小動脈血管舒縮的研究進展

段麗莎(綜述)，崔建嶺(審校)

(河北醫科大學第三醫院CT室，河北 石家莊 050051)

·綜述·

小動脈血管舒縮的研究進展

段麗莎(綜述)，崔建嶺*(審校)

(河北醫科大學第三醫院CT室，河北 石家莊 050051)

[關鍵詞]血管舒縮系統；血流動力學；研究方法

doi:10.3969/j.issn.1007-3205.2015.05.041

血管舒縮是組織小動脈網的一個典型特征及正常現象，可記錄為血管壁在等長條件下其張力的波動，或記錄為在血管壁等壓條件下其動脈直徑的波動，其以相應的方式使血流產生周期性的波動，即為血流波動。160多年前Jones[1]在研究蝙蝠翅膀的血液循環中首次描述了血管舒縮。以后在不同種類動物的許多血管床中也發現了此現象[2]。一般認為血流波動促進血液流向組織器官。引起血管舒縮的機制及其生理病理結果尚未明晰，有許多解釋和理論。現就當前對小動脈血管舒縮的研究進展綜述如下。

1血管舒縮的機制

一些生理學家認為微血管的波動起源于一組平滑肌細胞，其作為局部起搏細胞(pacemaker cells)，表現出自發的節律性活動，并傳導到整個小動脈，引起其舒縮；然而，另外一些研究者認為血管舒縮可能起源于局部反饋調節機制，如肌源性機制，其最早由Bayliss[3]于1902年描述：由血壓所造成的血管擴張作為血管平滑肌一個興奮性刺激，以加強它們的活動。此效應被認為當動脈壓力發生變化時，其在血流的自動調節中有一定作用。參與此效應的平滑肌細胞通常存在一個較低且不穩定的膜電位(40~50 mV)，其接受刺激后可以形成局部電位，直至誘發完全去極化，細胞內Ca2+濃度隨之增加并通過Ca2+-誘導Ca2+釋放形成Ca2+波，其進一步激活Cl-通道形成細胞膜電位的波動，并通過縫隙連接將電流傳到鄰近的平滑肌細胞，即傳導興奮，從而發生血管舒縮[4]。

2血管舒縮及血流波動的研究方法

2.1活體顯微鏡(intravital microscopy，IVM)在活體內，血管舒縮可通過IVM觀察，其電耦合器件的視頻攝像頭具有較高的時間及空間分辨率，可以進行高速視頻記錄，并可以傳輸到視頻系統進行離線評估。如Ortiz等[5]用IVM記錄大鼠提睪肌微循環的血流及直徑變化，用互相關算法對其微循環血流進行自動分析，用以量化分析微循環的血流動力學，評估不同實驗條件下血流的動力學變化，測量體積流率及徑向速度等。但IVM并不容易應用到所有的研究對象。

2.2激光多普勒測量(laser-Doppler flowmetry，LDF)淺表組織的血流波動比較容易用LDF測量[6-8]。如Rossi等[8]用其測量病態肥胖患者前臂皮膚缺血后反應性充血的血流波動，用以調查長期減肥對皮膚的血管擴張功能和皮膚血管舒縮的影響。Bocchi等[6]用LDF測量2型糖尿病患者前臂掌側皮膚的血流波動，分析受損的血液微循環及頻率節律電調制系統治療后的血液微循環。但是這種方法不能無侵襲性地探測較深部組織血管的血流波動。

2.3血氧水平依賴磁共振成像(blood oxygen level-dependent magnetic resonance imaging，BOLD MRI)BOLD MRI信號主要反映血管內脫氧血紅蛋白與氧合血紅蛋白的比例。有研究表明灌注成像探測的血流波動與BOLD信號的波動緊密相關[9]。此外，在正常組織或腫瘤中，BOLD時間信號曲線與經皮氧分壓波動或LDF檢測的皮膚血氧狀態的波動呈明顯正相關[10]。所以，BOLD信號的波動可能反映了組織的血流波動。除可以探測深部組織的優點外，且可以與高分辨率解剖像疊加，從而實現精確空間定位。

3血管舒縮的影響因素和意義

3.1血管舒縮的影響因素在正常生理條件下，小動脈血管舒縮或血流波動的程度非常微弱甚至缺如，然而，如改變血壓使其偏離正常狀態、酸中毒、低氧等，常常可以誘發血管舒縮或增加血管舒縮的程度，主要體現為振幅的增加[11-12]；在體外，許多實驗條件下可觀察到血管舒縮。體外研究血管舒縮有助于闡明其細胞機制，而體內研究血管舒縮有助于說明其生理意義。

3.1.1血管管腔內壓力逐漸改變動脈內的壓力，可誘發血管舒縮。如Schmidt-Lucke等[12]觀察到當兔股動脈內壓力為60 mmHg時不表現出血管舒縮，當動脈壓降低至50 mmHg時表現出血管舒縮。此外，Schmidt 等[11]用IVM及LDF同時探測兔骨骼肌的血管舒縮/血流波動，動脈壓力正常時(73 mmHg)不表現出血管舒縮/血流波動，而當局部股動脈壓力降低時(35 mmHg，r:20～50)會誘發頻率為1.5周期/每分鐘(cycle per minute，cpm)的血管舒縮/血流波動。

3.1.2酸堿失衡、低氧等當組織處于危機狀態或具有較高代謝率時，可加強血管直徑節律性的波動和血流波動。Schmidt等[11]研究表明血液內碳酸氫鹽的值較低時(20.9 mmol/L)，表現出低頻的血流波動；血管內注入10% HCl溶液60 min后，表現出頻率為1.7 cpm、相對振幅為31%的血流波動。Bertuglia等[13]將倉鼠暴露于氧含量為11%的空氣中發現，3 min后骨骼肌小動脈血管舒縮的頻率明顯增加，10 min后反應最明顯，血管舒縮的頻率達到最大值(24±4) cpm，同時振幅也明顯增加。另外，惡性腫瘤與良性病變及正常組織相比，也可以加強血管舒縮的尺度。

3.1.3體外影響因素體外觀察到的血管舒縮的頻率與體內所測的血流波動的頻率具有較好的一致性。在不同物種包括人類[14-15]的離體小動脈中可觀察到血管舒縮。如Delgado等[14]在研究動脈內注射神經肽Y或血管活性腸肽對兔離體外眼動脈血管波動的影響中發現，前者使血管波動的頻率增加，后者使血管波動的頻率減低。同年，有研究發現早產胎鼠的離體動脈導管，在經歷了2 h血管內增壓及KCl 刺激后，觀察到了血管舒縮[15]。體外血管舒縮的出現進一步說明了誘發血管舒縮的機制是血管壁所固有的，然而體內波動的復雜性提示血管舒縮受許多細胞外機制(如神經影響)的調制[2]。雖然已有許多關于體內和體外血管舒縮的研究，但將兩者聯系起來進行討論的研究很少。今后應增加兩種方法的交流，可能對血管舒縮的理解有很大提高。

3.2血管舒縮的意義當自我平衡受到威脅或應激狀態時可增加血管舒縮的模式。如Bertuglia等[13]將倉鼠暴露于低氧含量的空氣中，骨骼肌小動脈血管舒縮的頻率及振幅明顯增加。此外，血管舒縮可提高氧傳遞及組織氧合水平。已有研究表明，輕度外周動脈閉塞性疾病患者的血管舒縮發生率增加，根據患者是否表現出血流波動將其分為2組，發現表現出血流波動的患者有較高的組織氧合水平[11]。在病理條件下血管舒縮的發生及其模式的變化，提示其在許多病理狀態中的重要性。然而，目前尚無對血管舒縮的生理和病理作用更多、更詳細的了解。理解血管舒縮的機制可以提高對其生理病理作用的認識。

4血管舒縮頻率的研究

用IVM探測小動脈直徑的動態變化[5]或用LDF探測血流的動態變化[6,8]，分析其時間-振幅序列，發現血管舒縮存在一個較寬的波動譜(0.0095~2 Hz)[7,16-17]。起源于心跳和呼吸運動的高頻波動后有許多較低頻率的不同頻帶，如主要依賴于血管內皮的頻率成分、依賴于神經活動的頻率成分及固有的平滑肌活動的頻率成分，即可以將血管舒縮的頻率譜分為幾個頻率間隔，各個頻率間隔有不同的背景機制[2,16]。

4.1與心跳有關的頻率(0.6～2 Hz)眾所周知，在安靜狀態下，人類心跳的頻率約為1 Hz，波動范圍可以從運動員的0.6 Hz到心血管系統受損患者的1.6 Hz。心臟泵活性體現在每一個動脈血管，也存在于微血管的血流信號中。通過同時測量心功能(如心臟的電活動)可以容易地說明血流信號中此頻率峰的生理起源[16-17]。

4.2與呼吸活動有關的頻率(0.15~0.6 Hz)在微血管血流信號中，與呼吸活動有關的頻率很弱[17]。通過同時測量呼吸活動所致的雙肺動度，可以明確此頻率峰的起源，如Stefanovska等[16]將壓電探頭貼附在大鼠的胸部測量呼吸頻率。

4.3與小動脈肌源性活動有關的頻率(0.052~0.15 Hz)血管壁的平滑肌細胞隨著血管腔內壓的不斷變化而作出不同反應，即為肌源性反應(myogenic response)。Delgado等[18]認為兔外眼動脈的血管舒縮頻率分為3個主要的頻帶，為了說明極低頻帶(<0.07 Hz)的起源，其用去除神經、溫度影響的離體兔外眼動脈作為觀察對象，觀察到的血管反應即認為歸咎于局部肌源性調節，觀察到的主要頻帶為0.033~0.066 Hz，進而認為此頻帶與小動脈肌源性活動有關。

4.4與交感神經活動有關的頻率(0.021~0.052 Hz)S?derstr?m等[7]用LDF同時測量人類游離血管皮瓣(去除了交感神經的影響)及鄰近完整皮膚表面的血流信號，用小波轉化分析其時-頻成分，從而確定交感神經活動與血流波動中哪個頻率有關。結果顯示游離皮瓣與正常皮膚的血流波動振幅在頻帶為0.0095~0.021 Hz和 0.021~0.052 Hz 內存在明顯差異，前者被認為與血管內皮活動有關，后者與交感神經活動有關。

4.5與血管內皮有關的頻率(0.0095~0.021 Hz)Stefanovska 等[17]通過藥物干預的方法認為此頻率間隔與血管內皮的作用有關。乙酰膽堿為內皮依賴性血管擴張因子，硝普鈉為直接作用于平滑肌細胞的內皮非依賴性血管擴張因子，用LDF探測兩者血管擴張效應間的差異，認為其與血管內皮的參與有關。此頻率間隔不易被檢出的主要原因可能是檢測信號的時間較短或應用了不具備較高低頻分辨率的自回歸模型。

雖然血管舒縮的頻率被初步認識，然而，引起這些波動的確切機制有待進一步闡明[2,16]。

5血管舒縮功能檢測的臨床應用及展望

1992年Celermajer等[19]首先提出采用高分辨率超聲無創性測定血管內皮依賴性血管舒張功能。目前，主要采用高分辨率超聲測定腦血管舒縮反應能力、肱動脈或股動脈血管舒張功能，也可應用經胸超聲心動圖檢測冠狀動脈主干進行內皮功能評價。如測定二氧化碳分壓的改變所誘發的腦血管反應，以推測腦血管舒縮反應的儲備能力。另外，用LDF灌注監測[20]評估體外循環冠狀動脈搭橋術后全身微血管反應和內皮功能，即在患者術后，評估內皮非依賴性血管舒張功能是否完好、全身微血管內皮功能的損害與否。

BOLD MRI是一種非侵襲性的檢查技術，與超聲技術及LDF相比，還可以觀察深層組織，其信號主要反映血管內脫氧血紅蛋白與氧合血紅蛋白的比例。有研究表明灌注成像探測的血流波動與BOLD信號的波動緊密相關[9]。且在腫瘤中，其BOLD時間信號曲線與經皮氧分壓波動或LDF檢測的皮膚血氧狀態的波動呈明顯正相關[10]。預期BOLD MRI技術顯示小動脈血管舒縮狀態將成為新的臨床實用功能成像方法。由于良惡性腫瘤的血管有差異，用其探測腫瘤的血管舒縮特點，有可能用于區分良惡性腫瘤，或觀察抗腫瘤血管生成藥物的治療效果。

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(本文編輯：許卓文)

[收稿日期]2014-09-05；[修回日期]2014-10-02

[作者簡介]段麗莎(1987-)，女，河北欒城人，河北醫科大學第三醫院醫學碩士研究生，從事影像醫學與核醫學研究。 *通訊作者。E-mail：jianlingcui@sina.com

[中圖分類號]R331.32

[文獻標志碼]A

[文章編號]1007-3205(2015)05-0617-04