糖尿病大鼠主动脉的重建
作者：徐瑞生 姜宗来 张传森 陈尔瑜 刘波
单位：徐瑞生 姜宗来 张传森 陈尔瑜 刘波(第二军医大学解剖学教研室，生物医学工程研究所，上海 200433)
关键词：糖尿病；血管重建；主动脉；生物力学；大鼠
解剖学报000119 摘 要：目的 探讨糖尿病大动脉形态结构重建和功能重建的特征以及两者的内在联系。 方法 应用形态学、生物力学和计算机图像分析等方法，观察了糖尿病大鼠主动脉的几何形态、显微结构成分含量和在体顺应性。 结果 (1)糖尿病大鼠主动脉的结构重建以血管肥厚为特征，平滑肌细胞的生长出现最早，继而出现胶原纤维面积进行性增大和弹性纤维面积减小；(2)糖尿病时主动脉的顺应性大小改变出现较早，随着病程呈进行性下降；(3)糖尿病大鼠主动脉的顺应性与血管壁的C/E值显著相关。 结论 糖尿病时长期的高血糖环境，引起主动脉壁胶原纤维堆积和C/E值增大，导致了血管生物力学特性的改变，而顺应性可作为监测糖尿病血管功能的一项敏感指标。
, 百拇医药
分类号：R587.1 文献标识码：A
文章编号：0529-1356(2000)01-77
REMODELING OF AORTA IN STZ-INDUCED DIABETIC RATS
XU Rui-sheng
(Department of Anatomy,Institute of Biomedical Engineering,the Second Military Medical University,Shanghai 200433,China)
JIANG Zong-lai
(Department of Anatomy,Institute of Biomedical Engineering,the Second Military Medical University,Shanghai 200433,China)
, 百拇医药
ZHANG Chuan-sen
(Department of Anatomy,Institute of Biomedical Engineering,the Second Military Medical University,Shanghai 200433,China)
CHEN Er-yu,LIU Bo
(Department of Anatomy,Institute of Biomedical Engineering,the Second Military Medical University,Shanghai 200433,China)
Abstract：Objective To reveal morphological and biomechanical changes of the aorta and the morphological basis of vascular functional remodeling in strepozotocin-induced diabetic rats.Methods Morphological and computer image processing methods were used to observe structural remodeling and compliance in vivo of aorta.Results (1)The aortic structural remodeling in the diabetic rats expresses as vascular hypertrophy.Prior to collagen increase and elastin decreases,which results in the C/E ratio increase by degrees,the vascular smooth muscle cells' growth appears.(2)During diabetes development the aortic compliance changes early and decreases progressively which related to C/E ratio significantly.Conclusion It is suggested that the increase of collagen and the decreases of elastin in the aorta causes the increase of C/E ratio,which results in the decrease of aortic compliance.
, 百拇医药
Key words：Diabetes mellitus; Vascular remodeling; Aorta; Biomechanics; Rat▲
血管重建(remodeling)是指机体在生长、衰老和疾病等过程中，血管为适应体内外环境的变化而发生的形态结构和功能的改变。糖尿病大动脉的重建在形态学上表现为：内皮细胞增生、剥脱，平滑肌细胞增生和细胞外基质成分(如胶原纤维和弹性纤维)分子结构和组成的改变[1，2]；功能重建则主要表现为血管生物力学特性和血管壁通透性的改变等。这些改变加速了大动脉粥样硬化的形成和发展。大量研究表明，血管重建是糖尿病心脏病、糖尿病脑血管病、糖尿病肾病和糖尿病视网膜病等并发症的重要病理基础[3，4]。因此了解糖尿病的血管形态结构重建和功能重建的特征，对于糖尿病并发症的防治有重要意义。有关糖尿病血管形态结构重建和功能重建关系的研究报道甚少，为此，我们对糖尿病时主动脉的几何形态学，显微结构成分和在体顺应性进行观察，旨在探讨糖尿病大动脉形态结构重建和功能重建的特征以及两者的内在联系，为进一步从血管重建的角度预防和控制糖尿病慢性并发症提供必要的依据。
, 百拇医药
材料和方法
1.糖尿病模型的复制和分组
10周龄雄性Sprague-Dawley大鼠(上海西普尔-必凯实验动物有限公司)，体重200±10g。随机分为正常对照组(C组)和糖尿病组(DM组)，DM组用链脲佐菌素(streptozotocin,STZ,Sigma公司)复制模型，血糖值大于16.7mmol/L(3 000 mg/L)为模型复制成功。两组大鼠按DM组致病后的时间，再分别分为1、4、8、16和24周组，每组5只，进行以下实验。实验期间大鼠自由进食(大鼠标准饲料)、饮水。
2.主动脉在体顺应性的观测
术前测大鼠血糖和体重，腹腔注射乌拉坦(1.0～1.2mg/kg体重)麻醉后作颈总动脉插管，由计算机血管压力-直径(pressure-diameter，P-D)测量系统测量并记录颈总动脉压。打开腹腔后，作髂总动脉插管至腹主动脉，血压经压力传感器、动态电阻应变仪连计算机；然后暴露并游离腹主动脉下段，摄像机采集腹主动脉图像后由计算机图像分析系统同步实时记录主动脉外径和压力，采样速率为1 000次/min。每只大鼠随机选取5个心动周期的P-D数值，找出每个心动周期中血压最高值Pmax和最低值Pmin及其所对应的血管半径最大值Rmax和最小值Rmin，按下列公式计算血管顺应性(C)[5]：
, 百拇医药
C=ΔA/ΔP=2πRΔR/ΔP
其中：ΔP=Pmax-Pmin
ΔR=Rmax-Rmin
R=(Rmax+Rmin)/2
5个C值平均后得每只大鼠主动脉的C值。
3.主动脉的几何形态学和显微结构成分观测
术后处死动物，由颈总动脉行压力灌注固定，固定液为4%多聚甲醛，1%戊二醛(pH7.2)，灌注压为术中所测颈总动脉收缩压(115～140mmHg)。取腹主动脉，常规石蜡包埋，连续横切片，厚4μm。间隔取连续的4个血管横切面(血管环)，分别裱在4张载玻片上，每张载玻片上有4个血管环。4张切片分别进行：HE染色，NEUBERT酸性茜素蓝染平滑肌，苯胺蓝染胶原纤维和WEIGERT间苯二酚复红染弹性纤维。光镜下用计算机图像分析处理系统分别测量记录血管内径、外径、壁厚和壁面积；然后每一血管横截面取相互垂直的4个测量点，分别测量血管平滑肌细胞、胶原纤维和弹性纤维的绝对面积，取平均值。
, 百拇医药
4.统计学分析
实验结果均表示为均数±标准差(
±s)，用不配对t检验进行显著性分析，计算直线相关系数作相关性分析。
结 果
1.体重、血糖和血压
大鼠注射STZ后，血糖升高，出现多饮、多尿、消瘦和体重增长缓慢等糖尿病症状。糖尿病组各时相点动物体重均明显低于对照组(P<0.01)、血糖则明显高于对照组(P<0.01)，而两组大鼠组内各时相点之间血糖值无显著差异(P<0.05)。颈动脉压在两组动物之间及组内各时相点之间比较均无显著差异(P<0.05)，见表1。
表1 血糖、体重和血压变化(±s)
, 百拇医药
Table 1 Changes of blood glucose,body weight and blood pressure(±s)
1周
1st week
4周
4th week
8周
8th week
16周
16th week
24周
, 百拇医药
24th week
血糖(mmol/L)
C
4.8±1.2
4.3±1.0
4.8±1.0
4.4±0.6
4.7±0.8
blood glucose
DM
22.4±3.5**
22.4±1.4**
, 百拇医药
20.9± 3.6**
22.7±2.9**
21.8±2.4**
体重(g)
C
207.0±11.0
292.0±6.0
330.0±13.0
397.0±8.0
433.0±9.0
body weight
, http://www.100md.com
DM
170.0±15.0**
209.0±11.0**
220.0±10.0**
225.0±13.0**
252.0±7.0**
颈动脉压(kPa)
C
14.5±1.2
15.3±1.5
, 百拇医药 14.8±1.2
16.1±1.2
16.7±1.1
blood pressure
DM
14.7±0.9
15.9±1.2
16.9±1.7
17.2±0.9
17.5±0.8
*与正常组比(Compared with control group)P<0.05;**与正常组比(Compared with control group)P<0.01
, 百拇医药
2.主动脉的形态学重建
2.1 主动脉的几何形态学：糖尿病1～4周，大鼠主动脉的内径、外径、壁厚和壁面积与对照组比较均无显著差异(P>0.05)。8周时主动脉内径和外径显著大于对照组(P<0.05)，但壁厚比较无显著差异(P>0.05)。16周和24周时主动脉壁厚和壁面积较对照组显著增大(P<0.01)，表现为外径显著增大(P<0.05)而内径无显著差异(P>0.05)。主动脉壁厚与内径比值和壁面积与内径比值，在糖尿病1～8周，与对照组比较均无显著差异(P>0.05)，而16周和24周两者均显著高于对照组(P<0.01)，见表2。
表2 主动脉的几何形态学指标(±s)
Table 2 Geometric morphology of aorta(±s)
, 百拇医药
1周
1st week
4周
4th week
8周
8th week
16周
16th week
24周
24th week
外径(mm)
C
1.48±0.06
, http://www.100md.com
1.55±0.02
1.57±0.10
1.67±0.09
1.69±0.05
outer diameter
DM
1.49±0.06
1.60±0.06
1.70±0.02*
1.78±0.07*
1.81±0.10*
, 百拇医药
内径(mm)
C
1.34±0.05
1.40±0.01
1.42±0.09
1.51±0.08
1.53±0.02
inner diameter
DM
1.35±0.05
1.45±0.05
1.53±0.01*
, 百拇医药
1.60±0.06
1.62±0.09
壁厚(10-2mm)
C
6.78±0.43
7.08±0.27
7.37±0.75
7.69±0.24
7.99±0.36
thickness
DM
6.88±0.14
, http://www.100md.com
7.57±0.75
8.11±0.60
8.88±0.58**
9.49±0.13**
壁面积(10-1mm2)
C
3.01±0.30
3.28±0.16
3.48±0.24
3.86±0.31
4.05±0.28
, 百拇医药
area
DM
3.08±0.18
3.62±0.32
4.12±0.36*
4.68±0.59*
5.13±0.31**
*与正常组比(Compared with control group)P<0.05;**与正常组比(Compared with control group)P<0.01
2.2 主动脉的显微结构成分：糖尿病1周时，大鼠主动脉的平滑肌细胞、胶原纤维、弹性纤维的绝对面积和C/E值(胶原纤维绝对面积/弹性纤维绝对面积)，与对照组比较均无显著差异(P>0.05)。4周后主动脉的平滑肌绝对面积显著高于对照组(4周P<0.05；8、16和24周P<0.01)，胶原纤维绝对面积8周后显著高于对照组(P<0.05)，弹性纤维绝对面积8周后较对照组显著降低(8周P<0.05；16和24周P<0.01)。C/E值8周后糖尿病组较对照组显著增加(8和24周P<0.01；16周P<0.05)，见表3。
, 百拇医药
表3 主动脉的显微结构成分(±s)
Table 3 Three microstructural components of aorta(±s)
1周
1st week
4周
4th week
8周
8th week
16周
, http://www.100md.com
16th week
24周
24th week
平滑肌(10-3mm2)
C
2.30±0.13
2.52±0.12
2.74±0.15
2.81±0.13
3.22±0.19
smooth muscle cells
, 百拇医药
DM
2.38±0.29
2.73±0.15*
3.09±0.12**
3.32±0.27**
3.75±0.24**
胶原纤维(10-3mm2)
C
2.13±0.14
2.23±0.15
, 百拇医药
2.44±0.26
2.58±0.22
2.64±0.22
collagen
DM
2.16±0.29
2.27±0.19
2.77±0.15*
2.89±0.20*
3.02±0.22*
弹性纤维(10-3mm2)
, http://www.100md.com
C
3.62±0.45
3.56±0.33
3.47±0.25
3.34±0.24
3.31±0.13
elastin
DM
3.56±0.23
3.46±0.18
3.18±0.11*
3.05±0.10*
, 百拇医药
3.03±0.04**
C/E值
C
0.59±0.07
0.63±0.03
0.71±0.09
0.78±0.10
0.80±0.05
collagen-elastin ratio
DM
0.61±0.09
, http://www.100md.com 0.66±0.04
0.87±0.05**
0.95±0.05*
1.00±0.07**
*与正常组比(Compared with control group)P<0.05;**与正常组比(Compared with control group)P<0.01
3.主动脉的在体顺应性
糖尿病大鼠主动脉的顺应性随着病程而逐渐降低，4周时主动脉的顺应性即显著低于对照组(P<0.01)，见表4。主动脉顺应性与C/E值相关性研究显示，两者呈显著负相关，r=-0.89，P<0.01，见图1。
, 百拇医药
表4 主动脉的顺应性(10-3mm2/mmHg)(±s)
Table 4 Compliance of aorta(±s) 组别
groups
1周
1st week
4周
4th week
8周
8th week
, http://www.100md.com
16周
16th week
24周
24th week
正常对照组
normal control group
7.75±0.70
7.70±0.71
7.57±0.87
6.88±0.88
6.30±0.91
糖尿病组
, 百拇医药
diabetes mellitus group
7.38±0.86
6.68±0.71**
5.47±0.74**
4.53±0.80**
3.38±0.73**
*与正常组比(Compared with control group)P<0.05;**与正常组比(Compared with control group)P<0.01
, 百拇医药 图1 主动脉顺应性与C/E值的相关性
Fig.1 The relationship between aortic compliance an C/E ratio
图2A 糖尿病24周主动脉的几何形态。HE染色 ×6.6
Fig.2A Aortic geometric morphology of 24-week course diabetic rats.HE staining ×6.6
图2B 正常对照组主动脉的几何形态。HE染色 ×6.6
Fig.2B Aortic geometric morphology of normal control rats.HE staining ×6.6
, 百拇医药
图3A 糖尿病24周主动脉的平滑肌。NEUBERT酸性茜素蓝染色 ×132
Fig.3A Aortic smooth muscle cells of 24-week course diabetic rats.Neubert staining ×132
图3B 正常对照组主动脉的平滑肌。NEUBERT酸性茜素蓝染色 ×132
Fig.3B Aortic geometric morphology of normal control rats.Neubert staining ×132
图4A 糖尿病24周主动脉的胶原纤维。苯胺蓝染色 ×132
, 百拇医药
Fig.4A Aortic collagen of 24-week course diabetic rats.Aniline blue staining ×132
图4B 正常对照组主动脉的几何形态。苯胺蓝染色 ×132
Fig.4B Aortic collagen of normal control rats.Aniline blue staining ×132
图5A 糖尿病24周主动脉的弹性纤维。WEIGERT间苯二酚复红染色 ×132
Fig.5A Aortic elastin of 24-week course diabetic rats.Weigert staining ×132
, 百拇医药
图5B 正常对照组主动脉的弹性纤维。WEIGERT间苯二酚复红染色 ×132
Fig.5B Aortic elastin of normal control rats.Weigert staining ×132
讨 论
1.糖尿病主动脉形态结构重建的特点
本实验结果显示，糖尿病16周后主动脉形态结构重建呈现血管肥厚(hypertrophy)的特点，即外径明显增加，壁厚增加，而内径增加不明显。与自发性高血压大鼠相比，虽然两者主动脉的形态结构重建均表现为血管肥厚，但糖尿病大鼠主动脉的几何形态学改变出现较迟。糖尿病时血管结构重建的特点是血管平滑肌细胞和胶原纤维随着病程进行性增加，而弹性纤维进行性降低。与高血压引起的血管重建相比，差异主要表现在弹性纤维，高血压时主动脉壁弹性纤维仍缓慢增长。
, 百拇医药
血管平滑肌细胞是构成主动脉壁的主要细胞成分，具有成纤维细胞的功能；同时它又是多种细胞因子和血管活性物质作用的靶细胞，是糖尿病血管并发症研究的中心环节[6]，本研究结果表明，糖尿病4周时主动脉平滑肌细胞绝对面积明显大于对照组，这种变化的出现早于胶原纤维和弹性纤维的改变。本实验室的另一项研究证实，糖尿病大鼠主动脉血管平滑肌细胞绝对面积增加时，细胞核的数目增加(结果未列)，提示平滑肌细胞的增生在糖尿病主动脉重建时出现最早。
血管壁胶原纤维半衰期长，生理转换率低，随着年龄的增长，血管壁胶原纤维增加可导致血管硬度增加，这是血管“老化”的特征之一。糖尿病长期的高血糖环境加速了这一进程，引起血管壁胶原纤维量和质的改变，导致血管功能的变化。本实验结果表明，糖尿病病程中，主动脉胶原纤维面积进行性增加；其中4～8周，主动脉胶原纤维面积有一较大幅度的增长，可能与这期间血管壁糖化蛋白开始大量形成有关。
弹性纤维是构成主动脉壁主要的显微结构成分之一。本实验结果表明，糖尿病病程中，主动脉弹性纤维面积进行性降低；其中4～8周，下降幅度最大。
, 百拇医药
2.糖尿病主动脉的顺应性改变及其结构重建基础
顺应性是描述血管壁弹性的一项生物力学指标，反映了血管壁的硬化程度，并作为高血压和动脉粥样硬化等心血管疾病早期诊断和疗效评价的一项客观指标，广泛应用于临床[7]。我们观察了糖尿病时主动脉的在体顺应性，较血管离体顺应性能更好地反映主动脉的生理状态。
动脉的力学性质主要取决于中膜胶原纤维，弹性纤维和平滑肌细胞三者的性质、含量和空间构型。血管壁胶原纤维与弹性纤维的比值，即C/E值可作为描述血管硬度(stiffen)的一项经验指数[8]。血管C/E值升高时弹性膜量增大，血管顺应性降低，硬度增加。这些已在正常人和高血压动物的大血管和脏器血管中得以证实[8-10]。本研究观察了糖尿病大鼠主动脉在体顺应性变化和结构重建的关系，结果表明，糖尿病时主动脉C/E值随着病程逐渐上升，其中糖尿病4～8周主动脉C/E值增长幅度最大，是主动脉发生结构重建最为迅速的时期；同样，这一时期主动脉的顺应性也开始明显低于正常对照组。相关性研究结果显示，C/E值这一经验指数与糖尿病主动脉顺应性的改变显著相关。提示糖尿病时主动脉胶原纤维的堆积和弹性纤维的含量降低，引起C/E值升高，是主动脉力学性质改变的结构重建基础之一。
, 百拇医药
本实验结果显示，糖尿病时主动脉的顺应性降低出现较早，并随着病程进行性降低，且与主动脉的结构重建密切相关。顺应性的测量临床有多种无创伤方法，因此主动脉的顺应性可作为监测糖尿病患者血管功能和评价治疗效果的一项重要参考指标。■
作者简介：徐瑞生(1968—)，男，江苏金坛人，医学硕士，在读博士生
参考文献：
[1]Gelisgen R,Seven A,Oztürk M,et al.Sorbitol content and ultrastructure of the aortic tissue of strepotozocin diabetic rats: relation to plasma glucose,glycatey hemogiobin and blood sorbitol[J].Biochemiccal Society Transactions,1993,21(3):286.
, 百拇医药
[2]吴家祥，Luk M,Rger A,等.实验性糖尿病大鼠主动脉早期形态变化[J].白求恩医科大学学报，1987，13(6)：483～486.
[3]Yarom R,Zirkim H,Stammler G,et al.Human coronary microvessels in diabetes and ischaemia.morphometric study of autopsy material[J].J Pathol,1992,166(3):265-270.
[4]Stehouwer CDA,Fischer HRA,Van K AWR,et al.Endothelial dysfunction precedes development of microalbuminuria in IDDM[J].Diabetes,1995,44(4):561-564.
[5]程极济，林克椿.生物物理学[M].北京：人民教育出版社，1981：248～256.
, 百拇医药
[6]Hignshi T,Sano H,Saishoji T,et al.The receptor for advanced glycation end products mediates the chimotaxis of rat smooth muscle cells[J].Diabetes 1997,46(4):463-472.
[7]杨桂通.医用生物力学[M].北京：科学出版社，1994：254～266.
[8]姜宗来，何光篪.犬冠状动脉及有关动、静脉显微结构成分的定量分析[J].解剖学报，1990，21(4)：350～352.
[9]Jiang ZL.Studies on morphology and biomechanics of the coronary arteries[J].J Med Coll PLA,1995,10(4):237-242.
[10]Jiang ZL,He Guangchi.Quantitative analysis of microstructural components of human coronary arteries[J].J Med Coll PLA,1989,4(4):288-290.
收稿日期：1998-10-12
修回日期：1999-05-28, http://www.100md.com
单位：徐瑞生 姜宗来 张传森 陈尔瑜 刘波(第二军医大学解剖学教研室，生物医学工程研究所，上海 200433)
关键词：糖尿病；血管重建；主动脉；生物力学；大鼠
解剖学报000119 摘 要：目的 探讨糖尿病大动脉形态结构重建和功能重建的特征以及两者的内在联系。 方法 应用形态学、生物力学和计算机图像分析等方法，观察了糖尿病大鼠主动脉的几何形态、显微结构成分含量和在体顺应性。 结果 (1)糖尿病大鼠主动脉的结构重建以血管肥厚为特征，平滑肌细胞的生长出现最早，继而出现胶原纤维面积进行性增大和弹性纤维面积减小；(2)糖尿病时主动脉的顺应性大小改变出现较早，随着病程呈进行性下降；(3)糖尿病大鼠主动脉的顺应性与血管壁的C/E值显著相关。 结论 糖尿病时长期的高血糖环境，引起主动脉壁胶原纤维堆积和C/E值增大，导致了血管生物力学特性的改变，而顺应性可作为监测糖尿病血管功能的一项敏感指标。
, 百拇医药
分类号：R587.1 文献标识码：A
文章编号：0529-1356(2000)01-77
REMODELING OF AORTA IN STZ-INDUCED DIABETIC RATS
XU Rui-sheng
(Department of Anatomy,Institute of Biomedical Engineering,the Second Military Medical University,Shanghai 200433,China)
JIANG Zong-lai
(Department of Anatomy,Institute of Biomedical Engineering,the Second Military Medical University,Shanghai 200433,China)
, 百拇医药
ZHANG Chuan-sen
(Department of Anatomy,Institute of Biomedical Engineering,the Second Military Medical University,Shanghai 200433,China)
CHEN Er-yu,LIU Bo
(Department of Anatomy,Institute of Biomedical Engineering,the Second Military Medical University,Shanghai 200433,China)
Abstract：Objective To reveal morphological and biomechanical changes of the aorta and the morphological basis of vascular functional remodeling in strepozotocin-induced diabetic rats.Methods Morphological and computer image processing methods were used to observe structural remodeling and compliance in vivo of aorta.Results (1)The aortic structural remodeling in the diabetic rats expresses as vascular hypertrophy.Prior to collagen increase and elastin decreases,which results in the C/E ratio increase by degrees,the vascular smooth muscle cells' growth appears.(2)During diabetes development the aortic compliance changes early and decreases progressively which related to C/E ratio significantly.Conclusion It is suggested that the increase of collagen and the decreases of elastin in the aorta causes the increase of C/E ratio,which results in the decrease of aortic compliance.
, 百拇医药
Key words：Diabetes mellitus; Vascular remodeling; Aorta; Biomechanics; Rat▲
血管重建(remodeling)是指机体在生长、衰老和疾病等过程中，血管为适应体内外环境的变化而发生的形态结构和功能的改变。糖尿病大动脉的重建在形态学上表现为：内皮细胞增生、剥脱，平滑肌细胞增生和细胞外基质成分(如胶原纤维和弹性纤维)分子结构和组成的改变[1，2]；功能重建则主要表现为血管生物力学特性和血管壁通透性的改变等。这些改变加速了大动脉粥样硬化的形成和发展。大量研究表明，血管重建是糖尿病心脏病、糖尿病脑血管病、糖尿病肾病和糖尿病视网膜病等并发症的重要病理基础[3，4]。因此了解糖尿病的血管形态结构重建和功能重建的特征，对于糖尿病并发症的防治有重要意义。有关糖尿病血管形态结构重建和功能重建关系的研究报道甚少，为此，我们对糖尿病时主动脉的几何形态学，显微结构成分和在体顺应性进行观察，旨在探讨糖尿病大动脉形态结构重建和功能重建的特征以及两者的内在联系，为进一步从血管重建的角度预防和控制糖尿病慢性并发症提供必要的依据。
, 百拇医药
材料和方法
1.糖尿病模型的复制和分组
10周龄雄性Sprague-Dawley大鼠(上海西普尔-必凯实验动物有限公司)，体重200±10g。随机分为正常对照组(C组)和糖尿病组(DM组)，DM组用链脲佐菌素(streptozotocin,STZ,Sigma公司)复制模型，血糖值大于16.7mmol/L(3 000 mg/L)为模型复制成功。两组大鼠按DM组致病后的时间，再分别分为1、4、8、16和24周组，每组5只，进行以下实验。实验期间大鼠自由进食(大鼠标准饲料)、饮水。
2.主动脉在体顺应性的观测
术前测大鼠血糖和体重，腹腔注射乌拉坦(1.0～1.2mg/kg体重)麻醉后作颈总动脉插管，由计算机血管压力-直径(pressure-diameter，P-D)测量系统测量并记录颈总动脉压。打开腹腔后，作髂总动脉插管至腹主动脉，血压经压力传感器、动态电阻应变仪连计算机；然后暴露并游离腹主动脉下段，摄像机采集腹主动脉图像后由计算机图像分析系统同步实时记录主动脉外径和压力，采样速率为1 000次/min。每只大鼠随机选取5个心动周期的P-D数值，找出每个心动周期中血压最高值Pmax和最低值Pmin及其所对应的血管半径最大值Rmax和最小值Rmin，按下列公式计算血管顺应性(C)[5]：
, 百拇医药
C=ΔA/ΔP=2πRΔR/ΔP
其中：ΔP=Pmax-Pmin
ΔR=Rmax-Rmin
R=(Rmax+Rmin)/2
5个C值平均后得每只大鼠主动脉的C值。
3.主动脉的几何形态学和显微结构成分观测
术后处死动物，由颈总动脉行压力灌注固定，固定液为4%多聚甲醛，1%戊二醛(pH7.2)，灌注压为术中所测颈总动脉收缩压(115～140mmHg)。取腹主动脉，常规石蜡包埋，连续横切片，厚4μm。间隔取连续的4个血管横切面(血管环)，分别裱在4张载玻片上，每张载玻片上有4个血管环。4张切片分别进行：HE染色，NEUBERT酸性茜素蓝染平滑肌，苯胺蓝染胶原纤维和WEIGERT间苯二酚复红染弹性纤维。光镜下用计算机图像分析处理系统分别测量记录血管内径、外径、壁厚和壁面积；然后每一血管横截面取相互垂直的4个测量点，分别测量血管平滑肌细胞、胶原纤维和弹性纤维的绝对面积，取平均值。
, 百拇医药
4.统计学分析
实验结果均表示为均数±标准差(
±s)，用不配对t检验进行显著性分析，计算直线相关系数作相关性分析。结 果
1.体重、血糖和血压
大鼠注射STZ后，血糖升高，出现多饮、多尿、消瘦和体重增长缓慢等糖尿病症状。糖尿病组各时相点动物体重均明显低于对照组(P<0.01)、血糖则明显高于对照组(P<0.01)，而两组大鼠组内各时相点之间血糖值无显著差异(P<0.05)。颈动脉压在两组动物之间及组内各时相点之间比较均无显著差异(P<0.05)，见表1。
表1 血糖、体重和血压变化(
±s), 百拇医药
Table 1 Changes of blood glucose,body weight and blood pressure(
±s)1周
1st week
4周
4th week
8周
8th week
16周
16th week
24周
, 百拇医药
24th week
血糖(mmol/L)
C
4.8±1.2
4.3±1.0
4.8±1.0
4.4±0.6
4.7±0.8
blood glucose
DM
22.4±3.5**
22.4±1.4**
, 百拇医药
20.9± 3.6**
22.7±2.9**
21.8±2.4**
体重(g)
C
207.0±11.0
292.0±6.0
330.0±13.0
397.0±8.0
433.0±9.0
body weight
, http://www.100md.com
DM
170.0±15.0**
209.0±11.0**
220.0±10.0**
225.0±13.0**
252.0±7.0**
颈动脉压(kPa)
C
14.5±1.2
15.3±1.5
, 百拇医药 14.8±1.2
16.1±1.2
16.7±1.1
blood pressure
DM
14.7±0.9
15.9±1.2
16.9±1.7
17.2±0.9
17.5±0.8
*与正常组比(Compared with control group)P<0.05;**与正常组比(Compared with control group)P<0.01
, 百拇医药
2.主动脉的形态学重建
2.1 主动脉的几何形态学：糖尿病1～4周，大鼠主动脉的内径、外径、壁厚和壁面积与对照组比较均无显著差异(P>0.05)。8周时主动脉内径和外径显著大于对照组(P<0.05)，但壁厚比较无显著差异(P>0.05)。16周和24周时主动脉壁厚和壁面积较对照组显著增大(P<0.01)，表现为外径显著增大(P<0.05)而内径无显著差异(P>0.05)。主动脉壁厚与内径比值和壁面积与内径比值，在糖尿病1～8周，与对照组比较均无显著差异(P>0.05)，而16周和24周两者均显著高于对照组(P<0.01)，见表2。
表2 主动脉的几何形态学指标(
±s)Table 2 Geometric morphology of aorta(
±s), 百拇医药
1周
1st week
4周
4th week
8周
8th week
16周
16th week
24周
24th week
外径(mm)
C
1.48±0.06
, http://www.100md.com
1.55±0.02
1.57±0.10
1.67±0.09
1.69±0.05
outer diameter
DM
1.49±0.06
1.60±0.06
1.70±0.02*
1.78±0.07*
1.81±0.10*
, 百拇医药
内径(mm)
C
1.34±0.05
1.40±0.01
1.42±0.09
1.51±0.08
1.53±0.02
inner diameter
DM
1.35±0.05
1.45±0.05
1.53±0.01*
, 百拇医药
1.60±0.06
1.62±0.09
壁厚(10-2mm)
C
6.78±0.43
7.08±0.27
7.37±0.75
7.69±0.24
7.99±0.36
thickness
DM
6.88±0.14
, http://www.100md.com
7.57±0.75
8.11±0.60
8.88±0.58**
9.49±0.13**
壁面积(10-1mm2)
C
3.01±0.30
3.28±0.16
3.48±0.24
3.86±0.31
4.05±0.28
, 百拇医药
area
DM
3.08±0.18
3.62±0.32
4.12±0.36*
4.68±0.59*
5.13±0.31**
*与正常组比(Compared with control group)P<0.05;**与正常组比(Compared with control group)P<0.01
2.2 主动脉的显微结构成分：糖尿病1周时，大鼠主动脉的平滑肌细胞、胶原纤维、弹性纤维的绝对面积和C/E值(胶原纤维绝对面积/弹性纤维绝对面积)，与对照组比较均无显著差异(P>0.05)。4周后主动脉的平滑肌绝对面积显著高于对照组(4周P<0.05；8、16和24周P<0.01)，胶原纤维绝对面积8周后显著高于对照组(P<0.05)，弹性纤维绝对面积8周后较对照组显著降低(8周P<0.05；16和24周P<0.01)。C/E值8周后糖尿病组较对照组显著增加(8和24周P<0.01；16周P<0.05)，见表3。
, 百拇医药
表3 主动脉的显微结构成分(
±s)Table 3 Three microstructural components of aorta(
±s)1周
1st week
4周
4th week
8周
8th week
16周
, http://www.100md.com
16th week
24周
24th week
平滑肌(10-3mm2)
C
2.30±0.13
2.52±0.12
2.74±0.15
2.81±0.13
3.22±0.19
smooth muscle cells
, 百拇医药
DM
2.38±0.29
2.73±0.15*
3.09±0.12**
3.32±0.27**
3.75±0.24**
胶原纤维(10-3mm2)
C
2.13±0.14
2.23±0.15
, 百拇医药
2.44±0.26
2.58±0.22
2.64±0.22
collagen
DM
2.16±0.29
2.27±0.19
2.77±0.15*
2.89±0.20*
3.02±0.22*
弹性纤维(10-3mm2)
, http://www.100md.com
C
3.62±0.45
3.56±0.33
3.47±0.25
3.34±0.24
3.31±0.13
elastin
DM
3.56±0.23
3.46±0.18
3.18±0.11*
3.05±0.10*
, 百拇医药
3.03±0.04**
C/E值
C
0.59±0.07
0.63±0.03
0.71±0.09
0.78±0.10
0.80±0.05
collagen-elastin ratio
DM
0.61±0.09
, http://www.100md.com 0.66±0.04
0.87±0.05**
0.95±0.05*
1.00±0.07**
*与正常组比(Compared with control group)P<0.05;**与正常组比(Compared with control group)P<0.01
3.主动脉的在体顺应性
糖尿病大鼠主动脉的顺应性随着病程而逐渐降低，4周时主动脉的顺应性即显著低于对照组(P<0.01)，见表4。主动脉顺应性与C/E值相关性研究显示，两者呈显著负相关，r=-0.89，P<0.01，见图1。
, 百拇医药
表4 主动脉的顺应性(10-3mm2/mmHg)(
±s)Table 4 Compliance of aorta(
±s) 组别groups
1周
1st week
4周
4th week
8周
8th week
, http://www.100md.com
16周
16th week
24周
24th week
正常对照组
normal control group
7.75±0.70
7.70±0.71
7.57±0.87
6.88±0.88
6.30±0.91
糖尿病组
, 百拇医药
diabetes mellitus group
7.38±0.86
6.68±0.71**
5.47±0.74**
4.53±0.80**
3.38±0.73**
*与正常组比(Compared with control group)P<0.05;**与正常组比(Compared with control group)P<0.01
, 百拇医药 图1 主动脉顺应性与C/E值的相关性
Fig.1 The relationship between aortic compliance an C/E ratio
图2A 糖尿病24周主动脉的几何形态。HE染色 ×6.6
Fig.2A Aortic geometric morphology of 24-week course diabetic rats.HE staining ×6.6
图2B 正常对照组主动脉的几何形态。HE染色 ×6.6
Fig.2B Aortic geometric morphology of normal control rats.HE staining ×6.6
, 百拇医药
图3A 糖尿病24周主动脉的平滑肌。NEUBERT酸性茜素蓝染色 ×132
Fig.3A Aortic smooth muscle cells of 24-week course diabetic rats.Neubert staining ×132
图3B 正常对照组主动脉的平滑肌。NEUBERT酸性茜素蓝染色 ×132
Fig.3B Aortic geometric morphology of normal control rats.Neubert staining ×132
图4A 糖尿病24周主动脉的胶原纤维。苯胺蓝染色 ×132
, 百拇医药
Fig.4A Aortic collagen of 24-week course diabetic rats.Aniline blue staining ×132
图4B 正常对照组主动脉的几何形态。苯胺蓝染色 ×132
Fig.4B Aortic collagen of normal control rats.Aniline blue staining ×132
图5A 糖尿病24周主动脉的弹性纤维。WEIGERT间苯二酚复红染色 ×132
Fig.5A Aortic elastin of 24-week course diabetic rats.Weigert staining ×132
, 百拇医药
图5B 正常对照组主动脉的弹性纤维。WEIGERT间苯二酚复红染色 ×132
Fig.5B Aortic elastin of normal control rats.Weigert staining ×132
讨 论
1.糖尿病主动脉形态结构重建的特点
本实验结果显示，糖尿病16周后主动脉形态结构重建呈现血管肥厚(hypertrophy)的特点，即外径明显增加，壁厚增加，而内径增加不明显。与自发性高血压大鼠相比，虽然两者主动脉的形态结构重建均表现为血管肥厚，但糖尿病大鼠主动脉的几何形态学改变出现较迟。糖尿病时血管结构重建的特点是血管平滑肌细胞和胶原纤维随着病程进行性增加，而弹性纤维进行性降低。与高血压引起的血管重建相比，差异主要表现在弹性纤维，高血压时主动脉壁弹性纤维仍缓慢增长。
, 百拇医药
血管平滑肌细胞是构成主动脉壁的主要细胞成分，具有成纤维细胞的功能；同时它又是多种细胞因子和血管活性物质作用的靶细胞，是糖尿病血管并发症研究的中心环节[6]，本研究结果表明，糖尿病4周时主动脉平滑肌细胞绝对面积明显大于对照组，这种变化的出现早于胶原纤维和弹性纤维的改变。本实验室的另一项研究证实，糖尿病大鼠主动脉血管平滑肌细胞绝对面积增加时，细胞核的数目增加(结果未列)，提示平滑肌细胞的增生在糖尿病主动脉重建时出现最早。
血管壁胶原纤维半衰期长，生理转换率低，随着年龄的增长，血管壁胶原纤维增加可导致血管硬度增加，这是血管“老化”的特征之一。糖尿病长期的高血糖环境加速了这一进程，引起血管壁胶原纤维量和质的改变，导致血管功能的变化。本实验结果表明，糖尿病病程中，主动脉胶原纤维面积进行性增加；其中4～8周，主动脉胶原纤维面积有一较大幅度的增长，可能与这期间血管壁糖化蛋白开始大量形成有关。
弹性纤维是构成主动脉壁主要的显微结构成分之一。本实验结果表明，糖尿病病程中，主动脉弹性纤维面积进行性降低；其中4～8周，下降幅度最大。
, 百拇医药
2.糖尿病主动脉的顺应性改变及其结构重建基础
顺应性是描述血管壁弹性的一项生物力学指标，反映了血管壁的硬化程度，并作为高血压和动脉粥样硬化等心血管疾病早期诊断和疗效评价的一项客观指标，广泛应用于临床[7]。我们观察了糖尿病时主动脉的在体顺应性，较血管离体顺应性能更好地反映主动脉的生理状态。
动脉的力学性质主要取决于中膜胶原纤维，弹性纤维和平滑肌细胞三者的性质、含量和空间构型。血管壁胶原纤维与弹性纤维的比值，即C/E值可作为描述血管硬度(stiffen)的一项经验指数[8]。血管C/E值升高时弹性膜量增大，血管顺应性降低，硬度增加。这些已在正常人和高血压动物的大血管和脏器血管中得以证实[8-10]。本研究观察了糖尿病大鼠主动脉在体顺应性变化和结构重建的关系，结果表明，糖尿病时主动脉C/E值随着病程逐渐上升，其中糖尿病4～8周主动脉C/E值增长幅度最大，是主动脉发生结构重建最为迅速的时期；同样，这一时期主动脉的顺应性也开始明显低于正常对照组。相关性研究结果显示，C/E值这一经验指数与糖尿病主动脉顺应性的改变显著相关。提示糖尿病时主动脉胶原纤维的堆积和弹性纤维的含量降低，引起C/E值升高，是主动脉力学性质改变的结构重建基础之一。
, 百拇医药
本实验结果显示，糖尿病时主动脉的顺应性降低出现较早，并随着病程进行性降低，且与主动脉的结构重建密切相关。顺应性的测量临床有多种无创伤方法，因此主动脉的顺应性可作为监测糖尿病患者血管功能和评价治疗效果的一项重要参考指标。■
作者简介：徐瑞生(1968—)，男，江苏金坛人，医学硕士，在读博士生
参考文献：
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收稿日期：1998-10-12
修回日期：1999-05-28, http://www.100md.com