尾部悬吊及恢复过程中大鼠动脉血管收缩反应的变化*
作者:马进 张立藩 杨天德 张乐宁
单位:马进 张立藩 张乐宁 第四军医大学航空生理学教研室, 西安 710032;杨天德 航天医学工程研究所, 北京 100094)
关键词:失重模拟;动脉;血管反应性;大鼠
般航天医学与医学工程/990304摘要: 目的 探讨模拟失重下动脉收缩反应变化的时程特征及其可逆性。方法 采用尾部悬吊大鼠模型模拟失重,利用离体动脉环测定血管收缩反应的变化。 结果 尾部悬吊2wk后,大鼠的腹主动脉、肠系膜动脉和股动脉收缩反应明显降低,而颈总动脉无明显改变;悬吊4wk后,肠系膜动脉和股动脉的收缩反应与悬吊2wk相比有进一步的降低; 悬吊8wk大鼠的动脉血管收缩反应性与悬吊4wk相比无明显差异; 4wk尾部悬吊大鼠解除悬吊1wk后,腹主动脉的收缩反应已基本恢复至正常对照水平,而肠系膜动脉与股动脉的收缩反应在解除悬吊后5wk方恢复至正常水平。 结论 模拟失重下动脉收缩反应性的变化依部位与悬吊时间的不同而不同。降低的动脉血管收缩反应可以稳定在一个新的水平上,且此变化是可逆的。
, http://www.100md.com
中图分类号:R852.22 文献标识码:A 文章编号:1002-0837(1999)03-0169-04
Alterations of Arterial Vasoconstrictor Responsiveness in Rats during and after Tail-Suspension.
MA Jin,Department of Aerospace Physiology,The Fourth
Military Medical University,Xi'an 710032,China
ZHANG Li-fan,YANG Tian-de, ZHANG Le-ning.
Space Medicine & Medical Engineering,1999;12(3):169~172
, 百拇医药
Abstract: Objective To characterize the time course of alterations in vasoconstrictor properties of arteries during simulated weightlessness, and to examine whether these alterations are reversible. Method The tail-suspended rat model was used to simulate weightlessness, and the alterations in vasoconstrictor response were examined in vitro using isolated arterial rings. Result Compared with that of controls, contractile tension evoked by KCl and phenylephrine (PE) were lower in abdominal aortic, mesenteric and femoral arterial rings from 2 wk tail-suspended rats (P<0.05); after 4 wk tail-suspension, the responses of mesenteric and femoral arterial rings to KCl or PE were further decreased (P<0.05); but contraction responses of arterial rings from 8 wk tail-suspended rats were similar to that of 4 wk simulated microgravity rats. The reversibility of altered arterial vasoreactivity after 4 wk tail-suspension was observed for 5 wk.Vasoreactivity of abdominal aortic rings was recovered after first week of recovery, but it took five weeks that altered vasoreactivity of mesenteric and femoral artery got back to normal. Conclusion The alterations in constrictor properties of arteries are dependent on both the duration of tail-suspension and the position of artery, the diminished vasoconstrictor properties appear to reach a new steady state after 4 wk tail-suspension, and the changes are reversible.
, http://www.100md.com
Key words: weightlessness simulation;arteryies;vasoreactivity;rats
航天员飞行后立位耐力不良的发生机理比较复杂且涉及多个生理系统[1,2]。从航天失重实验与地面模拟失重实验结果看,动脉系统的变化在飞行后立位耐力降低的发生中可能起着重要作用。例如有人发现飞行后航天员在受到立位应激时,其下肢动脉血管的收缩反应减弱,总外周阻力增加的幅度减小[3,4];Delp等[5]与本实验室[6,7]的工作均表明,模拟失重导致大鼠后半身动脉收缩能力降低。在载人航天中曾观察到,飞行后立位耐力降低的程度与恢复所需的时间同失重暴露时间有关,似存在比例关系,随着航天时间的延长,立位耐力下降的程度愈甚,同时恢复所需的时间亦愈长[2,8]。动脉系统功能的变化是否与失重暴露的时间有关?由于目前对失重/模拟失重下动脉系统功能的变化还知之甚少,尚未发现相关工作探讨动脉系统功能变化的时间过程。因此我们进行了本工作以阐明两个问题:①模拟失重下动脉收缩反应性变化的时程特征是怎样的?②这种变化是否可逆?
, 百拇医药
方 法
动物分组 60只鼠龄为13wk,体重250~280g的雄性Sprague-Dawley大鼠,按体重配对随机分为模拟失重2wk组、模拟失重4wk组、模拟失重8wk组及各自同步对照组,每组10只。为探讨模拟失重所致动脉血管收缩反应性的变化在结束模拟失重后是否可完全恢复,64只鼠龄为11wk,体重220~260g的雄性Sprague-Dawley大鼠按体重配对随机分为悬吊4wk组、悬吊4wk后恢复1wk组、悬吊4wk后恢复3wk组,悬吊4wk后恢复5wk组及各自同步对照组,每组8只。
模拟失重与恢复方法 大鼠在专门的动物室内适应饲养1 wk后,模拟失重大鼠采用前述方法做尾部悬吊,护理与饲养[6,7]。动物均单笼饲养,可自由进食,饮水。动物室室温保持在23±2℃;人工控制室内照明, 每昼夜均保持12h光照与黑暗交替循环。恢复大鼠在悬吊4 wk后,解除其尾部悬吊状态,恢复正常体位后分别饲养1、3、5wk。动物饲养与实验工作均按有关的实验动物饲养与使用原则进行。
, http://www.100md.com
血管收缩反应性测定 依照本实验室已建立方法进行[7,8]。在乌拉坦(1.2g/kg)腹腔麻醉下, 将大鼠腹主动脉,肠系膜动脉及右侧颈总动脉与股动脉分离,制备动脉环。收缩反应性通过观察动脉环对累积浓度为10~90mM的氯化钾(KCl)与10-9~10-4 M的苯肾上腺素(PE)的反应求得,并由累积浓度-效应曲线求得EC50值,即反应达50%最大效应时血管激动剂的浓度。
统计学检验 文中数据以均数±标准差(±s)表示, 配对t检验作统计学分析,P<0.05为检验显著性水平。
结 果
一般情况 实验过程中,动物的一般情况良好,对照组体重呈持续增长状态; 模拟失重大鼠除悬吊第1周内体重增长缓慢外,其余时间均生长良好,与对照组比,除悬吊8wk大鼠体重略低于对照组外,其余各时间组均无明显差别;恢复大鼠的体重在解除悬吊后第1周内基本停止增长,其余时间生长良好,如表1所示。处理组大鼠及其同步对照大鼠各部位动脉环的外径、长度与湿重在组间未发现明显差异。
, http://www.100md.com
表1 尾部悬吊4wk后恢复及其对照大鼠的体重(g)
Table 1 Body weight (g) of recovered rats after 4 wk tail-suspension and their synchronous controls 组别(groups)
尾部悬吊后恢复时间
(recovery time after tail-suspension)(wk)
0
1
3
5
对照组(cotrol)
, http://www.100md.com
304±18
318±22
362±27
402±33
恢复组(recovery)
289±25
294±27*
348±31
384±39
注:*P<0.05,与对照组比
Note:*P<0.05,as compered with control
, http://www.100md.com
动脉收缩反应性变化的时程 如图1、2所示,尾部悬吊2wk后,大鼠的腹主动脉、肠系膜动脉和股动脉对氯化钾与苯肾上腺素的收缩反应均明显降低(P<0.05或P<0.01) ,而颈总动脉无明显改变;悬吊4wk后,肠系膜动脉和股动脉的收缩反应与悬吊2 wk相比有进一步降低(P<0.05或P<0.01); 悬吊8wk大鼠动脉血管收缩反应性与悬吊4 wk相比无明显差异。
图1 尾部悬吊过程中大鼠动脉环对氯化钾诱导的最大收缩反应的相对变化
●颈总动脉;腹主动脉;◆肠系膜动脉;■股动脉(2、3、4图同此)
Fig.1 Relative changes in maximal contraction evoked by KCl of arterial rings from rats during tail-suspension
, 百拇医药
●common carotid;abdominal aorta;◆mesenteric artery;■femoral artery(the same meaning in Fig.2,3 and 4)
图2 尾部悬吊过程中大鼠动脉环对苯肾上腺素诱导的最大收缩反应的相对变化
Fig.2 Relative changes in maximal contraction evoked by PE of arterial rings from rats during tail-suspension
动脉收缩反应性变化的可逆性 尾部悬吊4wk大鼠解除悬吊1wk后,腹主动脉收缩反应已基本恢复至正常对照水平,而肠系膜动脉与股动脉的收缩反应与悬吊大鼠相比无明显改变;恢复3wk后,肠系膜动脉和股动脉的收缩反应较悬吊大鼠已有明显增强,但尚未达到正常水平;解除悬吊5wk后,各动脉对KCl与PE的收缩反应与正常相比已无明显改变(图3、4)。
, http://www.100md.com
图3 恢复过程中大鼠动脉环对氯化钾诱导的最大收缩反应的相对变化
Fig.3 Relative changes in maximal contraction evoked by KCl of arterial rings from rats after removal of tail-suspension
图4 恢复过程中大鼠动脉环对苯肾上腺素诱导的最大收缩反应的相对变化
Fig.4 Relative changes in maximal contraction evoked by PE of arterial rings from rats after removal of tail-suspension
实验过程中未发现各动脉环对KCl或PE收缩反应的敏感性(EC50)在处理组与其同步对照组间存在明显差异。
, http://www.100md.com
讨 论
在我们前期的工作[6,7]中发现, 尾部悬吊模拟失重可导致大鼠后半身动脉系统的功能发生明显的变化, 主要表现为大鼠腹主动脉、肠系膜动脉及股动脉收缩能力的降低。然而,为了全面了解机体对不同生存环境的生理反应,在观察生理反应变化现象的同时,还有必要描述机体生理功能变化的时间过程,这对认识变化的本质,了解其影响的强度,以及发展合理且有效的预防及对抗措施均具有重要意义。航天过程中,机体各个生理系统对空间环境的生理反应具有不同的时程特征,且飞行结束后生理功能的恢复速度也各不相同[9]。然而,要在航天飞行过程中了解生理功能变化的真实情况却是非常困难的,这一方面是由于飞行中为保证航天人员身体健康、保持其工作能力而对其施加了一定的干预与对抗措施;另一方面是由于航天时间多较短、样本过少,实验条件不具备,且人体观察基本上只能由无创性方法进行,观察能力有限。基于此,本工作利用模拟失重大鼠模型,采用离体动脉环技术,观察了大鼠动脉反应性的变化时程及其可逆性。
, 百拇医药
后半身动脉对PE或KCl的反应性均明显降低,说明动脉平滑肌对受体与非受体介导的收缩反应均减弱,提示收缩反应的共同途径,如平滑肌收缩装置等可能发生改变。模拟失重情况下,整个机体处于低动力状态,由于骨骼肌萎缩,有效循环血量减少,使机体的氧供需关系在较低的水平上达到新的平衡,与之相适应的心血管系统的功能状态亦在新的低动力状态下[9]重新稳定,此过程中动脉负荷状态发生明显变化如血流减少、流速减慢以及静水压的变化,这可能是动脉结构与功能变化的直接原因。
随着研究工作的深入,有关上半身动脉,如脑动脉等在立位耐力不良发生机理中的作用近来逐渐引起了大家的重视[2,10,11]。失重或模拟失重状态下,上半身血管负荷状态的变化与下半身血管截然相反,为适应血管内负荷的变化,上半身血管必然发生结构与功能的改变。然而,由于实验技术的限制,本工作仅观察了颈总动脉收缩反应性在尾部悬吊与恢复过程中的变化情况,结果并未发现明显变化。究其原因,一方面可能是由于大鼠在悬吊中颈部位置与正常体位时相比变化不大,颈总动脉距离流体静压参考水平较近,故其变化不明显;另一方面,颈总动脉平滑肌薄弱,收缩反应较弱,由于实验技术原因,可能导致反应性的变化不易检出。最近,本室在改进实验技术的基础上,已发现4wk模拟失重可导致脑基底动脉收缩反应性的增强[12]。
, 百拇医药
综合我室目前已得到的结果与他人工作的结果,提示下半身动脉低反应性导致的立位应激时外周阻力增加幅度减小和脑部动脉高反应性诱发的立位应激时的脑缺血可能在飞行后立位耐力不良的发生机理中占有重要地位。
航天实践表明,立位耐力下降的程度与飞行持续时间似有一定关系,随着飞行时间的延长,立位耐力下降的程度似更加严重;飞行后立位耐力的恢复时间从数日至数周不等,似乎也与飞行持续时间某种对应关系[2]。结合本工作结果,提示动脉血管功能的改变,尤其是身体后部远端部位动脉血管收缩功能的恢复确实需要数周的时间,与实际观察结果一致。当然,如何使模拟失重大鼠的实验结果外延到人体,还需要进一步的验证工作。
总之,本工作表明模拟失重2wk即可导致大鼠后半身动脉血管收缩反应性的明显降低,随着时间的延长,其收缩反应性进一步降低,并在一段较长的时间后重新稳定在一新的水平上,该变化主要限于后半身动脉,且管径较小动脉的变化所历时间更长、变化程度更严重。 降低的大鼠动脉血管收缩反应性在解除尾部悬吊后是可以恢复至正常水平的,但其恢复的时程却依动脉部位的不同而各异,管径较小的动脉恢复所需时间较长。收缩反应变化的可逆性也提示,模拟失重下动脉系统的变化是对局部血流动力学变化的一种适应反应。
, 百拇医药
*基金项目:国家自然科学基金资助(39380021)
参考文献
[1] Blomqvist CG, Buckey JC, Gaffney FA et al.Mechanisms of post-flight orthostatic intolerance[J]. J Gravitational Physiology,1994, 1(1):122~124
[2] Watenpaugh DE,Hargens AR. The cardiovascular system in microgravity[M].In:Fregly MJ and Blatteis CM, eds. Handbook of Physiology: Environmental Physiology.New York, Oxford University Press,1996:631~674
, 百拇医药
[3] Lacolley PJ, Pannier BM, Cuche JL et al. Microgravity and orthostatic intolerance: carotid hemodynamics and peripheral responses[J]. Am J Physiology,1993,264:588~594
[4] Arbeille Ph, Fomina G, Pottier J et al. Heart, and peripheral arteries and veins during the 14 month Mir spaceflight[J]. J Gravitational Physiology,1996, 3(2):93~94
[5] Delp MD, Brown M, Laughlin MH et al. Rat aortic vasoreactivity is altered by old age and hindlimb unloading[J]. J Appl Physiol,1995,78(6):2079~2086
, 百拇医药
[6] 马 进,张立藩,余志斌等. 短期模拟失重大鼠不同部位动脉血管反应性变化的比较[J].中华航空航天医学杂志,1997,8(2):8~12
[7] Ma J, Zhang LF, Yang TD. Alterations of vasoreactivity of mesenteric arteries in rats after two-week simulated weightlessness[J]. 航天医学与医学工程,1998,11(2):79~82
[8] Charles JB, Bungo MW,Fortner GW. Cardiopulmonary function[M].In: Nicogossian AE, Huntoon CL, Pool SL, Eds. Space Physioligy and Medicine (3rd edition).Malvern, Lea & Febiger Press,1994:286~304
, http://www.100md.com
[9] Nicogossian AE, Sawin CF, Huntoon CL. Overall physiologic responses to space flight[M]. In: Nicogossian AE, Huntoon CL, Pool SL, Eds. Space Physioligy and Medicine (3rd edition). Malvern, Lea & Febiger Press, 1994:211~227
[10] Zhang LF, Mao QW, Ma J et al.Effects of simulated weightlessness on arterial vasculature-an experimental study on vascular deconditioning[J]. J Gravitational Physiology,1996,3(2):5~8
[11] Murthy G,Hargens AR. Recent advances in space biomedicine[M].In: Reddy DC, eds. Advances in Biomedical Engineering.New Delhi, Tada McGraw-hill, 1994:190~195
[12] 张乐宁,马 进,张立藩.模拟失重引起的大鼠基底动脉收缩反应性增强[J]. 航天医学与医学工程,1999,12(2):10~13
收稿日期:1998-07-26, http://www.100md.com
单位:马进 张立藩 张乐宁 第四军医大学航空生理学教研室, 西安 710032;杨天德 航天医学工程研究所, 北京 100094)
关键词:失重模拟;动脉;血管反应性;大鼠
般航天医学与医学工程/990304摘要: 目的 探讨模拟失重下动脉收缩反应变化的时程特征及其可逆性。方法 采用尾部悬吊大鼠模型模拟失重,利用离体动脉环测定血管收缩反应的变化。 结果 尾部悬吊2wk后,大鼠的腹主动脉、肠系膜动脉和股动脉收缩反应明显降低,而颈总动脉无明显改变;悬吊4wk后,肠系膜动脉和股动脉的收缩反应与悬吊2wk相比有进一步的降低; 悬吊8wk大鼠的动脉血管收缩反应性与悬吊4wk相比无明显差异; 4wk尾部悬吊大鼠解除悬吊1wk后,腹主动脉的收缩反应已基本恢复至正常对照水平,而肠系膜动脉与股动脉的收缩反应在解除悬吊后5wk方恢复至正常水平。 结论 模拟失重下动脉收缩反应性的变化依部位与悬吊时间的不同而不同。降低的动脉血管收缩反应可以稳定在一个新的水平上,且此变化是可逆的。
, http://www.100md.com
中图分类号:R852.22 文献标识码:A 文章编号:1002-0837(1999)03-0169-04
Alterations of Arterial Vasoconstrictor Responsiveness in Rats during and after Tail-Suspension.
MA Jin,Department of Aerospace Physiology,The Fourth
Military Medical University,Xi'an 710032,China
ZHANG Li-fan,YANG Tian-de, ZHANG Le-ning.
Space Medicine & Medical Engineering,1999;12(3):169~172
, 百拇医药
Abstract: Objective To characterize the time course of alterations in vasoconstrictor properties of arteries during simulated weightlessness, and to examine whether these alterations are reversible. Method The tail-suspended rat model was used to simulate weightlessness, and the alterations in vasoconstrictor response were examined in vitro using isolated arterial rings. Result Compared with that of controls, contractile tension evoked by KCl and phenylephrine (PE) were lower in abdominal aortic, mesenteric and femoral arterial rings from 2 wk tail-suspended rats (P<0.05); after 4 wk tail-suspension, the responses of mesenteric and femoral arterial rings to KCl or PE were further decreased (P<0.05); but contraction responses of arterial rings from 8 wk tail-suspended rats were similar to that of 4 wk simulated microgravity rats. The reversibility of altered arterial vasoreactivity after 4 wk tail-suspension was observed for 5 wk.Vasoreactivity of abdominal aortic rings was recovered after first week of recovery, but it took five weeks that altered vasoreactivity of mesenteric and femoral artery got back to normal. Conclusion The alterations in constrictor properties of arteries are dependent on both the duration of tail-suspension and the position of artery, the diminished vasoconstrictor properties appear to reach a new steady state after 4 wk tail-suspension, and the changes are reversible.
, http://www.100md.com
Key words: weightlessness simulation;arteryies;vasoreactivity;rats
航天员飞行后立位耐力不良的发生机理比较复杂且涉及多个生理系统[1,2]。从航天失重实验与地面模拟失重实验结果看,动脉系统的变化在飞行后立位耐力降低的发生中可能起着重要作用。例如有人发现飞行后航天员在受到立位应激时,其下肢动脉血管的收缩反应减弱,总外周阻力增加的幅度减小[3,4];Delp等[5]与本实验室[6,7]的工作均表明,模拟失重导致大鼠后半身动脉收缩能力降低。在载人航天中曾观察到,飞行后立位耐力降低的程度与恢复所需的时间同失重暴露时间有关,似存在比例关系,随着航天时间的延长,立位耐力下降的程度愈甚,同时恢复所需的时间亦愈长[2,8]。动脉系统功能的变化是否与失重暴露的时间有关?由于目前对失重/模拟失重下动脉系统功能的变化还知之甚少,尚未发现相关工作探讨动脉系统功能变化的时间过程。因此我们进行了本工作以阐明两个问题:①模拟失重下动脉收缩反应性变化的时程特征是怎样的?②这种变化是否可逆?
, 百拇医药
方 法
动物分组 60只鼠龄为13wk,体重250~280g的雄性Sprague-Dawley大鼠,按体重配对随机分为模拟失重2wk组、模拟失重4wk组、模拟失重8wk组及各自同步对照组,每组10只。为探讨模拟失重所致动脉血管收缩反应性的变化在结束模拟失重后是否可完全恢复,64只鼠龄为11wk,体重220~260g的雄性Sprague-Dawley大鼠按体重配对随机分为悬吊4wk组、悬吊4wk后恢复1wk组、悬吊4wk后恢复3wk组,悬吊4wk后恢复5wk组及各自同步对照组,每组8只。
模拟失重与恢复方法 大鼠在专门的动物室内适应饲养1 wk后,模拟失重大鼠采用前述方法做尾部悬吊,护理与饲养[6,7]。动物均单笼饲养,可自由进食,饮水。动物室室温保持在23±2℃;人工控制室内照明, 每昼夜均保持12h光照与黑暗交替循环。恢复大鼠在悬吊4 wk后,解除其尾部悬吊状态,恢复正常体位后分别饲养1、3、5wk。动物饲养与实验工作均按有关的实验动物饲养与使用原则进行。
, http://www.100md.com
血管收缩反应性测定 依照本实验室已建立方法进行[7,8]。在乌拉坦(1.2g/kg)腹腔麻醉下, 将大鼠腹主动脉,肠系膜动脉及右侧颈总动脉与股动脉分离,制备动脉环。收缩反应性通过观察动脉环对累积浓度为10~90mM的氯化钾(KCl)与10-9~10-4 M的苯肾上腺素(PE)的反应求得,并由累积浓度-效应曲线求得EC50值,即反应达50%最大效应时血管激动剂的浓度。
统计学检验 文中数据以均数±标准差(±s)表示, 配对t检验作统计学分析,P<0.05为检验显著性水平。
结 果
一般情况 实验过程中,动物的一般情况良好,对照组体重呈持续增长状态; 模拟失重大鼠除悬吊第1周内体重增长缓慢外,其余时间均生长良好,与对照组比,除悬吊8wk大鼠体重略低于对照组外,其余各时间组均无明显差别;恢复大鼠的体重在解除悬吊后第1周内基本停止增长,其余时间生长良好,如表1所示。处理组大鼠及其同步对照大鼠各部位动脉环的外径、长度与湿重在组间未发现明显差异。
, http://www.100md.com
表1 尾部悬吊4wk后恢复及其对照大鼠的体重(g)
Table 1 Body weight (g) of recovered rats after 4 wk tail-suspension and their synchronous controls 组别(groups)
尾部悬吊后恢复时间
(recovery time after tail-suspension)(wk)
0
1
3
5
对照组(cotrol)
, http://www.100md.com
304±18
318±22
362±27
402±33
恢复组(recovery)
289±25
294±27*
348±31
384±39
注:*P<0.05,与对照组比
Note:*P<0.05,as compered with control
, http://www.100md.com
动脉收缩反应性变化的时程 如图1、2所示,尾部悬吊2wk后,大鼠的腹主动脉、肠系膜动脉和股动脉对氯化钾与苯肾上腺素的收缩反应均明显降低(P<0.05或P<0.01) ,而颈总动脉无明显改变;悬吊4wk后,肠系膜动脉和股动脉的收缩反应与悬吊2 wk相比有进一步降低(P<0.05或P<0.01); 悬吊8wk大鼠动脉血管收缩反应性与悬吊4 wk相比无明显差异。
图1 尾部悬吊过程中大鼠动脉环对氯化钾诱导的最大收缩反应的相对变化
●颈总动脉;腹主动脉;◆肠系膜动脉;■股动脉(2、3、4图同此)
Fig.1 Relative changes in maximal contraction evoked by KCl of arterial rings from rats during tail-suspension
, 百拇医药
●common carotid;abdominal aorta;◆mesenteric artery;■femoral artery(the same meaning in Fig.2,3 and 4)
图2 尾部悬吊过程中大鼠动脉环对苯肾上腺素诱导的最大收缩反应的相对变化
Fig.2 Relative changes in maximal contraction evoked by PE of arterial rings from rats during tail-suspension
动脉收缩反应性变化的可逆性 尾部悬吊4wk大鼠解除悬吊1wk后,腹主动脉收缩反应已基本恢复至正常对照水平,而肠系膜动脉与股动脉的收缩反应与悬吊大鼠相比无明显改变;恢复3wk后,肠系膜动脉和股动脉的收缩反应较悬吊大鼠已有明显增强,但尚未达到正常水平;解除悬吊5wk后,各动脉对KCl与PE的收缩反应与正常相比已无明显改变(图3、4)。
, http://www.100md.com
图3 恢复过程中大鼠动脉环对氯化钾诱导的最大收缩反应的相对变化
Fig.3 Relative changes in maximal contraction evoked by KCl of arterial rings from rats after removal of tail-suspension
图4 恢复过程中大鼠动脉环对苯肾上腺素诱导的最大收缩反应的相对变化
Fig.4 Relative changes in maximal contraction evoked by PE of arterial rings from rats after removal of tail-suspension
实验过程中未发现各动脉环对KCl或PE收缩反应的敏感性(EC50)在处理组与其同步对照组间存在明显差异。
, http://www.100md.com
讨 论
在我们前期的工作[6,7]中发现, 尾部悬吊模拟失重可导致大鼠后半身动脉系统的功能发生明显的变化, 主要表现为大鼠腹主动脉、肠系膜动脉及股动脉收缩能力的降低。然而,为了全面了解机体对不同生存环境的生理反应,在观察生理反应变化现象的同时,还有必要描述机体生理功能变化的时间过程,这对认识变化的本质,了解其影响的强度,以及发展合理且有效的预防及对抗措施均具有重要意义。航天过程中,机体各个生理系统对空间环境的生理反应具有不同的时程特征,且飞行结束后生理功能的恢复速度也各不相同[9]。然而,要在航天飞行过程中了解生理功能变化的真实情况却是非常困难的,这一方面是由于飞行中为保证航天人员身体健康、保持其工作能力而对其施加了一定的干预与对抗措施;另一方面是由于航天时间多较短、样本过少,实验条件不具备,且人体观察基本上只能由无创性方法进行,观察能力有限。基于此,本工作利用模拟失重大鼠模型,采用离体动脉环技术,观察了大鼠动脉反应性的变化时程及其可逆性。
, 百拇医药
后半身动脉对PE或KCl的反应性均明显降低,说明动脉平滑肌对受体与非受体介导的收缩反应均减弱,提示收缩反应的共同途径,如平滑肌收缩装置等可能发生改变。模拟失重情况下,整个机体处于低动力状态,由于骨骼肌萎缩,有效循环血量减少,使机体的氧供需关系在较低的水平上达到新的平衡,与之相适应的心血管系统的功能状态亦在新的低动力状态下[9]重新稳定,此过程中动脉负荷状态发生明显变化如血流减少、流速减慢以及静水压的变化,这可能是动脉结构与功能变化的直接原因。
随着研究工作的深入,有关上半身动脉,如脑动脉等在立位耐力不良发生机理中的作用近来逐渐引起了大家的重视[2,10,11]。失重或模拟失重状态下,上半身血管负荷状态的变化与下半身血管截然相反,为适应血管内负荷的变化,上半身血管必然发生结构与功能的改变。然而,由于实验技术的限制,本工作仅观察了颈总动脉收缩反应性在尾部悬吊与恢复过程中的变化情况,结果并未发现明显变化。究其原因,一方面可能是由于大鼠在悬吊中颈部位置与正常体位时相比变化不大,颈总动脉距离流体静压参考水平较近,故其变化不明显;另一方面,颈总动脉平滑肌薄弱,收缩反应较弱,由于实验技术原因,可能导致反应性的变化不易检出。最近,本室在改进实验技术的基础上,已发现4wk模拟失重可导致脑基底动脉收缩反应性的增强[12]。
, 百拇医药
综合我室目前已得到的结果与他人工作的结果,提示下半身动脉低反应性导致的立位应激时外周阻力增加幅度减小和脑部动脉高反应性诱发的立位应激时的脑缺血可能在飞行后立位耐力不良的发生机理中占有重要地位。
航天实践表明,立位耐力下降的程度与飞行持续时间似有一定关系,随着飞行时间的延长,立位耐力下降的程度似更加严重;飞行后立位耐力的恢复时间从数日至数周不等,似乎也与飞行持续时间某种对应关系[2]。结合本工作结果,提示动脉血管功能的改变,尤其是身体后部远端部位动脉血管收缩功能的恢复确实需要数周的时间,与实际观察结果一致。当然,如何使模拟失重大鼠的实验结果外延到人体,还需要进一步的验证工作。
总之,本工作表明模拟失重2wk即可导致大鼠后半身动脉血管收缩反应性的明显降低,随着时间的延长,其收缩反应性进一步降低,并在一段较长的时间后重新稳定在一新的水平上,该变化主要限于后半身动脉,且管径较小动脉的变化所历时间更长、变化程度更严重。 降低的大鼠动脉血管收缩反应性在解除尾部悬吊后是可以恢复至正常水平的,但其恢复的时程却依动脉部位的不同而各异,管径较小的动脉恢复所需时间较长。收缩反应变化的可逆性也提示,模拟失重下动脉系统的变化是对局部血流动力学变化的一种适应反应。
, 百拇医药
*基金项目:国家自然科学基金资助(39380021)
参考文献
[1] Blomqvist CG, Buckey JC, Gaffney FA et al.Mechanisms of post-flight orthostatic intolerance[J]. J Gravitational Physiology,1994, 1(1):122~124
[2] Watenpaugh DE,Hargens AR. The cardiovascular system in microgravity[M].In:Fregly MJ and Blatteis CM, eds. Handbook of Physiology: Environmental Physiology.New York, Oxford University Press,1996:631~674
, 百拇医药
[3] Lacolley PJ, Pannier BM, Cuche JL et al. Microgravity and orthostatic intolerance: carotid hemodynamics and peripheral responses[J]. Am J Physiology,1993,264:588~594
[4] Arbeille Ph, Fomina G, Pottier J et al. Heart, and peripheral arteries and veins during the 14 month Mir spaceflight[J]. J Gravitational Physiology,1996, 3(2):93~94
[5] Delp MD, Brown M, Laughlin MH et al. Rat aortic vasoreactivity is altered by old age and hindlimb unloading[J]. J Appl Physiol,1995,78(6):2079~2086
, 百拇医药
[6] 马 进,张立藩,余志斌等. 短期模拟失重大鼠不同部位动脉血管反应性变化的比较[J].中华航空航天医学杂志,1997,8(2):8~12
[7] Ma J, Zhang LF, Yang TD. Alterations of vasoreactivity of mesenteric arteries in rats after two-week simulated weightlessness[J]. 航天医学与医学工程,1998,11(2):79~82
[8] Charles JB, Bungo MW,Fortner GW. Cardiopulmonary function[M].In: Nicogossian AE, Huntoon CL, Pool SL, Eds. Space Physioligy and Medicine (3rd edition).Malvern, Lea & Febiger Press,1994:286~304
, http://www.100md.com
[9] Nicogossian AE, Sawin CF, Huntoon CL. Overall physiologic responses to space flight[M]. In: Nicogossian AE, Huntoon CL, Pool SL, Eds. Space Physioligy and Medicine (3rd edition). Malvern, Lea & Febiger Press, 1994:211~227
[10] Zhang LF, Mao QW, Ma J et al.Effects of simulated weightlessness on arterial vasculature-an experimental study on vascular deconditioning[J]. J Gravitational Physiology,1996,3(2):5~8
[11] Murthy G,Hargens AR. Recent advances in space biomedicine[M].In: Reddy DC, eds. Advances in Biomedical Engineering.New Delhi, Tada McGraw-hill, 1994:190~195
[12] 张乐宁,马 进,张立藩.模拟失重引起的大鼠基底动脉收缩反应性增强[J]. 航天医学与医学工程,1999,12(2):10~13
收稿日期:1998-07-26, http://www.100md.com