機械加載對高血壓大鼠心血管及腎臟損傷的療效觀察

郭嘉露 ，李心樂 ，2，李 新 ，呂子成 ，張 瑋 ，劉大全 ，2，張 平 ，2

（1.天津醫科大學人體解剖與組織胚胎學系，天津300070；2.泰達國際心血管病醫院再生醫學中心，天津300457）

高血壓是常見的慢性疾病之一，2016年我國高血壓發病率為32.5%[1]，其引發的心、腦血管及腎臟損傷嚴重影響著高血壓患者的預后。目前高血壓的治療強調生活方式改變與藥物治療相結合，二者缺一不可。研究表明有氧運動不僅可以減少藥物所需劑量，而且有助于降低高血壓患者和大鼠的血壓水平[2-4]。我們自主研發的脈沖式機械加載是模擬主動有氧運動的物理康復療法。前期工作報道，機械加載通過對滑膜關節和骨產生機械應力作用達到機體主動物理運動的效果，已經證實其在一定程度上可以降低機體的炎癥反應，并調節骨代謝、促進骨折的愈合[5-6]。我們實驗室的近期實驗還表明，機械加載可以有效地改善高脂飲食導致的肥胖和脂肪肝（數據待發表）。但有關機械加載改善高鹽高脂導致的高血壓大鼠血壓以及臟器損傷的作用未見報道。本研究通過建立高鹽高脂誘發的高血壓大鼠模型，比較分析治療前后大鼠體質量、體脂含量、BMI、血壓變化及血管、心臟、腎臟損傷指標，探索機械加載對高血壓及心臟、血管、腎臟損傷的影響。

1　材料和方法

1.1實驗動物健康雌性SD大鼠50只，6周齡，體質量200 g左右，購于中國人民解放軍軍事醫學科學院動物中心，其飼養和管理遵守天津醫科大學動物實驗動物管理規定，本研究經天津醫科大學倫理委員會批準。

1.2主要儀器和試劑BP-100A全自動無創血壓測量儀購自四川成都泰盟有限公司。機械加載儀器采用我們自主研發并制作的產品（已經獲得中國專利批準）。其他設備和材料包括：高鹽高脂純化飼料（北京華阜康有限公司）、ImpediVET實驗動物體組成測定分析儀采用我們自主研發并制作的產品（已經獲得中國專利批準）。其他設備和材料包括：高鹽高脂純化飼料（北京華阜康有限公司）、ImpediVET實驗動物體組成測定分析儀（上海怡耀科學儀器有限公司）、全身骨密度測量儀XR-600（美國NORLAND公司）、RM 2255輪轉式切片機（德國Leica公司）、光學顯微鏡BX53（日本OLYMPUS公司）、SF-400電子稱（永康市轉金工貿有限公司）、電子天平（美國Mrttler Toledo公司）。

1.3方法

1.3.1分組和處理普通飲食喂養1周后，50只SD雌性大鼠隨機分為對照組10只、研究組40只。研究組給與32%kcal fat、8%NaCl的高鹽高脂飲食（北京華阜康有限公司，配方參考Research diets D12266B），用大小鼠無創尾動脈測壓法監測血壓（1次/周），收縮壓高于158 mmHg為高血壓造模成功的標準[7]。6周后22只大鼠造模成功。隨機選出高血壓大鼠20只，采用隨機數表法分為高鹽高脂模型組和高鹽高脂的機械加載治療組（n=10）。

1.3.2機械加載治療使用2%異氟烷（1.0～1.5 L/min流量）對治療組大鼠進行吸入麻醉后，機械加載作用于腰椎關節，設定加載頻率為5 Hz，力度為2 N，時間5 min/d，連續加載6周（圖1A）。對照組和模型組動物放置在加載平臺，僅接受麻醉而不進行機械加載治療[8-9]。

1.3.3實驗動物體組成測定分析實驗大鼠麻醉后，采用ImpediVET實驗動物體組成測定分析儀對實驗大鼠進行體成分分析（圖1B）。

1.3.4無創血壓測量本實驗采用BP-100A全自動無創血壓測量儀測量大鼠安靜清醒狀態下尾動脈血壓。測量前，大鼠0.5 h內禁食、禁水，將大鼠置于大鼠固定器，尾部連接傳感器和阻斷器。將大鼠置于36～37℃恒溫環境中，連續測量大鼠尾動脈收縮壓、舒張壓、平均尾動脈壓3次，間隔60 s，取其平均值（圖1C）。

圖1　實驗器材Fig 1 Experimental equipments

1.3.5取材、組織學觀察和分析大鼠麻醉后，打開胸腔，在心尖處插入灌注針頭，同時剪開右心耳，快速均勻的推入肝素生理鹽水，待右心耳流出的液體明顯變淺，換成4%多聚甲醛灌注，大約需要400～500 mL。灌注固定后迅速獲取心臟，去除周圍大血管，濾紙吸干心臟血液，稱取全心濕重。分離胸主動脈段，去除多余組織，用生理鹽水沖洗主動脈管腔的殘血。分離雙側腎。然后將心臟、胸主動脈段、雙側腎放置4%甲醛溶液中固定，48 h后對心臟、胸主動脈段及雙腎進行脫水、透明、石蠟包埋處理，心臟及胸主動脈經橫斷面制成3 μm連續切片，腎臟經腎門經冠狀面制成3 μm連續切片[10-11],常規HE染色。顯微鏡下觀察心臟HE染色切片，使用OLYMPUS cell Sens Standard軟件測量心室壁厚度和心肌細胞的橫截面積[12]，以此反映心室重構程度。測定胸主動脈中膜厚度和管腔面積的比值以及血管壁面積，以此反映血管重構程度。此外，在×200倍鏡下計數腎間質炎癥細胞數，反映炎癥水平及腎臟損傷程度。

2　結果

2.1機械加載降低高鹽高脂高血壓大鼠的血壓各實驗組大鼠收縮壓基線水平基本一致，無統計學差異。經高鹽高脂喂養6周后，大鼠血壓達到高血壓標準（收縮壓持續穩定在158 mmHg以上），差異有統計學意義（P<0.05）（表 1）。

表1　各實驗組大鼠收縮壓造模后的比較(mmHg)Tab 1　Comparison of the systolic blood pressure after modeling(mmHg)

與對照組相比，模型組大鼠經過12周高鹽高脂飲食后血壓值明顯升高。治療組大鼠經過6周的機械加載治療后，血壓值與模型組相比有顯著的降低，其中收縮壓（P<0.05）、舒張壓（P<0.001）和平均尾動脈壓（P<0.001）的差異均有統計學意義（圖 2）。

圖2　各組大鼠機械加載治療后血壓的變化Fig 2　Changes of blood pressure after mechanical loading

2.2機械加載降低高鹽高脂高血壓大鼠的體質量、BMI值、體脂含量高鹽高脂模型組大鼠飼養12周后表現為體態肥胖，機械加載治療組大鼠體型基本恢復正常（圖3A）。全身骨密度儀掃描的體脂含量圖（黃色、橙色、藍色、紫色、黑色等顏色越淺，表明脂肪含量越高，圖3B）表明，模型組的脂肪含量明顯增加，機械加載治療后大鼠脂肪含量降低。大鼠體質量和體成分分析證實，經高鹽高脂喂養12周后，大鼠體質量、BMI、體脂含量均顯著增高，有統計學意義（均P<0.001）；經機械加載治療后大鼠體質量（P<0.01，圖 3C）、BMI（P<0.05，圖 3D）、體脂含量（P<0.01，圖3E）均顯著降低。

2.3機械加載改善高血壓導致的胸主動脈病理進程高鹽高脂飼養12周后，模型組大鼠胸主動脈血管壁明顯增厚，血管壁面積增加，管腔狹窄，動脈壁中層平滑肌細胞肥大，排列紊亂，血管壁與血管管腔的比值增大。機械加載治療后，上述血管指標顯著改善（圖4）。

圖3　大鼠體質量、體脂含量、BMI的改變Fig 3　Changes of body weight,body fat content,and BMI

圖4　各組大鼠血管組織學變化Fig 4 Histological changes in blood vessels

2.4機械加載改善高血壓導致的心室重構高鹽高脂飼養12周后，與對照組相比，模型組心室指數顯著增加（P<0.001）。機械加載治療6周后，心室指數明顯降低（P<0.001）。與對照組相比，高鹽高脂模型組心肌細胞增殖、肥大、心室壁增厚，發生了心室重構。機械加載治療后，上述心室重構的病理變化指標減輕，且均有顯著性差異（P<0.05）（圖5）。

圖5　各組大鼠心臟組織學變化Fig 5　Histological changes of hearts

2.5機械加載改善腎臟的炎性反應高鹽高脂飼養12周后，模型組與對照組相比腎間質有大量炎癥細胞浸潤。經6周機械加載后，治療組腎炎癥細胞浸潤程度較造模組減輕，有顯著的統計學差異（P<0.001）（圖 6）。

2.6相關性分析通過對平均尾動脈壓與體質量、BMI、體脂含量進行的相關性分析表明，平均尾動脈壓與體質量（r=0.74，P<0.001）、BMI（r=0.70，P<0.001）、體脂含量（r=0.72，P<0.001）成正相關（圖 7）。

圖6　各組大鼠腎臟組織學改變Fig 6　Renal histological changes

圖7　大鼠平均尾動脈壓與體質量、BMI、體脂含量的相關性分析Fig 7　Analysis of correlations between mean tail artery pressure and body weight,BMI and body fat content

3　討論

本研究中實驗大鼠經過6周高鹽高脂飲食，收縮壓在158 mmHg以上，作為高血壓造模成功的標準[7]。隨后，對高血壓大鼠進行了機械加載治療。本研究結果顯示，機械加載有效降低了高鹽高脂高血壓大鼠的血壓水平，并且減緩了高血壓大鼠的體質量、BMI和體脂的增長。機械加載治療后高血壓大鼠血管壁增厚、管腔直徑和面積縮小、管壁厚度與管徑之比增加等血管重構指標較模型組都有顯著效果。心室指數HW(mg)/tibia length(mm)（心臟濕重/脛骨長度）可用來反映心臟肥大的程度，心室重構是高血壓的重要病理變化。機械加載治療后心室壁肥厚和心肌細胞肥大等心室重構指標較模型組也有顯著療效。此外，機械加載不但改善高血壓大鼠心血管的重構，而且對腎臟損傷有一定的修復作用，治療組大鼠腎臟炎性細胞浸潤水平較模型組降低。本實驗證實，機械加載對高鹽高脂高血壓大鼠有明顯的降壓療效，并且在一定程度上延緩了高血壓導致的重要靶器官的損傷。

隨著生活水平的提高，人們的飲食習慣也發生了改變，高血壓已成為我國常見的慢性疾病之一，其造成的并發癥嚴重影響到人們的身體健康。心臟、血管以及腎臟是高血壓損傷常見的組織和靶器官。長期的高鹽高脂飲食引起的血脂、血糖及血壓的升高，造成心肌負荷增加和心肌損傷[13]。同時，高鹽飲食會進一步增強高脂所致的動脈粥樣硬化作用，血管內皮損傷程度加重，表現為血管壁增厚和管腔的狹窄。腎臟則是高血壓損傷的主要靶器官，同時也是調節血壓變化的重要組織器官，腎臟損傷會進一步加劇血壓升高，導致惡性循環。本課題的高鹽高脂飼養，成功地誘導了實驗動物的高血壓和心臟、血管、腎臟的損傷。

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