雙心室絕對(duì)不應(yīng)期電刺激對(duì)心力衰竭兔心功能的影響

寧彬 齊曉勇 李英肖 劉惠良 張飛飛 秦晨

慢性心力衰竭(chronic heart failure，CHF)是多種心血管疾病的終末狀態(tài)，發(fā)病率高，預(yù)后不良，是心內(nèi)科治療學(xué)上的難題。近年來(lái)，CHF的治療取得了巨大的進(jìn)展，但隨著病情的進(jìn)展，許多重癥CHF患者仍有明顯癥狀，藥物治療反應(yīng)不佳。人們?cè)诔珜?dǎo)藥物治療的同時(shí)，也在積極尋求各種非藥物治療方法，其中心臟移植無(wú)疑是治療CHF的最有效方法，但由于供體有限及術(shù)后抗排異的高額醫(yī)療費(fèi)用使其應(yīng)用受限。心肌干細(xì)胞移植尚處于基礎(chǔ)研究階段，心臟再同步起搏技術(shù)治療CHF可改善患者的血流動(dòng)力學(xué)和臨床癥狀，但適應(yīng)范圍有限［1］。

心臟收縮調(diào)節(jié)(cardiac contractility modulation，CCM)作為一種新的機(jī)械裝置治療方法進(jìn)入人們視線(xiàn)，它是在絕對(duì)不應(yīng)期內(nèi)給予的非興奮性刺激(nonexcitatory currents，NEC)即絕對(duì)不應(yīng)期電刺激，它不會(huì)誘發(fā)心肌細(xì)胞產(chǎn)生動(dòng)作電位，但這個(gè)刺激可以使心肌細(xì)胞的這一次收縮能力得到加強(qiáng)［2］。目前，隨著幾項(xiàng)CCM治療CHF的臨床試驗(yàn)結(jié)果揭曉，通過(guò)CCM治療中、重度CHF已成為近年CHF非藥物治療新的研究熱點(diǎn)［3-5］。但在該技術(shù)臨床推廣之前，仍有很多問(wèn)題需要明確。既往實(shí)驗(yàn)和臨床研究絕對(duì)不應(yīng)期刺激多采用單心室刺激的方法，雙心室刺激是否較單心室刺激在改善心功能方面更為有效和安全，本研究對(duì)此進(jìn)行探討。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、儀器和方法

選用6月齡新西蘭大白兔30只為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，體質(zhì)量2.5～3.5 kg，雌雄不拘，由河北醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供。Prosound a10彩色多普勒超聲診斷儀，日本ALOKA公司。BARD MICROPACE EPS320心臟刺激儀，美國(guó)巴德。本實(shí)驗(yàn)采用雙抗體夾心ABC-ELISA法檢測(cè)血漿腦利鈉肽(BNP)水平。

1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的建立

心力衰竭模型建立:3%戊巴比妥鈉溶液1 ml/kg麻醉后，于胸骨左緣第2、3、4肋間區(qū)打開(kāi)胸腔，暴露心臟，于升主動(dòng)脈根部遠(yuǎn)端1.0 cm處游離升主動(dòng)脈根部約4～5 mm，測(cè)量主動(dòng)脈周長(zhǎng)，環(huán)扎縮窄后周長(zhǎng)為原周長(zhǎng)的60%。模型建立成功標(biāo)準(zhǔn):心輸出量下降30%和(或)左心室舒張末壓上升至2.4 kPa(18 mm Hg)以上［6］。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物表現(xiàn)為精神不振，呼吸、心率加快，口唇紫紺。

將30只新西蘭大白兔隨機(jī)分為3組:假手術(shù)組、左心室刺激組和雙心室刺激組各10只，各組間體質(zhì)量差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。假手術(shù)組僅給予主動(dòng)脈環(huán)扎縮窄，左心室刺激組在主動(dòng)脈環(huán)扎縮窄同時(shí)起搏電極預(yù)先縫合于左心室前壁，雙心室刺激組主動(dòng)脈環(huán)扎縮窄同時(shí)起搏電極預(yù)先聯(lián)合縫合于左心室前壁和右心室前壁，保持裸露導(dǎo)線(xiàn)與心肌組織接觸，且與胸壁組織絕緣，直針端通過(guò)皮下穿刺固定于頸部，留待CCM電刺激用。術(shù)后第12周各組存活并滿(mǎn)足心力衰竭模型條件的大白兔:假手術(shù)組7只，左心室刺激組8只，雙心室刺激組8只。對(duì)上述23只心力衰竭兔進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.3 心臟絕對(duì)不應(yīng)期電刺激

主動(dòng)脈環(huán)扎縮窄術(shù)后第13周對(duì)左心室刺激組和雙心室刺激組進(jìn)行心臟絕對(duì)不應(yīng)期電刺激，方法:暴露頸部電極直針端，竇性心律下，通過(guò)心電的R波觸發(fā)刺激儀發(fā)放CCM刺激(2 ms，7 V，R波感知后延遲30 ms發(fā)放)，每天刺激6 h，連續(xù)刺激7 d。

1.4 觀測(cè)指標(biāo)

于電刺激前后采用無(wú)創(chuàng)心臟超聲檢查，在M-型圖像上，用Teichholz測(cè)定左心室收縮末內(nèi)徑(LVESD)、左心室舒張末內(nèi)徑(LVEDD)、左心室縮短率(LVFS)、室間隔厚度(IVS)、左心室后壁厚度(LVPW)和左心室射血分?jǐn)?shù)(LVEF);將脈沖多普勒取樣容積置于舒張期二尖瓣葉尖之間，測(cè)量二尖瓣舒張?jiān)缙谘鞣逯?E)、舒張晚期血流峰值(A)，并計(jì)算E/A比值;以上各測(cè)量值均取連續(xù)3次測(cè)量的平均值。通過(guò)雙抗體夾心ABC-ELISA法血液學(xué)檢查，測(cè)定CCM刺激前及刺激7 d后血漿BNP水平，并于電刺激期間及前后記錄動(dòng)態(tài)心電圖的變化。在完成上述指標(biāo)測(cè)定后，處死動(dòng)物，取出心臟，測(cè)定心臟質(zhì)量，計(jì)算心臟質(zhì)量指數(shù)(心臟質(zhì)量與體質(zhì)量比值)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物一般情況

處死新西蘭大白兔后稱(chēng)心臟質(zhì)量，左心室刺激組和雙心室刺激組的心臟質(zhì)量［(5.23±0.56)g和(4.41 ± 0.36)g］和心臟質(zhì)量指數(shù)［(1.41 ±0.27)g/kg和(1.18 ± 0.17)g/kg］均低于假手術(shù)組［(6.72 ± 0.82)g 和 (1.82 ± 0.25)g/kg，均 為P＜0.05］，以雙心室刺激組更明顯。

2.2 CCM電刺激對(duì)兔心功能的影響

術(shù)后12周進(jìn)行CCM電刺激前，各組心功能指標(biāo)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05);術(shù)后13周CCM電刺激后，與假手術(shù)組相比，左心室刺激組和雙心室刺激組的LVESD、LVEDD明顯下降，以雙心室刺激組下降更明顯(P＜0.05);而 LVEF、LVFS明顯升高，以雙心室刺激組更明顯(P＜0.05);IVS、IVPW、E峰、A峰和E/A比值各組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＞0.05)，見(jiàn)表 1。

2.3 CCM電刺激對(duì)血漿BNP水平的影響

CCM電刺激前3組血漿BNP水平差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05);CCM電刺激后雙心室刺激組的血漿BNP水平下降最明顯［(41.3±13.4)ng/ml比(70.9 ± 12.8)ng/ml，P=0.036］，其次是左心室刺激 組 ［(52.9 ± 13.7)ng/ml 比 (61.34±13.47)ng/ml，P=0.085］，而假手術(shù)組術(shù)后 12 周和13周血漿BNP水平差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.4 CCM電刺激對(duì)心電學(xué)的影響

24 h動(dòng)態(tài)心電圖監(jiān)測(cè)顯示，左心室刺激組和雙心室刺激組發(fā)放CCM信號(hào)時(shí)與關(guān)閉信號(hào)時(shí)相比心率均無(wú)顯著變化［(208.4 ±33.9)次/min比(211.7±39.2)次/min，P=0.873;(214.2 ± 41.8)次/min比(220.2 ± 48.3)次/min，P=0.617］，而與假手術(shù)組相比，前兩組未見(jiàn)室性心律失常的發(fā)生增加。

表1 CCM電刺激對(duì)兔心功能的影響()

表1 CCM電刺激對(duì)兔心功能的影響()

注:與假手術(shù)組及術(shù)后12周比較，aP＜0.05;與左心室刺激組比較，bP＜0.05

組別 兔(只) LVEDD(mm) LVESD(mm) EF(%) FS(%) IVS(mm)假手術(shù)組7術(shù)后12 周 14.49 ±0.72 11.71 ±0.57 37.14 ±3.13 19.00 ±2.21 2.05 ±0.30術(shù)后13 周 14.32 ±0.71 11.76 ±0.49 37.00 ±3.10 17.90 ±1.69 2.08 ±0.27左心室刺激組 8術(shù)后12 周 14.36 ±0.83 11.66 ±0.62 38.12 ±3.87 19.26 ±2.54 2.06 ±0.34術(shù)后13 周 13.54 ±0.53a 10.26 ±0.49a 46.50 ±4.31a 24.21 ±2.94a 2.01 ±0.32雙心室刺激組 8術(shù)后12 周 14.25 ±0.78 11.52 ±0.72 37.67 ±4.12 19.85 ±3.15 2.11 ±0.41術(shù)后13 周 12.50 ±0.71ab 8.95 ±0.41ab 55.75 ±4.53ab 28.20 ±2.67ab 2.07 ±0.37組別 兔(只) LVPW(mm) E(cm/s) A(cm/s)E/A假手術(shù)組7術(shù)后12 周 2.00 ±0.19 69.86 ±6.24 63.29 ±4.50 1.09 ±0.23術(shù)后13 周 2.04 ±0.31 71.29 ±6.16 63.43 ±5.26 1.14 ±0.18左心室刺激組 8術(shù)后12 周 2.05 ±0.24 73.43 ±5.52 65.21 ±5.12 1.20 ±0.64術(shù)后13 周 2.03 ±0.33 73.48 ±5.89 60.17 ±4.86 1.16 ±0.21雙心室刺激組 8術(shù)后12 周 2.10 ±0.36 72.95 ±5.15 60.11 ±6.58 1.23 ±0.34術(shù)后13周2.08 ±0.29 75.14 ±4.60 63.88 ±6.12 1.18 ±0.64

3 討論

CCM是近年發(fā)展起來(lái)的一種治療難治性收縮性心力衰竭的新技術(shù)，原理為心肌絕對(duì)不應(yīng)期電刺激不引起心肌興奮但可提高心肌的收縮力。已有的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了CCM發(fā)揮心臟正性肌力作用的效果［7］。CCM作為一種新的心力衰竭治療手段，在臨床實(shí)驗(yàn)中已顯現(xiàn)很大的應(yīng)用前景。但在該技術(shù)臨床推廣之前，包括最佳刺激部位、刺激方式和作用機(jī)制等方面仍有很多問(wèn)題需要明確，本研究對(duì)此進(jìn)行初步探討。

已有的基礎(chǔ)及臨床研究顯示，CCM對(duì)心功能的改善主要源于局部收縮力的增強(qiáng)，在不同部位刺激對(duì)心功能的影響是不同的，但在哪些部位進(jìn)行刺激具有最好的效果各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不一致，甚至相互矛盾［8］。本研究單心室刺激組刺激部位為左心室前壁，CCM刺激后其心功能較刺激前明顯改善，并且BNP水平較刺激前也有明顯下降，后者水平與心力衰竭程度具有正相關(guān)性［9］。

CCM增加心肌收縮力的確切機(jī)制尚不完全明確，細(xì)胞內(nèi)鈣內(nèi)流增加也許發(fā)揮重要作用［10］，動(dòng)物模型中觀察到，在不應(yīng)期內(nèi)給予電刺激，發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞動(dòng)作電位時(shí)程延長(zhǎng)，細(xì)胞鈣內(nèi)流增加，細(xì)胞收縮力增強(qiáng)。起搏刺激調(diào)節(jié)心肌收縮性使細(xì)胞鈣內(nèi)流增加的途徑主要包括:(1)通過(guò)L型鈣通道;(2)通過(guò)鈉-鈣交換;(3)肌漿網(wǎng)內(nèi)的鈣釋放增加。這種調(diào)節(jié)的結(jié)果能使心肌細(xì)胞胞漿的游離鈣離子濃度持續(xù)性增加，進(jìn)而使心肌細(xì)胞的收縮性明顯升高。

本研究結(jié)果顯示，同時(shí)在右心室和左心室給予CCM電刺激相比于單心室刺激能進(jìn)一步改善心臟功能，逆轉(zhuǎn)心室重構(gòu)，降低血漿BNP水平。上述原因分析如下:CCM是通過(guò)局部心肌收縮力增強(qiáng)發(fā)揮整體心臟正性肌力作用，雙心室CCM多電極刺激可能有更多的細(xì)胞內(nèi)鈣內(nèi)流導(dǎo)致收縮力進(jìn)一步增高;已有研究表明心室電和機(jī)械失同步與心力衰竭關(guān)系密切，其不僅增加心力衰竭的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，而且與心力衰竭患者的預(yù)后有關(guān)。如心臟再同步化治療是通過(guò)改善心力衰竭患者雙心室收縮的不同步從而治療慢性心力衰竭［11］，雙心室CCM治療在發(fā)揮增加雙心室心肌收縮力協(xié)同作用的同時(shí)，可能存在具有改善慢性心力衰竭收縮不同步的效果，導(dǎo)致心功能的進(jìn)一步改善。同時(shí)顯示，CCM刺激對(duì)心率無(wú)影響，并且觀察24 h動(dòng)態(tài)心電圖發(fā)現(xiàn)3組兔室性心律失常的發(fā)生無(wú)明顯差異，表明CCM刺激對(duì)于治療慢性心力衰竭是安全的。

總之，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明心肌絕對(duì)不應(yīng)期電刺激可提高CHF心肌的收縮力，改善心功能，逆轉(zhuǎn)心室重構(gòu)，且不增加室性心律失常的發(fā)生。雙心室絕對(duì)不應(yīng)期電刺激較單心室刺激有更大優(yōu)勢(shì)，作為CHF的非藥物治療手段具有較好的應(yīng)用前景。

［1］Cho H，Barth AS，Tomaselli GF.Basic science of cardiac resynchronization therapy:molecular and electrophysiological mechanisms.Circ Arrhythm Electrophysiol，2012，5:594-603.

［2］Morit H，Suzuki G，Haddad W，et al.Cardiac contractility modulation with nonexcitatory electric signalsimprovesleft ventricular function in dogs with chronic heart failure.J Card Fail，2003，9:69-75.

［3］Borggrefe MM，Lawo T，Butter C，et al.Randomized，double blind study of non-excitatory，cardiac contractility modulation electrical impulses for symptomatic heart failure.Eur Heart J，2008，29:1019-1028.

［4］Abraham WT，Nademanee K，Volosin K.Subgroup analysis of a randomized controlled trial evaluating the safety and efficacy of cardiac contractility modulation in advanced heart failure.J Card Fail，2011，17:710-717.

［5］Kadish A，Nademanee K，Volosin K，et al.A randomized controlled trial evaluating the safety and efficacy of cardiac contractility modulation in advanced heart failure.Am Heart J，2011，161:329-337.

［6］Hasenfuss G.Animal model of human cardiovascular disease，heart failure and hypertrophy.Cardiovasc Res，1998，39:60-76.

［7］Schau T，Seifert M，Meyh?fer J，et al.Long-term outcome of cardiac contractility modulation in patients with severe congestive heart failure.Europace，2011，13:1436-1444.

［8］Zhang H，Cui C，Hu D.Effects of electric stimulations applied during absolute refractory period on cardiac function of rabbits with heart failure.J Huazhong Univ Sci Technolog Sci，2010，30:155-158.

［9］Williams SG，Ng LL，O'Brien RJ，et al.Complementary roles of simple variable， NYHA and N-BNP， in indicating aerobic capacity and severity of heart failure.Int J Cardiol，2005，102:279-286.

［10］Borggrefe M，Burkhoff D.Modulation of cardiac contractility by the phospholamban/SERCA2a regulatome. Circ Res，2012，110:1646-1660.

［11］Sweeney MO，van Bommel RJ，Schalij MJ，et al.Analysis of ventricular activation using surface electrocardiography to predict left ventricular reverse volumetric remodeling during cardiac resynehronization therapy.Circulation，2010，121:626-634.