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不同神經狀態對血管力學性能的影響探究
血壓的傳播的心血管動力學研究的主要內容，下面是小編搜集整理的一篇相關論文范文，歡迎閱讀查看。
引言
血壓為血液的流動提供動力,血壓波是反映血流動力學的重要指標之一,血壓波的傳播也一直是心血管動力學研究的主要內容.血流在脈動壓力的驅使下,對內皮、平滑肌等細胞的通過力學刺激而產生的生理影響,是心血管類疾病的發生和發展的重要力學因素,也是力學生物學研究的核心內容之一.血壓在動脈中,尤其是在主動脈中的傳播,已被學者們廣為研究[1-5].
動脈血管是一種復合材料,它的應力應變存在非線性和滯后性,它們還會在恒應力下蠕變,在恒應變下松弛.在分析血液流動和壓力傳播的過程中,通常將血管看做是線彈性的薄壁管道.在病理條件下,血管的彈性會發生變化,甚至在有些疾病的病因中,血管的彈性變化占據著重要的地位.可以通過對血管彈性的分析來對某些疾病進行診斷已成為共識.
神經可以快速的對動脈血壓進行調節.主動脈血管外膜處存在動脈壓力感受器,當動脈血壓偏離正常值時,壓力感受器會將信號通過迷走神經傳輸到延髓,延髓經過處理將信號通過交感神經和副交感神經傳輸到心臟和小動脈,通過改變心輸出量和小動脈外周阻力來調節動脈血壓.但在實際生理環境下,神經對血壓的調節遠非上述描述的這么簡單,比如,Jessica 等[6]發現星狀神經節和迷走神經間的不同相互作用狀態下,血壓會產生很大的變化.這也就證明了神經對血流動力學有著一定的影響.
然而在實際的臨床中,存在很多的血壓變化并不符合上述理論的情況,比如血壓在無分叉動脈內的變化,顯然并不是受到心輸出量或者外周阻力的影響.針對這些情況,我們提出假設:神經可以通過改變主動脈力學性能來直接影響血壓傳播.為了驗證這一假設,本文通過在犬腹主動脈測得的不同神經狀態下的壓力數據進行分析,最終歸結到不同神經狀態對血管力學性能的影響.
1 實驗
1.1 實驗對象
實驗選擇成年比格犬腹主動脈段.實驗用犬均由上海交通大學附屬第一人民醫院動物實驗中心提供.腹主動脈具有長直、少分叉、血管內徑沿血管變化幅度小、管內流動穩定等特點,同時成年比格犬的腹主動脈內徑為毫米量級,便于進行壓力和血管直徑的測量.血管控制神經選擇為胸交感神經.
1.2 實驗布置及設備
實驗示意圖如圖 1(僅為示意圖,并非真實比例).實驗采用壓力傳感器來對動脈血壓進行測量,將兩個壓力傳感器探針分別由兩側股動脈穿刺進入上游腹主動脈中.其中探針 P1 為實驗組,用以測量腎動脈到髂動脈間的壓力;探針 P2 為對照組.實驗采用 B 超儀,在測量管內壓力的同時對管徑進行測量.實驗中對犬進行開胸手術,以便于對胸交感神經進行操作.
1.3 實驗方法
實驗壓力測量方案如圖 2 所示,探針 P2 為對照組,其位置固定在髂動脈分叉上游流場穩定處,如圖 control 所示位置.探針 P1 為實驗組,用以測量腹主動脈內的壓力波形,其中第一個點位于腎動脈下方流場穩定處,隨后向遠心端以 5 cm 的間隔依次測量,共四個點.
通過對照組將各點的壓力波形進行同步.我們假設在壓力波穩定的情況下,各實驗點波形與對照組波形的相位差的差值即為各點間波形的相位差.
這樣我們可以僅使用兩個探針同時測量來得到動脈內的壓力波形數據,避免了由于探針過多而導致的相互之間的影響.經驗證,在上述實驗方案下,兩個探針同時測量所得波形與分別單獨測量所得波形基本一致.即,兩探針同時測量時,由于探針存在造成的對壓力波形測量的影響可以忽略.實驗選擇在三種不同的神經狀態下進行壓力測量,以大寫英文字母表示為:A 神經正常狀態,B 神經刺激狀態,C.神經離斷狀態.后面的文章中以 A、B 和 C 表示.
壓力測量的同時,使用 B 超測量各測量點的血管內徑.壓力測量結束后,將實驗血管段取出,在無內壓狀態下再次測量各測量點的血管內徑.
2 實驗結果和分析
2.1 同步后的壓力波
隨著犬狀態的變化,各測量點及對照點測得壓力波的周期會有較明顯的波動,波動的存在會對各測量點的同時性產生較大的影響.我們定義波動率為測量點周期與對照點周期的比值.在選擇壓力波形時,除了考慮波形穩定等因素外,更應考慮波動率的影響.經過上述條件篩選并同步后,得到的不同神經狀態下的壓力波形圖如圖 3 所示.
2.2 周期分析
我們注意到在不同的神經狀態下,壓力波的周期存在較大差異.各狀態下各測量點平均周期如圖4 所示,相應的期望和方差分析結果見表 1.當不對胸交感神經做任何處理時,血壓周期波動較大.當持續刺激胸交感神經時,血壓周期維持在一個相對穩定的值附近,幾乎沒有波動.而當離斷胸交感神經后,血壓周期明顯增大,波動依然存在但相對于存在胸交感神經調控的情況,波動幅度明顯減小.可以得出結論,胸交感神經對血壓周期存在調控作用,但并非是唯一的調控方式,這與之前研究得到的結論一致.因此在后面的分析中,我們認為狀態A為神經調控狀態,狀態B為無神經調控狀態,狀態 C 為無胸交感神經調控狀態.
2.3 振幅分析
各狀態各測量點壓力波振幅變化如圖 5 所示,將不同神經狀態下各點的收縮壓變化進行對比如圖 6 所示.圖 5(b)所得到的壓力變化圖與我們現在普遍認可的結論相一致,即在主動脈中,由近心端到遠心端收縮壓逐漸增大而舒張壓逐漸減小.實驗顯示,這一結論在無神經調控的狀態下成立,而在正常生理狀態下,神經對血壓振幅存在很大的影響.圖 6 中可以看到,刺激交感神經使收縮壓升高,離斷交感神經使收縮壓降低,而正常生理狀態下的收縮壓則介于兩者之間,結合圖 5(c)可以推斷,胸交感神經是血壓振幅的主要調控神經.
2.4 相位分析
以各峰值點時間坐標為依據進行相位分析,并將相位變化取期望得對比圖見圖 7.可以看到等間距的實驗測量點間的相位變化基本一致,在不同神經狀態下,相位變化的大小各不相同.考慮到不同神經狀態下壓力波的周期并不相同,將上述相位值除以對應壓力波的周期,即將絕對相位變化轉變為相對相位變化,如圖 8 所示.從圖中可以看出,對相對相位而言,等間距測量點間的相位變化依然基本一致,不同的是,這一變化值在不同神經狀態下基本相同.可見,神經對相位的影響主要通過影響周期來實現.
2.5 血管彈性分析
為了分析不同神經狀態下血管的彈性性能,我們假設血管為薄壁彈性管,且外壓為 0.對血管進行彈性分析,有【1】
我們使用式(3)分析不同神經狀態下血管的彈性,其中a和0a 通過測量得到, p 通過對壓力波積分平均得到,見表 2.計算后得到血管彈性如圖9 所示.目前研究普遍認為神經對血壓的調控通過影響心臟及小動脈來實現,而將主動脈看做彈性管道進行被動的響應.從我們的實驗結果可以看出,在神經的調控下,血管不同位置所反應的彈性性能并不相同.當刺激神經時,血管彈性維持在一個較高的值,其所產生的波動更多的是受到實驗中血管內徑測量截斷誤差的影響.也就是說,神經會對主動脈彈性產生較大影響.主動脈在神經的參與下,不再是一個完全被動的血流通道.
3 結語
本文通過實驗測量了不同神經狀態下犬腹主動脈內的壓力波傳播情況,并從周期、振幅、相位和血管彈性四個角度進行分析,得出如下結論:(1) 在神經的調控下,血壓周期會產生較大波動,而當持續刺激胸交感神經時,神經調控維持在一個穩定水平,可以近似認為得到無神經調控的狀態;(2) 普遍認可的主動脈末端收縮壓升高舒張壓降低的結論僅在無神經調控狀態下成立,當存在神經作用時,血壓振幅存在較大波動,出現不同的表現;(3) 神經對血壓波相位的影響主要通過影響血壓波周期來實現;(4) 神經會對主動脈彈性性能產生較大的影響,不應單純的將主動脈看做被動的彈性管.
本文通過實驗及簡單的模型定性分析出神經在壓力傳播過程中的重要影響,對于具體的作用機理,以及使用較為完善的力學模型進行定量的分析,都還有待進一步研究.
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