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不同神經(jīng)狀態(tài)對(duì)血管力學(xué)性能的影響探究
血壓的傳播的心血管動(dòng)力學(xué)研究的主要內(nèi)容，下面是小編搜集整理的一篇相關(guān)論文范文，歡迎閱讀查看。
引言
血壓為血液的流動(dòng)提供動(dòng)力,血壓波是反映血流動(dòng)力學(xué)的重要指標(biāo)之一,血壓波的傳播也一直是心血管動(dòng)力學(xué)研究的主要內(nèi)容.血流在脈動(dòng)壓力的驅(qū)使下,對(duì)內(nèi)皮、平滑肌等細(xì)胞的通過(guò)力學(xué)刺激而產(chǎn)生的生理影響,是心血管類疾病的發(fā)生和發(fā)展的重要力學(xué)因素,也是力學(xué)生物學(xué)研究的核心內(nèi)容之一.血壓在動(dòng)脈中,尤其是在主動(dòng)脈中的傳播,已被學(xué)者們廣為研究[1-5].
動(dòng)脈血管是一種復(fù)合材料,它的應(yīng)力應(yīng)變存在非線性和滯后性,它們還會(huì)在恒應(yīng)力下蠕變,在恒應(yīng)變下松弛.在分析血液流動(dòng)和壓力傳播的過(guò)程中,通常將血管看做是線彈性的薄壁管道.在病理?xiàng)l件下,血管的彈性會(huì)發(fā)生變化,甚至在有些疾病的病因中,血管的彈性變化占據(jù)著重要的地位.可以通過(guò)對(duì)血管彈性的分析來(lái)對(duì)某些疾病進(jìn)行診斷已成為共識(shí).
神經(jīng)可以快速的對(duì)動(dòng)脈血壓進(jìn)行調(diào)節(jié).主動(dòng)脈血管外膜處存在動(dòng)脈壓力感受器,當(dāng)動(dòng)脈血壓偏離正常值時(shí),壓力感受器會(huì)將信號(hào)通過(guò)迷走神經(jīng)傳輸?shù)窖铀?延髓經(jīng)過(guò)處理將信號(hào)通過(guò)交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)傳輸?shù)叫呐K和小動(dòng)脈,通過(guò)改變心輸出量和小動(dòng)脈外周阻力來(lái)調(diào)節(jié)動(dòng)脈血壓.但在實(shí)際生理環(huán)境下,神經(jīng)對(duì)血壓的調(diào)節(jié)遠(yuǎn)非上述描述的這么簡(jiǎn)單,比如,Jessica 等[6]發(fā)現(xiàn)星狀神經(jīng)節(jié)和迷走神經(jīng)間的不同相互作用狀態(tài)下,血壓會(huì)產(chǎn)生很大的變化.這也就證明了神經(jīng)對(duì)血流動(dòng)力學(xué)有著一定的影響.
然而在實(shí)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(wú)分叉動(dòng)脈內(nèi)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(duì)這些情況,我們提出假設(shè):神經(jīng)可以通過(guò)改變主動(dòng)脈力學(xué)性能來(lái)直接影響血壓傳播.為了驗(yàn)證這一假設(shè),本文通過(guò)在犬腹主動(dòng)脈測(cè)得的不同神經(jīng)狀態(tài)下的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,最終歸結(jié)到不同神經(jīng)狀態(tài)對(duì)血管力學(xué)性能的影響.
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象
實(shí)驗(yàn)選擇成年比格犬腹主動(dòng)脈段.實(shí)驗(yàn)用犬均由上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供.腹主動(dòng)脈具有長(zhǎng)直、少分叉、血管內(nèi)徑沿血管變化幅度小、管內(nèi)流動(dòng)穩(wěn)定等特點(diǎn),同時(shí)成年比格犬的腹主動(dòng)脈內(nèi)徑為毫米量級(jí),便于進(jìn)行壓力和血管直徑的測(cè)量.血管控制神經(jīng)選擇為胸交感神經(jīng).
1.2 實(shí)驗(yàn)布置及設(shè)備
實(shí)驗(yàn)示意圖如圖 1(僅為示意圖,并非真實(shí)比例).實(shí)驗(yàn)采用壓力傳感器來(lái)對(duì)動(dòng)脈血壓進(jìn)行測(cè)量,將兩個(gè)壓力傳感器探針?lè)謩e由兩側(cè)股動(dòng)脈穿刺進(jìn)入上游腹主動(dòng)脈中.其中探針 P1 為實(shí)驗(yàn)組,用以測(cè)量腎動(dòng)脈到髂動(dòng)脈間的壓力;探針 P2 為對(duì)照組.實(shí)驗(yàn)采用 B 超儀,在測(cè)量管內(nèi)壓力的同時(shí)對(duì)管徑進(jìn)行測(cè)量.實(shí)驗(yàn)中對(duì)犬進(jìn)行開(kāi)胸手術(shù),以便于對(duì)胸交感神經(jīng)進(jìn)行操作.
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)壓力測(cè)量方案如圖 2 所示,探針 P2 為對(duì)照組,其位置固定在髂動(dòng)脈分叉上游流場(chǎng)穩(wěn)定處,如圖 control 所示位置.探針 P1 為實(shí)驗(yàn)組,用以測(cè)量腹主動(dòng)脈內(nèi)的壓力波形,其中第一個(gè)點(diǎn)位于腎動(dòng)脈下方流場(chǎng)穩(wěn)定處,隨后向遠(yuǎn)心端以 5 cm 的間隔依次測(cè)量,共四個(gè)點(diǎn).
通過(guò)對(duì)照組將各點(diǎn)的壓力波形進(jìn)行同步.我們假設(shè)在壓力波穩(wěn)定的情況下,各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)波形與對(duì)照組波形的相位差的差值即為各點(diǎn)間波形的相位差.
這樣我們可以僅使用兩個(gè)探針同時(shí)測(cè)量來(lái)得到動(dòng)脈內(nèi)的壓力波形數(shù)據(jù),避免了由于探針過(guò)多而導(dǎo)致的相互之間的影響.經(jīng)驗(yàn)證,在上述實(shí)驗(yàn)方案下,兩個(gè)探針同時(shí)測(cè)量所得波形與分別單獨(dú)測(cè)量所得波形基本一致.即,兩探針同時(shí)測(cè)量時(shí),由于探針存在造成的對(duì)壓力波形測(cè)量的影響可以忽略.實(shí)驗(yàn)選擇在三種不同的神經(jīng)狀態(tài)下進(jìn)行壓力測(cè)量,以大寫(xiě)英文字母表示為:A 神經(jīng)正常狀態(tài),B 神經(jīng)刺激狀態(tài),C.神經(jīng)離斷狀態(tài).后面的文章中以 A、B 和 C 表示.
壓力測(cè)量的同時(shí),使用 B 超測(cè)量各測(cè)量點(diǎn)的血管內(nèi)徑.壓力測(cè)量結(jié)束后,將實(shí)驗(yàn)血管段取出,在無(wú)內(nèi)壓狀態(tài)下再次測(cè)量各測(cè)量點(diǎn)的血管內(nèi)徑.
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析
2.1 同步后的壓力波
隨著犬狀態(tài)的變化,各測(cè)量點(diǎn)及對(duì)照點(diǎn)測(cè)得壓力波的周期會(huì)有較明顯的波動(dòng),波動(dòng)的存在會(huì)對(duì)各測(cè)量點(diǎn)的同時(shí)性產(chǎn)生較大的影響.我們定義波動(dòng)率為測(cè)量點(diǎn)周期與對(duì)照點(diǎn)周期的比值.在選擇壓力波形時(shí),除了考慮波形穩(wěn)定等因素外,更應(yīng)考慮波動(dòng)率的影響.經(jīng)過(guò)上述條件篩選并同步后,得到的不同神經(jīng)狀態(tài)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(jīng)狀態(tài)下,壓力波的周期存在較大差異.各狀態(tài)下各測(cè)量點(diǎn)平均周期如圖4 所示,相應(yīng)的期望和方差分析結(jié)果見(jiàn)表 1.當(dāng)不對(duì)胸交感神經(jīng)做任何處理時(shí),血壓周期波動(dòng)較大.當(dāng)持續(xù)刺激胸交感神經(jīng)時(shí),血壓周期維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值附近,幾乎沒(méi)有波動(dòng).而當(dāng)離斷胸交感神經(jīng)后,血壓周期明顯增大,波動(dòng)依然存在但相對(duì)于存在胸交感神經(jīng)調(diào)控的情況,波動(dòng)幅度明顯減小.可以得出結(jié)論,胸交感神經(jīng)對(duì)血壓周期存在調(diào)控作用,但并非是唯一的調(diào)控方式,這與之前研究得到的結(jié)論一致.因此在后面的分析中,我們認(rèn)為狀態(tài)A為神經(jīng)調(diào)控狀態(tài),狀態(tài)B為無(wú)神經(jīng)調(diào)控狀態(tài),狀態(tài) C 為無(wú)胸交感神經(jīng)調(diào)控狀態(tài).
2.3 振幅分析
各狀態(tài)各測(cè)量點(diǎn)壓力波振幅變化如圖 5 所示,將不同神經(jīng)狀態(tài)下各點(diǎn)的收縮壓變化進(jìn)行對(duì)比如圖 6 所示.圖 5(b)所得到的壓力變化圖與我們現(xiàn)在普遍認(rèn)可的結(jié)論相一致,即在主動(dòng)脈中,由近心端到遠(yuǎn)心端收縮壓逐漸增大而舒張壓逐漸減小.實(shí)驗(yàn)顯示,這一結(jié)論在無(wú)神經(jīng)調(diào)控的狀態(tài)下成立,而在正常生理狀態(tài)下,神經(jīng)對(duì)血壓振幅存在很大的影響.圖 6 中可以看到,刺激交感神經(jīng)使收縮壓升高,離斷交感神經(jīng)使收縮壓降低,而正常生理狀態(tài)下的收縮壓則介于兩者之間,結(jié)合圖 5(c)可以推斷,胸交感神經(jīng)是血壓振幅的主要調(diào)控神經(jīng).
2.4 相位分析
以各峰值點(diǎn)時(shí)間坐標(biāo)為依據(jù)進(jìn)行相位分析,并將相位變化取期望得對(duì)比圖見(jiàn)圖 7.可以看到等間距的實(shí)驗(yàn)測(cè)量點(diǎn)間的相位變化基本一致,在不同神經(jīng)狀態(tài)下,相位變化的大小各不相同.考慮到不同神經(jīng)狀態(tài)下壓力波的周期并不相同,將上述相位值除以對(duì)應(yīng)壓力波的周期,即將絕對(duì)相位變化轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)相位變化,如圖 8 所示.從圖中可以看出,對(duì)相對(duì)相位而言,等間距測(cè)量點(diǎn)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(jīng)狀態(tài)下基本相同.可見(jiàn),神經(jīng)對(duì)相位的影響主要通過(guò)影響周期來(lái)實(shí)現(xiàn).
2.5 血管彈性分析
為了分析不同神經(jīng)狀態(tài)下血管的彈性性能,我們假設(shè)血管為薄壁彈性管,且外壓為 0.對(duì)血管進(jìn)行彈性分析,有【1】
我們使用式(3)分析不同神經(jīng)狀態(tài)下血管的彈性,其中a和0a 通過(guò)測(cè)量得到, p 通過(guò)對(duì)壓力波積分平均得到,見(jiàn)表 2.計(jì)算后得到血管彈性如圖9 所示.目前研究普遍認(rèn)為神經(jīng)對(duì)血壓的調(diào)控通過(guò)影響心臟及小動(dòng)脈來(lái)實(shí)現(xiàn),而將主動(dòng)脈看做彈性管道進(jìn)行被動(dòng)的響應(yīng).從我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,在神經(jīng)的調(diào)控下,血管不同位置所反應(yīng)的彈性性能并不相同.當(dāng)刺激神經(jīng)時(shí),血管彈性維持在一個(gè)較高的值,其所產(chǎn)生的波動(dòng)更多的是受到實(shí)驗(yàn)中血管內(nèi)徑測(cè)量截?cái)嗾`差的影響.也就是說(shuō),神經(jīng)會(huì)對(duì)主動(dòng)脈彈性產(chǎn)生較大影響.主動(dòng)脈在神經(jīng)的參與下,不再是一個(gè)完全被動(dòng)的血流通道.
3 結(jié)語(yǔ)
本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量了不同神經(jīng)狀態(tài)下犬腹主動(dòng)脈內(nèi)的壓力波傳播情況,并從周期、振幅、相位和血管彈性四個(gè)角度進(jìn)行分析,得出如下結(jié)論:(1) 在神經(jīng)的調(diào)控下,血壓周期會(huì)產(chǎn)生較大波動(dòng),而當(dāng)持續(xù)刺激胸交感神經(jīng)時(shí),神經(jīng)調(diào)控維持在一個(gè)穩(wěn)定水平,可以近似認(rèn)為得到無(wú)神經(jīng)調(diào)控的狀態(tài);(2) 普遍認(rèn)可的主動(dòng)脈末端收縮壓升高舒張壓降低的結(jié)論僅在無(wú)神經(jīng)調(diào)控狀態(tài)下成立,當(dāng)存在神經(jīng)作用時(shí),血壓振幅存在較大波動(dòng),出現(xiàn)不同的表現(xiàn);(3) 神經(jīng)對(duì)血壓波相位的影響主要通過(guò)影響血壓波周期來(lái)實(shí)現(xiàn);(4) 神經(jīng)會(huì)對(duì)主動(dòng)脈彈性性能產(chǎn)生較大的影響,不應(yīng)單純的將主動(dòng)脈看做被動(dòng)的彈性管.
本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)及簡(jiǎn)單的模型定性分析出神經(jīng)在壓力傳播過(guò)程中的重要影響,對(duì)于具體的作用機(jī)理,以及使用較為完善的力學(xué)模型進(jìn)行定量的分析,都還有待進(jìn)一步研究.
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