末梢温度振荡与糖尿病血管内皮舒张功能的相关性研究

Endothelial dysfunction and unbalanced secretion of vasoactive substances are the main reasons leading to macro vascular and micro vascular complications for patients with diabetic mellitus (DM). Microcirculation can be as a marker for cardiovascular health and metabolic functions, as it may be related to the development of instruments for detecting a variety of pathological processes in the circulatory system. Experimental researches have shown that skin temperature fluctuations can reflect the oscillations of endothelial, neurogenic and myogenic regulations. Nitric oxide (NO) is an important vasodilator released from endothelial cells. In order to investigate the influence of the concentration of nitric oxide on vasomotion and skin temperature oscillations, we propose the following studies in the project:.First, development of a one-dimensional model for pulsatile arteriolar blood flow to express the autoregulation of the lumen under the action of nitric oxide, calcium ions and active myosin. Moreover, development of a heat transfer model in porous media, which includes vasomotion of micro vessels for the assessment of influence of vascular tone on skin temperature oscillation. At the same time, establishment of a diabetic rat model to observe the alterations of micro vasculature and obtain dynamic skin temperature under high level of blood glucose using transparent skin chamber. Finally, hemodynamic and heat transfer analyses for the alternated diabetic vasculature and tissue will be conducted using the developed 1D autoregulation and porous media heat transfer model. The achievements of the project pave the way for the earliest manifestation of vascular disorders.

内皮功能受损可能是糖尿病血管并发症的关键因子。研究表明，末梢温度振荡与内皮功能具有高度关联性，但内皮型血管舒张因子及微血管运动对末梢温度振荡影响的力学机制尚不清楚。为此，本项目拟通过流固耦合和生物传热分析开展以下研究。首先，建立一维小动脉网络血液流动自动调节模型，描述微血管内一氧化氮合成和扩散以及肌源性活动对微血管运动的影响。同时，耦合多孔介质三维血流和传热模型，通过有限元和小波分析，考察组织血流变化对皮肤温度振荡的影响。进一步建立糖尿病动物模型，运用透明腔室法对大鼠耳朵微循环进行显微观察，获得高血糖水平下的皮肤微血管结构，NO浓度和皮肤动态热图像，建立高血糖下NO浓度动态变化数学模型，并运用小波分析考察皮肤温度振荡特性。最后，建立糖尿病微血管网结构模型，运用血流调节和多孔介质传输模型，分析糖尿病微血管内皮舒张功能及皮肤温度振荡特性。研究成果将为糖尿病血管并发症的早期诊治提供理论依据。

本项目关注血管舒缩对末梢皮肤温度的影响，最终希望通过测量皮肤动态温度和血流信息评价血流特性和血管舒张功能。在项目执行过程中，我们从微血管内红细胞运动及NO传输特性数值模拟，包含真实微血管结构的组织内传热及氧传输特性分析，糖尿病微血管结构及功能改变的大鼠动物实验研究，糖尿病状态下人体体温调节特性研究等四个方面展开了一系列研究。取得的重要结果包括：.1.小动脉管腔的振荡变化是由于血管对壁面剪切力的负反馈作用引起NO浓度周期性振荡变化而产生。红细胞膜的渗透性和硬度增加都会使微血管内的NO浓度减小；随着红细胞体积分数的增加，红细胞内的血红蛋白会消耗更多NO，从而使管腔内NO浓度减小。.2.皮肤温度与血流信号在内皮，神经和肌源调节频段均有一定相关性，尤其是内皮调节频段的波动相关性较高。当小动脉血流减少且微血管网连通性受损时，皮肤温度波动幅值减小，相位差增大。.3.糖尿病大鼠实验表明，随着糖尿病病程增加，红细胞计数和血液中血红蛋白减少，且微血管密度减小。同时血流引起的内皮调节功能减弱，与健康大鼠相对稳定集中的NO浓度相比，糖尿病大鼠的NO浓度呈现过大和过小的两极变化。.4.糖尿病患者血液灌注率在热刺激前后的变化要小于健康人，这一结果在糖尿病大鼠中也得到证实，表明糖尿病患者的微血管对热刺激没有健康人敏感。.5.在运动热应力下，当最大发汗散热率和发汗速率减小时，人体皮肤和核心温度均比正常情况下升高加快。.这些结果增加了我们对糖尿病微循环的认识，为研发微循环功能早期诊断仪器提供了理论基础。同时也为流固耦合和生物传热计算模拟提供了一些新方法。.通过该项目，发表了6篇SCI论文，3篇EI论文，2篇Elsevier国际期刊论文，2篇中文核心期刊论文等，6篇国际会议论文，多次参加国际和国内会议，组织国际会议分会1次，进行中俄，中日国际交流3次，在审国内专利1项。毕业博士生1名，硕士生1名。圆满完成了项目所设目标。