABF，

PVR=(PAP-LAP)/ABF。

1.3 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果(圖1，表1～9)

圖1 不同低氧刺激大鼠CVP、Psa、PAP、LAP和ABF等數(shù)據(jù)記錄圖

Figure 1 The representative recordings of CVP，Psa，PAP，LAP and ABF after stimulated by different hypoxic condition

表1 不同氮氧含量通氣后大鼠CVP的變化情況

Table 2 The change of Psa after different concentration of nitrogen oxygen aeration in rats

#：與基礎(chǔ)值比較P<0.05；*：與20% O2比較P<0.05.

#：Compared with basic valuesP<0.05；*：Compared with 20% O2groupP<0.05.

Table 3 The change of ABF after different concentration of nitrogen oxygen aeration in rats

#：與基礎(chǔ)值比較P<0.05；*：與20% O2比較P<0.05.

#：Compared with basic valuesP<0.05；*：Compared with 20% O2groupP<0.05.

Table 4 The change of LAP after different concentration of nitrogen oxygen aeration in rats

續(xù)表：

通氣時間(min)LAP(mmHg)20%O2組17%O2組15%O2組FP1．54．33±0．874．06±0．603．87±0．551．150．3324．16±0．744．14±0．803．91±0．510．420．6634．28±0．824．11±0．803．99±0．540．400．6744．25±0．754．18±0．654．01±0．470．360．7054．04±0．794．11±0．643．86±0．590．380．69F1．531．141．04P0．730．350．41

Table 5 The change of PAP after different concentration of nitrogen oxygen aeration in rats

#：與基礎(chǔ)值比較P<0.05；*：與20% O2比較P<0.05.

#：Compared with basic valuesP<0.05；*：Compared with 20% O2groupP<0.05.

Table 6 The change of HR after different concentration of nitrogen oxygen aeration in rats

Table 7 The change of Paw after different concentration of nitrogen oxygen aeration in rats

Table 8 The change of TPR after different concentration of nitrogen oxygen aeration in rats

Table 9 The change of PVR after different concentration of nitrogen oxygen aeration in rats

#：與基礎(chǔ)值比較P<0.05；*：與20% O2比較P<0.05.

#：Compared with basic valuesP<0.05；*：Compared with 20% O2groupP<0.05.

結(jié)合圖1中各項指標(biāo)的趨勢變化及統(tǒng)計學(xué)分析后，結(jié)果顯示，與20% O2對照組相比：17% O2低氧組Psa無明顯變化；15% O2低氧組Psa明顯降低，1.5 min后明顯低于基礎(chǔ)值(P<0.05)，從基礎(chǔ)值的(91.1±9.2)mmHg降低到了(74.8±13.1)mmHg(表2)。17% O2低氧組PAP于0.5 min后明顯高于基礎(chǔ)值(P<0.05)，從基礎(chǔ)值的(36.8±4.3)mmHg升高到了(39.7±4.0)mmHg，1.5 min達到高峰(40.3±4.9)mmHg，繼而降低并維持在(37.5 ± 5.8)mmHg；15% O2低氧組PAP明顯升高，0.5 min后就明顯高于基礎(chǔ)值(P<0.05)，從基礎(chǔ)值的(37.7±4.0)mmHg升高到了(46.4±7.6)mmHg(表5)。15% O2低氧組ABF明顯降低，0.5 min后就明顯低于基礎(chǔ)值(P<0.05)，從基礎(chǔ)值的(33.9±3.0)mL/min降低到了(29.3±3.2)mL/min(表3)。CVP、LAP、HR 和Paw 給予低氧通氣后均沒有出現(xiàn)明顯的變化，相關(guān)曲線一直較為平坦(表1、4、6、7)。在15% O2刺激下TPR無明顯變化(表8)；由于PAP下降幅度比ABF大、LAP沒有明顯改變，所以PVR隨著ABF的逐漸降低而升高(表9)。

3 討論

由于空氣中O2的含量與當(dāng)?shù)卮髿鈮旱母叩陀嘘P(guān)，為了確定海拔2 260 m西寧地區(qū)急性低氧通氣的O2含量，我們對12%～17% O2的混合氣體逐一進行了實驗，實驗中大鼠在通入低于14% O2的低氧氣體后，血壓下降快，且不穩(wěn)定，死亡率較高，而通入17% O2的低氧氣體后，僅PAP出現(xiàn)一過性的升高，升高幅度大約為5 mmHg，不能持續(xù)、穩(wěn)定地監(jiān)測。經(jīng)過反復(fù)試驗及對比，最終確認(rèn)在海拔2 260 m地區(qū)選擇15% O2的低氧氣體是觀察急性低氧影響大鼠血流動力學(xué)研究的適宜條件。

本實驗中給予17% O2的低氧通氣后，與對照組的血壓相比無明顯差異，這可能在17% O2的低氧刺激下，機體可以通過自身的代償反應(yīng)來調(diào)節(jié)血壓使之維持穩(wěn)定；但給予15% O2的低氧通氣后1.5 min大鼠的血壓出現(xiàn)明顯下降，可能是急性低氧使迷走神經(jīng)興奮導(dǎo)致的血壓降低[8]。給予15% O2低氧通氣后PAP于0.5 min后迅速升高，一方面是因為急性低氧可直接刺激肺小動脈平滑肌，低氧敏感性鉀離子通道的鉀離子外流受抑制，細(xì)胞膜發(fā)生去極化，繼而L-型鈣通道開放，鈣離子內(nèi)流使肺動脈平滑肌細(xì)胞內(nèi)的鈣離子升高，平滑肌細(xì)胞收縮，導(dǎo)致肺血管收縮[9]；另一方面肺組織缺氧可活化肥大細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及中性粒細(xì)胞釋放出多種化學(xué)介質(zhì)，如組胺、血管緊張素等，造成肺血管收縮[10]。肺血管的收縮可使肺動脈端的壓力升高、肺循環(huán)灌注減少，導(dǎo)致回心血量減少、ABF降低、Psa下降和PVR增高。而17% O2低氧通氣后，PAP、PVR出現(xiàn)一過性的升高，可能與機體自身的代償反應(yīng)有關(guān)。

綜上所述，本研究所建立的實驗動物模型，可有效用于后續(xù)相關(guān)急性低氧影響機體血流動力學(xué)改變的研究。

[1]格日力.高原醫(yī)學(xué)[M].北京；北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社，2015，133-134.

[2]羅桂霞，李新波.急性9%低氧對SD大鼠動脈血壓、左、右心室功能的影響[J].醫(yī)學(xué)理論與實踐，1998，11(12)：529-530.

[3]Kamikado C，Shibamoto T，Zhang W，et al.Portacaval shunting attenuates portal hypertension and systemic hypotension in rat anaphylactic shock[J].J Physiol Sci，2011，61(2)：161-166.

[4]Zhang W，Shibamoto T，Kuda Y，et al.Effects of beta-adrenergic blockers on pulmonary vascular response to anaphylactic hypotension in anesthetized rats[J].J Physiol，2010，60，S167.

[5]Zhang W，Shibamoto T，Kuda Y，et al.Pulmonary vasoconstrictive and bronchoconstrictive responses to anaphylaxis are weakened via β2-adrenoceptor activation by endogenous epinephrine in anesthetized rats[J].Anesthesiology，2011，114(3)：614-623.

[6]Zhang W，Shibamoto T，Kuda Y，et al.Effects of beta-adrenocergists on hypotension in conscious rats[J].Eur J Pharmacol，2011，650(1)：303-308.

[7]胡喆，刁穎敏.心臟—肺循環(huán)—體循環(huán)系統(tǒng)建模初探[J].同濟大學(xué)學(xué)報，2002，30(1)：61-65.

[8]崔建華.高原醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)與臨床[M].北京；人民軍醫(yī)出版社，2012，8-10，164-168.

[9]張光燕.低氧性肺血管收縮的研究現(xiàn)狀[J].實用醫(yī)學(xué)雜志，2011，27(01)：142-144.

[10]陶明哲.缺氧性肺血管收縮體液機制的研究進展[J].國外醫(yī)學(xué)(麻醉學(xué)與復(fù)蘇分冊)，1993，14(4)：196-198.

Establishment and evaluation of acute hypoxia hemodynamic models in rats※

Liu Ruixin，Zhang Yu，Liu Jie，Zhang Huan，Zhou Zhen，Ji Qiaorong，Zhang WeiΔ

(1.Qinghai University Medical College；2.Qinghai Provincial Key Laboratory of High Altitude Medicine)

Objective Explore the effect of different acute hypoxia on rats′ hemodynamic，in order to establish an effective and stable animal model that can be used for researching hemodynamics changes in acute hypoxia.Methods 30 healthy SD rats were randomly divided into control group(20% O2，80% N2)，17% O2hypoxic group(17% O2，83% N2)and 15% O2hypoxic group(15% O2，85% N2).Then the changes of hemodynamics in 17% and 15% hypoxia，the system arterial pressure(Psa)，central venous pressure(CVP)，pulmonary artery pressure(PAP)，left atrial pressure(LAP)，ascending aorta blood flow(ABF)，heart rate(HR)and airway pressure(Paw)were observed.The anesthetized rats were monitored continuously with real-time and the effect of hemodynamics were explained by the total peripheral resistance(TPR)and pulmonary vascular resistance(PVR)in different acute hypoxia.Results The Psa of 15% O2hypoxic group was significantly lower(P<0.05)than that of the control group，but the 17% O2hypoxic group had not been changed.The ABF，both of 17% O2hypoxic group and 15% O2hypoxic group，were lower than that of control group(P<0.05)，but 15% O2hypoxic group was significantly lower than 17% O2hypoxic group.PAP of 17% O2hypoxic group was increased transiently in acute hypoxia，while PAP of 15% O2hypoxic group was increased significantly(P<0.05)in 1min.The CVP，HR，LAP and Paw of two hypoxic groups did not change.The PVR was obviously increased in 15% O2hypoxic group(P<0.05)，and the TPR did not change.Conclusion At the 2 260 m altitude，the hemodynamics can be transiently changed in 17% O2acute hypoxia，but it is unable to be detected continuously.15% O2hypoxia is an effective status to observe the changes of hemodynamic in anesthetic rats.

Acute Hypoxia Hemodynamics Model Total peripheral resistance Pulmonary circulation resistance

※：國家自然基金項目(81160012，81560301)；教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才項目(NCET-12-1022)

R363.1

A

10.13452/j.cnki.jqmc.2016.02.001

2015-12-12

Δ：通訊作者，教授，博士生導(dǎo)師，Tel：0971-6108394，E-mail：zw0228@sina.com 劉瑞欣(1990～)，女，漢族，內(nèi)蒙古籍，青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院2013級研究生