尾部悬吊大鼠不同部位动脉血管的分化性结构重塑变化及其可逆性*
作者：毛秦雯 张立藩 马进
单位：第四军医大学航空生理学教研室，西安 710032
关键词：模拟失重；血管脱锻炼；大鼠；动脉；形态学
航天医学与医学工程990204摘要: 目的 阐明模拟失重下，不同部位动脉血管的结构是否会发生不同性质的重塑变化，这些变化是否可逆。 方法 用 van Gieson-Orcein染色法观察了尾部悬吊4 wk(SUS-4)、悬吊4 wk后恢复1 wk(REC-1)、及对照(CON)大鼠后肢和头颈部动脉血管的形态学改变。 结果 股动脉及胫前动脉：与CON比较，SUS-4组的内径(d)与中膜面积(A) 均显著减小(P<0.05，P<0.01)；REC-1组的d与A尚未完全恢复，但差别已不显著。位于头颈部的颈总动脉与基底动脉的变化恰相反: 与CON相比，SUS-4组的d与A均显著增大(P<0.05，P<0.01)；REC-1组的d与A尚未完全恢复。 结论 模拟失重下，后身的动脉血管可发生萎缩性变化，而在头颈部则为肥厚性变化；解除模拟失重1 wk后仅见部分恢复，提示此种变化是可逆的。
, http://www.100md.com
中图分类号：R852.22 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(1999)02-0092-05
Differentiated Remodeling Changes of Medium-sized Arteries from Different
Body Parts in Tail-suspended Rats and Their Reversibility
MAO Qin-wen,ZHANG Li-fan, MA Jin.
Abstract: Objective The aim of the present study was to test whether medium-sized arteries in different body parts are differentially directed to achieve stimulus-specific remodeling to adapt local hemodynamic changes induced by tail-suspension, and to examine whether these structural changes are reversible. Method Morphological changes of femoral, anterior tibial, common carotid, and basilar arteries from 4 wk tail-suspended (SUS-4), 1 wk recovered (REC-1), and control (CON) rats were studied using van Gieson-Orcein staining method. Result For the hindquarter arteries, like the femoral and anterior tibial arteries, the lumen diameter (d) and medial tissue area (A) of SUS-4 group were significantly decreased (P<0.05,P<0.01) as compared with that of CON group, and that of REC-1 group were not fully recovered though the differences were not significant. With respect to arteries in the neck region and the brain, the remodeling changes were just in an opposite direction. In SUS-4 group, the d and A of both common carotid and basilar arteries were significantly increased (P<0.05,P<0.01) as compared with that of CON, and not fully restored after 1 wk recovery. Conclusion The structures of medium-sized arteries in different body parts remodel differentially in response to local hemodynamic changes during simulated weightlessness and these changes were reversible.
, http://www.100md.com
Key words：simulated weightlessness;vascular deconditioning;rats;artery;morphology
Address reprint requests to:MAO Qin-wen.Department of Aerospace Physiology, The Fourth Military Medical University, Xi'an 710032,China
航天后的立位耐力降低直接影响航天人员返回再入时的安全、着陆后即刻的应急离舱能力，以及返回地面后对1G重力环境的再适应能力。对于其机理目前尚不完全了解，且仍缺乏有效对抗措施。自60年代以来，对飞行后心血管失调现象一贯注重从体液与血容量的调节、下肢静脉系统的顺应性、心脏功能状态以及心血管调节功能等进行研究，却长期忽视失重时动脉血管系统是否会发生功能与结构方面的变化[1～3]。虽然最近对航天员的观察[4]以及对模拟失重大鼠血流分布的研究[5]均已注意到下肢阻力血管及腹腔动脉系统的变化；然而，又多试图将此归结为动脉系统肾上腺素能反应性的改变[6]，全然忽略了动脉血管结构发生重塑变化的可能性。根据近年血管生物医学研究进展，对持续性的压力和/或流量变化，动脉血管均可发生适应性结构重塑变化[7，8]。失重/模拟失重下，身体上部/前部的血管内部压力持续升高，下部/后部压力持续降低[2]，是否可导致相应部位血管发生结构重塑改变？除Hargens于80年代末曾推测有此可能外，尚未见有关报道[2,9]。最近又发现模拟失重大鼠身体后部动脉血管的收缩反应性降低，并推想其主要原因可能在于收缩蛋白减少(萎缩)[10,11]。此外，脑部动脉血管是否也发生重塑变化亦有待阐明。为此，本工作以本实验室改进的长时间尾部悬吊大鼠模型模拟失重影响[12]，应用van Gieson-Orcein弹性纤维、胶原纤维、肌纤维合并染色，观察比较尾部悬吊4 wk(SUS-4),尾部悬吊4 wk恢复1 wk(REC-1)与同步对照(CON)大鼠股动脉、胫前动脉、颈总动脉与基底动脉的形态学改变。其目的在于阐明：(1)模拟失重下，动脉血管是否会发生结构重塑变化?(2)身体前、后部血管的重塑变化有何区别?(3)这种变化是否可逆？
, http://www.100md.com
方 法
模拟失重大鼠模型 雄性SD大鼠(体重250～300g)18只。动物被随机分为三组(每组n=6), 即尾部悬吊4 wk(SUS-4)、尾部悬吊4 wk后恢复1 wk(REC-1)及同步饲养的对照组(CON)。按文献[12]方法进行尾部悬吊与饲养。CON组各有3只动物分别与SUS-4及REC-1组同时取材。动物饲养与实验均遵照第四军医大学实验动物饲养与使用规定进行。
标本制备 腹腔内注射戊巴比妥钠(45 mg/kg)将动物麻醉，对右侧颈总动脉和股动脉分别插管。在3.4 kPa压力下用Krebs液(含硝普钠10μg/ml, 37℃)灌流15 min。而后在相同压力下以4%多聚甲醛各250 ml灌注固定。剪取已固定的右侧股动脉、胫前动脉、颈总动脉及脑基底动脉各0.5 cm。股动脉和胫前动脉分别以腹股沟韧带和动脉向胫前动脉分支处作为标志点向远心端取材。颈总动脉以颈内、外动脉分叉处为标志点向近心端剪取。基底动脉以两侧椎动脉交汇处为标志点向远心端剪取。标本置入Bouin液后固定12 h，再依次浸入70%、80%、90%、95%及100%的酒精各15 min脱水, 入二甲苯15 min透明，石蜡包埋，切片，厚度为5 μm。为表明尾部悬吊大鼠的脱锻炼程度，同时称取一侧有代表性后肢肌肉的重量。
, http://www.100md.com
试剂 地衣红(Orcein)染液： 地衣红1 g，70%酒精100 ml， HCl 1 ml。van Gieson氏液： 苦味酸饱和溶液90 ml，1%酸性复红10 ml，临用时配制。地衣红与酸性复红均购自Sigma公司。
van Gieson-Orcein弹性纤维、胶原纤维、肌纤维合并染色程序 切片经二甲苯脱蜡，浓度逐渐下降的梯度酒精入水。入地衣红染液中染色30 min，水洗，再蒸馏水洗。Ehrlich苏木精染色10～15 min，水洗。入van-Gieson液染色5～15 min，吸水纸吸干。先后经95%与100%酒精分色。二甲苯透明，中性树胶封片。
参数测量与统计处理 每段血管选取5张切片。在10×目镜(内装测微尺，精确度0.1 mm)、10×物镜下，对血管横断面按90°间隔测量血管内径(d)与中膜厚度(t)，并计算中膜横截面积A(A=π×[(r+t)2-r2 ], r=d/2)[13]。结果以(
±s)表示。组间数据比较由t检验测定差别是否具有显著意义。
, 百拇医药
结 果
各组大鼠取材时的体重及后肢肌肉的重量见表1。三组大鼠体重无显著差别。在 SUS-4与REC-1组，比目鱼肌、腓肠肌及胫前肌的重量均显著小于CON组(P<0.01)；而跖肌、指长伸肌的重量，在三组之间则无显著差别。以上表明SUS-4组已出现后肢抗重力肌萎缩；解除模拟失重后1 wk，仍未恢复。
表1 对照(CON)、尾部悬吊4 wk(SUS-4)及悬吊4 wk后恢复1 wk(REC-1)
大鼠的体重(g)及后肢肌肉的重量(g)(±s)
Table 1 Body weight (g) and weights of hindlimb muscles (g) from control (CON),4 wk tail-suspended (SUS-4) and 1 wk recovered
, http://www.100md.com
(REC-1) rats(±s) 项目(items)
CON(n=6)
SUS-4(n=6)
REC-1(n=6)
体重(body weight)
338.00±6
324.00±3
300.00±5
肌重(muscle weight)
, http://www.100md.com
比目鱼肌(soleus)
0.14±0.01
0.07±0.01**
0.11±0.01**
腓肠肌(gastrocnemius)
1.81±0.03
1.38±0.03**
1.37±0.04**
颈前肌(tibialis anterior)
0.72±0.05
, 百拇医药
0.61±0.02**
0.58±0.02**
跖肌(plantaris)
0.38±0.05
0.33±0.01
0.33±0.01
指长伸肌(extensor digitorum longus)
0.19±0.01
0.16±0.01
0.16±0.01
, 百拇医药 注：*P<0.05,**P<0.01,与CON组相比 Note:*P<0.05,**P<0.01,as compared with CON
van Gieson-Orcein染色后，血管壁的肌纤维呈黄色，弹性纤维呈棕褐色，而胶原纤维则呈红色，使血管壁结构得以清晰显示。股动脉、颈总动脉和基底动脉的内弹力层均较平滑，表明这些血管皆已处于充分松弛状态。光镜下，颈总动脉具有典型的大动脉结构特点：管腔较大、管壁相对较薄，且中膜有丰富的弹力膜。而作为中动脉的股动脉及胫前动脉，中膜较厚且平滑肌为其主要成分，而位于股动脉远心端的胫前动脉的中膜厚度与管径之比较股动脉更大。基底动脉虽是中动脉，但结构有其特殊性，它的内弹力膜较厚，中膜平滑肌层较薄。
各动脉血管的形态学参数测量结果见表2。 胫前动脉：与CON组相比，SUS-4组的d与A分别减小了18% (P<0.01)与 21% (P<0.01)；REC-1组的d与A仍呈降低趋势，但差别已不显著。股动脉：与CON比较，SUS-4组的内径d与中膜面积A分别减小了7%(P<0.05)与8%(P<0.05)；REC-1组的d与A尚未完全恢复，但差别已不显著。位于头颈部的颈总动脉与基底动脉的变化恰相反。颈总动脉：与CON相比，SUS-4组的d与A分别增大9%(P<0.05)与12%(P<0.05)；REC-1组的d与A尚未完全恢复，但差别已不显著。基底动脉：SUS-4组的d与A分别增大25%(P<0.05)与36% (P<0.01)： REC-1组的d与A仍较CON组分别增大5%与9% (均为P<0.05)。各段血管的中膜厚度t在不同组间均无显著差别。
, 百拇医药
表2 对照(CON)、尾部悬吊4 wk(SUS-4)及悬吊4 wk后恢复1 wk(REC-1)大鼠身体前、后部位大、中动脉血管的形态测量参数
Table 2 Morphometric parameters of large and medium-sized arteries in rostral and caudal body parts from control(CON), 4 wk tail-suspended (SUS-4) and 1 wk recovered (REC-1) rats 形态参数(morphometric parameter)
CON (n=6)
SUS-4 (n=6)
REC-1 (n=6)
胫前动脉血管(anterior tibial artery)
, http://www.100md.com
d
0.55±0.01
0.45±0.01**
0.52±0.02
t
0.26±0.02
0.25±0.01
0.25±0.03
A
0.68±0.02
0.54±0.03**
0.62±0.03
, http://www.100md.com
股动脉血管(femoral artery)
d
5.46±0.06
5.12±0.05*
5.30±0.05
t
0.42±0.01
0.40±0.01
0.41±0.00
A
7.53±0.07
6.93±0.09*
, 百拇医药
7.35±0.10
颈总动脉血管(common carotid artery)
d
6.63±0.10
7.29±0.11*
6.82±0.11
t
0.33±0.01
0.34±0.01
0.33±0.01
A
, 百拇医药 7.25±0.12
8.14±0.14*
7.40±0.14
基底动脉血管(basilar artery)
d
1.71±0.06
2.15±0.08**
1.80±0.09*
t
0.18±0.01
0.20±0.01
, http://www.100md.com
0.19±0.01
A
1.08±0.04
1.47±0.06**
1.18±0.05*
注：d,内径(×100，μm);t,中膜厚度(×100，μm)；A，中膜组织面积(×10-2mm2);±s,*P<0.05,**P<0.01,与对照组相比
Note:d,lumen diameter (×100,μm); t, thickness of media (×100,μm); A, medial tissue area (×10-2,mm2);±s,*P<0.05,**P<0.01 as compared with CON讨 论
, 百拇医药
本研究结果表明，模拟失重可引起大鼠身体前、后部位动脉血管发生不同性质的结构重塑变化。后肢的动脉血管，如胫前动脉及股动脉，模拟失重4 wk后其内径及中膜面积均显著减小；解除模拟1 wk后仍呈降低趋势，但差别已不显著。胫前动脉的变化较股动脉更加明显。与之相反，颈部与脑的动脉，如颈总动脉与基底动脉，模拟失重4 wk后其内径及中膜面积均显著增大；解除1 wk后，仅有部分恢复。 基底动脉的变化较颈总动脉更为显著。以上结果还说明，越是远心端、管径越细、中膜比例越大的血管，其重塑变化也越显著并且提示，中期模拟失重所引起的这种变化可能是可逆的。
血管形态测量的可靠性依赖于血管活体形态保存的状况及测量参数的选择。而活体形态的保存与标本制备过程中固定方法、固定时血管的舒缩状态、取材位置及标本制备方法对细胞体积的影响有关。Lee[14]曾对此进行了详细的研究。其主要结论是：(1)采用低压(2.1～3.2 kPa)、低流量(1 ml/min/100g体重)灌注固定，并在固定前用含硝普钠的Krebs液冲除积血及使血管充分扩张，以使血管壁平滑肌细胞的变形减到最低程度，血管活体形态得到较好保存；(2)相互比较的血管标本须来自相对应的解剖位置；(3)测量参数中以血管壁中膜面积最为可靠。本实验严格按照Lee所推荐的方法操作。
, 百拇医药
上述结构重塑变化可能是机体对模拟失重下不同部位局部血液动力学条件的一种结构上的适应性现象。在尾部悬吊大鼠,头低位倾斜可使腹主动脉与股动脉血流量分别降低23%和40%[15]，虽然有关模拟失重大鼠头颈部血流量的变化情况尚无实验资料，但可从人卧床实验结果[16]推测头颈部血流也是增大的。我们在另一项工作中曾用小皮贴片技术观察到尾部悬吊4 wk大鼠颈总动脉内膜内皮细胞沿血流方向的长轴延长，而股动脉内膜内皮细胞的长轴变短，也支持关于模拟失重大鼠头部血流增大、后肢血流降低的观点[3]。失重时，由于流体静压效应消失，航天员身体上部及下部动脉血管压力较1G时分别发生持续升高及降低变化。模拟失重大鼠身体前、后部位动脉血管压力的变化与此相仿。故本工作所见模拟失重下不同部位血管的分化性重塑变化可能系由局部血流量、压力因素共同引起。
正如本文前言所述，以往失重心血管研究工作极少涉及动脉血管系统的变化，只是Hargens等[2,9]曾提出 “人长期处于失重环境下足部厚壁的动脉血管将出现萎缩，而头部薄壁的动脉血管将肥厚”的推想。本文首次报道了模拟失重下不同部位动脉血管分化性结构重塑的直接证据。传统的概念认为，已长成的动脉血管系统是一相对稳定的结构，很少会在较短时间的局部血液动力学变化作用下发生结构重塑。然而，Langille等[7]的工作表明，只需持续数日的局部血流变化即可引起动脉血管重塑发生。再者，近年血管生理研究已揭示出内皮源性舒张或收缩因子也分别是抑制或促进血管平滑肌生长的因子的普遍规律。从更广义角度，所有组织对局部活动与/或负荷的持续性改变，均以遗传决定的特有方式发生结构性改变，心血管亦不例外[8]。故本文所揭示的现象似也在意料之中。由此推想，航天失重下人体的动脉可能也会出现类似的改变。本工作结果也再次说明多学科、多层次的地面模拟实验研究对阐明失重心血管影响机理的重要性，因为失重条件下的人体研究要受到无创性实验方法的限制，难以揭示结构性适应变化。
, 百拇医药
联系本实验室的另一个系列工作[17]，我们提出了失重/模拟失重下循环系统两个主要效应器—心肌与动脉血管平滑肌的功能调整与结构重塑可能是造成航天飞行后立位耐力不良的重要机理之一[3]。
*基金项目：国家自然科学基金资助项目(39380021)
参考文献
[1]张立藩.本世纪末重力生理学面临的挑战[J].航天医学与医学工程，1996, 9(3)：222～227
[2]Watenpaugh DE,Hargens AR. The cardiovascular system in microgravity.In:Fregly MJ and CM Blatteis, eds. Handbook of Physiology: Environmental Physiology[M].New York: Oxford University Press, 1996,631～674
, http://www.100md.com
[3]Zhang Li-fan, Ma Jin, Mao Qin-wen et al.Plasticity of arterial vasculature during simulated weightlessness and its possible role in the genesis of postflight orthostatic intolerance[J].J Gravit Physiol, 1997,4(2)：97～100
[4]Buckey JC, Lane LD, Levine BD et al. Orthostatic intolerance after spaceflight[C].In:16th Annual International Gravitational Physiology Meeting,Program and Abstract,1995:Abstract 14
[5]McDonald KS, Delp MD,Fitts RH.Effects of hindlimb unweighting on tissue blood flow in the rat[J].J Appl Physiol, 1992, 72(6):2210～2218
, http://www.100md.com
[6]Convertino VA, Polet JL, Engelke KA et al.Increased β-adrenergic responsiveness induced by 14 days exposure to simulated microgravity[J]. J Gravit Physiol,1995,2(1):66～67
[7]Langille BL.Remodeling of developing and mature arteries: endothelium, smooth muscle,and matrix[J].J Cardiovasc Pharmacol, 1993, 21(suppl 1): S11～S17
[8]Folkow B. Structure and function of the arteries in hypertension[J]. Am Heart J,1987,114(4):938～948
, 百拇医药
[9]Hargens AR, Willard RW, Pettersson K et al.Gravitational hemodynamics and oedema prevention in the giraffe[J]. Nature,1987,329(6134):59～60
[10]Delp MD, HolderBinkley T, Laughlin MH. Vasoconstrictor properties of rat aorta are diminished by hindlimb unweighting[J]. J Appl Physiol, 1993,75(6):2620～2628
[11]Ma J, Zhang LF, Yu ZB. Effects of 14-day tail suspension on vasoreactivity of arteries from different parts of the body in rats[J].J Gravit Physiol, 1996,3(2):9～10
, 百拇医药
[12]陈 杰,马 进,丁兆平等.一种模拟失重影响的大鼠尾部悬吊模型[J].空间科学学报,1993,13(2):159～162
[13]Segal SS, Kurjiak DT, Caston AL. Endurance training increases arterial wall thickness in rats[J].J Appl Physiol, 1993,74(2):722～766
[14]Lee RMKW. Preservation of in vivo morphology of blood vessels for morphometric studies[J].Scanning Microscopy, 1987,1(3):1287～1293
[15]Roer RD and Dillaman RM. Decreased femoral arteries flow during simulated microgravity in the rat[J].J Appl Physiol,1994,76(5):2125～2129
, http://www.100md.com
[16]Kawai YK, Murthy G, Watenpaugh DE et al. Effects of 24 hours head-down tilt on cerebral blood flow velocity in humans[J].J Appl Physiol,1993,74(6):3046～3051
[17]Zhang Li-fan, Yu Zhi-bin, Ma Jin. Functional alterations in cardiac muscle after medium-or long-term simulated weightlessness and related cellular mechanisms[J].J Gravit Physiol,1995,2(1):5～8
收稿日期：1998-05-26, http://www.100md.com
单位：第四军医大学航空生理学教研室，西安 710032
关键词：模拟失重；血管脱锻炼；大鼠；动脉；形态学
航天医学与医学工程990204摘要: 目的 阐明模拟失重下，不同部位动脉血管的结构是否会发生不同性质的重塑变化，这些变化是否可逆。 方法 用 van Gieson-Orcein染色法观察了尾部悬吊4 wk(SUS-4)、悬吊4 wk后恢复1 wk(REC-1)、及对照(CON)大鼠后肢和头颈部动脉血管的形态学改变。 结果 股动脉及胫前动脉：与CON比较，SUS-4组的内径(d)与中膜面积(A) 均显著减小(P<0.05，P<0.01)；REC-1组的d与A尚未完全恢复，但差别已不显著。位于头颈部的颈总动脉与基底动脉的变化恰相反: 与CON相比，SUS-4组的d与A均显著增大(P<0.05，P<0.01)；REC-1组的d与A尚未完全恢复。 结论 模拟失重下，后身的动脉血管可发生萎缩性变化，而在头颈部则为肥厚性变化；解除模拟失重1 wk后仅见部分恢复，提示此种变化是可逆的。
, http://www.100md.com
中图分类号：R852.22 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(1999)02-0092-05
Differentiated Remodeling Changes of Medium-sized Arteries from Different
Body Parts in Tail-suspended Rats and Their Reversibility
MAO Qin-wen,ZHANG Li-fan, MA Jin.
Abstract: Objective The aim of the present study was to test whether medium-sized arteries in different body parts are differentially directed to achieve stimulus-specific remodeling to adapt local hemodynamic changes induced by tail-suspension, and to examine whether these structural changes are reversible. Method Morphological changes of femoral, anterior tibial, common carotid, and basilar arteries from 4 wk tail-suspended (SUS-4), 1 wk recovered (REC-1), and control (CON) rats were studied using van Gieson-Orcein staining method. Result For the hindquarter arteries, like the femoral and anterior tibial arteries, the lumen diameter (d) and medial tissue area (A) of SUS-4 group were significantly decreased (P<0.05,P<0.01) as compared with that of CON group, and that of REC-1 group were not fully recovered though the differences were not significant. With respect to arteries in the neck region and the brain, the remodeling changes were just in an opposite direction. In SUS-4 group, the d and A of both common carotid and basilar arteries were significantly increased (P<0.05,P<0.01) as compared with that of CON, and not fully restored after 1 wk recovery. Conclusion The structures of medium-sized arteries in different body parts remodel differentially in response to local hemodynamic changes during simulated weightlessness and these changes were reversible.
, http://www.100md.com
Key words：simulated weightlessness;vascular deconditioning;rats;artery;morphology
Address reprint requests to:MAO Qin-wen.Department of Aerospace Physiology, The Fourth Military Medical University, Xi'an 710032,China
航天后的立位耐力降低直接影响航天人员返回再入时的安全、着陆后即刻的应急离舱能力，以及返回地面后对1G重力环境的再适应能力。对于其机理目前尚不完全了解，且仍缺乏有效对抗措施。自60年代以来，对飞行后心血管失调现象一贯注重从体液与血容量的调节、下肢静脉系统的顺应性、心脏功能状态以及心血管调节功能等进行研究，却长期忽视失重时动脉血管系统是否会发生功能与结构方面的变化[1～3]。虽然最近对航天员的观察[4]以及对模拟失重大鼠血流分布的研究[5]均已注意到下肢阻力血管及腹腔动脉系统的变化；然而，又多试图将此归结为动脉系统肾上腺素能反应性的改变[6]，全然忽略了动脉血管结构发生重塑变化的可能性。根据近年血管生物医学研究进展，对持续性的压力和/或流量变化，动脉血管均可发生适应性结构重塑变化[7，8]。失重/模拟失重下，身体上部/前部的血管内部压力持续升高，下部/后部压力持续降低[2]，是否可导致相应部位血管发生结构重塑改变？除Hargens于80年代末曾推测有此可能外，尚未见有关报道[2,9]。最近又发现模拟失重大鼠身体后部动脉血管的收缩反应性降低，并推想其主要原因可能在于收缩蛋白减少(萎缩)[10,11]。此外，脑部动脉血管是否也发生重塑变化亦有待阐明。为此，本工作以本实验室改进的长时间尾部悬吊大鼠模型模拟失重影响[12]，应用van Gieson-Orcein弹性纤维、胶原纤维、肌纤维合并染色，观察比较尾部悬吊4 wk(SUS-4),尾部悬吊4 wk恢复1 wk(REC-1)与同步对照(CON)大鼠股动脉、胫前动脉、颈总动脉与基底动脉的形态学改变。其目的在于阐明：(1)模拟失重下，动脉血管是否会发生结构重塑变化?(2)身体前、后部血管的重塑变化有何区别?(3)这种变化是否可逆？
, http://www.100md.com
方 法
模拟失重大鼠模型 雄性SD大鼠(体重250～300g)18只。动物被随机分为三组(每组n=6), 即尾部悬吊4 wk(SUS-4)、尾部悬吊4 wk后恢复1 wk(REC-1)及同步饲养的对照组(CON)。按文献[12]方法进行尾部悬吊与饲养。CON组各有3只动物分别与SUS-4及REC-1组同时取材。动物饲养与实验均遵照第四军医大学实验动物饲养与使用规定进行。
标本制备 腹腔内注射戊巴比妥钠(45 mg/kg)将动物麻醉，对右侧颈总动脉和股动脉分别插管。在3.4 kPa压力下用Krebs液(含硝普钠10μg/ml, 37℃)灌流15 min。而后在相同压力下以4%多聚甲醛各250 ml灌注固定。剪取已固定的右侧股动脉、胫前动脉、颈总动脉及脑基底动脉各0.5 cm。股动脉和胫前动脉分别以腹股沟韧带和动脉向胫前动脉分支处作为标志点向远心端取材。颈总动脉以颈内、外动脉分叉处为标志点向近心端剪取。基底动脉以两侧椎动脉交汇处为标志点向远心端剪取。标本置入Bouin液后固定12 h，再依次浸入70%、80%、90%、95%及100%的酒精各15 min脱水, 入二甲苯15 min透明，石蜡包埋，切片，厚度为5 μm。为表明尾部悬吊大鼠的脱锻炼程度，同时称取一侧有代表性后肢肌肉的重量。
, http://www.100md.com
试剂 地衣红(Orcein)染液： 地衣红1 g，70%酒精100 ml， HCl 1 ml。van Gieson氏液： 苦味酸饱和溶液90 ml，1%酸性复红10 ml，临用时配制。地衣红与酸性复红均购自Sigma公司。
van Gieson-Orcein弹性纤维、胶原纤维、肌纤维合并染色程序 切片经二甲苯脱蜡，浓度逐渐下降的梯度酒精入水。入地衣红染液中染色30 min，水洗，再蒸馏水洗。Ehrlich苏木精染色10～15 min，水洗。入van-Gieson液染色5～15 min，吸水纸吸干。先后经95%与100%酒精分色。二甲苯透明，中性树胶封片。
参数测量与统计处理 每段血管选取5张切片。在10×目镜(内装测微尺，精确度0.1 mm)、10×物镜下，对血管横断面按90°间隔测量血管内径(d)与中膜厚度(t)，并计算中膜横截面积A(A=π×[(r+t)2-r2 ], r=d/2)[13]。结果以(
±s)表示。组间数据比较由t检验测定差别是否具有显著意义。, 百拇医药
结 果
各组大鼠取材时的体重及后肢肌肉的重量见表1。三组大鼠体重无显著差别。在 SUS-4与REC-1组，比目鱼肌、腓肠肌及胫前肌的重量均显著小于CON组(P<0.01)；而跖肌、指长伸肌的重量，在三组之间则无显著差别。以上表明SUS-4组已出现后肢抗重力肌萎缩；解除模拟失重后1 wk，仍未恢复。
表1 对照(CON)、尾部悬吊4 wk(SUS-4)及悬吊4 wk后恢复1 wk(REC-1)
大鼠的体重(g)及后肢肌肉的重量(g)(
±s)Table 1 Body weight (g) and weights of hindlimb muscles (g) from control (CON),4 wk tail-suspended (SUS-4) and 1 wk recovered
, http://www.100md.com
(REC-1) rats(
±s) 项目(items)CON(n=6)
SUS-4(n=6)
REC-1(n=6)
体重(body weight)
338.00±6
324.00±3
300.00±5
肌重(muscle weight)
, http://www.100md.com
比目鱼肌(soleus)
0.14±0.01
0.07±0.01**
0.11±0.01**
腓肠肌(gastrocnemius)
1.81±0.03
1.38±0.03**
1.37±0.04**
颈前肌(tibialis anterior)
0.72±0.05
, 百拇医药
0.61±0.02**
0.58±0.02**
跖肌(plantaris)
0.38±0.05
0.33±0.01
0.33±0.01
指长伸肌(extensor digitorum longus)
0.19±0.01
0.16±0.01
0.16±0.01
, 百拇医药 注：*P<0.05,**P<0.01,与CON组相比 Note:*P<0.05,**P<0.01,as compared with CON
van Gieson-Orcein染色后，血管壁的肌纤维呈黄色，弹性纤维呈棕褐色，而胶原纤维则呈红色，使血管壁结构得以清晰显示。股动脉、颈总动脉和基底动脉的内弹力层均较平滑，表明这些血管皆已处于充分松弛状态。光镜下，颈总动脉具有典型的大动脉结构特点：管腔较大、管壁相对较薄，且中膜有丰富的弹力膜。而作为中动脉的股动脉及胫前动脉，中膜较厚且平滑肌为其主要成分，而位于股动脉远心端的胫前动脉的中膜厚度与管径之比较股动脉更大。基底动脉虽是中动脉，但结构有其特殊性，它的内弹力膜较厚，中膜平滑肌层较薄。
各动脉血管的形态学参数测量结果见表2。 胫前动脉：与CON组相比，SUS-4组的d与A分别减小了18% (P<0.01)与 21% (P<0.01)；REC-1组的d与A仍呈降低趋势，但差别已不显著。股动脉：与CON比较，SUS-4组的内径d与中膜面积A分别减小了7%(P<0.05)与8%(P<0.05)；REC-1组的d与A尚未完全恢复，但差别已不显著。位于头颈部的颈总动脉与基底动脉的变化恰相反。颈总动脉：与CON相比，SUS-4组的d与A分别增大9%(P<0.05)与12%(P<0.05)；REC-1组的d与A尚未完全恢复，但差别已不显著。基底动脉：SUS-4组的d与A分别增大25%(P<0.05)与36% (P<0.01)： REC-1组的d与A仍较CON组分别增大5%与9% (均为P<0.05)。各段血管的中膜厚度t在不同组间均无显著差别。
, 百拇医药
表2 对照(CON)、尾部悬吊4 wk(SUS-4)及悬吊4 wk后恢复1 wk(REC-1)大鼠身体前、后部位大、中动脉血管的形态测量参数
Table 2 Morphometric parameters of large and medium-sized arteries in rostral and caudal body parts from control(CON), 4 wk tail-suspended (SUS-4) and 1 wk recovered (REC-1) rats 形态参数(morphometric parameter)
CON (n=6)
SUS-4 (n=6)
REC-1 (n=6)
胫前动脉血管(anterior tibial artery)
, http://www.100md.com
d
0.55±0.01
0.45±0.01**
0.52±0.02
t
0.26±0.02
0.25±0.01
0.25±0.03
A
0.68±0.02
0.54±0.03**
0.62±0.03
, http://www.100md.com
股动脉血管(femoral artery)
d
5.46±0.06
5.12±0.05*
5.30±0.05
t
0.42±0.01
0.40±0.01
0.41±0.00
A
7.53±0.07
6.93±0.09*
, 百拇医药
7.35±0.10
颈总动脉血管(common carotid artery)
d
6.63±0.10
7.29±0.11*
6.82±0.11
t
0.33±0.01
0.34±0.01
0.33±0.01
A
, 百拇医药 7.25±0.12
8.14±0.14*
7.40±0.14
基底动脉血管(basilar artery)
d
1.71±0.06
2.15±0.08**
1.80±0.09*
t
0.18±0.01
0.20±0.01
, http://www.100md.com
0.19±0.01
A
1.08±0.04
1.47±0.06**
1.18±0.05*
注：d,内径(×100，μm);t,中膜厚度(×100，μm)；A，中膜组织面积(×10-2mm2);
±s,*P<0.05,**P<0.01,与对照组相比Note:d,lumen diameter (×100,μm); t, thickness of media (×100,μm); A, medial tissue area (×10-2,mm2);
±s,*P<0.05,**P<0.01 as compared with CON讨 论, 百拇医药
本研究结果表明，模拟失重可引起大鼠身体前、后部位动脉血管发生不同性质的结构重塑变化。后肢的动脉血管，如胫前动脉及股动脉，模拟失重4 wk后其内径及中膜面积均显著减小；解除模拟1 wk后仍呈降低趋势，但差别已不显著。胫前动脉的变化较股动脉更加明显。与之相反，颈部与脑的动脉，如颈总动脉与基底动脉，模拟失重4 wk后其内径及中膜面积均显著增大；解除1 wk后，仅有部分恢复。 基底动脉的变化较颈总动脉更为显著。以上结果还说明，越是远心端、管径越细、中膜比例越大的血管，其重塑变化也越显著并且提示，中期模拟失重所引起的这种变化可能是可逆的。
血管形态测量的可靠性依赖于血管活体形态保存的状况及测量参数的选择。而活体形态的保存与标本制备过程中固定方法、固定时血管的舒缩状态、取材位置及标本制备方法对细胞体积的影响有关。Lee[14]曾对此进行了详细的研究。其主要结论是：(1)采用低压(2.1～3.2 kPa)、低流量(1 ml/min/100g体重)灌注固定，并在固定前用含硝普钠的Krebs液冲除积血及使血管充分扩张，以使血管壁平滑肌细胞的变形减到最低程度，血管活体形态得到较好保存；(2)相互比较的血管标本须来自相对应的解剖位置；(3)测量参数中以血管壁中膜面积最为可靠。本实验严格按照Lee所推荐的方法操作。
, 百拇医药
上述结构重塑变化可能是机体对模拟失重下不同部位局部血液动力学条件的一种结构上的适应性现象。在尾部悬吊大鼠,头低位倾斜可使腹主动脉与股动脉血流量分别降低23%和40%[15]，虽然有关模拟失重大鼠头颈部血流量的变化情况尚无实验资料，但可从人卧床实验结果[16]推测头颈部血流也是增大的。我们在另一项工作中曾用小皮贴片技术观察到尾部悬吊4 wk大鼠颈总动脉内膜内皮细胞沿血流方向的长轴延长，而股动脉内膜内皮细胞的长轴变短，也支持关于模拟失重大鼠头部血流增大、后肢血流降低的观点[3]。失重时，由于流体静压效应消失，航天员身体上部及下部动脉血管压力较1G时分别发生持续升高及降低变化。模拟失重大鼠身体前、后部位动脉血管压力的变化与此相仿。故本工作所见模拟失重下不同部位血管的分化性重塑变化可能系由局部血流量、压力因素共同引起。
正如本文前言所述，以往失重心血管研究工作极少涉及动脉血管系统的变化，只是Hargens等[2,9]曾提出 “人长期处于失重环境下足部厚壁的动脉血管将出现萎缩，而头部薄壁的动脉血管将肥厚”的推想。本文首次报道了模拟失重下不同部位动脉血管分化性结构重塑的直接证据。传统的概念认为，已长成的动脉血管系统是一相对稳定的结构，很少会在较短时间的局部血液动力学变化作用下发生结构重塑。然而，Langille等[7]的工作表明，只需持续数日的局部血流变化即可引起动脉血管重塑发生。再者，近年血管生理研究已揭示出内皮源性舒张或收缩因子也分别是抑制或促进血管平滑肌生长的因子的普遍规律。从更广义角度，所有组织对局部活动与/或负荷的持续性改变，均以遗传决定的特有方式发生结构性改变，心血管亦不例外[8]。故本文所揭示的现象似也在意料之中。由此推想，航天失重下人体的动脉可能也会出现类似的改变。本工作结果也再次说明多学科、多层次的地面模拟实验研究对阐明失重心血管影响机理的重要性，因为失重条件下的人体研究要受到无创性实验方法的限制，难以揭示结构性适应变化。
, 百拇医药
联系本实验室的另一个系列工作[17]，我们提出了失重/模拟失重下循环系统两个主要效应器—心肌与动脉血管平滑肌的功能调整与结构重塑可能是造成航天飞行后立位耐力不良的重要机理之一[3]。
*基金项目：国家自然科学基金资助项目(39380021)
参考文献
[1]张立藩.本世纪末重力生理学面临的挑战[J].航天医学与医学工程，1996, 9(3)：222～227
[2]Watenpaugh DE,Hargens AR. The cardiovascular system in microgravity.In:Fregly MJ and CM Blatteis, eds. Handbook of Physiology: Environmental Physiology[M].New York: Oxford University Press, 1996,631～674
, http://www.100md.com
[3]Zhang Li-fan, Ma Jin, Mao Qin-wen et al.Plasticity of arterial vasculature during simulated weightlessness and its possible role in the genesis of postflight orthostatic intolerance[J].J Gravit Physiol, 1997,4(2)：97～100
[4]Buckey JC, Lane LD, Levine BD et al. Orthostatic intolerance after spaceflight[C].In:16th Annual International Gravitational Physiology Meeting,Program and Abstract,1995:Abstract 14
[5]McDonald KS, Delp MD,Fitts RH.Effects of hindlimb unweighting on tissue blood flow in the rat[J].J Appl Physiol, 1992, 72(6):2210～2218
, http://www.100md.com
[6]Convertino VA, Polet JL, Engelke KA et al.Increased β-adrenergic responsiveness induced by 14 days exposure to simulated microgravity[J]. J Gravit Physiol,1995,2(1):66～67
[7]Langille BL.Remodeling of developing and mature arteries: endothelium, smooth muscle,and matrix[J].J Cardiovasc Pharmacol, 1993, 21(suppl 1): S11～S17
[8]Folkow B. Structure and function of the arteries in hypertension[J]. Am Heart J,1987,114(4):938～948
, 百拇医药
[9]Hargens AR, Willard RW, Pettersson K et al.Gravitational hemodynamics and oedema prevention in the giraffe[J]. Nature,1987,329(6134):59～60
[10]Delp MD, HolderBinkley T, Laughlin MH. Vasoconstrictor properties of rat aorta are diminished by hindlimb unweighting[J]. J Appl Physiol, 1993,75(6):2620～2628
[11]Ma J, Zhang LF, Yu ZB. Effects of 14-day tail suspension on vasoreactivity of arteries from different parts of the body in rats[J].J Gravit Physiol, 1996,3(2):9～10
, 百拇医药
[12]陈 杰,马 进,丁兆平等.一种模拟失重影响的大鼠尾部悬吊模型[J].空间科学学报,1993,13(2):159～162
[13]Segal SS, Kurjiak DT, Caston AL. Endurance training increases arterial wall thickness in rats[J].J Appl Physiol, 1993,74(2):722～766
[14]Lee RMKW. Preservation of in vivo morphology of blood vessels for morphometric studies[J].Scanning Microscopy, 1987,1(3):1287～1293
[15]Roer RD and Dillaman RM. Decreased femoral arteries flow during simulated microgravity in the rat[J].J Appl Physiol,1994,76(5):2125～2129
, http://www.100md.com
[16]Kawai YK, Murthy G, Watenpaugh DE et al. Effects of 24 hours head-down tilt on cerebral blood flow velocity in humans[J].J Appl Physiol,1993,74(6):3046～3051
[17]Zhang Li-fan, Yu Zhi-bin, Ma Jin. Functional alterations in cardiac muscle after medium-or long-term simulated weightlessness and related cellular mechanisms[J].J Gravit Physiol,1995,2(1):5～8
收稿日期：1998-05-26, http://www.100md.com