急性低氧大鼠血流动力学观测模型的建立及评价※

刘瑞欣，张 昱，刘 杰，张 欢，周 振，纪巧荣，张 伟

(1.青海大学医学院；2.青海省高原医学应用基础重点实验室)

急性低氧大鼠血流动力学观测模型的建立及评价※

刘瑞欣，张 昱，刘 杰，张 欢，周 振，纪巧荣，张 伟△

(1.青海大学医学院；2.青海省高原医学应用基础重点实验室)

目的 探究不同急性低氧对大鼠血流动力学指标的影响，旨在建立一种在海拔2 260 m地区、急性低氧情况下能有效、稳定研究血流动力学变化的大鼠模型。方法 SD大鼠30只，随机分为20% O2对照组(20% O2，80% N2)、17% O2低氧组(17% O2，83% N2)和15% O2低氧组(15% O2，85% N2)。通过实时、动态监测中心静脉压(central venous pressure，CVP)、系统动脉压(system arterial pressure，Psa)、肺动脉压(pulmonary artery pressure，PAP)、左心房压(left atrial pressure，LAP)、升主动脉血流量(ascending aorta blood flow，ABF)、气道阻力(airway pressure，Paw)和心率(heart rate，HR)等血流动力学指标，观察低氧条件(17% O2、15% O2)下各项指标的变化，计算总外周循环阻力(Toll pressure resistance，TPR)和肺循环阻力(pulmonary vascular resistance，PVR)来反映不同急性低氧对血流动力学的影响。结果 与对照组相比，15% O2低氧组的Psa降低(P<0.05)，而17% O2低氧组无明显变化；给予17% O2和15% O2的低氧刺激后ABF均降低(P<0.05)，15% O2低氧组比17% O2低氧组下降更为显著；17% O2低氧组的PAP在低氧刺激过程中仅出现了一过性的升高，而15% O2低氧组PAP在1 min内就出现了明显升高(P<0.05)；与对照组相比两低氧组CVP、HR、LAP和Paw没有明显改变；通过计算得出15% O2低氧组PVR明显升高(P<0.05)，而TPR无明显变化。结论 在海拔2 260 m的西宁地区应用17% O2的低氧刺激可以引起肺循环血流动力学的一过性改变，但无法持续监测；15% O2的低氧刺激是观测急性低氧影响麻醉大鼠血流动力学的适宜条件。

急性 低氧 血流动力学 模型 总外周循环阻力 肺循环阻力

有关在海拔2 260 m 地区、急性低氧刺激下的有效、稳定血流动力学变化的大鼠模型未见报道，故本研究旨在建立一种在海拔2 260 m地区、急性低氧情况下能有效、稳定研究血流动力学变化的大鼠模型。

当机体快速进入高原后，由于空气中氧含量的降低，机体会出现心慌、气促等症状，这是机体对低氧刺激的部分代偿反应[1]，其中包括机体自身的血流动力学改变，这些变化是机体对外环境的改变作出的反应性调整和适应。研究发现，急性低氧时可导致SD大鼠平均动脉血压、左心室内压及左心室功能下降，而右心室内压及右心室功能增强[2]。过强、过久的低氧刺激就会产生一系列损伤反应，主要是机体血流动力学的紊乱。我们在以往对过敏性休克的实验研究中已经建立了以TPR和PVR反映血流动力学变化的动物模型[3]，所以在观察血流动力学变化大鼠模型的基础上给予不同低氧通气便可反映急性低氧对大鼠血流动力学的影响。经过对 12%～17% 氧百分含量混合气体的筛选，初步确定了15% 和17%两种混合气体作为低氧刺激的条件，通过对CVP、Psa、PAP、LAP、ABF、Paw和HR等血流动力学指标的实时、动态监测，选择适宜的低氧刺激条件，建立观察急性低氧影响血流动力学的有效动物模型。

1 材料与方法

1.1 动物与分组

SPF级雄性SD大鼠，体重(324±6.8)g，由北京维通利华实验动物技术有限公司提供，许可证号：SCXK(京)2012-0001，NO.11400700064575。分笼饲养于青海大学医学院实验动物中心。饲养条件：每笼10只，明暗12小时交替、自由饮水、23 ℃饲养。饲料购自北京科澳协力饲料有限公司。大鼠随机分为20% O2对照组(20% O2，80% N2)、17% O2低氧组(17% O2，83% N2)、15% O2低氧组(15% O2，85% N2)，每组10只。17% O2和15% O2的混合气体由氮气稀释空气配制而成(经PowerLab实时监测)。所有实验均在青海省高原医学应用基础重点实验室进行。

1.2 手术操作

大鼠称重后用2.5%戊巴比妥钠(50mg/kg，i.p)麻醉[4]，仰卧位固定于恒温加热板上，体温维持在37 ℃。颈部及左侧大腿腹股沟处备皮。行右颈外静脉插管(聚乙烯导管ID 0.8mm，OD 1.0mm)测量CVP，行左颈总动脉插管(聚乙烯导管ID 0.5mm，OD 0.8mm)测量Psa。行气管插管(T字形三通道)，一端连接水检压计使呼气末正压维持在2.5 cmH2O以防止肺萎缩，另一端连接动物呼吸机，呼吸频率70 bpm/min，潮气量7 mL/kg[5]，同时监测Paw。分离股静脉插入聚乙烯导管(ID 0.5mm，OD 0.9mm)注射药物和补液(生理盐水，4mL/kg/h)。行开胸术：沿胸前正中线开胸，充分暴露胸腔，胸腔切口电凝止血至无明显的出血点后打开心包，分离升主动脉，将超声探头置于升主动脉，导电糊填充血流探头与主动脉接触的间隙监测ABF；将聚乙烯导管(ID 0.5mm，OD 0.8mm) 末端荷包缝合于左心房内测量LAP；将聚乙烯导管(ID 0.5mm，OD 0.8mm)倾斜30%由心尖插入右心室监测 PAP。手术完成后创面覆盖保鲜薄膜以防大鼠体内的水分散失。

手术完成后，各插管连接位于左心房水平的压力传感器，各组待指标平稳后分别进行实验，实时、动态监测各项生理指标，由PowerLab生物信息采集系统以200 Hz采样频率记录5 min[6]。平均动脉压(mean arterial pressure，MAP)以1/3收缩压+2/3舒张压计算得出。TPR 和PVR使用下列公式计算得出[7]：

TPR=(MAP-CVP)/ABF，

PVR=(PAP-LAP)/ABF。

1.3 统计学处理

2 结果(图1，表1～9)

图1 不同低氧刺激大鼠CVP、Psa、PAP、LAP和ABF等数据记录图

Figure 1 The representative recordings of CVP，Psa，PAP，LAP and ABF after stimulated by different hypoxic condition

表1 不同氮氧含量通气后大鼠CVP的变化情况

Table 2 The change of Psa after different concentration of nitrogen oxygen aeration in rats

#：与基础值比较P<0.05；*：与20% O2比较P<0.05.

#：Compared with basic valuesP<0.05；*：Compared with 20% O2groupP<0.05.

Table 3 The change of ABF after different concentration of nitrogen oxygen aeration in rats

#：与基础值比较P<0.05；*：与20% O2比较P<0.05.

#：Compared with basic valuesP<0.05；*：Compared with 20% O2groupP<0.05.

Table 4 The change of LAP after different concentration of nitrogen oxygen aeration in rats

续表：

通气时间(min)LAP(mmHg)20%O2组17%O2组15%O2组FP1．54．33±0．874．06±0．603．87±0．551．150．3324．16±0．744．14±0．803．91±0．510．420．6634．28±0．824．11±0．803．99±0．540．400．6744．25±0．754．18±0．654．01±0．470．360．7054．04±0．794．11±0．643．86±0．590．380．69F1．531．141．04P0．730．350．41

Table 5 The change of PAP after different concentration of nitrogen oxygen aeration in rats

#：与基础值比较P<0.05；*：与20% O2比较P<0.05.

#：Compared with basic valuesP<0.05；*：Compared with 20% O2groupP<0.05.

Table 6 The change of HR after different concentration of nitrogen oxygen aeration in rats

Table 7 The change of Paw after different concentration of nitrogen oxygen aeration in rats

Table 8 The change of TPR after different concentration of nitrogen oxygen aeration in rats

Table 9 The change of PVR after different concentration of nitrogen oxygen aeration in rats

#：与基础值比较P<0.05；*：与20% O2比较P<0.05.

#：Compared with basic valuesP<0.05；*：Compared with 20% O2groupP<0.05.

结合图1中各项指标的趋势变化及统计学分析后，结果显示，与20% O2对照组相比：17% O2低氧组Psa无明显变化；15% O2低氧组Psa明显降低，1.5 min后明显低于基础值(P<0.05)，从基础值的(91.1±9.2)mmHg降低到了(74.8±13.1)mmHg(表2)。17% O2低氧组PAP于0.5 min后明显高于基础值(P<0.05)，从基础值的(36.8±4.3)mmHg升高到了(39.7±4.0)mmHg，1.5 min达到高峰(40.3±4.9)mmHg，继而降低并维持在(37.5 ± 5.8)mmHg；15% O2低氧组PAP明显升高，0.5 min后就明显高于基础值(P<0.05)，从基础值的(37.7±4.0)mmHg升高到了(46.4±7.6)mmHg(表5)。15% O2低氧组ABF明显降低，0.5 min后就明显低于基础值(P<0.05)，从基础值的(33.9±3.0)mL/min降低到了(29.3±3.2)mL/min(表3)。CVP、LAP、HR 和Paw 给予低氧通气后均没有出现明显的变化，相关曲线一直较为平坦(表1、4、6、7)。在15% O2刺激下TPR无明显变化(表8)；由于PAP下降幅度比ABF大、LAP没有明显改变，所以PVR随着ABF的逐渐降低而升高(表9)。

3 讨论

由于空气中O2的含量与当地大气压的高低有关，为了确定海拔2 260 m西宁地区急性低氧通气的O2含量，我们对12%～17% O2的混合气体逐一进行了实验，实验中大鼠在通入低于14% O2的低氧气体后，血压下降快，且不稳定，死亡率较高，而通入17% O2的低氧气体后，仅PAP出现一过性的升高，升高幅度大约为5 mmHg，不能持续、稳定地监测。经过反复试验及对比，最终确认在海拔2 260 m地区选择15% O2的低氧气体是观察急性低氧影响大鼠血流动力学研究的适宜条件。

本实验中给予17% O2的低氧通气后，与对照组的血压相比无明显差异，这可能在17% O2的低氧刺激下，机体可以通过自身的代偿反应来调节血压使之维持稳定；但给予15% O2的低氧通气后1.5 min大鼠的血压出现明显下降，可能是急性低氧使迷走神经兴奋导致的血压降低[8]。给予15% O2低氧通气后PAP于0.5 min后迅速升高，一方面是因为急性低氧可直接刺激肺小动脉平滑肌，低氧敏感性钾离子通道的钾离子外流受抑制，细胞膜发生去极化，继而L-型钙通道开放，钙离子内流使肺动脉平滑肌细胞内的钙离子升高，平滑肌细胞收缩，导致肺血管收缩[9]；另一方面肺组织缺氧可活化肥大细胞、内皮细胞及中性粒细胞释放出多种化学介质，如组胺、血管紧张素等，造成肺血管收缩[10]。肺血管的收缩可使肺动脉端的压力升高、肺循环灌注减少，导致回心血量减少、ABF降低、Psa下降和PVR增高。而17% O2低氧通气后，PAP、PVR出现一过性的升高，可能与机体自身的代偿反应有关。

综上所述，本研究所建立的实验动物模型，可有效用于后续相关急性低氧影响机体血流动力学改变的研究。

[1]格日力.高原医学[M].北京；北京大学医学出版社，2015，133-134.

[2]罗桂霞，李新波.急性9%低氧对SD大鼠动脉血压、左、右心室功能的影响[J].医学理论与实践，1998，11(12)：529-530.

[3]Kamikado C，Shibamoto T，Zhang W，et al.Portacaval shunting attenuates portal hypertension and systemic hypotension in rat anaphylactic shock[J].J Physiol Sci，2011，61(2)：161-166.

[4]Zhang W，Shibamoto T，Kuda Y，et al.Effects of beta-adrenergic blockers on pulmonary vascular response to anaphylactic hypotension in anesthetized rats[J].J Physiol，2010，60，S167.

[5]Zhang W，Shibamoto T，Kuda Y，et al.Pulmonary vasoconstrictive and bronchoconstrictive responses to anaphylaxis are weakened via β2-adrenoceptor activation by endogenous epinephrine in anesthetized rats[J].Anesthesiology，2011，114(3)：614-623.

[6]Zhang W，Shibamoto T，Kuda Y，et al.Effects of beta-adrenocergists on hypotension in conscious rats[J].Eur J Pharmacol，2011，650(1)：303-308.

[7]胡喆，刁颖敏.心脏—肺循环—体循环系统建模初探[J].同济大学学报，2002，30(1)：61-65.

[8]崔建华.高原医学基础与临床[M].北京；人民军医出版社，2012，8-10，164-168.

[9]张光燕.低氧性肺血管收缩的研究现状[J].实用医学杂志，2011，27(01)：142-144.

[10]陶明哲.缺氧性肺血管收缩体液机制的研究进展[J].国外医学(麻醉学与复苏分册)，1993，14(4)：196-198.

Establishment and evaluation of acute hypoxia hemodynamic models in rats※

Liu Ruixin，Zhang Yu，Liu Jie，Zhang Huan，Zhou Zhen，Ji Qiaorong，Zhang WeiΔ

(1.Qinghai University Medical College；2.Qinghai Provincial Key Laboratory of High Altitude Medicine)

Objective Explore the effect of different acute hypoxia on rats′ hemodynamic，in order to establish an effective and stable animal model that can be used for researching hemodynamics changes in acute hypoxia.Methods 30 healthy SD rats were randomly divided into control group(20% O2，80% N2)，17% O2hypoxic group(17% O2，83% N2)and 15% O2hypoxic group(15% O2，85% N2).Then the changes of hemodynamics in 17% and 15% hypoxia，the system arterial pressure(Psa)，central venous pressure(CVP)，pulmonary artery pressure(PAP)，left atrial pressure(LAP)，ascending aorta blood flow(ABF)，heart rate(HR)and airway pressure(Paw)were observed.The anesthetized rats were monitored continuously with real-time and the effect of hemodynamics were explained by the total peripheral resistance(TPR)and pulmonary vascular resistance(PVR)in different acute hypoxia.Results The Psa of 15% O2hypoxic group was significantly lower(P<0.05)than that of the control group，but the 17% O2hypoxic group had not been changed.The ABF，both of 17% O2hypoxic group and 15% O2hypoxic group，were lower than that of control group(P<0.05)，but 15% O2hypoxic group was significantly lower than 17% O2hypoxic group.PAP of 17% O2hypoxic group was increased transiently in acute hypoxia，while PAP of 15% O2hypoxic group was increased significantly(P<0.05)in 1min.The CVP，HR，LAP and Paw of two hypoxic groups did not change.The PVR was obviously increased in 15% O2hypoxic group(P<0.05)，and the TPR did not change.Conclusion At the 2 260 m altitude，the hemodynamics can be transiently changed in 17% O2acute hypoxia，but it is unable to be detected continuously.15% O2hypoxia is an effective status to observe the changes of hemodynamic in anesthetic rats.

Acute Hypoxia Hemodynamics Model Total peripheral resistance Pulmonary circulation resistance

※：国家自然基金项目(81160012，81560301)；教育部新世纪优秀人才项目(NCET-12-1022)

R363.1

A

10.13452/j.cnki.jqmc.2016.02.001

2015-12-12

Δ：通讯作者，教授，博士生导师，Tel：0971-6108394，E-mail：zw0228@sina.com 刘瑞欣(1990～)，女，汉族，内蒙古籍，青海大学医学院2013级研究生