减阻剂改善自发性高血压大鼠主动脉和心室重塑

发布时间：2017-07-16 16:07

  本文关键词：减阻剂改善自发性高血压大鼠主动脉和心室重塑

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【摘要】：研究背景及目的：高血压是最常见的慢性病,也是心脑血管疾病最主要的危险因素,我国人群高血压患病率仍呈增长态势,每5个成人中就有1人患高血压,估计目前全国高血压患者至少2亿。不管是在人类还是动物模型,高血压都与心脏和主动脉重塑有着密切的联系。心脏重塑的定义为基因表达导致分子,细胞及间质改变,临床表现为心肌肥厚、纤维化和心脏失代偿。其中心室肥厚是高血压患者死亡的独立危险因素,逆转心肌肥厚可以减少患者的心血管并发症。长期和持续的高血压促进了病理性心肌细胞肥大和损伤,后者又引起RAAS和交感神经系统的过度兴奋,激活一系列神经内分泌因子,从而产生心肌重塑,而心肌重塑反过来又使RAAS和交感神经系统进一步兴奋性增加,加重心肌重塑,形成恶性循环,最终发生心衰。高血压与动脉重塑有着密切的联系,其特点是内皮依赖性的舒张功能受损和血管结构改变。研究证实,仅仅降低血压并不能改善或逆转这些改变,而且很多抗高血压药物并不能改善内皮功能受损和血管结构改变。因此,研发改善高血压患者血管内皮功能、结构的药物具有非常重大的临床意义。心血管系统的重塑受血液动力学负荷、神经激素激活以及尚未明确的因素影响,内皮细胞是覆盖在血管内腔表面的连续单层扁平细胞,不仅可以释放多种血管活性物质调节血管舒缩,如引起血管舒张的一氧化氮(NO)、前列腺素I2(PGI2)、内皮衍生超极化因子(EDHF)等,以及引起血管收缩的内皮素-1(ET-1)、血栓素A2(TXA2)等,还在调节血管细胞增殖、维持血管基底膜静息状态时胶原及糖蛋白稳定、提供抗血栓形成及抗白细胞黏附的表面、调节脂质氧化应激等方面发挥着重要的作用,因此内皮功能完整对维持心血管系统稳态至关重要,内皮细胞功能紊乱是高血压和动脉粥样硬化等疾病的病理生理过程的关键因素。高血压是内皮损伤的始动因素之一,内皮功能紊乱又可促进高血压的发生与进展,研究表明,在高血压状态下,主要表现为内皮依赖性舒张功能减弱和(或)内皮依赖性收缩功能增强以及血管壁炎症反应的增强等。内皮素(ET)是迄今所知最强的缩血管物质,共有4个压型ET-1,-2,-3,-4,其中收缩血管作用最强的是ET-1, ET-1主要由内皮细胞释放,作用于分布于心脏、主动脉和脑血管血管平滑肌细胞的ETa受体,介导血管收缩、平滑肌细胞增生和心钠素的分泌,参与血管重塑、血管形成和细胞外基质合成过程,并参与了许多疾病,包括高血压、动脉粥样硬化或纤维化的病理过程。高血压患者内皮细胞释放ET-1增加,血管及心脏ET-1基因表达上调,增加的ET-1又可进一步升高血压,促进血管和心脏损害的进展。内皮细胞受到刺激合成并释放ET-1,其调控主要在基因转录水平,刺激ET-1合成的因素包括：肾上腺素、血栓素、血管加压素、血管紧张素、胰岛素、细胞因子以及血管壁剪切力与压力的变化及缺氧等,抑制ET-1合成的因素有：NO, PGI2,心房利钠肽及肝素等。研究表明,提高血液流动剪切应力,可以改变内皮细胞排列及结构,并可以抑制ET-1表达。减阻剂(drag-reducing polymer,DRP)是一类水溶性长链大分子物质,平均分子量大于106Da,既往研究表明,向液体中加入极微量的此类高分子物质后,可有效减少湍流,明显降低流体阻力。目前广泛应用于工业管道运输(石油,天然气)、消防、灌溉、泄洪、航空航天及潜艇等领域。近年来,国内外学者逐渐开展了DRP在医学领域的应用研究,初步结果显示,静脉应用减阻剂后可显著减低血流阻力,明显增加组织器官微循环的血流灌注,对于缺血性心血管疾病、失血性休克、脑卒中、糖尿病等疾病的治疗有重要的潜在价值。本实验室前期研究证实,静脉应用DRP后可显著增加大鼠腹主动脉血流速度,而不影响粘度,根据剪切应力T计算公式：τ=32μQ/πd3,血液粘度(u)、血流速度(Q)及血管直径(d),计算可得主动脉内血液流动剪切应力显著增加。因此,我们设想是否可以通过静脉应用DRP提高血液流动的剪切应力,改变内皮细胞排列及结构并抑制ET-1表达,来改善自发性高血压大鼠(spontaneous hypertensive rat,SHR)的心室及主动脉重塑。本研究以自发性高血压大鼠为动物模型,生理盐水作为对照,连续给予静脉应用减阻剂60天,超声心动图及病理切片观察自发性高血压大鼠心脏及主动脉重塑,并深入探讨其机制。研究对象和方法：1.配制减阻剂准确称取减阻剂聚氧化乙烯(PEO)50mg于250ml的烧杯中,加入生理盐水50ml；烧杯中置入磁力搅拌器,匀速(60 r/min)搅拌24小时,使PEO充分溶解,生成浓度为10-3g/ml,即质量浓度为1000ppm (ppm为质量体积比的单位,1 ppm=10"6 g/ml)的均一溶液；取出保存于叠氮钠中的透析袋(分子截留量为50000 Da)用三蒸水冲洗干净后,将配制好的PEO溶液置于透析袋中透析24h；用孔径为0.22 u m的无菌过滤器缓慢滤除溶液中的细菌及杂质；将配好的PEO置于4℃冰箱避光保存备用,使用时提前2小时使用无菌生理盐水稀释成浓度为10ppm、20ppm的PEO溶液。2.实验动物分组及干预采购自发性高血压大鼠(SHR)及Wistar大鼠后,适应性饲养1周,实验动物方案符合南方医科大学实验动物中心规范,并与美国国立卫生研究院(National Institutes of Health,NIH)实验动物规范一致,大鼠自由饮水、进食及在笼内自由活动,不受限制。SHR随机分为3组(每组8只)：(1)SHR+生理盐水(normal saline,NS) (SHR+NS组);(2)SHR+10ppm DRP组(SHR+10组);(3)SHR+20 ppm DRP组(SHR+20组)。隔日用微量泵通过尾静脉以3 mL/h速度静脉输注DRP或NS,每次持续给药30 min,连续给药60天。8只年龄匹配的雄性Wistar大鼠作为对照组(WR+NS组),予尾静脉通过微量泵注射NS。3.记录大鼠体重、心率、收缩压实验开始前及每20天记录大鼠体重,用动物无创血压记录仪,通过尾动脉法记录大鼠收缩压及心率,每次重复测量2次大鼠体重、收缩压及心率,取平均值记录于实验记录本,离线电脑计算数据。4.超声心动图评估自发性高血压大鼠心功能改变与心室重塑静脉给药60天后,实验大鼠以3%戊巴比妥钠腹腔麻醉,将大鼠固定于实验台上后,给予左胸备皮,应用配备高分辨率系统的Sequoia512 (Acuson, Siemens),并使用17L5 probe (Acuson,USA),将超声探头定位于前胸产生最佳的胸骨旁短轴二维影像处,在乳头肌水平记录胸骨旁心脏短轴M型超声图像,每只大鼠重复2遍测量取平均值,记录左室收缩末期直径(left ventricle end-systolic diameter, LVESD)、左室舒张末期直径(left ventricle end-diastolic diameter, LVEDD)、左室收缩末期后壁厚度(left ventricular posterior wall systolic thickness, LVPWS)和左室舒张末期后壁厚度(left ventricular posterior wall diastolic thickness, LVPWD),计算大鼠左室缩短分数(left ventricular fractional shortening, LVFS)和左室射血分数(left ventricle ejection fraction, LVEF)。5.测定大鼠血清及左心室心肌ET水平大鼠血清及左心室心肌ET表达情况采用双抗夹心酶联免疫吸附法(ELISA)测定,操作严格按照说明书进行。6.病理学组织学观察主动脉主动脉组织取材固定,经组织脱水、透明、包埋、切片后,HE染色观察主动脉形态结构和主动脉中膜厚度变化,免疫组织化学法检测各组主动脉ET-1表达变化。7.病理学组织学观察左心室心肌左心室心肌组织取材固定,经组织脱水、透明、包埋、切片后,HE染色观察心肌细胞形态,Masson染色评价心肌纤维化,免疫组化染色评估左心室心肌ET-1表达。结果：1.各组大鼠体重、心率及尾动脉收缩压的比较SHR各组间体重、心率无显著差异；SHR+WS组自实验开始血压平稳,到给药结束,尾动脉收缩压未见显著变化；给药60天期间SHR+10组和SHR+20组血压较SHR+NS组尾动脉收缩压增长平缓,但各时间点均收缩压均无统计学差异(P0.05):SHR各组尾动脉收缩压均显著高于WR+NS组大鼠(P0.05)。2.减阻剂可显著改善自发性高血压大鼠左室后壁肥厚超声心动图示SHR+10和SHR+20组较SHR+NS组左室收缩末期直径(3.22± 0.22mm,3.19±0.16mm vs.2.33±0.13mm,P0.05)、左室舒张末期直径(6.19± 0.23mm,5.94±0.17mm vs.5.38±0.17mm,P0.05)显著增加,左室收缩末期后壁厚度显著降低(2.65±0.12mm,2.63±0.14mm vs 3.31±0.21mm,P0.05)； SHR+20组较SHR+NS组左室舒张末期后壁厚度(2.03±0.14mm vs 2.58± 0.048,P0.05)显著减低,而SHR+10和SHR+NS组无统计学差异(2.19±0.12mm vs 2.58±0.048,P0.05).WR+NS组和SHR+NS组间左室收缩末期直径、左室舒张末期直径、左室收缩末期后壁厚度及左室舒张末期后壁厚度均有统计学差异(P0.05),而WR组和SHR各组间左室缩短分数及左室射血分数无统计学差异(P0.05)。3.减阻剂可显著改善自发性高血压大鼠左心室心肌肥大和纤维化心肌HE染色示SHR+10和SHR+20组心肌细胞横截面积都较SHR+NS组下降,其中SHR+20组心肌细胞横截面积较SHR+NS组差异具有统计学意义(291.72 ±29.08 um2 vs 630.97±54.15 um2,P=0.016).SHR+NS组较WR+NS组心肌细胞横截面积显著增加(630.97±54.15 um2 vs 309.34±9.91μm,P0.05),而SHR+10组和SHR+20组与WR+NS组心肌细胞横截面积无统计学差异。静脉应用减阻剂后,自发性高血压大鼠左心室心肌胶原纤维表达被抑制,左心室心肌纤维化被显著抑制,心肌masson三色染色示SHR+10和SHR+20组较SHR+NS组心肌胶原纤维百分比显著减少(2.70±0.34%,2.38±0.34% vs 6.58±0.49%,P0.05),差异具有统计学意义,其中SHR+20组较SHR+10组对心肌肥大的抑制效果更强,但两组之间并没有统计学差异。SHR+NS组较WR+NS组心肌胶原纤维百分比显著增加(6.58±0.49%vs1.86±0.37%,P0.05)。而SHR+10和SHR+20组较WR+NS组心肌胶原纤维百分比无显著差异(2.70±0.34%,2.38±0.34% vs 1.86±0.37%,P0.05)。4.各组大鼠主动脉形态结构和主动脉中膜厚度变化情况与WR+NS组相比,SHR+NS组主动脉中膜厚度明显增厚(164.97±3.37μmvs 126.63±4.01μm,P0.05);而静脉应用DRP后,与SHR+NS组相比,SHR+10组、SHR+20组主动脉中膜厚度均显著降低(132.73±7.12μm,135.46±6.79μm vs 164.97±3.37μm,P0.05),差异具有统计学意义。SHR+10组、SHR+20组与WR+NS组之间主动脉中膜厚度无统计学差异。5.各组大鼠左心室心肌ET-1蛋白及ET-1 mRNA基因表达情况左心室心肌免疫组织化学染色显示,ET-1在左心室心肌有表达,SHR大鼠左心室心肌表达明显高于WR大鼠。经过静脉应用DRP后,SHR+10组、SHR+20组左心室心肌ET-1表达较SHR+NS组显著降低；SHR+20组较SHR+10组ET-1表达显著减少,其中SHR+20组ET-1表达被抑制更加显著。RT-PCR检测显示ET-1mRNA基因在WR及SHR组大鼠均有表达,且SHR组大鼠ET-1 mRNA基因表达显著高于WR组大鼠,静脉应用减阻剂后,SHR+10组、SHR+20组左心室心肌ET-1基因表达较SHR+NS组均有降低,且SHR+20组心肌ET-1基因相对表达水平明显低于SHR+NS组(1.46±0.14 vs 2.24±0.07,P=0.001)。6.各组大鼠主动脉ET-1 mRNA基因表达情况主动脉免疫组织化学染色显示,ET-1在血管内皮及中层平滑肌均有表达,SHR大鼠主动脉表达明显高于WR大鼠。经过静脉应用DRP后,SHR+10组、SHR+20组主动脉ET-1表达较SHR+NS组显著降低；SHR+10组与SHR+20组之间ET-1表达无显著差异。7.各组大鼠血清及左心室心肌ET表达情况SHR+NS组大鼠左心室心肌ET较WR+NS组显著增加(122.72±9.36 pg/100mg vs 77.01±4.15,P=0.000).静脉应用减阻剂后,SHR+10组、SHR+20组大鼠左心室心肌ET水平较SHR+NS组大鼠左心室心肌ET显著降低(92.95 ±5.05 pg/100mg,88.59±3.74 pg/100mg vs 122.72±9.36 pg/100mg,P0.05),差异具有统计学意义。与WR+NS组比较,SHR+NS组大鼠血清ET显著增加(39.12±6.63 ng/L vs 75.24±3.89 ng/L,P=0.003),而静脉应用减阻剂后,SHR+10组、SHR+20组大鼠血清ET水平与WR+NS组无显著差异(51.35±1.94 ng/L, 45.24±5.57 ng/L vs 39.12±6.63 ng/L,P0.05).SHR+10组、SHR+20组大鼠血清ET水平较SHR+NS组大鼠血清ET显著降低(51.35±1.94 ng/L,45.24±5.57 ng/L vs 75.24±3.89 ng/L,P0.05),差异具有统计学意义。结论：静脉应用减阻剂可改善自发性高血压大鼠主动脉重塑并改善自发性高血压大鼠左心室肥厚与纤维化,其机制可能与减阻剂通过增加血液剪切应力抑制了ET-1表达有关,减阻剂可能为治疗高血压引起的左心室和主动脉重塑提供新的思路,为研发新型减阻剂提供理论依据。
【关键词】：减阻剂 主动脉重塑 心室重塑 内皮素1 自发性高血压大鼠
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R544.1
【目录】：

• 摘要3-10
• ABSTRACT10-17
• 前言17-23
• 参考文献20-23
• 第一部分 减阻剂对自发性高血压大鼠主动脉重塑的影响及机制23-38
• 材料与方法23-30
• 结果30-34
• 讨论34-35
• 结论35
• 参考文献35-38
• 第二部分 减阻剂改善自发性高血压大鼠心室重塑材料与方法38-63
• 材料与方法38-49
• 结果49-58
• 讨论58-60
• 结论60-61
• 参考文献61-63
• 全文总结63-64
• 中英文缩略词表64-66
• 攻读硕士学位期间成果66-67
• 致谢67-68

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张新禄;陈海滨;廖伟明;刘博;梁鸿彬;刘雪薇;崔凯;修建成;;减阻剂改善自发性高血压大鼠主动脉重塑[J];中国动脉硬化杂志;2015年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张泉;减阻剂对大鼠慢性缺血后肢血管新生的影响及其可能作用机制[D];南方医科大学;2014年

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本文编号：549445