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機(jī)械加載對(duì)高血壓大鼠心血管及腎臟損傷的療效觀察

2018-04-03 06:58:26郭嘉露李心樂(lè)呂子成劉大全
關(guān)鍵詞:體脂高脂心室

郭嘉露 ,李心樂(lè) ,2,李 新 ,呂子成 ,張 瑋 ,劉大全 ,2,張 平 ,2

(1.天津醫(yī)科大學(xué)人體解剖與組織胚胎學(xué)系,天津300070;2.泰達(dá)國(guó)際心血管病醫(yī)院再生醫(yī)學(xué)中心,天津300457)

高血壓是常見(jiàn)的慢性疾病之一,2016年我國(guó)高血壓發(fā)病率為32.5%[1],其引發(fā)的心、腦血管及腎臟損傷嚴(yán)重影響著高血壓患者的預(yù)后。目前高血壓的治療強(qiáng)調(diào)生活方式改變與藥物治療相結(jié)合,二者缺一不可。研究表明有氧運(yùn)動(dòng)不僅可以減少藥物所需劑量,而且有助于降低高血壓患者和大鼠的血壓水平[2-4]。我們自主研發(fā)的脈沖式機(jī)械加載是模擬主動(dòng)有氧運(yùn)動(dòng)的物理康復(fù)療法。前期工作報(bào)道,機(jī)械加載通過(guò)對(duì)滑膜關(guān)節(jié)和骨產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力作用達(dá)到機(jī)體主動(dòng)物理運(yùn)動(dòng)的效果,已經(jīng)證實(shí)其在一定程度上可以降低機(jī)體的炎癥反應(yīng),并調(diào)節(jié)骨代謝、促進(jìn)骨折的愈合[5-6]。我們實(shí)驗(yàn)室的近期實(shí)驗(yàn)還表明,機(jī)械加載可以有效地改善高脂飲食導(dǎo)致的肥胖和脂肪肝(數(shù)據(jù)待發(fā)表)。但有關(guān)機(jī)械加載改善高鹽高脂導(dǎo)致的高血壓大鼠血壓以及臟器損傷的作用未見(jiàn)報(bào)道。本研究通過(guò)建立高鹽高脂誘發(fā)的高血壓大鼠模型,比較分析治療前后大鼠體質(zhì)量、體脂含量、BMI、血壓變化及血管、心臟、腎臟損傷指標(biāo),探索機(jī)械加載對(duì)高血壓及心臟、血管、腎臟損傷的影響。

1 材料和方法

1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物健康雌性SD大鼠50只,6周齡,體質(zhì)量200 g左右,購(gòu)于中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院動(dòng)物中心,其飼養(yǎng)和管理遵守天津醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理規(guī)定,本研究經(jīng)天津醫(yī)科大學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2主要儀器和試劑BP-100A全自動(dòng)無(wú)創(chuàng)血壓測(cè)量?jī)x購(gòu)自四川成都泰盟有限公司。機(jī)械加載儀器采用我們自主研發(fā)并制作的產(chǎn)品(已經(jīng)獲得中國(guó)專利批準(zhǔn))。其他設(shè)備和材料包括:高鹽高脂純化飼料(北京華阜康有限公司)、ImpediVET實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體組成測(cè)定分析儀采用我們自主研發(fā)并制作的產(chǎn)品(已經(jīng)獲得中國(guó)專利批準(zhǔn))。其他設(shè)備和材料包括:高鹽高脂純化飼料(北京華阜康有限公司)、ImpediVET實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體組成測(cè)定分析儀(上海怡耀科學(xué)儀器有限公司)、全身骨密度測(cè)量?jī)xXR-600(美國(guó)NORLAND公司)、RM 2255輪轉(zhuǎn)式切片機(jī)(德國(guó)Leica公司)、光學(xué)顯微鏡BX53(日本OLYMPUS公司)、SF-400電子稱(永康市轉(zhuǎn)金工貿(mào)有限公司)、電子天平(美國(guó)Mrttler Toledo公司)。

1.3方法

1.3.1分組和處理普通飲食喂養(yǎng)1周后,50只SD雌性大鼠隨機(jī)分為對(duì)照組10只、研究組40只。研究組給與32%kcal fat、8%NaCl的高鹽高脂飲食(北京華阜康有限公司,配方參考Research diets D12266B),用大小鼠無(wú)創(chuàng)尾動(dòng)脈測(cè)壓法監(jiān)測(cè)血壓(1次/周),收縮壓高于158 mmHg為高血壓造模成功的標(biāo)準(zhǔn)[7]。6周后22只大鼠造模成功。隨機(jī)選出高血壓大鼠20只,采用隨機(jī)數(shù)表法分為高鹽高脂模型組和高鹽高脂的機(jī)械加載治療組(n=10)。

1.3.2機(jī)械加載治療使用2%異氟烷(1.0~1.5 L/min流量)對(duì)治療組大鼠進(jìn)行吸入麻醉后,機(jī)械加載作用于腰椎關(guān)節(jié),設(shè)定加載頻率為5 Hz,力度為2 N,時(shí)間5 min/d,連續(xù)加載6周(圖1A)。對(duì)照組和模型組動(dòng)物放置在加載平臺(tái),僅接受麻醉而不進(jìn)行機(jī)械加載治療[8-9]。

1.3.3實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體組成測(cè)定分析實(shí)驗(yàn)大鼠麻醉后,采用ImpediVET實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體組成測(cè)定分析儀對(duì)實(shí)驗(yàn)大鼠進(jìn)行體成分分析(圖1B)。

1.3.4無(wú)創(chuàng)血壓測(cè)量本實(shí)驗(yàn)采用BP-100A全自動(dòng)無(wú)創(chuàng)血壓測(cè)量?jī)x測(cè)量大鼠安靜清醒狀態(tài)下尾動(dòng)脈血壓。測(cè)量前,大鼠0.5 h內(nèi)禁食、禁水,將大鼠置于大鼠固定器,尾部連接傳感器和阻斷器。將大鼠置于36~37℃恒溫環(huán)境中,連續(xù)測(cè)量大鼠尾動(dòng)脈收縮壓、舒張壓、平均尾動(dòng)脈壓3次,間隔60 s,取其平均值(圖1C)。

圖1 實(shí)驗(yàn)器材Fig 1 Experimental equipments

1.3.5取材、組織學(xué)觀察和分析大鼠麻醉后,打開(kāi)胸腔,在心尖處插入灌注針頭,同時(shí)剪開(kāi)右心耳,快速均勻的推入肝素生理鹽水,待右心耳流出的液體明顯變淺,換成4%多聚甲醛灌注,大約需要400~500 mL。灌注固定后迅速獲取心臟,去除周圍大血管,濾紙吸干心臟血液,稱取全心濕重。分離胸主動(dòng)脈段,去除多余組織,用生理鹽水沖洗主動(dòng)脈管腔的殘血。分離雙側(cè)腎。然后將心臟、胸主動(dòng)脈段、雙側(cè)腎放置4%甲醛溶液中固定,48 h后對(duì)心臟、胸主動(dòng)脈段及雙腎進(jìn)行脫水、透明、石蠟包埋處理,心臟及胸主動(dòng)脈經(jīng)橫斷面制成3 μm連續(xù)切片,腎臟經(jīng)腎門經(jīng)冠狀面制成3 μm連續(xù)切片[10-11],常規(guī)HE染色。顯微鏡下觀察心臟HE染色切片,使用OLYMPUS cell Sens Standard軟件測(cè)量心室壁厚度和心肌細(xì)胞的橫截面積[12],以此反映心室重構(gòu)程度。測(cè)定胸主動(dòng)脈中膜厚度和管腔面積的比值以及血管壁面積,以此反映血管重構(gòu)程度。此外,在×200倍鏡下計(jì)數(shù)腎間質(zhì)炎癥細(xì)胞數(shù),反映炎癥水平及腎臟損傷程度。

2 結(jié)果

2.1機(jī)械加載降低高鹽高脂高血壓大鼠的血壓各實(shí)驗(yàn)組大鼠收縮壓基線水平基本一致,無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。經(jīng)高鹽高脂喂養(yǎng)6周后,大鼠血壓達(dá)到高血壓標(biāo)準(zhǔn)(收縮壓持續(xù)穩(wěn)定在158 mmHg以上),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(表 1)。

表1 各實(shí)驗(yàn)組大鼠收縮壓造模后的比較(mmHg)Tab 1 Comparison of the systolic blood pressure after modeling(mmHg)

與對(duì)照組相比,模型組大鼠經(jīng)過(guò)12周高鹽高脂飲食后血壓值明顯升高。治療組大鼠經(jīng)過(guò)6周的機(jī)械加載治療后,血壓值與模型組相比有顯著的降低,其中收縮壓(P<0.05)、舒張壓(P<0.001)和平均尾動(dòng)脈壓(P<0.001)的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖 2)。

圖2 各組大鼠機(jī)械加載治療后血壓的變化Fig 2 Changes of blood pressure after mechanical loading

2.2機(jī)械加載降低高鹽高脂高血壓大鼠的體質(zhì)量、BMI值、體脂含量高鹽高脂模型組大鼠飼養(yǎng)12周后表現(xiàn)為體態(tài)肥胖,機(jī)械加載治療組大鼠體型基本恢復(fù)正常(圖3A)。全身骨密度儀掃描的體脂含量圖(黃色、橙色、藍(lán)色、紫色、黑色等顏色越淺,表明脂肪含量越高,圖3B)表明,模型組的脂肪含量明顯增加,機(jī)械加載治療后大鼠脂肪含量降低。大鼠體質(zhì)量和體成分分析證實(shí),經(jīng)高鹽高脂喂養(yǎng)12周后,大鼠體質(zhì)量、BMI、體脂含量均顯著增高,有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.001);經(jīng)機(jī)械加載治療后大鼠體質(zhì)量(P<0.01,圖 3C)、BMI(P<0.05,圖 3D)、體脂含量(P<0.01,圖3E)均顯著降低。

2.3機(jī)械加載改善高血壓導(dǎo)致的胸主動(dòng)脈病理進(jìn)程高鹽高脂飼養(yǎng)12周后,模型組大鼠胸主動(dòng)脈血管壁明顯增厚,血管壁面積增加,管腔狹窄,動(dòng)脈壁中層平滑肌細(xì)胞肥大,排列紊亂,血管壁與血管管腔的比值增大。機(jī)械加載治療后,上述血管指標(biāo)顯著改善(圖4)。

圖3 大鼠體質(zhì)量、體脂含量、BMI的改變Fig 3 Changes of body weight,body fat content,and BMI

圖4 各組大鼠血管組織學(xué)變化Fig 4 Histological changes in blood vessels

2.4機(jī)械加載改善高血壓導(dǎo)致的心室重構(gòu)高鹽高脂飼養(yǎng)12周后,與對(duì)照組相比,模型組心室指數(shù)顯著增加(P<0.001)。機(jī)械加載治療6周后,心室指數(shù)明顯降低(P<0.001)。與對(duì)照組相比,高鹽高脂模型組心肌細(xì)胞增殖、肥大、心室壁增厚,發(fā)生了心室重構(gòu)。機(jī)械加載治療后,上述心室重構(gòu)的病理變化指標(biāo)減輕,且均有顯著性差異(P<0.05)(圖5)。

圖5 各組大鼠心臟組織學(xué)變化Fig 5 Histological changes of hearts

2.5機(jī)械加載改善腎臟的炎性反應(yīng)高鹽高脂飼養(yǎng)12周后,模型組與對(duì)照組相比腎間質(zhì)有大量炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)。經(jīng)6周機(jī)械加載后,治療組腎炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)程度較造模組減輕,有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.001)(圖 6)。

2.6相關(guān)性分析通過(guò)對(duì)平均尾動(dòng)脈壓與體質(zhì)量、BMI、體脂含量進(jìn)行的相關(guān)性分析表明,平均尾動(dòng)脈壓與體質(zhì)量(r=0.74,P<0.001)、BMI(r=0.70,P<0.001)、體脂含量(r=0.72,P<0.001)成正相關(guān)(圖 7)。

圖6 各組大鼠腎臟組織學(xué)改變Fig 6 Renal histological changes

圖7 大鼠平均尾動(dòng)脈壓與體質(zhì)量、BMI、體脂含量的相關(guān)性分析Fig 7 Analysis of correlations between mean tail artery pressure and body weight,BMI and body fat content

3 討論

本研究中實(shí)驗(yàn)大鼠經(jīng)過(guò)6周高鹽高脂飲食,收縮壓在158 mmHg以上,作為高血壓造模成功的標(biāo)準(zhǔn)[7]。隨后,對(duì)高血壓大鼠進(jìn)行了機(jī)械加載治療。本研究結(jié)果顯示,機(jī)械加載有效降低了高鹽高脂高血壓大鼠的血壓水平,并且減緩了高血壓大鼠的體質(zhì)量、BMI和體脂的增長(zhǎng)。機(jī)械加載治療后高血壓大鼠血管壁增厚、管腔直徑和面積縮小、管壁厚度與管徑之比增加等血管重構(gòu)指標(biāo)較模型組都有顯著效果。心室指數(shù)HW(mg)/tibia length(mm)(心臟濕重/脛骨長(zhǎng)度)可用來(lái)反映心臟肥大的程度,心室重構(gòu)是高血壓的重要病理變化。機(jī)械加載治療后心室壁肥厚和心肌細(xì)胞肥大等心室重構(gòu)指標(biāo)較模型組也有顯著療效。此外,機(jī)械加載不但改善高血壓大鼠心血管的重構(gòu),而且對(duì)腎臟損傷有一定的修復(fù)作用,治療組大鼠腎臟炎性細(xì)胞浸潤(rùn)水平較模型組降低。本實(shí)驗(yàn)證實(shí),機(jī)械加載對(duì)高鹽高脂高血壓大鼠有明顯的降壓療效,并且在一定程度上延緩了高血壓導(dǎo)致的重要靶器官的損傷。

隨著生活水平的提高,人們的飲食習(xí)慣也發(fā)生了改變,高血壓已成為我國(guó)常見(jiàn)的慢性疾病之一,其造成的并發(fā)癥嚴(yán)重影響到人們的身體健康。心臟、血管以及腎臟是高血壓損傷常見(jiàn)的組織和靶器官。長(zhǎng)期的高鹽高脂飲食引起的血脂、血糖及血壓的升高,造成心肌負(fù)荷增加和心肌損傷[13]。同時(shí),高鹽飲食會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)高脂所致的動(dòng)脈粥樣硬化作用,血管內(nèi)皮損傷程度加重,表現(xiàn)為血管壁增厚和管腔的狹窄。腎臟則是高血壓損傷的主要靶器官,同時(shí)也是調(diào)節(jié)血壓變化的重要組織器官,腎臟損傷會(huì)進(jìn)一步加劇血壓升高,導(dǎo)致惡性循環(huán)。本課題的高鹽高脂飼養(yǎng),成功地誘導(dǎo)了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的高血壓和心臟、血管、腎臟的損傷。

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