专利名称：通过生理性缺血训练促进病理性缺血部位侧支循环形成的装置的制作方法
通过生理性缺血训练促进病理性缺血部位侧支循环形成的
装置本发明装置通过定量间歇性阻断肢体动脉血流，通过反复诱导生理性缺血刺激而 促进血管内皮生长因子(Vascular endothelium growth factor, VEGF)等血管生成物质， 促进病理缺血部位侧支循环形成，即形成血管“生理搭桥(biological bypass)”的机制，增 加缺血部位血流量，改善和治疗缺血性疾病。
背景技术：
1、缺血刺激与血管再生缺血性疾病包括冠心病、脑血管病和脑梗塞、外周动脉病 和动脉血栓形成等，是危害人类健康最常见的一类疾病。有效的侧支循环形成是缺血性疾 病的自我保护机制，也是重要的治疗机制。缺血不仅是血管闭塞性疾病的病理现象，也可以 是短暂血管收缩的生理现象，例如短暂结扎肢体引起暂时性远端组织缺血。无论是病理性 还是生理性缺血都可以导致缺血后局部组织代谢产物积聚，并反馈性引发毛细血管的扩张 和血流量增加，以恢复供需平衡。长此以往，可激发或促进局部侧支循环生成。这是血管闭 塞性疾病的自我保护机制。例如冠心病心绞痛患者(反复心肌缺血)发生心肌梗塞或致死 性心肌梗塞比例较小；无心绞痛发作者容易发生大面积甚至致死性心肌梗塞。上述现象是 各种血管闭塞性疾病的重要代偿机制。猪冠脉慢性狭窄模型进行适宜负荷的缺血阈强度有 氧训练，可通过缺血区域局部内源性VEGF及其受体Flk-1生成增加促进缺血区域局部侧支 循环的生成实现“生物搭桥”。既然缺血训练可以有效地促进侧支循环生成，那么便可促进 患者自身形成动脉的“生物搭桥”，从而开创缺血性疾病新的治疗途径。但是，对于缺血性疾 病的患者而言，无论何种诱发缺血的活动都具有诱发过分缺血的危险，从而带来临床上推 广应用的伦理及安全性的顾虑。2、缺血训练的远隔作用研究表明心肌缺血刺激不仅使心肌VEGF表达增高，同时 也使邻近组织和远隔组织的表达增加；血液与心肌、肝脏VEGF水平具有相关性。这些结果 提示缺血刺激不仅导致局部组织的VEGF增加和血管储备改善，也可以导致VEGF的远隔表 达。既然缺血刺激诱导生成的VEGF可以远隔表达，就可能造成远隔部位侧支循环的形成。3、生理性缺血训练缺血不仅是病理性的，也可以是生理性的。例如，冠状动脉狭 窄导致心肌供血不足，产生心绞痛，是典型的病理性缺血。而打雪仗时两手从苍白到通红的 过程，就是生理性缺血和缺血后充血的过程。反复的生理性缺血，可以造成毛细血管扩张。 例如，高寒地带的人往往有红色的面颊，就是面部血管反复缺血_充血过程导致毛细血管 扩张的结果。远隔作用既然可以发生于病理性缺血刺激之后，也可能发生于生理性缺血之 后。为此，反复正常组织缺血对远隔部位侧支循环形成可以有促进作用，这种反复的生理性 缺血可以称之为生理性缺血训练，即反复在正常肌肉造成暂时缺血，造成训练的远隔作用， 促进病理性缺血部位的侧支循环生成。
发明内容
本发明装置通过可定量控制的间歇性阻断肢体动脉血流，作为生理性缺血训练的方法，从而促进血管内皮生长因子等血管生成物质的释放，促进身体其它病理缺血部位侧 支循环的形成，从而达到增加缺血部位血流量，使病理性缺血部位在一旦血管完全阻塞的 情况下，仍然可以通过侧支循环得到血液供应，改善和治疗缺血性疾病，如
图1示。图1本发明装置作用机理示意图我们的发明基于以下实验基础。1、单纯骨骼肌缺血训练对冠状动脉狭窄模型心肌的远隔作用冠脉狭窄动物模型的建立采用新西兰兔，在左室支(LVB)上绑上气囊，记录安静 心电图ST段下移所需的压力P1。做多巴酚丁胺负荷试验，记录ST段下移时的心率。术后 一周，将造模成功兔随机分为三组①假手术组(Sham)心脏安置气囊梗阻器，不进行任何 缺血刺激；②单纯心肌缺血组(Ml)通过气囊充气造成心肌缺血，2分钟/次，2次/天，两次 间隔58分钟，5天/周，共4周。③远隔缺血训练组(RIT)除4周心肌缺血刺激外，还给予 4周双侧骨骼肌缺血训练。即采用Y006手动气压止血带，环扎RIT组双侧下肢阻断血流，压 力26. 6kPa, 10分钟/次，再灌注10分钟，4次/天，5天/周。用微球测定训练前后缺血区 域局部血流量(RMBF)，免疫组化测定毛细血管密度(⑶)，Western-Blot测定缺血区域VEGF 的蛋白含量确定心肌血管新生，光镜及电镜观察心肌组织以确定缺血及训练的安全性。实 验结果①相对心肌血流量MI血流量增加了 65%;而RIT比单纯Ml和Sham分别增加35% 与123%。(图2，表1)②心肌毛细血管密度RIT组为119士23个/视野，显著高于Ml组 80 士8 个 / 视野(p < 0. 01)及 Sham 组 62 士9 个 / 视野(p < 0. 01)。MI 组 CD 比 Sham 组 高29%，RIT组比Ml和Sham组分别高49%和92%。(图3)③心肌VEGF相对蛋白水平 RIT 和 Ml 组 VEGF 蛋白表达量高于 Sham 组 88% (P < 0. 001)和 47 % (P < 0. 01)。与 Ml 组比较，RIT组VEGF蛋白表达量增加28% (P < 0. 05)。(图4)④光镜结果示MI组、RIT 组(图5)缺血区域细胞结构完整，未见明显的核融解和炎症细胞浸润，未见明显胶原增生 等梗死变化的表现。⑤透射电镜图像示在RIT组及Ml组，缺血区域心肌细胞膜完整(图 6A)；细胞核正常大小，染色质排列整齐(图6B)；线粒体结构完整，嵴清晰可见(图6C)，肌 纤维明暗带排列清晰。提示在RIT组及Ml组4周的缺血和训练并未造成心肌纤维的损伤。图2训练前后冠状动脉侧枝血流(Coronary Collateral Blood Flow，CCBF)比较*P < 0. 01 vs. baseline, **P < 0. 001 vs. baseline表1心肌缺血和远隔缺血训练对相对血流量的作用(i 士SEM) CBF 冠状动脉血流，即未阻断时缺血区域心肌内微球数量(个/g) ；CCBF 冠状动 脉侧支血流，即阻断时缺血区域心肌内微球数量(个/g) ；RCBF = CCBF/CBF X 100图3实验终点心肌毛细血管密度图箭头所指为VIII因子染色阳性细胞(X400) ；A:Sham组毛细血管密度图；B :MI 组毛细血管密度图C :RIT组毛细血管密度图；D 训练后毛细血管密度比较，*P < 0. 05vs. Sham, **P < 0. 001 vs. MI, #P < 0. 001 vs. Sham图4心肌VEGF蛋白表达水平A Western blotting凝胶电泳图；B :VEGF蛋白表达比值分析，各组比较差异显 著，*P < 0. 05vs MI ；+P < 0. Olvs Sham #P < 0. OOlvs Sham图5靶血管支配区心肌HE染色A :MI组缺血区域心肌HE染色(X400) ；B :RIT组缺血区域心肌HE染色(X400)； 均未见到明显梗死变化。图6RIT组缺血区域心肌的电镜图像A 缺血区域心肌细胞膜完整(X8000) ；B 细胞核正常大小，染色质排列整齐 (X8000) ；C:线粒体结构完整，嵴清晰可见(X20k)。2、骨骼肌缺血训练对对侧下肢缺血模型的远隔作用选用健康成年新西兰兔，麻醉后纵行切开左侧大腿正中的皮肤，暴露出股动脉，装 上气囊梗阻器。术后一周，将造模成功兔随机分为两组①下肢缺血组(LI)通过气囊充气 造成左下肢股动脉阻断，10分钟/次，再灌注10分钟，4次/天，5天/周，共4周下肢缺血 刺激。②单侧远隔缺血训练组(uRIT)除下肢缺血刺激外，给予右侧骨骼肌缺血训练4周， 采用Y006手动气压止血带，环扎uRIT组右侧下肢阻断血流，压力26. 6kPa, 10分钟/次，再 灌注10分钟，4次/天，5天/周。用微球测定训练前后缺血区域局部血流量(RMBF)，免疫 组化VIII因子染色测定缺血区域毛细血管密度(CD)，Western-Blot测定缺血区域VEGF的 蛋白含量，动脉造影以确定缺血部位血管新生情况，光镜观察骨骼肌以确定训练的安全性。 实验结果①左下肢内收肌侧支血流量两组比较，uRIT组实验终点侧支血流明显增加(P < 0. 001)。(图7)②内收肌毛细血管密度uRIT组镜下毛细血管密度为41 士2个/视野， 显著高于LI组26士2个/视野(p < 0. 001)。uRIT组比LI组⑶高58% (图8)。③内收 肌VEGF相对蛋白水平uRIT组内收肌VEGF蛋白表达量明显高于LI组，差异有统计学意义 (P < 0. 001)。和LI组比较，uRIT组VEGF蛋白表达量增加80%。(图9)④动脉血管造影 uRIT组有大量新生血管形成，新生血管由髂内动脉向股动脉远断端生长，将两者连通，使肢 体远端动脉的充盈良好，血供恢复。而且原有股动脉分支形成的侧支循环也大量开放，对肢 体远端血供的改善亦起到了积极作用。通过左下肢气囊的开闭，可以看到左下肢微细血管 重建形成的侧支循环，是股动脉缺血后的主要供血来源。而LI组股动脉阻断端附近只有极 少数小血管新生，远端动脉充盈不良，血供不好。(图10)⑤光镜结果示uRIT(图11)组缺 血区域细胞结构完整，未见明显的核融解和炎症细胞浸润，未见明显胶原增生等梗死变化 的表现。图7训练前后股动脉侧支血流比较*P < 0. 001 vs. baseline, #P < 0. OOlvs图8训练后内收肌毛细血管密度比较
uRIT 组 CD 较 LI 组显著增高，*P < 0. 001图9内收肌VEGF蛋白表达水平A jesternblotting凝胶电泳图；B :VEGF蛋白表达比值分析，两组比较差异显著， *P < 0. 001图10实验终点左下肢动脉造影箭头所指为股动脉断端。A :uRIT组DSA。有大量新生血管形成，由髂内动脉向股 动脉远断端生长，将两者连通，使肢体远端动脉的充盈良好，血供恢复；B :LI组DSA。股动脉 阻断端附近只有极少数小血管新生，远端动脉充盈不良，血供不好。图11靶血管支配区骨骼肌HE染色uRIT组缺血区域内收肌HE染色(X 100)，未见到明显梗死变化。结论生理性骨 骼肌缺血训练可以促进VEGF分泌，通过血液循环发挥远隔作用，促进远隔的骨骼肌和心肌 病理性缺血部位的血流量增加和侧支循环生成。因此，发明设计一种装置通过间歇性阻断 肢体动脉血流，造成生理性缺血而刺激生成血管内皮生长因子等血管活性物质，促进身体 其它病理缺血部位侧支循环的形成，从而达到增加缺血部位血流量，使病理性缺血部位可 以通过侧支循环得到血液供应，改善和治疗缺血性疾病。下面结合说明书附图12和实施例对本发明进一步说明。图12本发明装置的电路方框图该装置由1.外壳，2.电脑控制单元，3.气泵，4.电磁阀，5.袖带，6.压力传感器，
7.操作面板，8.显示面板，9.血流传感器，10.电池，组成。电脑控制器单元2与3、4、6、7、
8、10、有电气连接，3、4、5、6之间有气路相通。
具体实施例方式电脑控制单元2从操作面板7取得输入的压力、阻断时间、间隔时 间、重复次数四个参数，并在显示面板上表示该组参数。当按下操作面板7上的启动键后， 电磁阀4闭合，气泵3工作，袖带5充气膨胀对肢体施压，压力传感器6将实时压力值传送 到电脑控制器单元2，并在显示面板8上显示，血流传感器9将检测结果传送至电脑控制单 元2，血流被阻断后气泵3停止工作。阻断时间到达后，电磁阀4开启，袖带5内压力被释 放，间隔时间到达时开始重复加压过程，周而复始直至完成预设重复次数。右侧下肢阻断血 流，压力26. 6kPa, 10分钟/次，再灌注10分钟，4次/天，5天/周。用微球测定训练前后 缺血区域局部血流量(RMBF)，免疫组化VIII因子染色测定缺血区域毛细血管密度(⑶)， Western-Blot测定缺血区域VEGF的蛋白含量，动脉造影以确定缺血部位血管新生情况，光 镜观察骨骼肌以确定训练的安全性。实验结果①左下肢内收肌侧支血流量两组比较， uRIT组实验终点侧支血流明显增加(P < 0. 001)。(图6)②内收肌毛细血管密度uRIT组 镜下毛细血管密度为41 士 2个/视野，显著高于LI组26 士 2个/视野(p < 0. 001)。uRIT 组比LI组⑶高58 % (图7)。③内收肌VEGF相对蛋白水平uRIT组内收肌VEGF蛋白表 达量明显高于LI组，差异有统计学意义(P < 0. 001)。和LI组比较，uRIT组VEGF蛋白表 达量增加80%。(图8)④动脉血管造影uRIT组有大量新生血管形成，新生血管由髂内动 脉向股动脉远断端生长，将两者连通，使肢体远端动脉的充盈良好，血供恢复。而且原有股 动脉分支形成的侧支循环也大量开放，对肢体远端血供的改善亦起到了积极作用。通过左 下肢气囊的开闭，可以看到左下肢微细血管重建形成的侧支循环，是股动脉缺血后的主要 供血来源。而LI组股动脉阻断端附近只有极少数小血管新生，远端动脉充盈不良，血供不好。(图9)⑤光镜结果示uRIT(图10)组缺血区域细胞结构完整，未见明显的核融解和炎症细胞浸润，未见明显胶原增生等梗死变化的表现。
图6训练前后股动脉侧支血流比较*P < 0. 001 vs. baseline, #P < 0. 001 vs. LI
图7训练后内收肌毛细血管密度比较 uRIT组CD较LI组显著增高，*P < 0. 001 图8内收肌VEGF蛋白表达水平A Western blotting凝胶电泳图；B :VEGF蛋白表达比值分析，两组比较差异显 著，*P < 0. 001 图9实验终点左下肢动脉造影箭头所指为股动脉断端。A :uRIT组DSA。有大量新生血管形成，由髂内动脉向股 动脉远断端生长，将两者连通，使肢体远端动脉的充盈良好，血供恢复；B :LI组DSA。股动脉 阻断端附近只有极少数小血管新生，远端动脉充盈不良，血供不好。 图10靶血管支配区骨骼肌HE染色uRIT组缺血区域内收肌HE染色(X 100)，未见到明显梗死变化。结论生理性骨骼肌缺血训练可以促进VEGF分泌，通过血液循环发挥远隔作用， 促进远隔的骨骼肌和心肌病理性缺血部位的血流量增加和侧支循环生成。因此，发明设计 一种装置通过间歇性阻断肢体动脉血流，造成生理性缺血而刺激生成血管内皮生长因子等 血管活性物质，促进身体其它病理缺血部位侧支循环的形成，从而达到增加缺血部位血流 量，使病理性缺血部位可以通过侧支循环得到血液供应，改善和治疗缺血性疾病。下面结合说明书附图和实施例对本发明进一步说明。该装置由1.外壳，2.电脑控制单元，3.气泵，4.电磁阀，5.袖带，6.压力传感器，
7.操作面板，8.显示面板，9.血流传感器，10.电池，组成。电脑控制器单元2与3、4、6、7、
8、10、有电气连接，3、4、5、6之间有气路相通。
具体实施例方式电脑控制单元2从操作面板7取得输入的压力、阻断时间、间隔时 间、重复次数四个参数，并在显示面板上表示该组参数。当按下操作面板7上的启动键后， 电磁阀4闭合，气泵3工作，袖带5充气膨胀对肢体施压，压力传感器6将实时压力值传送 到电脑控制器单元2，并在显示面板8上显示，血流传感器9将检测结果传送至电脑控制单 元2，血流被阻断后气泵3停止工作。阻断时间到达后，电磁阀4开启，袖带5内压力被释 放，间隔时间到达时开始重复加压过程，周而复始直至完成预设重复次数。
权利要求
本发明涉及应用生理性缺血训练生成各种内源性的血管活性物质，促进病理性缺血部位侧枝循环形成的原理为基础的各种装置，其特点为可定量控制的间歇性阻断肢体动脉血流作为生理性缺血训练的方法，促进身体其它病理缺血部位侧支循环的形成，改善和治疗缺血性疾病。
2.根据上述权利要求1的原理制成的装置，可阻断上肢或下肢动脉血流进行生理性缺 血训练。
3.根据上述权利要求1的原理制成的装置，可设定以不造成病理性缺血损伤为限的阻 断时间和次数。
4.根据上述权利要求1的原理制成的装置，可以是小型便携式用于单个肢体的或者是 用于复数对象的多肢体大型智能控制装置。
5.根据上述权利要求4制成的小型便携式装置，使用电池供电并有压力，时间及次数 显示单元。
6.根据上述权利要求4制成的大型智能控制装置。除具有小型便携式装置所有功能 外，还可以有数据分析的专家系统。
全文摘要
本发明装置通过定量间歇性阻断肢体动脉血流，通过反复诱导生理性缺血刺激而促进血管内皮生长因子(Vascular endothelium growth factor，VEGF)等血管生成物质，促进病理缺血部位侧支循环形成，即形成血管“生理搭桥(biological bypass)”的机制，增加缺血部位血流量，改善和治疗缺血性疾病。该类装置可阻断上肢或下肢动脉血流进行生理性缺血训练，不造成病理性缺血损伤，可以是小型便携式用于单个肢体的或者是用于复数对象的多肢体大型智能控制装置。
文档编号A61B17/135GK101856254SQ200910049039
公开日2010年10月13日 申请日期2009年4月9日 优先权日2009年4月9日
发明者励建安 申请人:励建安;陈行;罗杰