pH对大鼠离体胸主动脉环静息张力的影响及机制

范俊强，张轩萍，吕志杰，郭芬芬，张明升，武冬梅，刘 宇

(山西医科大学药理学教研室，山西太原 030001)

正常动脉血的pH值维持在7.35～7.45。机体组织和细胞必须处于适宜酸碱度的体液环境中才能进行正常的生命活动。研究表明［1-3］，细胞外pH值是维持心血管稳态的重要调节因素，其改变可以影响血管张力，不同部位血管的细胞外pH改变对血管张力产生不同的影响。Li等［4］研究证实，碱中毒可引起大鼠大脑小动脉的血管收缩;Austin等［5］认为，胞外pH值的增加能引起静息状态下肠系膜动脉的收缩;Celotto等［6］最新研究表明，酸中毒能引起KCl预收缩的大鼠离体胸主动脉环的舒张。但是在静息条件下，关于碱中毒对大鼠离体胸主动脉环的收缩作用尚未见报道。本实验拟采用离体血管张力实验方法，观察不同pH值尤其是碱中毒条件下大鼠离体胸主动脉环静息张力的变化，并探讨其作用机制。

1 材料与方法

1.1 药品与试剂 KB-R7943，(2-［2-［4-(4-nitrobenzyloxy)Phenyl］ ethyl］isothioureamethanesulfon-ate)mesylate:TOCRIS公司，批号1B/84027;氨氯吡咪(amiloride，AM):Sigma公司，批号511K1351;氯化钾(KCl，Potassium Chloride)，天津化学试剂三厂，批号070202;其余试剂为市售优级纯。

1.2 仪器与设备 PowerLab生物信号记录分析系统:澳大利亚Ad Instrument;张力换能器:FT-100，成都泰盟科技有限公司;数字式超级恒温浴锅:HH-501，常州国华电器有限公司;精密天平:BS124S，北京赛多利斯仪器系统有限公司;电子pH计:pHS-3C，上海雷磁仪器厂。

1.3 实验动物 Sprague-Dawley(SD)♂大鼠，4月龄，体质量280～320 g，由河北医科大学实验动物中心提供，许可证号为SCXK(冀)2008-1-003。

1.4 大鼠离体胸主动脉环标本的制备 SD大鼠，断头处死后，迅速开胸，分离胸主动脉并剪下，放入4℃的生理盐溶液(PSS)中，仔细剔除血管周围的脂肪及结缔组织后，剪成2～3 mm长的血管环。用两根不锈钢微型挂钩贯穿血管环管腔，悬挂在浴管内，下方固定，上方以一细钢丝连于张力换能器，使用PowerLab系统记录血管的张力变化。浴管内含有通以 100%O2、pH 值为 7.4、37℃ PSS 液 5 ml。调前负荷至2 g，平衡1 h，其间每15 min更换1次营养液。所有血管环均用60 mmol·L-1-KCl PSS液刺激，待收缩稳定后，开始正式实验。

1.5 pH值改变对大鼠离体胸主动脉环静息张力的影响 在基础张力状态下，将浴管中pH 7.4的PSS液换为pH 8.0的浴液，连续更换3次，观察0.5 h内血管张力的变化，稳定后用pH 7.4的PSS液冲洗3次。按此方法将浴液依次更换为pH 8.5、pH 9.0、pH 9.5、pH 10.0 以及 pH 7.0、pH 6.5、pH 6.0、pH 5.5、pH 5.0，观察不同pH环境下大鼠离体胸主动脉环静息张力的变化。待观察完后用60 mmol·L-1KCl刺激该血管环，并与正式实验开始之前的60 mmol·L-1KCl刺激的幅度相比较以检测该血管的活性。以60 mmol·L-1KCl最大收缩幅度为100%，计算不同pH值下的收缩百分率。

1.6 pH=9.5时，外钙内流和内钙释放对大鼠离体胸主动脉环静息张力的影响 在基础张力状态下，将实验组浴槽中的浴液更换为pH 9.5的无钙PSS液，连续更换3次，观察血管张力变化，达坪值后向浴槽中加入2.5 mmol·L-1的CaCl2观察复钙后血管张力的变化。计算不同组别间血管收缩百分率。

1.7 pH=9.5时，不同工具药对大鼠离体胸主动脉环静息张力的影响 血管环稳定后，向pH 7.4的PSS液中分别加入VEP(10-5mol·L-1)、KB-R7943(10-6mol·L-1)和 AM(10-4mol·L-1)，孵浴 15 min，将浴液更换为pH 9.5的PSS液，连续更换3次，并立即分别加入以上各工具药，观察不同工具药对pH 9.5时血管张力的影响，对照组孵浴pH 9.5的PSS液。比较各组血管收缩百分率的差异。

2 结果

2.1 pH改变对大鼠离体胸主动脉环静息张力的影响 胞外酸性环境下随pH值逐渐降低，大鼠离体胸主动脉环静息张力基本不变;碱性环境下随pH值逐渐增加，其静息张力明显升高。pH 8.5、pH 9.0、pH 9.5、pH 10.0的最大收缩百分率(Emax)分别为(11.79±6.83)%、(30.25±3.57)%、(92.24±5.73)%、(110.85±7.78)%。见Fig 1。

Fig 1 Effects of pH on the resting tone in isolated thoracic aorta rings from adult rats(±s，n=6).

2.2 外钙内流和内钙释放在pH=9.5影响大鼠离体胸主动脉环静息张力中的作用 将浴液更换为pH=9.5的无钙PSS液，大鼠胸主动脉最大收缩率为(5.36±0.61)%，加入 2.5 mmol·L-1的 CaCl2后，血管张力进一步恢复，其收缩率为(79.39±11.27)%。在静息状态下，孵浴VEP后，可明显降低pH=9.5时胸主动脉环的收缩幅度，其Emax为(55.44±5.71)%。见Fig 2。

Fig 2 Effects of pH=9.5 on the resting tone in isolated thoracic aorat rings from adult rats in free-Ca2+PSS;and effects of CaCl2(2.5 mmol·L-1)，VEP(10-5mol·L-1)on the contraction induced by pH=9.5 in isolated thoracic aorta rings(±s，n=8).

2.3 Na+/Ca2+交换和 Na+/H+交换在pH=9.5影响大鼠离体胸主动脉环静息张力中的作用 与对照组比较，KB-R7943和AM对pH=9.5时胸主动脉环静息收缩均有明显的减弱作用(P＜0.01)。其Emax分别为(48.33±5.75)%、(32.12±4.45)%。见Fig 3。

Fig 3 Effects of KB-R7943(10-6mol·L-1)and AM(10-4mol·L-1)on the contraction induced by pH=9.5 in isolated thoracic aorta rings(±s，n=6).

3 讨论

细胞外pH值是细胞环境的一个重要因素，在很多生理及病理条件下，细胞外pH值会有明显改变［7］。当机体发生幽门梗阻、消化性溃疡等疾病时易产生碱中毒，碱中毒在临床上虽不及酸中毒多见，但同样可引起全身各组织器官的功能紊乱。本研究结果显示，胞外碱性环境下随pH值逐渐增加，大鼠离体胸主动脉环静息张力逐渐升高。由此可见，碱中毒能直接影响胸主动脉的基础张力，随着碱中毒程度的加深，血管收缩明显增强。提示，碱中毒有可能引起血压的波动，引起组织器官的血流量异常或功能紊乱，严重时将对生命构成威胁。本研究结果亦显示，胞外酸性环境下随pH值逐渐降低，大鼠离体胸主动脉环静息张力无改变。本研究采用的是在静息状态下的离体血管环实验，即没有给予任何预收缩剂刺激，这与Celotto等［6］的实验结论“酸中毒能引起KCl预收缩的大鼠离体胸主动脉环舒张”并不矛盾，在没有预收缩剂的前提下，酸中毒并不会引起静息状态下大鼠离体胸主动脉环的舒张。

Ca2+是引起血管平滑肌收缩的关键因子［8］，血管平滑肌收缩所需要的Ca2+源于细胞外流入和细胞内释放。本研究发现，在无钙条件下，pH=9.5仍可引起胸主动脉环收缩，表明在碱中毒情况下，存在细胞内钙释放，将CaCl2加入浴管中引起的继续收缩被认为是外Ca2+内流的结果。VEP是L-型钙通道阻断剂，可通过抑制外钙内流降低胞质钙浓度，进而调节血管张力［9］。本研究发现，pH=9.5时胸主动脉环的基础收缩作用可部分被VEP所抑制，表明通过抑制外钙内流可减弱血管收缩，但并不能完全消除pH=9.5时的血管收缩。

KB-R7943是一个具有相对选择性的有效的Na+/Ca2+交换抑制剂。在双向离子环境下，KBR7943 对 Na+/Ca2+交换具有双向抑制作用［10］，既能抑制反向Na+/Ca2+交换(即Na+出Ca2+入)，又能抑制正向 Na+/Ca2+交换(即 Na+入 Ca2+出)。AM是一种保钾利尿药，可通过抑制Na+/H+交换，防止细胞内碱化。Na+-H+交换体是存在于所有真核细胞中的完整膜蛋白，其生理功能在于参与细胞内pH及容量的调节。李智等［11］研究证实，Na+/H+交换抑制剂可使细胞内H+增多，降低细胞内pH值，导致细胞内Ca2+浓度降低，进而舒张血管。本研究发现，KB-R7943和AM对pH=9.5时胸主动脉收缩均有明显的减弱作用，表明Na+/Ca2+交换和Na+/H+交换均参与静息状态下pH=9.5时的胸主动脉收缩，与前述结果报道相符。

以上的研究结果表明，在碱性环境下，大鼠离体胸主动脉环静息张力随pH值增大而明显升高，此作用依赖外钙内流和内钙释放，与Na+/Ca2+交换和Na+/H+交换均有关。

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