大鼠脑缺血及再灌注情形下血液触变性的研究
作者：廖东华 丁库克 曾衍钧 胡金麟 宋欣
单位：廖东华 丁库克 曾衍钧(北京工业大学生物医学工程中心 北京 100022)；胡金麟(中国人民解放军总医院 北京 100853)；宋欣(中国人民解放军总医院 北京 100853)
关键词：缺血；缺血再灌注；触变性
北京生物医学工程000209 摘 要 本文建立了大鼠脑缺血及再灌注模型，并对缺血以及缺血后再灌注不同时间的血液触变性进行了实验研究，用Huang's方程拟合实验曲线以得到各组血液的5个触变性参数。结果表明：缺血以及缺血后再灌注不同时间，对血液触变性参数有明显的影响。缺血过程中，τ0和μ的值随着缺血时间的增加逐渐降低，缺血再灌注1小时的τ0和μ明显大于缺血期的值，τ0也高于正常值，随着再灌注时间的增加，τ0逐渐回落至正常血液水平，同时μ也逐渐降低。
, 百拇医药
Thixotropic Properties of Whole Rat Blood Under Cerebral Ischemia and Reperfusion
Liao Donghua, Ding Cook, Zeng Yanjun
(Biomedical Engineering Center,Beijing Polytechnic University, Beijing 100022)
Hu Jinlin, Songxin
(China PLA Genernal Hospital,Beijing 100853)
Abstract
The rat model of cerebral ischemia and reperfusion was constracted in the experiment to study the thixotropic properties of whole rat blood.Five thixotropic parameters were obtained from the experiment curve line,fitted with Huang's equations.The results showed:significant differences existed between the thixotroptic parameters and for the length of time of cerebral ischemia with reperfusion.Along and increaing of cerebral ischemia time,the values of τ0 and μ declined gradually.After an hour of reperfusion,the values of τ0 and μ were significantly greater than these just only of cerebral ischemia.And the value of τ0 was even higher than the normal one.With the increase of reperfusion time, the value of τ0 returned to normal level gradually,and at the same time,the value of μ is also decreased gradually.
, 百拇医药
Key words:Cerebral ischemia, Cerebral ischemia and reperfusion, Thixotropic properties
0 引言
脑组织缺血及再灌注可引起血管内皮细胞损伤，从而对微血管通透性产生影响。有研究表明，在运动脑缺血过程中，会出现微循环血流明显减慢，红细胞呈重度聚集的现象；当颈动脉再灌注时，脑膜血管的血流加快，红细胞聚集程度逐渐减轻。由此可见，在脑组织缺血及再灌注过程中，血液的组分及血液的流变学性质也在相应地发生改变[1]。但是，目前脑缺血及再灌注下血液触变性的研究，还鲜有报道。
血液是一种非牛顿流体，在切变率0.1～10 s-1范围内表现出触变特性。Huang(1972)利用不可逆热力学定律推导了触变流体的流变方程，即Huang氏方程[2]。后来的许多学者在血液触变性的实验研究中，应用此方程对血液的切应力-切变率曲线进行了拟合，从而得到描述血液触变特性的5个参数[3]。由于血液触变参数的测定使用的切变率是变化的，属于动态测定，因此比测定表观粘度用的固定切变率更接近于生理状况；而且多个触变参数可以从多方面描述血液的流变特性，具有更好的优越性[4]。
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本文首先建立了大鼠头部缺血及再灌注的实验模型，而后对缺血、缺血后再灌注不同时间的大鼠全血进行了血液触变性的研究，对实验结果用Huang氏方程进行拟合，以得到不同缺血时刻、缺血后再灌注不同时间血液的5个触变参数，以寻求脑缺血及再灌注下血液的流变学特性。
1 模型及方法
1.1 动物模型的建立
选取体重为280～300g的雄性SD大鼠，(中国人民解放军总医院动物中心提供)，采用浓度为8%的水合氯醛进行腹部注射麻醉，剂量为0.5ml/100g，麻醉后分离出两侧颈总动脉与一根左侧颈外静脉，其中一动脉与一静脉相接，另一根动脉用动脉夹夹住以造成脑缺血，脑缺血的模型建立如图1所示。打开动、静脉插管，取下动脉夹，恢复血液对脑的再灌即实现了缺血后再灌注的模型建立，如图2所示。缺血时间为1h；再灌流时间分别为1h、6h、12h。
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图1 缺血模型
图2 缺血再灌注模型
1.2 血液触变性的测量
1.2.1 血样的采集 血样的采集方法为：对缺血模型大鼠的股动脉插管，分别采集到缺血20、40、60min组血样；缺血再灌注的血样，分别于再灌注时间末通过左侧颈动脉插管取出。血液采集后，立即放入带有极少量肝素粉的实验小瓶内，以备测试。其中实验测试所需的血液量应不少于2ml，血液的放置时间不超过1h。
1.2.2 血液的测试 本文的实验测量在Low shear-40流变仪(瑞士 Contraves公司)上进行。实验过程中应将仪器探头调至测试圆桶中心，同时探头应保持洁净。血液的滞后环曲线测量过程中，仪器设置为：12s内切变率变化范围从0s-1到10s-1，再从10s-1降到0s-1。测量前，轻摇实验小瓶使血样均匀，用取样枪取出800μl放置于测试探头内。
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在本实验中，按上述血液触变性测量的实验条件，对正常组、缺血组、缺血再灌注组分别进行了测量。
2 结果与讨论
图3所示分别为大鼠正常组、缺血组和缺血再灌注组血液的切应力-切变率滞后环曲线。
图3 大鼠正常组、缺血组以及缺血再灌注组血液的切应力-切变率滞后环曲线
图中显示缺血组与正常组的曲线之间存在较大差异，缺血再灌注组则随着灌注时间的延长，逐渐向正常组靠近，由此可见灌注对血液的触变性具有恢复作用。
本文采用Huang氏方程对各组的测量曲线进行拟合：
Huang氏方程可表达为：
(1)
, 百拇医药
由于滞后环可以分成加载、卸载两部分，所以(1)式可用两个方程来表达。
当0≤t≤t1，切变率线性增加，切变率与时间的关系为：
(2)
Huang氏方程表达为：
(3)
由于本实验采用12s之内切变率等时间地从0s-1升到10s-1，再从10s-1降到0s-1，所以α=5/3。
当t1≤t≤t2，切变率线性降低，切变率与时间的关系为：
(4)
, 百拇医药
Huang氏方程可写为：
(5)
其中t1是切变率达到最大值的时间，(
(t\-1))是t=t1时的切变率，α是切变率随时间的变化率，α=5/3。
利用Huang's方程拟合各组实验曲线后所得到的触变性参数如表1所示。
表1 缺血、缺血再灌注血液的触变性参数(m:样本数)
τ0(mPa)
μ(mPa.s)
A
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C
n
正常状态
(m=3)
14.66± 4.27
23.36±3.70
0.396±0.43
0.764±0.20
5.506±6.93
缺血20分
(m=3)
13.26± 2.51
, 百拇医药
13.90±0.77*
0.451±0.44
0.086±0.77
4.450±0.95
缺血40分
(m=5)
12.70± 3.56
10.03±2.00*
0.820±0.98
0.650±1.36
6.34±3.65
, 百拇医药
缺血60分
(m=7)
10.54± 3.33
8.90±2.61*
0.504±1.36
0.024±2.23
1.478±3.86
缺血再灌注
1h(m=4)
37.20± 6.89*
19.22±8.40
, 百拇医药
0.566±1.34
0.368±0.26
4.960±5.61
缺血再灌注
6hs(m=3)
23.40±15.90
17.30±0.71
0.840±2.34
4.080±7.03
8.230±9.96
缺血再灌注
12hm(m=3)
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14.87± 2.75
17.20±4.86
0.337±1.23
0.882±4.51
2.170±3.65
*与正常组比较P<0.05
表1中各触变参数的物理意义如下，τ0:血液的屈服应力；μ：血液粘度的牛顿分量；C：对血液施加切应力时，叠连解体成单个红细胞的动力速率常数；A：切应力为零时，叠连和分散的单个红细胞之间分布的平衡常数；n:切应力使叠连解体的反应方次[2]。
表1结果显示：缺血过程中，τ0和μ的值随着缺血时间的增加逐渐降低。这是因为缺血期引起血细胞的代偿作用，特别是红细胞表面的代偿作用，使得红细胞表面负电荷增加从而使其发生凝聚的机会减少[5]，因此缺血期血液的屈服应力以及粘度值会降低。
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由表1可见，缺血再灌注1小时的τ0和μ明显大于缺血期的值，τ0甚至高于正常值，随着再灌注时间的增加，τ0逐渐回落至正常血液水平，同时μ也逐渐降低。这是因为再灌注早期会产生再灌注损伤，因此τ0和μ的值会在再灌注1小时时有明显增加。但长时间的再灌注可恢复对细胞的供血和供氧，因此血液性质逐渐恢复正常[6]。
本文对每一条曲线都采用不同的初值拟合3～5次以上，以消除初值对非线性拟合的影响。结果发现：在合适的初值范围内，τ0和μ基本保持稳定，A、C和n则会因为初值的微小差异而剧烈变化，因此本文中缺血、缺血再灌注对C、A和n值的影响没有显示明显的规律性，这有待于以后进一步的研究和改进。
基金项目：北京市自然科学基金项目(3982005)，北京市教委基金项目，北京市青年科技骨干培养基金项目。
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作者简介：廖东华(1970- )，女，讲师，博士。
参考文献
[1] 蔺世龙，刘景昌，张振炜.不同氧压暴露对沙鼠急性脑缺血脑膜微循环的作用.微循环学杂志，1996，6(2)：7～9
[2] Huang CR.A thermodynamic approach to generalised rheological equations of state for time-dependent and time-independent non-newtonian fluids.The Chem Eng J,1972,3:100～104
[3] Huang CR,Pan WD, Chen HQ,et al.Thixotropic properties of whole blood.Biorheology,1987,24:795～801
[4] 陈槐卿.血液流变学及其临床应用.成都：四川教育出版社，1989：43～48
[5] 胡金麟，宋欣.正常人的血液粘弹性和触变性研究.循循环学杂志，1998，8(1)：30～33
[6] 王迪浔，金惠铭.病理生理学.北京：人民卫生出版社，1996：301～326
(1999-04-22收稿，1999-05-13修回), http://www.100md.com
单位：廖东华 丁库克 曾衍钧(北京工业大学生物医学工程中心 北京 100022)；胡金麟(中国人民解放军总医院 北京 100853)；宋欣(中国人民解放军总医院 北京 100853)
关键词：缺血；缺血再灌注；触变性
北京生物医学工程000209 摘 要 本文建立了大鼠脑缺血及再灌注模型，并对缺血以及缺血后再灌注不同时间的血液触变性进行了实验研究，用Huang's方程拟合实验曲线以得到各组血液的5个触变性参数。结果表明：缺血以及缺血后再灌注不同时间，对血液触变性参数有明显的影响。缺血过程中，τ0和μ的值随着缺血时间的增加逐渐降低，缺血再灌注1小时的τ0和μ明显大于缺血期的值，τ0也高于正常值，随着再灌注时间的增加，τ0逐渐回落至正常血液水平，同时μ也逐渐降低。
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Thixotropic Properties of Whole Rat Blood Under Cerebral Ischemia and Reperfusion
Liao Donghua, Ding Cook, Zeng Yanjun
(Biomedical Engineering Center,Beijing Polytechnic University, Beijing 100022)
Hu Jinlin, Songxin
(China PLA Genernal Hospital,Beijing 100853)
Abstract
The rat model of cerebral ischemia and reperfusion was constracted in the experiment to study the thixotropic properties of whole rat blood.Five thixotropic parameters were obtained from the experiment curve line,fitted with Huang's equations.The results showed:significant differences existed between the thixotroptic parameters and for the length of time of cerebral ischemia with reperfusion.Along and increaing of cerebral ischemia time,the values of τ0 and μ declined gradually.After an hour of reperfusion,the values of τ0 and μ were significantly greater than these just only of cerebral ischemia.And the value of τ0 was even higher than the normal one.With the increase of reperfusion time, the value of τ0 returned to normal level gradually,and at the same time,the value of μ is also decreased gradually.
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Key words:Cerebral ischemia, Cerebral ischemia and reperfusion, Thixotropic properties
0 引言
脑组织缺血及再灌注可引起血管内皮细胞损伤，从而对微血管通透性产生影响。有研究表明，在运动脑缺血过程中，会出现微循环血流明显减慢，红细胞呈重度聚集的现象；当颈动脉再灌注时，脑膜血管的血流加快，红细胞聚集程度逐渐减轻。由此可见，在脑组织缺血及再灌注过程中，血液的组分及血液的流变学性质也在相应地发生改变[1]。但是，目前脑缺血及再灌注下血液触变性的研究，还鲜有报道。
血液是一种非牛顿流体，在切变率0.1～10 s-1范围内表现出触变特性。Huang(1972)利用不可逆热力学定律推导了触变流体的流变方程，即Huang氏方程[2]。后来的许多学者在血液触变性的实验研究中，应用此方程对血液的切应力-切变率曲线进行了拟合，从而得到描述血液触变特性的5个参数[3]。由于血液触变参数的测定使用的切变率是变化的，属于动态测定，因此比测定表观粘度用的固定切变率更接近于生理状况；而且多个触变参数可以从多方面描述血液的流变特性，具有更好的优越性[4]。
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本文首先建立了大鼠头部缺血及再灌注的实验模型，而后对缺血、缺血后再灌注不同时间的大鼠全血进行了血液触变性的研究，对实验结果用Huang氏方程进行拟合，以得到不同缺血时刻、缺血后再灌注不同时间血液的5个触变参数，以寻求脑缺血及再灌注下血液的流变学特性。
1 模型及方法
1.1 动物模型的建立
选取体重为280～300g的雄性SD大鼠，(中国人民解放军总医院动物中心提供)，采用浓度为8%的水合氯醛进行腹部注射麻醉，剂量为0.5ml/100g，麻醉后分离出两侧颈总动脉与一根左侧颈外静脉，其中一动脉与一静脉相接，另一根动脉用动脉夹夹住以造成脑缺血，脑缺血的模型建立如图1所示。打开动、静脉插管，取下动脉夹，恢复血液对脑的再灌即实现了缺血后再灌注的模型建立，如图2所示。缺血时间为1h；再灌流时间分别为1h、6h、12h。
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图1 缺血模型
图2 缺血再灌注模型
1.2 血液触变性的测量
1.2.1 血样的采集 血样的采集方法为：对缺血模型大鼠的股动脉插管，分别采集到缺血20、40、60min组血样；缺血再灌注的血样，分别于再灌注时间末通过左侧颈动脉插管取出。血液采集后，立即放入带有极少量肝素粉的实验小瓶内，以备测试。其中实验测试所需的血液量应不少于2ml，血液的放置时间不超过1h。
1.2.2 血液的测试 本文的实验测量在Low shear-40流变仪(瑞士 Contraves公司)上进行。实验过程中应将仪器探头调至测试圆桶中心，同时探头应保持洁净。血液的滞后环曲线测量过程中，仪器设置为：12s内切变率变化范围从0s-1到10s-1，再从10s-1降到0s-1。测量前，轻摇实验小瓶使血样均匀，用取样枪取出800μl放置于测试探头内。
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在本实验中，按上述血液触变性测量的实验条件，对正常组、缺血组、缺血再灌注组分别进行了测量。
2 结果与讨论
图3所示分别为大鼠正常组、缺血组和缺血再灌注组血液的切应力-切变率滞后环曲线。
图3 大鼠正常组、缺血组以及缺血再灌注组血液的切应力-切变率滞后环曲线
图中显示缺血组与正常组的曲线之间存在较大差异，缺血再灌注组则随着灌注时间的延长，逐渐向正常组靠近，由此可见灌注对血液的触变性具有恢复作用。
本文采用Huang氏方程对各组的测量曲线进行拟合：
Huang氏方程可表达为：
(1), 百拇医药
由于滞后环可以分成加载、卸载两部分，所以(1)式可用两个方程来表达。
当0≤t≤t1，切变率线性增加，切变率与时间的关系为：
(2)Huang氏方程表达为：
(3)由于本实验采用12s之内切变率等时间地从0s-1升到10s-1，再从10s-1降到0s-1，所以α=5/3。
当t1≤t≤t2，切变率线性降低，切变率与时间的关系为：
(4), 百拇医药
Huang氏方程可写为：
(5)其中t1是切变率达到最大值的时间，(
(t\-1))是t=t1时的切变率，α是切变率随时间的变化率，α=5/3。利用Huang's方程拟合各组实验曲线后所得到的触变性参数如表1所示。
表1 缺血、缺血再灌注血液的触变性参数(m:样本数)
τ0(mPa)
μ(mPa.s)
A
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C
n
正常状态
(m=3)
14.66± 4.27
23.36±3.70
0.396±0.43
0.764±0.20
5.506±6.93
缺血20分
(m=3)
13.26± 2.51
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13.90±0.77*
0.451±0.44
0.086±0.77
4.450±0.95
缺血40分
(m=5)
12.70± 3.56
10.03±2.00*
0.820±0.98
0.650±1.36
6.34±3.65
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缺血60分
(m=7)
10.54± 3.33
8.90±2.61*
0.504±1.36
0.024±2.23
1.478±3.86
缺血再灌注
1h(m=4)
37.20± 6.89*
19.22±8.40
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0.566±1.34
0.368±0.26
4.960±5.61
缺血再灌注
6hs(m=3)
23.40±15.90
17.30±0.71
0.840±2.34
4.080±7.03
8.230±9.96
缺血再灌注
12hm(m=3)
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14.87± 2.75
17.20±4.86
0.337±1.23
0.882±4.51
2.170±3.65
*与正常组比较P<0.05
表1中各触变参数的物理意义如下，τ0:血液的屈服应力；μ：血液粘度的牛顿分量；C：对血液施加切应力时，叠连解体成单个红细胞的动力速率常数；A：切应力为零时，叠连和分散的单个红细胞之间分布的平衡常数；n:切应力使叠连解体的反应方次[2]。
表1结果显示：缺血过程中，τ0和μ的值随着缺血时间的增加逐渐降低。这是因为缺血期引起血细胞的代偿作用，特别是红细胞表面的代偿作用，使得红细胞表面负电荷增加从而使其发生凝聚的机会减少[5]，因此缺血期血液的屈服应力以及粘度值会降低。
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由表1可见，缺血再灌注1小时的τ0和μ明显大于缺血期的值，τ0甚至高于正常值，随着再灌注时间的增加，τ0逐渐回落至正常血液水平，同时μ也逐渐降低。这是因为再灌注早期会产生再灌注损伤，因此τ0和μ的值会在再灌注1小时时有明显增加。但长时间的再灌注可恢复对细胞的供血和供氧，因此血液性质逐渐恢复正常[6]。
本文对每一条曲线都采用不同的初值拟合3～5次以上，以消除初值对非线性拟合的影响。结果发现：在合适的初值范围内，τ0和μ基本保持稳定，A、C和n则会因为初值的微小差异而剧烈变化，因此本文中缺血、缺血再灌注对C、A和n值的影响没有显示明显的规律性，这有待于以后进一步的研究和改进。
基金项目：北京市自然科学基金项目(3982005)，北京市教委基金项目，北京市青年科技骨干培养基金项目。
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作者简介：廖东华(1970- )，女，讲师，博士。
参考文献
[1] 蔺世龙，刘景昌，张振炜.不同氧压暴露对沙鼠急性脑缺血脑膜微循环的作用.微循环学杂志，1996，6(2)：7～9
[2] Huang CR.A thermodynamic approach to generalised rheological equations of state for time-dependent and time-independent non-newtonian fluids.The Chem Eng J,1972,3:100～104
[3] Huang CR,Pan WD, Chen HQ,et al.Thixotropic properties of whole blood.Biorheology,1987,24:795～801
[4] 陈槐卿.血液流变学及其临床应用.成都：四川教育出版社，1989：43～48
[5] 胡金麟，宋欣.正常人的血液粘弹性和触变性研究.循循环学杂志，1998，8(1)：30～33
[6] 王迪浔，金惠铭.病理生理学.北京：人民卫生出版社，1996：301～326
(1999-04-22收稿，1999-05-13修回), http://www.100md.com