慢性充血性心力衰竭兔心臟機械和電生理的變化

寧 彬 齊曉勇 李英肖 劉惠良 張飛飛 秦 晨

(河北醫(yī)科大學研究生學院，河北 石家莊 050051)

慢性心力衰竭(CHF)是多種心血管疾病的終末狀態(tài)，其病因多種多樣，不僅存在機械功能障礙, 還有電生理功能異常。如何確實、有效地建立動物模型，是進行充血性心力衰竭治療實驗研究的一個關鍵問題。本研究通過升主動脈環(huán)扎法建立壓力負荷型慢性充血性心力衰竭動物模型，觀察心力衰竭后心臟機械和電生理功能的變化。

1 材料與方法

1.1實驗動物和分組 選用6月齡新西蘭大白兔30只，體重2.5～3.5 kg，雌雄不拘，由河北醫(yī)科大學動物實驗中心提供。隨機20只兔子為心衰組，10只兔子為假手術組。心衰組20只術中死亡3只，12 w后心衰程度沒滿足入選標準2只，造模成功15只，成功率75%；假手術組10只術中無死亡，12 w后均存活。兔心衰后表現(xiàn)為精神不振、呼吸心率增快、口唇發(fā)紺、體重增加較正常兔明顯減少等。

1.2兔心衰模型的建立 通過升主動脈根部套扎法建立兔慢性心力衰竭模型：3%戊巴比妥鈉溶液1 ml/kg麻醉后，于胸骨左緣2、3、4肋間區(qū)，打開胸腔，暴露心臟，于升主動脈根部遠端1.0 cm處游離升主動脈根部，測量主動脈周長，環(huán)扎縮窄后周長為原周長的60%，小兒用臨時起搏電極彎針端縫合于左心室前壁，保持裸露導線與心肌組織接觸，且與胸壁組織絕緣，直針端通過皮下穿刺固定于頸部，留待以后電生理刺激檢查。對照組不給予主動脈環(huán)扎，其余步驟同心衰組。12 w后測定心功能，心力衰竭模型建立成功的標準：心臟射血分數(shù)(EF)≤40%。

1.3電生理指標的測定 采用EP-WorkMate System心臟電生理刺激儀，對下列指標進行測定。

1.3.1舒張期閾值(DT)測定 以比兔自身心率快10次/min的R-R周期進行S1-S1起搏, 脈寬2 ms, 以能引起心室起搏的最小電流強度作為舒張期閾值。

1.3.2有效不應期(ERP)測定 以2倍舒張期閾值進行心室S1-S2程控電刺激, 脈寬2 ms, 每8個S1觸發(fā)1次S2,從舒張期末逐漸向前掃描,S1-S2每次遞減2 ms, 以程序早搏刺激未引起心室應激的最長 S1S2間期為ERP。

1.3.3室顫閾值(VFT)的測定 采用S1S1程控電刺激方案，固定刺激脈寬2 ms，刺激周期110 ms(可適當調(diào)整刺激間期，誘發(fā)出室顫)，以1 V開始刺激。電壓強度逐漸增加，每次增加0.2 mV。最終以引起室顫的最小電壓值作為室顫闌值。一旦確定室顫發(fā)生, 立即心臟按摩復律。

1.3.4QT間期離散度(QTcD)測量 利用針刺電極插入動物四肢及胸前皮下記錄12導聯(lián)同步心電圖和多導電生理儀記錄心動圖。同一導聯(lián)連續(xù)測3個心動周期取其平均值測出QT間期。測量不同導聯(lián)最長QT(Qtmax)及最短QT(QTmin), 心率校正的QT(QTc)以Bazzets公式校正，QTc = QT/(R-R), 心率校正的QTcd= QTcmax-QTcmin。

1.4超聲心動圖檢查

1.4.1超聲心動圖評價心功的指標 在圖像上，采用Teichholz測定左心室收縮末內(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)、左室后壁厚度(LVPW)和射血分數(shù)(LVEF)；將脈沖多普勒取樣容積置于舒張期二尖瓣葉尖之間, 測量二尖瓣舒張早期血流峰值(E) 、舒張晚期血流峰值(A) , 并計算E/A比值；以上各測量值均取連續(xù)3次測量的平均值。

1.4.2心室同步性的指標 評價左室內(nèi)同步性的指標包括：①室間隔與左室后壁間的收縮延遲時間(SPWMD)，即M型超聲所示室間隔和左室后壁達到最大位移點的時間差。②心室間機械延遲(IVMD)：首先測量主動脈射血前時間(APEI)，即應用脈沖頻譜多普勒在心尖五腔心切面主動脈瓣口采集脈沖多普勒頻譜，測量QRS起始點距脈沖多普勒頻譜起始的時間；然后在大血管短軸切面肺動脈瓣口采集脈沖多普勒頻譜，測量肺動脈射血前時間(PPEI)，兩者之差即IVMD。

2 結 果

2.1慢性心衰兔電生理各項指標變化 術中電生理檢查假手術組和心衰組各項指標無明顯差別(P>0.05)；術后12 w，心衰組DT、ERP、VFT較假手術組明顯升高(P<0.05)；而QTcd心衰組較假手術組相比有增加趨勢，但無明顯差異(P>0.05)。見表1。

表1 兩組兔術前術后電生理各項指標變化

2.2慢性心衰兔超聲心動圖各項指標變化 術前假手術組和心衰組超聲心功能各項指標無明顯差別(P>0.05)；術后12 w，心衰組IVS、IVPW、LVESD和LVEDD較假手術組明顯升高(P<0.05)；而LVEF、LVFS和E/A比值心衰組較假手術組明顯下降(P<0.05)；反映心室機械收縮不同步指標的sPwMD和IVMD，術后12 w心衰組明顯高于假手術組(P<0.05)。見表2。

表2 兩組兔術前術后超聲心動圖各項指標變化

3 討 論

慢性充血性心力衰竭動物模型制作方法主要有心肌缺血型、壓力負荷型、容量負荷型和心肌病變型等〔1～3〕, 這些模型的建立研究心力衰竭發(fā)展過程中的血流動力學改變、神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)、心肌細胞和亞細胞水平的改變提供了重要資料，解決了臨床上有關心力衰竭病理生理和發(fā)病機制的相關問題。目前用于建立心力衰竭模型的動物有豬、犬、兔、鼠、豚鼠和猴、狒狒等, 以犬、豬和兔用之最多〔4,5〕。豬和犬的心血管系統(tǒng)較為發(fā)達, 神經(jīng)-體液調(diào)節(jié)較為完善, 是較理想的實驗材料, 不足之處在于體積大, 成本高。而兔的優(yōu)點在于體積比鼠大比豬、犬小, 實驗費用相對大幅降低; 并且在某些細胞電生理特性方面兔和人較為接近。本實驗使用新西蘭大白兔通過升主動脈環(huán)扎縮窄法建立慢性充血性心衰模型，主動脈縮窄術增加了心臟后負荷, 促使心肌肥厚, 終致心力衰竭，20只升主動脈環(huán)扎縮窄的新西蘭大白兔術中因氣胸、動脈出血死亡3只，2只因12 w后未達到心衰標準未能入選，心衰造模成功率達到75%，顯示升主動脈環(huán)扎縮窄法建立慢性充血性心力衰竭模型可靠有效。

導致心力衰竭發(fā)生發(fā)展的基本機制是心肌重構。心肌重構是由于一系列復雜的分子和細胞機制導致心肌結構、功能和表型的變化。它的特征是：①伴有胚胎基因再表達的病理性心肌細胞肥大，導致心肌細胞收縮力下降，壽命縮短。②心肌細胞凋亡是心力衰竭從代償走向失代償?shù)霓D折點。③心肌細胞外基質(zhì)過度纖維化或降解增加。臨床表現(xiàn)為心肌重量、心室容量的增加和心室形狀的改變(橫徑增加呈球狀)〔6〕。本研究12 w 時心衰組兔有心室舒張功能的受損。大多數(shù)慢性充血性心衰患者在存在心腔擴大、心肌收縮力減低的同時存在不同程度的室壁運動不同步，包括室間不同步和室內(nèi)不同步〔7〕，本研究運用脈沖多普勒通過主、肺動脈射血起始的時間差(IVMD)作為心室間不同步，應用胸骨旁左心室長軸切面(腱索水平)引導的 M 型，得到室間隔和左心室后壁之間的運動延遲 (SPWMD)作為室內(nèi)不同步〔8〕，實驗結果顯示心衰組伴有不同程度的左室間和室內(nèi)的收縮不同步。

研究表明在心室重構的進行過程中，隨著心臟結構的改變，發(fā)生心臟電活動的改變，左室電活動的重構繼發(fā)于心臟結構的改變〔9〕。心臟電重構導致心臟電穩(wěn)定性降低，心臟自律性升高，心室肌細胞靜息電位和動作電位幅度減小，傳導減慢，動作電位時程和不應期延長；同時存在發(fā)生心律失常的血流動力學基礎，容易發(fā)生以室性心動過速和心室顫動為代表的惡性心律失常。具體體現(xiàn)為心肌興奮性增高、傳導延遲、復極不均一，心室肌電異步性明顯增大, 更易形成折返〔10～12〕。以上心臟電生理特性的改變，易于產(chǎn)生室性早搏和持續(xù)性折返，存在引起致命性心律失常的啟動和維持的可能〔13〕。本實驗顯示心衰組舒張期閾值、有效不應期和室顫閾值較假手術組明顯下降，顯示了慢性充血性心衰存在心肌興奮性增加，惡性心律失常易感等心電不穩(wěn)定現(xiàn)象。而另一反映心肌復極不一致的指標QT 間期離散度〔14〕，心衰組較對照組有增加趨勢，但統(tǒng)計學分析沒有明顯的區(qū)別，考慮與兔心率過快(200～300次/min)，QTcD過短有關。

本研究顯示：升主動脈環(huán)扎縮窄法建立慢性充血性心衰動物模型可靠有效，心衰后心肌存在顯著心肌收縮、舒張功能機械障礙，表現(xiàn)為心肌收縮舒張力下降和心室收縮的不同步，同時心臟電生理活動發(fā)生變化，表現(xiàn)為舒張期閾值、有效不應期和室顫閾值的降低，是臨床上研究慢性充血性心衰理想的實驗材料。

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