王文君，高庆春，陈建文，郭健，张伟劲，傅贤，李现亮

脑血流自动调节是指当血压在一定范围内波动时，脑血管能够维持脑血流量相对恒定的能力。既往认为脑血流自动调节过程仅与脑循环阻力（cerebral vascular resistance，CVR）有关[1]，即血管口径改变是自动调节过程最重要的机制。但随后发现某些现象难以用CVR的变化解释，且把复杂的脑血流自动调节过程归结于单一参数的变化欠妥当。近来有学者将临界关闭压（critical closing pressure，CCP）引入脑血流自动调节过程，认为血管紧张度才是脑血流自动调节过程中最重要因素[2]。本研究通过人为改变正常大鼠血压，观察CCP对于脑血流调控的作用机制，观察各血流动力学指标在脑自动调节范围内及超出脑血流自动调节范围后的变化情况，验证脑血流调控CCP模型的有效性。

1 材料与方法

1.1 实验动物与分组 健康雄性SD大鼠（由中山大学动物实验室提供并饲养）140只，体重250～290 g，随机分为降低动脉血压的降压组和升高动脉血压的升压组各70只，分别进行下列手术和操作。

1.2 动脉血压和脑血流信号采集 3%戊巴比妥钠（40 mg/kg）腹腔注射麻醉后，气管插管连接小动物呼吸机，保持呼出气体PaCO2维持在37～43 mmHg。双侧股动脉和右侧股静脉插管。双侧股动脉插管分别连接多导生理仪（日本光电RM-6000型多导生理仪）的压力探头和用于动脉采血、放血，右侧股静脉插管用于血液回输和药物泵注。硬脑膜完整的前提下暴露左侧大脑中动脉（middle cerebral artery，MCA）主干，用经颅多普勒仪（德国DWL Dop-P）的16 MHz探头测定MCA血流速度（cerebral blood flow velocity，CBFV）。动脉血压信号输入经颅多普勒超声仪，与血流信号同步记录。

1.3 动脉血压改变和控制方法 股动脉缓慢放血于肝素化注射器中，以降低动脉血压，血压从基础血压降至40 mmHg以下。微泵经股静脉缓慢泵入去甲肾上腺素（0.08～1.0 μg·ml-1·kg-1）以升高动脉血压，血压从基础血压升至160 mmHg以上。血压升降均以10～15 mmHg为一级别，逐级改变。每一级别都要在血压稳定3～5 min后，测量相关参数的数值。

1.4 数据的导出和测定 选择包络线规则的趋势图进行分析，将血压波、血流速度波数据分段以ASCⅡ码形式由TCD机硬盘导出，采样率为每秒84点。以20个心动周期计算平均动脉压（mean artery blood pressure，MABP）和CBFV。并按照高庆春[3]和Aaslid[4]建立的方法确立CCP和血管面积阻力指数（resistance area product，RAP）。

1.5 脑血流自动调节上、下限的确定方法 首先对脑血流自动调节曲线进行分类。经典型和峰形者，用双盲法[5-6]目测出脑血流自动调节上限（upper limit of autoregulation，ULA）和脑血流自动调节下限（lower limit of autoregulation，LLA）的大体范围，然后对范围内的曲线段通过比较斜率，找出曲线转弯最急处的血压值作为ULA和LLA。非典型脑血流自动调节曲线曲线，则人为规定血流量或血流速度下降到基线血流量或血流速度10%处[7]的血压值作为ULA和LLA。

1.6 统计学方法 所有资料应用SPSS 19.0统计软件、Medcalc 11.4.2软件和Excel 2013办公软件处理。所有数据均进行正态分析，符合正态分布者，用描述。血压与血流速度、CCP等值的相关采用Pearson相关，用相关系数表示指标间的相关性。P＜0.05表示差异（相关）有显著性。

2 结果

140只大鼠中，降压组7只大鼠开颅暴露血管手术失败，5只动脉插管失败，4只静脉插管失败；升压组1只开颅失败。最后完整采集数据降压组54只大鼠，升压组69只大鼠。

2.1 脑血流自动调节上、下限 升压组确定ULA为（148.12±7.49）mmHg，降压组确定LLA为（62.96±3.34）mmHg，因此本研究观察到的脑血流自动调节范围为（62.96±3.34）～（148.12±7.49）mmHg。

表1 升高动脉血压过程中血流动力学参数的改变（±s）

表1 升高动脉血压过程中血流动力学参数的改变（±s）

注：ULA：脑血流自动调节上限；Vm：平均血流速度；Vs：收缩期血流速度；Vd：舒张期血流速度；CCP：临界关闭压；RAP：血管面积阻力指数；CVR：脑循环阻力；*：和脑血流自动调节范围内变化的绝对值比较P＜0.05；#：和脑血流自动调节范围内变化的相对值比较P＜0.05

超过脑血流自动调节范围后相对变化值%（每10 mmHg）BPm（mmHg） 100.16±4.75 148.12±7.49 - - - -Vm（cm/s） 28.18±2.65 31.26±2.51 0.65±0.27 3.82±2.91* 2.36±1.07 12.22±3.32#Vs（cm/s） 37.45±3.11 40.57±3.70 1.02±1.41 5.73±8.56* 2.86±4.06 13.01±2.12#Vd（cm/s） 20.97±2.33 21.94±2.49 0.21±0.52 2.53±4.23* 0.87±0.02 12.06±2.02#CCP（mmHg） 44.77±3.28 66.84±5.66 4.60±1.06 2.33±1.98* 10.36±2.55 3.49±2.96#RAP 2.00±0.12 2.54±0.23 0.11±0.04 0.14±0.07 5.57±1.96 5.30±2.70 CVR 3.85±0.30 4.76±0.38 0.25±0.04 0.02±0.05* 6.93±1.27 0.50±0.93#变量（n=69） 基础值 ULA脑血流自动调节范围内绝对变化值（每10 mmHg）超过脑血流自动调节范围后绝对变化值（每10 mmHg）脑血流自动调节范围内相对变化值%（每10 mmHg）

表2 降低动脉血压过程中血流动力学参数的改变（±s）

表2 降低动脉血压过程中血流动力学参数的改变（±s）

注：LLA：脑血流自动调节下限；Vm：平均血流速度；Vs：收缩期血流速度；Vd：舒张期血流速度；CCP：临界关闭压；RAP：血管面积阻力指数；CVR：脑循环阻力；*：和脑血流自动调节范围内变化的绝对值比较P＜0.05；#：和脑血流自动调节范围内变化的相对值比较P＜0.05

超过脑血流自动调节范围后相对变化值%（每10 mmHg）BPm（mmHg） 104.11±7.17 62.96±3.34 - - - -Vm（cm/s） 26.91±2.13 25.14±2.01 0.43±0.23 3.79±1.31* 1.61±0.87 15.09±2.83#Vs（cm/s） 37.91±1.63 35.63±3.39 0.57±0.80 6.87±1.56* 1.53±2.16 19.31±1.65#Vd（cm/s） 21.50±1.71 19.98±0.74 -0.36 ±0.40 2.51±1.23* 1.82±2.03 12.60±1.31#CCP（mmHg） 47.71±3.82 20.18±1.88 6.74±0.59 2.41±0.53* 14.23±1.97 2.97±0.48#RAP 2.10±0.09 1.72±0.07 0.09±0.02 0.05±0.01* 4.44±0.75 2.78±0.03#CVR 3.88±0.21 2.51±0.15 0.33±0.04 0.03±0.11* 8.59±0.68 1.09±0.21#变量（n=54） 基础值 LLA脑血流自动调节范围内绝对变化值（每10 mmHg）超过脑血流自动调节范围后绝对变化值（每10 mmHg）脑血流自动调节范围内相对变化值%（每10 mmHg）

2.2 动脉血压变动过程中脑血流参数的改变升压组和降压组，在动脉血压逐级升高或降低动脉血压过程中，脑血流自动调节范围内，大脑中动脉血流速度中的平均血流速度（mean blood flow velocity，Vm）、收缩期血流速度（systolic blood flow velocity，Vs）、舒张期血流速度（diastolic blood flow velocity，Vd）随动脉血压改变轻微，超出自动调节范围后则改变明显（图1～2）。平均动脉压每变动10 mmHg，脑血流自动调节范围内血流速度改变的绝对值和相对值均明显小于超出脑血流自动调节范围后的变动，P均＜0.05（表1～2）。而CCP和CVR则与血流速度的变化趋势相反，自动调节范围内随动脉血压改变明显，超出自动调节范围后变化相对缓和（图1～2）。平均动脉压每变动10 mmHg，自动调节范围内CCP和CVR改变的绝对值和相对值明显大于超出自动调节范围后，P均＜0.05（表1～2）。RAP在动脉血压升高和降低过程中，虽然也有自动调节范围内的变化趋势大于超出自动调节范围后的现象，但只有降压过程的自动调节范围内的改变量明显大于超出自动调节范围后，升高血压过程中的变化量未达显著差异（图1～2，表1～2）。

图1 升压组脑血流自动调节范围内及超过脑血流自动调节范围后血压与CCP、Vm和RAP的散点图

2.3 脑血流参数与平均动脉压改变的相关性 脑血流自动调节范围内，尽管血流速度随动脉血压变化轻微，但Vm和Vs与平均动脉压呈明显的正相关（升压r=0.656、0.412；降压r=0.625、0.343，P均＜0.001），而Vd则与平均动脉压无明显的相关（升压r=-0.063，P=0.134；降压r=-0.069，P=0.113）。超出自动调节范围后，血流速度，Vm、Vs和Vd随动脉血压改变的相关性均明显增强（升压r=0.896、0.823、0.878；降压r=0.945、0.922、0.913，P均＜0.001）（表3～4）。CCP、CVR、RAP与血压的关系均与血流速度相反。自动调节范围内，CCP、CVR、RAP和血压呈明显正相关（升压r=0.967、0.853、0.827；降压r=0.969、0.838、0.814，P均＜0.001），超出脑血流自动调节范围后，CCP、RAP与血压的相关性降低（升压r=0.508、0.447；降压r=0.458、0.447，P均＜0.001），升压组CVR甚至与血压则无明显相关（r=-0.042，P=0.549）（表3～4）。

图2 降压组脑血流自动调节范围内及超过脑血流自动调节范围后血压与CCP、Vm和RAP的散点图

3 讨论

经典脑血流自动调节理论认为，脑血流量（cerebral blood flow，CBF）是由脑灌注压和脑血管阻力共同决定的，即CBF=CPP/CVR。当颅内压不高时，脑灌注压（cerebral perfusion pressure，CPP）可近似等于MABP。故可得到，CBF=MABP/CVR。血压变化时，血管平滑肌相应收缩、舒张，血管直径随之改变，CVR升高或降低，从而维持脑血流量恒定[8]。根据此理论只有当灌注压为0时，血流才停止。近年来发现，离体器官灌注时，灌注压低于某一值后血流即停止[9]。因此，认为脑血流自动调节过程中，除血管舒缩通过血管管径改变循环阻力的机制外，可能还存在其他机制。

动脉血压升高或降低过程中，MCA管径无明显改变，短时间内MCA的血流速度的变化与颈动脉的血流量的变化是高度相关的[10]，所以可以用经颅多普勒监测MCA血流速度代替直接测定脑血流量[11]进行脑血流自动调节的相关研究。本研究中，动脉血压升压和降低过程中，脑血流自动调节范围内，大鼠MCA脑血流速度的部分参数，虽然与平均动脉呈正相关，但与超出自动调节范围后的相关性相比明显较低，且血流速度的具体变化量非常轻微；而超出自动调节范围后，脑血流随动脉血压明显改变。这一现象符合经典的脑血流自动调节规律。尽管如此，本结果也提示，在自动调节范围内，脑血流并非绝对恒定，只是随动脉血压改变非常微小，这与以往的实验观察结果类似[10]。不但脑血流自动调节趋势与以往观察类似，本研究测定的脑血流自动调节上、下限，或脑血流自动调节的平均动脉压范围为（62.96±3.34）～（148.12±7.49）mmHg，与以往观察[5]完全相符。因此提示，本研究中脑血流自动调节观察采用方法学确实可靠。

表3 升高血压过程中血流速度、CCP、RAP及CVR与平均动脉压改变的相关性

表4 降低血压过程中血流速度、CCP、RAP及CVR与平均动脉压改变的相关性

自动调节范围内，用于解释脑血流稳定的CVR，是灌注压与脑血流比值计算的结果，不是直接测量的结果，代表的是脑内从动脉到静脉期间所有血管床的总阻力。然而自动调节过程中，只有微动脉平滑肌具有的收缩和舒张功能，对脑血流进行调控，不包括传导动脉、毛细血管和静脉。因此，理论上直接观察微动脉在自动调节过程的作用更为合理。近来有学者提出，CCP是脑循环的有效下游压[12]，是微动脉即将塌陷时的血压值，是微动脉血管平滑肌紧张度的反映。在微动脉的CCP后到毛细血管灌注压间有一压力瀑布[13]。CCP理论认为[14]，脑血流自动调节过程中，动脉血压改变导致微动脉平滑肌的收缩或舒张，主要通过调控微动脉的血管紧张度，即CCP的升高或降低，调控脑循环的有效灌注压（MABP-CCP）来稳定脑血流。根据CCP测定方法学，RAP是小动脉循环阻力和TCD检测血管管腔面积的乘积，在MCA等血管腔基本稳定的前提下可客观反映小动脉的循环阻力[1]。因此本研究，直接测定自动调节过程中微动脉的CCP和RAP，观察CCP对脑血流调控的作用。

本研究结果显示，升高动脉血压和降低动脉压组过程中，脑血流自动调节范围内，大鼠CCP、RAP与血压呈显著正相关，随着血压升高或降低而改变。超出脑血流自动调节范围后，CCP、RAP与血压的相关性明显降低，血压改变过程中CCP和RAP基本保持不变。因此可以认为，RAP和CCP参与脑血流自动调节过程。自动调节范围内，血压波动时，RAP和CCP相应增大或减小，维持灌注压恒定，CBFV基本保持不变，超过自动调节范围后，RAP和CCP变化明显减小，说明此时机体的调节能力已达最大，血管紧张度的改变和血管管径的收缩、扩张已不能维持正常的脑灌注压，脑循环有效灌注压开始随血压的改变而变化，CBFV也不能保持恒定而开始升高和降低。因此，CCP和RAP比CVR更能真实地反映脑血流调控机制。

因此，从脑血流动力学参数的相互关系中可以看出，CCP和RAP共同参与了脑血流自动调节过程，即微动脉血管紧张度和微动脉直径均在此过程中起到作用，用CCP和RAP两个参量代替经典理论中的单一参数CVR，更能客观、真实地反映脑血流动力学的调控机制。至于自动调节过程中，CBF与CCP和RAP间具体的定量关系，本课题组将在后续实验中继续观察。

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