背景和目的减阻剂(Drag-reducing polymers, DRPs)是一种具有独特调节血流动力学和血液流变学特性,并且降低外周血管阻力的药物。其为平均分子量大于106道尔顿,近似直线结构的血溶性大分子。被广泛地用于工程制造、工业、制药业等各个领域,最近一系列的实验发现其具有改善血液循环和恢复器官血流灌注的疗效,可以用来治疗糖尿病、失血性休克等疾病。DRPs能够改善微循环、增加组织氧供的机制目前认为与1)调节血管内的红细胞分布,减少“血浆撇清”效应以及2)减少单个红细胞在血管中的无序运动,抑制小血管网中的紊乱血流和假性湍流,减少水力学能量的损耗有关。临床上有20-25%的急性心肌梗死(Myocardial infarction, MI)病人,其梗死相关动脉的前向血流虽然恢复到了TIMI3级,但相关的冠脉微循环出现无复流(n现象,使近期和远期的心血管事件发生率和死亡率增加。与心肌充分复流的患者相比,无复流患者在MI后更多地发生充血性心力衰竭、恶性心律失常和心源性猝死,给个人、家庭和社会带来沉重负担。研究和发现一种新的、疗效确切的、能改善心肌微循环灌注的药物具有重大的临床价值。我国目前尚无学者从事DRPs在生物医学领域的研究,因此,本课题打算就DRPs对微循环的疗效进行初步的实验探索。最近的实验发现,在急性犬前降支(left anterior descending coronary artery,LAD)冠脉狭窄模型上,静脉注射DRPs溶液能显著增加LAD支配区的红细胞流速、毛细血管床容积和心肌血流量,而心肌的微循环阻力明显降低。在急性MI大鼠的模型上,DRPs能够显著延长动物的存活时间。MI后60min, DRP组的存活率为100%，远高于对照组的50%,且DRP组动物具有较高的平均动脉压和较佳的组织灌注。但是DRPs改善MI预后的确切机制尚有待进一步探讨。DRPs对MI大鼠的有益作用是否与其改善MI后的心功能有关是个尚未得到明确和证实的问题。因此,本研究通过静脉注射DRP观察其对急性MI大鼠的心功能的影响,并初步探讨相关机制,尝试为急性缺血性心脏病的治疗提供一条新思路。方法1体外减阻效能的实验研究选择平均分子量为5×106的聚环氧乙烷(polyethylene oxide, PEO)进行实验,溶解于生理盐水(normal saline, NS)后用滤过分子量为50K道尔顿的透析膜透析。模仿人体循环系统建立一个体外循环的模型来评价DRPs的减阻性能,模型包括：离心泵、流量计、压力换能器、塑料容器、聚乙烯管和玻璃管。通过不断增加离心泵的转速,对应的每分钟通过玻璃管的流量也增加,Reynold系数达到4000就能产生湍流,观察DRPs对驱动压和流量的影响。记录各个流速下相应的压力,描绘出驱动压随流量变化的曲线,评价PEO的减阻性能。2DRPs改善大鼠脊斜肌微循环的实验研究制备大鼠的脊斜肌模型,观察DRPs对微循环的影响。大鼠麻醉、插管后,钝性分离出脊斜肌,将已用5%二氧化碳和95%氮气预先饱和、pH为7.4、温度为37℃的Kreb’s液流滴维持。把20只160-200g的雄性SD大鼠随机分为PEO组和NS组(阴性对照),PEO组给予50ppm浓度的PEO溶液,用微量泵以3.5ml/h的速度(按照75μg/100g的量)持续静脉注射；NS组按同样速度给予NS静注。在静脉注射50ppm (parts per million,百万分之一)的PEO溶液前和注射后5min、15min、30min、60min以及120min,在放大4000倍的Hitachi显微电视装置下用电视测微仪分别测量3级微静脉和微动脉的直径的变化,用红细胞相关仪分别测定微静脉和微动脉红细胞流速,然后按公式计算血液流量和血管壁切应力等参数。3DRPs对心肌梗塞后大鼠心功能的影响在急性大鼠MI模型上,研究静脉注射DRPs对其心功能的影响。先把大鼠戊巴比妥钠麻醉后,将接上小动物呼吸机,吸呼比1：2,呼吸频率55—60次／分,潮气量2-2.5ml。把48只340-400g的雄性SD大鼠随机分为：假手术组、MI组和DRP组。在呼吸机辅助通气下施行开胸手术,MI组和DRP组结扎其冠状动脉LAD支,假手术组仅缝合针穿过冠状动脉周围但不结扎LAD。PEO组给予50ppm浓度的PEO溶液,用微量泵按照3.5ml/h的速度持续静脉注射。碘伏消毒大鼠胸部,以左侧胸部第四肋间隙作一纵行切口,逐层钝性分离,充分分离心脏的脏层包膜。在左心耳下缘约1cm以6-0缝合丝线结扎LAD。可见线结上下约的小范围的心肌变苍白,心电图S-T段抬高或QRS波增宽,左室壁运动减弱及颜色变为苍白,证明结扎成功。应用室壁运动积分指数、造影积分指数等指标来评价室壁运动情况和心肌灌注情况。结扎LAD后24小时,应用超声心动图测量动物的心功能改变,评价DRPs对MI后左心室功能的影响。测量左心室舒张和收缩末期直径、前壁舒张和收缩期厚度、根据公式计算射血分数、左室缩短率等指标。依照美国超声心动图学会推荐的16节段左室分析法,从心底、乳头肌、心尖三个水平把左心室分为16节段,对不同时期左室半定量计分并计算室壁运动积分。评分标准为：运动正常=1分；运动轻度减低=2分；运动严重减低=3分；无运动=4分；矛盾运动=5分。把室壁运动积分除以16即可得到室壁运动积分指数。对采集的图像进行脱机分析,勾画出心内膜边界,测量左室内膜长度,以及运动严重异常区域的内膜长度,计算两者的比值,来半定量室壁运动情况。此外,还使用含氟碳气体声振白蛋白微泡造影剂对MI后的大鼠实施心肌声学造影。用Sequoia512超声心动图仪选取左室短轴切面观,经心前水囊采用触发方式记录收缩末期图像。在持续静滴造影剂的过程中,在大鼠的心室收缩末期逐渐延长触发间隔,实行心电图门控的心肌声学造影。从尾静脉给予微泡造影剂以0.3ml/min的速度持续泵入,至左心室充分显影后开始采集图像。依照美国超声心动图学会推荐的16节段左室分析法,对不同时期左室半定量计分并计算造影积分。节段的评分标准为：正常显影=1分；显影减弱=2分；不显影=3分。把造影积分除以16即可得到造影积分指数,半定量评价心肌灌注情况。为了评价大鼠MI模型的稳定性,另外选取6只340-400g的雄性SD大鼠,按上述步骤结扎LAD,制备MI模型。12小时后KCl溶液处死动物,冰冻、切片、行TTC磷酸盐缓冲液染色。用Image J 1.41软件分析计算心肌坏死面积／总面积的百分比。为了确定DRPs对血液粘度的影响,抽取3ml的大鼠静脉血加入PEO后达到2.5ppm的终浓度,NS作为对照。在室温条件使用MVIS2030血液流变分析系统,测量高切(200S-1)、中切(10b和30S-1)、低切(3S-1)变率下的全血黏度,测得黏度和切变率的数据,观察DRP是否会改变大鼠血液粘度。结果1体外减阻效能的实验研究DRPs经透析等纯化处理后,能够制备出性能稳定、分子量相对集中的DRP,加入到红细胞悬液中,对红细胞的形态和聚集性没有影响。建立了体外评价减阻剂效能的实验模型,证明了在湍流的环境下往流体中加入微量的DRP即能使其阻力明显减少,驱动压保持恒定时流速增加。检测减阻效能的结果显示,平均分子量为5×106道尔顿的PEO减阻能力为33.61%,而具有同样分子量的右旋糖酐不具备减阻能力,分子量为0.2×106道尔顿的PEO也没有减阻能力。2DRPs改善大鼠脊斜肌微循环的实验研究DRPs对脊斜肌微循环的结果显示,和给药前相比,在注射50ppm的PEO溶液后,5min微动脉流速就开始明显增加,增幅达16.67±4.30%,15min和30min增幅更是达26.17±5.3%(P＜0.001 vs NS组)及37.37±6.82%(P＜0.001 vs NS组),明显多于同一时间点时NS组的增幅。DRP组微静脉血液流量的变化规律与微动脉的变化规律相似,但增幅多于微动脉。而对照的NS组在处理前后微动脉和微静脉流速在各时间点均无明显变化(P＞0.05)。无明显变化的直径增加约5.67±2.27%和7.85±1.18%,血管流速明显增加,分别达到54.81±12.81%和37.37±6.82%。血流量也显著增加,分别达72.89±11.83%和60.82±10.41%。同时微动脉血管壁的切应力增加达30%,提示DRP具有潜在抗动脉粥样硬化的作用。在血管口径变化方面,DRP组在接受PEO处理后5min和15min的微动脉口径增幅分别为4.92±1.52%和6.72±1.46%,30min时进一步增加到7.85±1.18%(P＜0.05 vs 5min)。和NS组相比,30min时的增幅具有显著性差异(P<0.05vs NS组)。DRP组微静脉血液流量的变化规律与微动脉的变化规律相似，但增幅少于微动脉。和NS组相比,各时间点时的增幅均无显著性差异(P>0.05)。而NS组在处理前后微动脉和微静脉流速在各时间点均无明显变化(P>0.05)在血流量变化方面,DRP组在接受PEO处理后5min微动脉流速就开始明显增加,增幅达29.33±7.38%,15min和30min增幅更是达44.57±6.85%(P<0.01 vs NS组)及60.82±10.41%(P<0.001 vs NS组),明显多于同一时间点时NS组的增幅。DRP组微静脉血液流量的变化规律与微动脉的变化规律相似,但增幅多于微动脉。在接受PEO处理后5min微静脉流速就开始明显增加,增幅达27.1±5.23%(P＜0.01 vs NS组),15min和30min增幅更是达43.72±8.32%(P＜0.001 vs NS组)及72.89±11.83%(P＜0.001 vs NS组)。而NS组在处理前后微动脉和微静脉流速在处理前后各时间点均无明显变化(P＞0.05)在血管壁切应力方面,DRP组在接受PEO处理后5min微动脉管壁切应力开始增加,增幅达13.18±3.75%,15min和30min增幅更是达21.12±4.71%(P<0.01 vs NS组)及30.92±6.03%(P<0.001 vs NS组),明显多于同一时间点时NS组的增幅。NS组在处理后5min微动脉管壁切应力增幅为4.77±3.77%,到30min时为-1.02±3.17%,有减小的趋势,但差异无统计学意义。提示DRP具有潜在抗动脉粥样硬化的作用。3 DRPs改善心肌梗塞后大鼠心功能的实验研究DRPs对心肌梗塞后大鼠心功能的实验研究结果显示,24小时内假手术组的存活率为100%,MI组的存活率为55.6%(10/18),而DRP组的存活率为72.7%(13/18)，3组间的存活率具有显著性差异(Long-rank P=0.023)。DRP可以提高MI大鼠急性期的存活率。结扎LAD后24小时,应用超声心动图测量动物的心功能改变,评价DRPs对急性MI大鼠左心室功能的影响。结果显示：与MI组相比较,DRPs明显减小MI后左心室收缩末期直径(3.55±0.27 vs.4.76±0.33 mm, p＜0.01)和前壁收缩期厚度(2.06±0.16 vs 1.29±0.14 mm, p< 0.001)。而左心舒张末期直径和前壁舒张期厚度没有明显变化(P＞0.05 vs MI组)。DRP组大鼠的射血分数(36.15±3.60 vs 25.19±2.66 mm, p< 0.05)和左室缩短率(40.65±3.32 vs24.97±2.66,p<0.001)均较MI组明显改善。和假手术组相比,MI组的室壁运动积分和运动严重异常区域的内膜长度／左室内膜长度明显增高,但是静脉注射DRPs的MI动物这两个参数均较MI组显著降低(分别为1.83±0.15 vs.2.44±0.06,P＜0.001和30.53±6.41%vs59.23±3.16%,P＜0.001)。同样,反映整体心脏灌注的指标造影积分指数在MI组显著高于假手术组,但是DRP组的要明显低于MI组(1.70±0.12vs.2.18±0.06,P<0.001)。提示DRPs可显著改善大鼠急性缺血心肌的灌注和整体室壁运动状态。另外6只大鼠的TTC心肌染色的结果显示,其平均梗死面积为37.33±7.79,说明实验中制备的MI模型具有较高的稳定性和重复性。粘度一切应率的数据显示,和NS对照组相比,2.5 ppm浓度的PEO对大鼠的血液粘度没有影响。结论1)PEO具有良好的减阻效能,且这种减阻效能与分子量和分子结构相关。2)DRPs能够改善大鼠脊斜肌的微循环,显著增加微动脉和微静脉的血流速度和血流量,但仅轻微增加微动脉的口径,增加微动脉血管壁的切应力。3)急性期静注少量DRPs能够改善急性MI大鼠的心功能,此疗效可能与DRP独特的血液流变性特性和改善微循环作用有关。DRP对急性冠状动脉缺血性疾病具有潜在的治疗前景。