Changes of rabbit aorta lumen cross-sectional area due to various vasoactive drugs: Intravascular unltrasound observation
Ni Zhu-hua, Yang Xin-chun, Wang Le-feng, Xia Kun, Ge yong-gui, Wang Hong-shi, Li Wei-ming, Xu Li, Chi Yong-hui, Liu Yu

Abstract
BACKGROUND: Intravascular ultrasound can not only be used to determine whether lesion exists or not and identify the quality of lesion on vessel wall precisely, but also can be applied to observe vessel function with a direct pattern accurately.
OBJECTIVE: To approach whether intravascular ultrasound can be used to assess vascular changes due to drug intervention.
DESIGN, TIME AND SETTING: The observational trial was conducted in the Cardiac Catheter Labaratory of Beijing Chaoyang Hospital, Capital University of Medical Sciences between March 2006 and September 2006.
MATERIALS: Twenty-five New Zealand white rabbits, weighing 2.5-3.5 kg, after anaesthesia their femoral artery and common carotid artery were dissected and punctured and then put in a 5F sheath, respectively.
METHODS: The sheath deployed in the carotid artery was connected with the pressure tranducer and the blood pressure and electrocardiogram were monitored on the multichannel physiologic recorder. With the help of X-ray fluoroscopy, a 20 MHz ultrasound catheter was inserted into abdominal or thoracic artery through the sheath deployed in the femoral artery. After the condition became stable, various concentrations of acetylcholine, nitroglycerin and papaverine were injected into vessel through auricular edge vein at the dose of 2 mL/kg within 1 minute. The adenosine triphosphate was given bolus injection. The blood pressure, electrocardiogram and intravascular ultrasound image were recorded simultaneously during injection. Rabbits, if their blood pressure and heart rate could return to baseline level, would be administrated all above drugs with various concentrations, if the blood pressure and heart rate could not return to baseline level, further drug administration would be stopped, then the study ended. The blood pressure and heart rate must return to baseline level before each administration.
MAIN OUTCOME MEASURES: The blood pressure, electrocardiogram and intravascular ultrasound image were recorded simultaneously during injection. Ultrasound image was replayed and the vessel diameter and vessel area were measured.
RESULTS: It was found that if the luminal diameter and luminal area of big elastic artery decreased, the corresponding blood pressure dropped. Various concentrations of acetylcholine, nitroglycerin, papaverine and adenosine triphosphate could all render the luminal diameter and luminal area decreased and blood pressure dropped. Comparing with the basal condition, the differences were statistically significant (P < 0.05, P < 0.01).
CONCLUSION: Intravascular ultrasound can be used to observe vessel reactions to various drugs, especially vasoactive drugs, consequently intravascular ultrasound can also be used to screen vasoactive drugs.

Ni ZH, Yang XC, Wang LF, Xia K, Ge YG, Wang HS, Li WM, Xu Li, Chi YH, Liu Y. Changes of rabbit aorta lumen cross-sectional area due to various vasoactive drugs: Intravascular unltrasound observation.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(28):5427-5431(China) [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-28/28k-5427(ps).pdf]

摘要
背景：血管内超声不但能精确地判断血管壁是否存在病变以及病变性质，也能准确地对血管功能进行直观地观察。
目的：探讨血管内超声能否用于药物干预所致血管变化的评估。
设计、时间及地点：观察性实验，于2006-03/09在首都医科大学附属北京朝阳医院心导管室完成。
材料：25只新西兰大耳白兔，体质量2.5~3.5 kg，麻醉后分别分离和穿刺股动脉及颈总动脉，置入5F鞘管。
方法：将颈动脉处鞘管接压力换能器，在多导生理记录仪上监测血压及心电图。在X射线透视下，自股动脉处鞘管尾端插入20 MHz 超声导管至腹主动脉或胸主动脉处。稳定后，分别以2 mL/kg 自耳缘静脉给予不同浓度的乙酰胆碱，硝酸甘油，罂粟碱，在1 min 内推注完毕，而三磷酸腺苷给予“弹丸”注射。若血压和心率能够恢复至基线水平，则动物均给与上述药物。若血压和心率不能够恢复至基线水平，则停止药物的进一步应用，实验结束。每次给药前均使血压和心率恢复至接近基线水平。
主要观察指标：推注过程中记录超声影像以及血压，心电图变化。回放超声影像，观察并测量血管直径及面积变化。
结果：血管内超声可见兔大弹性血管管径及管腔面积减小时，血压随之下降。不同浓度的乙酰胆碱、硝酸甘油、罂粟碱以及三磷酸腺苷均可引起血管缩小，血压下降，与基础状态相比差异具有显著性意义（P < 0.05，P < 0.01)。
结论：血管内超声能够非常直观形象地观察血管对各种药物的反应，尤其是血管活性药物对血管的作用，因而血管内超声可以用来筛选血管活性药物。
关键词：血管内超声显像；乙酰胆碱；硝酸甘油；罂粟碱；三磷酸腺苷；药物反应

倪祝华，杨新春，王乐丰，夏昆，葛永贵，王红石，李惟铭，徐立，迟永辉，刘宇. 血管内超声观察应用不同血管活性药物兔主动脉管腔横截面积的变化[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(28):5427-5431
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-28/28k-5427(ps).pdf]

>>本文导读<<

作者介绍：通讯作者杨新春教授，留日博士，主任医师，博士生导师。首都医科大学心血管疾病研究所所长、北京朝阳医院心脏中心主任。长期从事心血管病临床医疗教学及科研工作。尤其在介入心脏病学领域颇有造诣，在心律失常的非药物治疗方面做出较突出的贡献。完成射频消融治疗心律失常、起搏器植入及经皮冠状动脉腔内成形术2 000例以上。对房扑、特发性室速、房颤的射频消融治疗做了积极地探索工作。

偏倚或不足：①在不同药物甚至同一药物的不同浓度给药后，有时血压、心率和超声影像不能完全恢复至基线水平，因而影响结果的判断。②对血管直径和面积的测量应该统一在心脏舒张期，但实际的测量过程往往不能完全保证均在舒张期。

学科概念：血管内超声是利用心导管，将一高频微型超声探头导入心血管腔内进行探测，再经电子成像系统来显示其内部组织结构和几何形态的微细解剖信息，因此更能清晰、直观地“扑捉”冠状动脉内病变的性质和进展，科学判断疾病的严重程度，明确过去冠状动脉造影技术所不能确定的狭窄。

0 引言

血管内超声（Intravascular ultrasound，IVUS）能够用来准确观察血管对不同血管活性药物及各种应激的反应，国外已有一些报道[1-4]。这些研究大部分针对冠状动脉，不同研究结果往往有差异，但所有研究都认为，IVUS对观察不同血管状态对药物或应激的反应极有价值，因这种方法直观形象，对血管腔径、腔面积能作出准确的定量测定。本文观察动物大弹性动脉对药物的反应，从而证实IVUS的这种价值，并从直接观察管腔横截面变化这一角度对常用血管活性药物给予进一步的认识。

1 材料和方法

设计：观察性实验。
时间及地点：实验于2006-03/09在首都医科大学附属北京朝阳医院心导管室完成。
材料：25只新西兰大耳白兔，雌雄不拘，月龄9个月左右，体质量2.5~3.5 kg，由北京大学医学部实验动物中心提供（动物合格证号SCXK（京）：2002-0006）。

实验过程：
动物麻醉、血管分离及置管：6号静脉输液针头肝素冲洗后穿刺白兔耳缘静脉，按5 mL/kg 体质量缓慢推注20%乌拉坦麻醉。麻醉成功后，保留并固定针头。分别分离出右(或左)股动脉及右(或左)颈总动脉。用4F穿刺针穿刺股动脉，在导引钢丝引导及扩张管扩张下插入5F鞘管，0/3号线固定之，然后自鞘管按100 IU/kg 推注普通肝素抗凝。用同样方法插入5F鞘管于颈总动脉并固定。
压力的测量：压力延长管两端分别连接颈部鞘管及压力换能器，然后连接到多导生理记录仪。阻断鞘管中血流，使压力延长管处于大气压状态。调节多导生理记录仪使收缩压、舒张压、平均压均至“0”点，然后重新开通鞘管血流与压力延长管相通，此时生理记录仪出现压力曲线，并显示各压力数值。
心电图的监测：分别于动物四肢近端去除7 cm2 左右的圆形皮肤，放置心电图导联。连接完毕后，多导生理记录仪出现心电图图形。
血管内超声的记录：在X射线透视的指导下，自股动脉处鞘管尾端缓慢小心地插入换能器中心频率为 20 MHz 的超声导管至腹主动脉或胸主动脉处，得到良好的超声图像。观察多导生理记录仪，当血压及心电图处于相对稳定的状态，走纸记录基础状态血压、心电图。血管内超声仪记录基础状态的超声影像于录像带上。
药物干预：25只白兔均按下列顺序以2 mL/kg 给于不同浓度的不同药物，乙酰胆碱依次给予0.1，1，10 mg/L 3种浓度；硝酸甘油依次给予10，50 mg/L 2种浓度；罂粟碱依次给予500 mg/L，2 g/L，每次均在1 min 内缓慢推注完毕。三磷酸腺苷给予“弹丸”注射。在推药过程中同时记录血压、心电图及超声图像，药物推注完毕后继续记录一段时间。注意在下一次给药之前尽量使心电图血压及超声影像恢复至基础状态。若血压和心电图不能恢复至基线水平，或者动物死亡，则不再给与进一步药物注射，实验结束。实验完毕后耳缘静脉推注空气处死动物。回放超声影像，观察并测量管腔变化。测量最小管径及管腔面积，同时观察此时间点对应的血压及心电图。
指标检测：
①血管横断面积(Cross sectional area，CSA)：中外膜交界线所环绕的血管横断面积。由于正常血管内膜加中膜厚度通常小于50 μm，故正常血管管腔面积与CSA基本一致。IVUS图像血管外膜本身界线不清，活体检查时由于周围组织的干扰，界线会更难判断，而中膜则较容易辨别，故用中外膜交界线作为总血管面积的分界线。②管腔面积(Lumen area，LA)：内膜血液交界所围绕的管腔横断面积。③管腔最大径：通过管腔中点所测得的最大管腔直径。④管腔最小径：通过管腔中点所测得的最小管腔直径。一般是对存在动脉粥样硬化且血管腔不规则的血管而言。
主要观察指标：推注过程中记录超声影像以及血压，心电图变化。回放超声影像，观察并测量血管直径及面积变化。
设计、实施、评估者：实验设计、干预实施为第一作者，评估为第二、三作者。经过正规培训，对各指标的判定和测量均采用盲法评估。
统计学分析：由第一作者采用SPSS 10.0统计软件包完成统计处理，各指标两两比较均用配对t检验，实验数据以x(_)±s表示，P < 0.05为差异有显著性意义，P < 0.01为差异有非常显著性意义。

2 结果

2.1 基础状态时实验动物收缩期和舒张期血管直径及面积 见表1。

由于超声探头放置在胸主动脉或腹主动脉，血管的舒缩直接受心动周期的影响。表1显示基础状态时，在心脏收缩期和舒张期，管腔面积差异有非常显著性意义(P < 0.01)。另外，由于血管腔往往不是标准圆形，尤其存在动脉粥样硬化且在收缩期时，管径形状往往不太规则，此时测量最大和最小径，同样收缩期和舒张期管腔最大径与最小径相比，差异有非常显著性意义(P < 0.01)。从表1可以看出，在进行测量和数据分析对比时，应选择心脏的同一活动期，即同时选收缩期或舒张期进行对比。
2.2 基础状态时血管对不同药物的反应情况 观察多导生理记录仪的压力曲线变化图，记录在每种浓度下压力的最低值及对应的心率和心律。同时测量血管内超声图像在相应时间点收缩期和舒张期管腔最大径与最小径以及管腔面积。同种药物的不同浓度以及不同药物注射时，上述指标均会有不同程度的变化。基础状态下血管腔的大小见图1。

需要指出的是，有些动物在应用不同浓度的血管活性药物后，由于血压下降和心率变化程度不能恢复至基线水平，有些动物甚至死亡，所以接受后面药物的动物样本数逐渐减少。例如１只动物在接受1 mg/L 浓度的乙酰胆碱时死亡。当然动物死亡的原因主要与药物的应用有关，有时也与药物无关，可能与本身的操作等诸多因素相关。
血管对不同浓度乙酰胆碱的反应：见表2，图2。

血管对不同浓度硝酸甘油的反应：见表3，图3。

血管对不同浓度罂粟碱的反应：见表4，图4。

血管对三磷酸腺苷“弹丸”注射的反应：见表5，图5。

3 讨论

由于超声导管观察的是大弹性动脉的反应，而弹性动脉的扩大和缩小主要是随心动周期被动地进行变化，而非本身主动地扩张和缩小。实验中观察到的血管变化是药物对循环系统综合作用的结果，而并不代表体内所有血管均符合实验中观察到的这种变化规律。这种变化规律主要受2个因素影响：一是回心血量的多少，一是心搏量的大小。实验中所用药物均对其中之一或两个因素同时产生作用。
实验所用药物均能引起大弹性动脉管腔变小，血压下降，对心率也有一定影响。且收缩期和舒张期管腔直径和面积差异均有显著性意义。高浓度乙酰胆碱及三磷酸腺苷可引起心律失常，当出现房早、室早时，血压一般无明显变化，超声图像也无明显变化，说明对血液动力学影响不大。当出现心动过缓时，血压往往下降，超声图像显示管腔扩张和缩小的规律运动减慢。房颤时，血压也常下降，IVUS显示管腔缩小，管腔扩张和缩小的规律运动消失。一旦出现室颤，则血压急剧下降，IVUS示管腔极度缩小，甚至血管壁紧贴超声导管，管腔完全失去了扩张和缩小的规律运动，而保持静止不动。说明心脏完全失去了排血功能，动物大多因此死亡。个别出现室颤的动物在经历上述变化，经心脏复苏后，IVUS发现能渐渐恢复管腔扩张和缩小的规律运动，管腔逐渐扩大，但一般恢复不到基础状态时的管腔大小，此时动物可以存活下来。
从IVUS和血压曲线也可判断药物开始起效时间及作用持续时间，其中IVUS显示地更直观更形象。上述药物起效时，IVUS显示管腔缩小。一般说来，乙酰胆碱在5~10 s 开始起作用，持续时间与浓度有关。低浓度和中等浓度引起的管腔缩小，大多在数分钟内恢复，而高浓度引起的管腔缩小往往需十几分钟甚至几十分钟才能恢复，个别不能再恢复至基础状态；硝酸甘油一般也在5~10 s 间引起管腔缩小，大多在数分钟内恢复；罂粟碱在数秒钟引起弹性血管的缩小，大多持续时间短，有的只有几秒钟，个别会引起较持久地管腔缩小，血压下降；三磷酸腺苷“弹丸”注射后数秒钟起效，管腔缩小持久而强烈。
3.1 乙酰胆碱 给予不同浓度的乙酰胆碱，动物血液内药物浓度分别约为8.7×10-4，8.7×10-3，8.7×10-2 mg/L。乙酰胆碱激动心脏M受体后出现心率减慢，心肌收缩减弱，使心排血量减少。这必然使血管充盈度下降，管腔缩小，血压下降。需要特别指出的是，管腔缩小，血压下降是由心排血量减少引起的，而不是血管主动收缩引起的。另外，血管内皮细胞及平滑肌均存在M受体，内皮细胞上M受体激动时使内皮依赖的血管舒张因子产生增加，血管舒张[5]；而平滑肌细胞M受体激动时可引起血管收缩。在整体及内皮细胞完整的情况下，前者常占优势，因而总的结果是引起血管舒张。但在内皮受损的情况下，后者可占优势而出现血管收缩效应[6]。这里的血管主要是指含平滑肌丰富的肌性动脉。但IVUS发现在弹性动脉存在粥样硬化的动物，按照一般规律，其肌性动脉和毛细血管内皮功能往往受到不同程度的损害，则平滑肌M受体激动引起血管收缩起主要作用，可引起回心血量增加，心搏量增加，而使观察点大弹性动脉管腔扩大，血压升高。但实验结果却无一例外地出现观察点管腔面积下降，血压下降，可能由于以下原因：①心脏M受体激动的心率减慢，心肌收缩力减弱起主要作用。②周围小血管内皮细胞的病变程度不足以引起广泛血管收缩。
3.2 硝酸甘油 主要是扩张小静脉，使容量血管内储存血液量增加。在一定范围内，小静脉扩张程度随硝酸甘油剂量增加而增加，此时静脉内储存血量增多，回心血量减少，心搏量下降，大弹性血管充盈下降，管腔直径面积缩小，血压下降。
3.3 罂粟碱 对血管平滑肌有松弛作用，能使外周血管舒张，血管中储存的血液量增加，回心血量减少，心搏量相应减少，则弹性动脉充盈下降，管腔直径面积缩小，血压下降。当然实验中观察到的是其对循环系统总的影响，至于对冠状血管的影响，可以应用IVUS对其进一步研究。
3.4 三磷酸腺苷 三磷酸腺苷注入体内后，交感神经末梢释放去甲肾上腺素，促使ATP迅速变为腺苷，作用于突出前的嘌呤受体(P受体)，又称为腺苷受体(A受体)。它有2个亚型P1，P2。心脏中P1受体激动时引起负性变力，负性变时效应；血管中P1激动时引起血管舒张。血管平滑肌中P2受体激动时引起血管收缩，但血管内膜中P2受体激动时会引起血管舒张因子释放[7-9]。以上效应的综合结果就使回心血量减少，心排血量下降，大弹性血管充盈下降，血管缩小，血压下降。通常三磷酸腺苷作用时间较短暂，一般10~20 s。但本实验观察到的作用时间却大大增加。这可能与剂量偏大，血管和心脏反应过于强烈，使机体受到损伤有关。应用三磷酸腺苷后数只动物出现心律失常，个别因此死亡，提示在应用三磷酸腺苷应慎重，否则可能出现严重的并发症。
综上所述，IVUS能够非常直观形象地观察血管对各种药物的反应，并能对管腔直径和面积进行精确地定量测定。这种观察方法会使对药物的作用机制有一个更直观更形象地了解。随着超声导管不断改进，直径不断缩小，可以把导管送至更小的血管内。这样可以观察到局部小血管的反应。应用IVUS可以评价药物，尤其是血管活性药物对循环系统的影响，探索出药物作用的机制，筛选出具有实用价值的心血管用药；另外还可用来研究一些生理或病理反应对循环系统的影响。相信随着时间的推移，IVUS技术会越来越广泛地被应用于研究和临床中。

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