新型主動脈旁反搏與主動脈內(nèi)球囊反搏裝置對急性心衰的比較實(shí)驗(yàn)研究

趙 龍,張杰民,施 超,郭龍輝,張光偉,王玉璇,劉曉程

全球心力衰竭(heart failure,HF)患者的發(fā)病率及病死率逐年增高,機(jī)械輔助循環(huán)逐漸成為藥物治療無效的 HF的重要方法之一。目前最常用機(jī)械輔助裝置是主動脈內(nèi)球囊反搏(intra-aortic balloon pump,IABP)裝置,臨床上適用于短期心臟輔助。每年全球有超過 16萬的患者接受 IABP治療,挽救了大量心衰患者的生命。雖然 IABP在臨床中得到了廣泛的應(yīng)用,但也存在不能長期輔助、嚴(yán)重心衰時無效等缺點(diǎn)。目前國內(nèi)外研究熱點(diǎn)集中于左室輔助裝置(Left ventricular assist device,LVAD),但目前其僅在全球少數(shù)心臟中心開展,且價格昂貴、技術(shù)復(fù)雜,較難推廣應(yīng)用。

主動脈旁反搏裝置(paraaortic counterpulsation device,PACD)的研究已有 40余年的歷史,目前已有多種不同的 PACD輔助裝置問世。近年我中心在此基礎(chǔ)上成功研制了一種新型 PACD,并與 IABP裝置比較進(jìn)行了急性動物實(shí)驗(yàn)研究,現(xiàn)報道如下:

1 材料與方法

1.1 新型 PACD PACD為氣動反搏裝置,聚氨酯的圓形囊狀結(jié)構(gòu)是反搏主體,被中間的薄膜分割為氣囊和血囊。血囊容量為 60 Ml,后負(fù)荷為100mm Hg時每博量約為 55m l,并通過一段無瓣膜的人工血管和主動脈相接。氣囊連接至 IABP裝置控制臺,通過充、放氣提供反搏動力。和 IABP裝置一樣,PACD采用心電觸發(fā),充、放氣時間根據(jù)主動脈壓力波形調(diào)整。在出現(xiàn)主動脈反沖切跡時,氣囊充氣從而驅(qū)動血囊射血以提高舒張期動脈壓力和冠脈血流灌注;在舒張末期心室收縮之前,氣囊迅速放氣從而驅(qū)動血囊吸血以充分降低左室后負(fù)荷。其實(shí)物見圖1。

圖1 PACD實(shí)物圖

1.2 實(shí)驗(yàn)動物及麻醉方法 8只健康小尾寒羊,體重 38.5～54(44.6±3.9)kg,術(shù)前禁食 48 h,禁水 24 h。氯胺酮 10mg/kg,咪唑安定 0.5mg/kg肌肉注射鎮(zhèn)靜后,建立左后腿大隱靜脈輸液通道。2.5%硫噴妥鈉(0.6～1.0m l/kg)靜脈誘導(dǎo)麻醉,氣管插管呼吸機(jī)控制呼吸,潮氣量 10ml/kg,呼吸頻率 18次/min,根據(jù)術(shù)中血?dú)獗O(jiān)測隨時調(diào)整,維持酸堿及電解質(zhì)平衡,監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)肢體導(dǎo)聯(lián)心電圖,維持鼻溫 37℃左右。丙泊酚靜脈泵入(10 Ml/h)和異氟烷吸入(1%～1.5%)維持麻醉。實(shí)驗(yàn)中監(jiān)測中心靜脈壓(CVP),在基礎(chǔ)值、IABP裝置及 PACD輔助前后維持 CVP在 8～12 mm Hg水平。

1.3 手術(shù)操作及血流動力學(xué)監(jiān)測 右頸外側(cè)小切口,游離右頸內(nèi)靜脈并置入三腔漂浮導(dǎo)管,與連續(xù)心電監(jiān)護(hù)儀(Datex-Ohmeda S5/CCCM,美國)及連續(xù)心排量儀 (Edwards Life sciences VGS2,美國)連接并監(jiān)測 CVP、肺毛細(xì)血管楔壓(pulmonary capillary wedge pressure PCWP),并建立深靜脈補(bǔ)液通路。胸正中切口,切開心包懸吊,經(jīng)右房插入冠脈逆灌管至冠狀靜脈竇測量冠狀靜脈竇回心血量(coronary sinus flow,CSF),測量時放血入一容器內(nèi),用 50ml注射器計量。經(jīng)升主動脈插動脈測壓管連至 16導(dǎo)生理記錄儀(Biopac systemsMP150 Inc)連續(xù)記錄主動脈壓力。左心尖插入壓力管接生理記錄儀連續(xù)測定左室壓。實(shí)驗(yàn)動物給予肝素(1 mg/kg)抗凝,ACT維持在 180 s以上,每隔 30 min監(jiān)測 ACT。改右側(cè)臥位,左第 4肋間進(jìn)胸。顯露胸降主動脈,部分阻斷,將與 PACD血囊相連的人工血管和降主動脈行端-側(cè)吻合,開放后排除氣體使血液充滿血囊。左側(cè)腹股溝切口,游離左股動脈,經(jīng)該處植入容量為40ml IABP裝置球囊至降主動脈,兩種反搏裝置分別連接至 IABP裝置控制臺(Datascope 98,Datascope Corp,Montvate,NJ,USA)。急性心衰模型成功建立后,實(shí)驗(yàn)動物血流動力學(xué)穩(wěn)定至少 15min,記錄對照組(未輔助時)血流動力學(xué)數(shù)據(jù)。為了減少誤差,隨機(jī)選取 PACD或 IABP行反搏輔助,均采用1：2模式,同時記錄輔助時血流動力學(xué)指標(biāo),輔助15min后停止,等待血流動力學(xué)狀態(tài)穩(wěn)定 10min,回到輔助前的血流動力學(xué)水平后再進(jìn)行另一反搏裝置的輔助,并記錄數(shù)據(jù)。同時利用彩色超聲成像診斷儀(SONOS 7500)記錄反搏前后左頸動脈流量(left carotid artery blood flow LCAF)變化。動物處死后立即取心臟、肺臟、肝臟、腎臟等器官行大體標(biāo)本觀察,同時送病理檢查。同時觀察 PACD血囊及人工血管內(nèi)有無血栓及栓塞形成。

1.4 急性左心衰模型的建立 采集血流動力學(xué)指標(biāo)基礎(chǔ)值后,結(jié)扎前降支和(或)回旋支分支建立急性心衰模型。結(jié)扎冠脈末端或分支時,由遠(yuǎn)端至近端小距離進(jìn)行結(jié)扎,并密切觀察血流動力學(xué)變化。期間預(yù)防性靜脈滴注利多卡因,避免室顫發(fā)生。

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理 生理記錄儀及流量儀連續(xù)采集數(shù)據(jù)由 BIOPAC's AcqKnowledge 3.9分析并處理。數(shù)據(jù)用 SPSS 13.0統(tǒng)計軟件分析,各變量用均數(shù) ±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示,組間比較采用配對t檢驗(yàn),P＜0.05有顯著性差異。

2 結(jié) 果

2.1 心衰前后血流動力學(xué)變化 本組所有實(shí)驗(yàn)動物均成功建立急性左心衰模型。心衰狀態(tài)穩(wěn)定 15 min后采集血流動力學(xué)對照值。急性左心衰前后各血流動力學(xué)指標(biāo)見表1。

2.2 IABP及 PACD輔助前后血流動力學(xué)變化IABP及 PACD對羊急性心衰均有輔助作用,見表2及圖2、圖3。IABP及 PACD輔助后均明顯降低動脈收縮壓(systolic aortic pressure,SAP)、左室舒張末壓(left ventricular end-diastolic pressure,LVEDP),而明顯增加輔助舒張壓擴(kuò)大峰值(peakaugmented diastolic pressure PADP)、心內(nèi)膜活力比率(endocardiac viability ratio EVR)。

IABP及 PACD輔助后,SAP分別降低了 4.88%和 11.58%(P＜0.05);LEVDP分別降低了 12.71%和21.78%(P＜0.05);PADA分別增加了 11.10%和25.76%(P＜0.01);EVR分別增加了 23.51%和45.72%(P＜0.01)。

2.3 IABP及 PACD輔助前后 LCAF、CSF的變化IABP及 PACD輔助后 CSF較輔助前均增加,IABP輔助后與 PACD輔助后比較有統(tǒng)計學(xué)意義[6.05%,(99±17.64)ml到(110.87±14.41)Ml vs 12.1%,(99±17.64)Ml到 (117.25±11.78)Ml],(P=0.031);LCAF較輔助前均明顯增加,IABP輔助后與 PACD輔助后比較有統(tǒng)計學(xué)意義[10.43%,(201±15.84)ml到(212.87±13.63)ml vs 20.03%,(201±15.84)ml到(222±17.67)ml,(P=0.037)。見圖4。

表1 心衰前后血流動力學(xué)變化(n=8,±s)

表1 心衰前后血流動力學(xué)變化(n=8,±s)

注:CO:心輸出量;PCWP:肺毛細(xì)血管楔壓;MAP:平均動脈壓;LVEDP:左室舒張末壓

基礎(chǔ)狀態(tài) 3.31±0.20 6.75±1.48 92.12±5.98 4.25±1.48心衰狀態(tài) 2.38±0.33 9.12±1.24 76.75±6.69 10.87±2.83 t值 7.23-6.33 5.966-9.746 P值 0.000 0.000 0.001 0.000

表2 PACD及 IABP輔助前后血流動力學(xué)變化(n=8,±s)

表2 PACD及 IABP輔助前后血流動力學(xué)變化(n=8,±s)

IABP 未輔助 95.87±13.76 10.37±2.97 72.37±9.7 0.98±0.18輔助 91.25±14.12 9.12±2.99 81.12±5.24 1.20±0.15變化率%-4.88-12.71 +11.10 +23.51 P值 0.001 0.000 0.003 0.003 PACD 未輔助 95.87±13.76 10.37±2.97 72.37±9.7 0.98±0.18輔助 84.12±9.24 8.25±3.01 89.12±6.28 1.40±0.10變化率%-11.58-21.78 +25.76 +45.72 P值 0.001 0.000 0.000 0.000 IABP Vs PACD P值 0.023 0.036 0.001 0.003

圖2 IABP輔助前后的血壓變化

圖3 PACD輔助前后的血壓變化

圖4 IABP及 PACD輔助后 CSF、LCAF變化

3 討 論

應(yīng)用機(jī)械循環(huán)輔助的指征是:患者可逆的心功能衰竭、藥物治療無效或單純藥物治療不足以維持心功能的患者。LVAD已應(yīng)用于等待心臟移植的患者或作為慢性心衰患者的長期支持治療,并取得了良好的療效,但裝置植入復(fù)雜,費(fèi)用昂貴,并發(fā)癥多,每年應(yīng)用的數(shù)量有限。IABP裝置已成為目前治療各種輕、中度心功能衰竭的主要的短期循環(huán)輔助方式之一。

IABP裝置是通過在主動脈瓣關(guān)閉時快速充氣,心室開始收縮時快速放氣來達(dá)到反搏治療目的。球囊快速充氣增加主動脈舒張壓,改善外周器官的灌注以及冠脈血流[1-2]。IABP裝置快速放氣降低心室的射血壓,同時后負(fù)荷及左室作功降低[3],收縮峰壓值及左室舒張末壓降低[3-4]。本實(shí)驗(yàn)中 IABP裝置輔助后,SAP、LVEDP、PADA及 EVR均較輔助前改善,結(jié)果與上述文獻(xiàn)報道相似。雖然 IABP裝置在臨床中得到了廣泛的應(yīng)用,但也存在以下缺點(diǎn):①提供的血流動力學(xué)支持有限,當(dāng)主動脈收縮壓低于70 mm Hg時,IABP裝置輔助效果差[5];②IABP裝置導(dǎo)管通常經(jīng)股動脈植入,限制患者活動;③長期應(yīng)用血管并發(fā)癥、感染和出血等風(fēng)險大大增加[6-7]。

PACD位于主動脈旁,屬于容量置換式反搏,反搏血囊容量可根據(jù)實(shí)際情況選擇(40～100ml),而目前臨床用 IABP裝置球囊最大容量僅為 50 Ml(受主動脈內(nèi)直徑限制)。Nanas[8]等證明,反搏效果在一定范圍內(nèi)與反搏容量大小成正比,本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的PACD容量為 55ml,大于 IABP球囊的容量 40m l,這可能是 PACD反搏效果明顯好于 IABP裝置原因之一。PACD在主動脈收縮壓低于 70 mm Hg的時候仍然可以提供有效的反搏[9-10]。

Nanas等研究發(fā)現(xiàn):PACD與 IABP比較,血囊在增加冠脈流量的同時可更有效的降低 SAP和心肌氧耗[11]。EVR主要間接反映心肌對氧的供需平衡[12],常應(yīng)用于對心臟輔助裝置的評估。其簡化計算公式為 EVR=(平均舒張壓力 ×舒張時間)/(平均收縮壓力 ×收縮時間),EVR增加表明心肌氧供需比提高,心功能改善。本組實(shí)驗(yàn)中,與 IABP裝置比較,PACD輔助后,PADA、EVR(氧供)明顯增加,SAP、LVEDP(氧耗)顯著降低,同時 LCAF及 CSF增加,證明 PACD對心臟輔助及改善腦血流效果均較IABP裝置好。

IABP及 PACD在反搏治療的方法和反搏時機(jī)上有重要區(qū)別。IABP在主動脈內(nèi)置換血液,而PACD在主動脈外,心室收縮期將主動脈內(nèi)血液吸入血囊,心室舒張期將血液打回主動脈內(nèi)。在心室收縮開始時,IABP裝置球囊必須快速放氣避免造成主動脈的梗阻,而 PACD血囊在主動脈外,射血和充盈時間長于 IABP裝置,心臟收縮時不會造成主動脈內(nèi)梗阻,因此對反搏時機(jī)的要求沒有 IABP裝置嚴(yán)格。

與左心輔助裝置相比,PACD的植入只需部分阻斷主動脈,不需體外循環(huán);該裝置為彈性聚氨酯結(jié)構(gòu),在植入時可擠壓、折疊;無外周血管并發(fā)癥;植入后患者可做適當(dāng)活動;已有研究證明 PACD輔助心衰患者 54天未發(fā)現(xiàn)血栓形成[8]。我們同時也可看出,與 IABP裝置相比,PACD植入需要全麻開胸手術(shù) 、氣動導(dǎo)管從胸腔引出、存在感染風(fēng)險等缺點(diǎn)。但輔助效果優(yōu)于 IABP裝置,可能更適合于 IABP輔助無效的患者。

本實(shí)驗(yàn)證明了 PACD和 IABP裝置對急性心衰均有輔助作用,PACD輔助效果優(yōu)于 IABP裝置,是一種更有效的反搏輔助裝置。此外 PACD植入簡單、價廉,輔助時患者可活動等優(yōu)點(diǎn)可能使其成為心臟術(shù)后或 IABP裝置依賴的心衰患者的長期機(jī)械輔助裝置。PACD的慢性心衰實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行中。

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