急性低氧應(yīng)激對(duì)麻醉大鼠心臟舒縮功能的影響*

紀(jì)巧榮，張 昱，劉 杰，曹成珠，周 振，張 偉

(青海大學(xué)高原醫(yī)學(xué)研究中心；青海省高原醫(yī)學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810001)

急性低氧應(yīng)激對(duì)麻醉大鼠心臟舒縮功能的影響*

紀(jì)巧榮，張 昱，劉 杰，曹成珠，周 振，張 偉△

(青海大學(xué)高原醫(yī)學(xué)研究中心；青海省高原醫(yī)學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810001)

目的 探討急性低氧應(yīng)激對(duì)麻醉大鼠左、右心室舒縮功能的影響。方法 監(jiān)測(cè)大鼠(n=7)在常氧(西寧，海拔2260m，氧百分含量為20.9%)和急性低氧(氧百分含量為15%)通氣的狀態(tài)下，心率(heart rate，HR)、左心室收縮壓(Left ventricular systolic blood pressure，LVSP)、右心室收縮壓(Right ventricular systolic blood pressure，RVSP)和左右心室內(nèi)壓最大上升及下降速率(±dP/dtmax)等的血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)變化。同時(shí)，比較低氧通氣5 min前后的動(dòng)脈血?dú)?，探討急性低氧?yīng)激對(duì)麻醉大鼠心臟功能的影響。結(jié)果 與常氧通氣相比，急性低氧通氣下LVSP降低、RVSP升高，右心室±dP/dtmax升高，左心室±dP/dtmax明顯降低，均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。此外，低氧通氣5 min后大鼠動(dòng)脈血PaO2降低，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。結(jié)論 急性低氧應(yīng)激可降低左心室的舒、縮能力，而右心室的舒、縮在急性低氧應(yīng)激時(shí)則表現(xiàn)出一定程度的代償性增強(qiáng)，但低氧應(yīng)激對(duì)左心室的舒縮能力影響更大。

低氧應(yīng)激 心室舒縮能力 左右心室±dP/dtmax

低氧應(yīng)激對(duì)心臟泵血功能的影響沒(méi)有清晰描述，對(duì)研究低氧心血管調(diào)節(jié)及探討機(jī)體低氧習(xí)服的機(jī)制造成了一定的困難。因此，研究急性低氧應(yīng)激狀態(tài)下心臟功能的調(diào)節(jié)變化具有重要的價(jià)值。本研究通過(guò)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)麻醉大鼠急性低氧應(yīng)激時(shí)左、右心室內(nèi)壓最大上升及下降速率(±dP/dtmax)、左心室收縮壓(Left ventricular systolic blood pressure，LVSP)和右心室收縮壓(Right ventricular systolic blood pressure，RVSP)等反映心功能的血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)變化，來(lái)明確急性低氧應(yīng)激對(duì)麻醉大鼠心臟射血和左、右心室舒縮功能的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

雄性SD大鼠，體重(300±20)g，購(gòu)于北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司[許可證號(hào)：SCXK(京)2012-0001，NO.11400700064575]。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 動(dòng)物造模及血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)測(cè)定

大鼠經(jīng)2.5%戊巴比妥鈉(50mg/kg，i.p)麻醉后仰臥固定于動(dòng)物恒溫板(154Huron Avenue Clifton，NJ 07013 USA)，維持體溫36.5 ℃～37.5 ℃。做頸前正中切口，分別行右頸外靜脈、右頸總動(dòng)脈插管，將聚乙烯導(dǎo)管(ID 0.58mm，OD 0.96mm)經(jīng)右頸外靜脈導(dǎo)入右心室監(jiān)測(cè)RVSP及右心室±dP/dtmax，聚乙烯導(dǎo)管(ID 0.50mm，OD 0.80mm)經(jīng)右頸總動(dòng)脈導(dǎo)入左心室監(jiān)測(cè)LVSP及左心室±dP/dtmax；行氣管插管(ID 2.0mm，OD 3.0mm)并連接呼吸機(jī)(950 North Hague Avenue Columbus，Ohio 43204-2121 U.S.A)，調(diào)節(jié)呼吸頻率(70次/min)、潮氣量(7mL/kg)。手術(shù)結(jié)束后，于大鼠左心房水平面連接事先校準(zhǔn)的壓力傳感器，并與Power Lab生物信號(hào)采集系統(tǒng)(AD Instruments，Castle Hill，Australia)連接，分別在常氧(氧百分含量為20.9%)及低氧(氧百分含量為15%)[1，2]通氣狀態(tài)下監(jiān)測(cè)并記錄HR、LVSP、RVSP及左右心室±dP/dtmax的變化。各指標(biāo)的變化量用“△”表示，由各指標(biāo)不同時(shí)間點(diǎn)與0點(diǎn)的差值計(jì)算得來(lái)。

1.2.2 動(dòng)脈血?dú)怆娊赓|(zhì)分析

待各項(xiàng)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)平穩(wěn)后，分別于常氧和急性低氧5 min時(shí)各取動(dòng)脈血約20 μL在血?dú)怆娊赓|(zhì)分析儀(梅州康立高科技有限公司，BG-800A)行動(dòng)脈血?dú)鈾z測(cè)分析。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 常氧和急性低氧通氣時(shí)的不同血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)的變化

血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)變化的描記圖(圖1)和變化量統(tǒng)計(jì)圖(圖2)顯示，與常氧組相比，低氧組左心室LVSP及±dP/dtmax均降低，從0.5 min處開(kāi)始降低，4～5 min時(shí)達(dá)最低值；右心室RVSP及±dP/dtmax均升高，從0.5 min處開(kāi)始升高，4～5 min時(shí)達(dá)最大值，均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。

常氧和低氧前后左心室各項(xiàng)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)的變化結(jié)果(表1)顯示，與常氧組相比，低氧組左心室LVSP、±dP/dtmax分別由初始絕對(duì)值降低25.1 mmHg、1339.5 mmHg/sec、1363.8 mmHg/sec，均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)；HR在低氧前后無(wú)明顯改變。

圖1 常氧及低氧下各項(xiàng)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)變化描記圖
Figure 1 The changes of hemodynamic indexes in normoxia and hypoxia

結(jié)果均用表示；#：與0點(diǎn)相比，P<0.05；*：與常氧組相比，P<0.05.

表1 常氧和低氧前后左心室各項(xiàng)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)的變化結(jié)果±s)Table 1 The changes of hemodynamic indexes of left ventricular in normoxia and ±s)

*：與常氧組相比，P<0.05；#：與同組0 min 相比，P<0.05.

常氧和低氧前后右心室各項(xiàng)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)的變化結(jié)果(表2)顯示，與常氧組相比，低氧組右心室RVSP、±dP/dtmax分別由初始絕對(duì)值升高4.4 mmHg、134.6 mmHg/sec、101.3 mmHg/sec，均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。

表2 常氧和低氧前后右心室各項(xiàng)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)的變化結(jié)果±s)Table 2 The changes of hemodynamic indexes of right ventricular in normoxia and ±s)

*：與常氧組相比，P<0.05；#：與同組0 min 相比，P<0.05.

2.2 常氧和低氧通氣5 min后動(dòng)脈血?dú)饨Y(jié)果分析

與常氧組相比，低氧5 min后大鼠PaO2降低，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)，pH、PaCO2、HCO3-的變化無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表3)。

表3 常氧和低氧通氣5min后動(dòng)脈血?dú)夥治鼋Y(jié)果±s)Table 3 The results of arterial blood gas in normoxia and ±s)

3 討論

實(shí)驗(yàn)中將大鼠通過(guò)呼吸機(jī)通入室內(nèi)空氣和15% O2的低氧氣體制做常氧和低氧通氣模型。從低氧后各項(xiàng)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)的變化結(jié)果可知，低氧5 min時(shí)LVSP降低、RVSP升高(P<0.05)；從低氧通氣5 min時(shí)動(dòng)脈血?dú)獾慕Y(jié)果可知，低氧5 min大鼠PaO2降低(P<0.05)，提示15% O2急性低氧通氣可以引起大鼠的急性低氧應(yīng)激反應(yīng)。這種急性低氧刺激所致的PO2降低可能會(huì)使心臟供氧減少，促使心肌對(duì)糖代謝的有氧氧化減弱、無(wú)氧糖酵解增加，代謝產(chǎn)生的乳酸增多而影響心肌的收縮功能[3，4]。同時(shí)，低氧也可能影響心肌細(xì)胞肌漿網(wǎng)對(duì)Ca2+的回收[5，6]，誘發(fā)心肌舒張速率下降，引起左心舒張能力下降。

從常氧和低氧應(yīng)激5 min后各組血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)的變化可以看出：低氧刺激后左心室+dP/dtmax[7]由初始值8340.4±641.7 mmHg/sec降至7000.9±946.4 mmHg/sec，降低了16.1%，-dP/dtmax由初始絕對(duì)值6196.6±584.4 mmHg/sec降至4832.8±724.5 mmHg/sec，降低了22%；而右心室+dP/dtmax由初始值919.1±55.9 mmHg/sec升至1053.7±81.8 mmHg/sec，升高了14.6%，-dP/dtmax由初始絕對(duì)值678.8±34.3 mmHg/sec升至780.1±55.7 mmHg/sec，升高了14.9%。同樣，左室的LVSP比初始值降低了14.8%，右室RVSP比初始值升高11.8%。由此提示，低氧應(yīng)激對(duì)左、右心室舒縮能力的影響是不一致的，左心室表現(xiàn)出了顯著的舒縮能力降低，而右心室則表現(xiàn)出了舒縮能力增強(qiáng)。分析認(rèn)為，低氧誘發(fā)機(jī)體產(chǎn)生的內(nèi)源性擴(kuò)血管物質(zhì)[8-13]會(huì)引起除肺血管以外的外周血管擴(kuò)張，使血壓下降[14]，血壓的下降將進(jìn)一步造成心輸出量的降低，進(jìn)而使心肌供血減少、心肌收縮能力進(jìn)一步降低。Mendoza JP[15]等的研究也證實(shí)了低氧應(yīng)激下大鼠血壓會(huì)下降。而對(duì)于右心室來(lái)講，急性低氧會(huì)對(duì)肺循環(huán)血管產(chǎn)生收縮作用[16，17]，使肺動(dòng)脈壓力升高，加重了右室的后負(fù)荷，隨后隨著右心回心血量的增加，又促使右室前負(fù)荷增加，這樣誘發(fā)右室產(chǎn)生緊張?jiān)葱詳U(kuò)張，代償性地使右室+dP/dtmax升高[18]。王佳興[19]等的研究也證實(shí)，低氧應(yīng)激發(fā)生RVSP升高及右心室室壁的肥厚，且與低氧持續(xù)時(shí)間在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān)。盡管急性低氧可激活交感神經(jīng)系統(tǒng)，作用于心臟β1-腎上腺素能受體后會(huì)促進(jìn)心臟產(chǎn)生正性肌力作用[20]；但因?yàn)樾妮敵隽康慕档?、心肌供血減少，交感神經(jīng)系統(tǒng)的代償作用并沒(méi)有有效地得以發(fā)揮。因此可認(rèn)為，低氧應(yīng)激時(shí)右心室收縮能力的升高僅是暫時(shí)的右室代償性緊張?jiān)葱詳U(kuò)張引起的代償反應(yīng)，隨著低氧刺激的持續(xù)和加重，最終失代償導(dǎo)致心力衰竭[21]的發(fā)生。

綜上所述，通過(guò)對(duì)麻醉大鼠急性低氧下左、右心室舒縮能力各項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，得出了急性低氧應(yīng)激短時(shí)間內(nèi)主要降低左心室的舒縮功能，而右心室會(huì)通過(guò)緊張?jiān)葱詳U(kuò)張，一定程度上能代償性地增強(qiáng)右心室的舒縮能力。其可為研究低氧應(yīng)激過(guò)程中心臟功能的調(diào)節(jié)和探討低氧習(xí)服的機(jī)制提供參考。

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Effects of acute hypoxic stress on cardiac systolic and diastolic functions in anesthetized rats

JI Qiao-rong，ZHANG Yu，LIU Jie，CAO Cheng-zhu，ZHOU Zhen，ZHANG Wei△

(High altitude medical research center of Qinghai University； The Key Laboratory of high altitude medical application of Qinghai Province，Qinghai Xining 810001)

Objective To explore the effect of acute hypoxic stress on the left and right ventricular systolic and diastolic functions in anesthetized rats.Methods Rats(n=7)were treated with normoxia(20.9% of the oxygen content)and hypoxia(15% of the oxygen content)respectively at the altitude of 2260 m(Xining，China).The heart rate(HR)，the maximum rate of left and right ventricular pressure(±dP/dtmax)，the left ventricular systolic blood pressure(LVSP)，the right ventricular systolic blood pressure(RVSP)were monitored，and the arterial blood gas of normoxia and hypoxia within 5 minutes have been compared to explore the effect of acute hypoxia on cardiac function in anesthetized rats.Results Compared with nomorxia，the LVSP and ±dP/dtmaxof left ventricular decreased，the RVSP and ±dP/dtmaxof right ventricular increased obviously in hypoxia(P<0.05).In addition，the PaO2had decreased after 5 minutes of hypoxia(P<0.05).Conclusion Acute hypoxic stress can decrease the left ventricular systolic and diastolic functions.But the change of right ventricular systolic and diastolic functions are characterized by a certain degree of compensatory enhancement.And the left ventricular systolic and diastolic functions are more affected than right ventricular.

Hypoxic stress The ventricular systolic and diastolic functions The maximum rate of left and right ventricular pressure

*：國(guó)家自然基金項(xiàng)目(81560301；81160012)；教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才項(xiàng)目(NCET-12-1022)；△：通信作者，博導(dǎo)，教授，zw0228@sina.com 紀(jì)巧榮(1989～)，女，漢族，河北籍，碩士研究生

R363

A

10.13452/j.cnki.jqmc.2017.01.003

2016-11-12