慢性心衰新西蘭家兔某些生化指標和心功能的改變*

周本梅，郭興明，鄭伊能，李宏全

（重慶大學(xué)生物工程學(xué)院，重慶市醫(yī)療電子技術(shù)工程研究中心，重慶400044）

心力衰竭（heart failure，HF）是由于心臟結(jié)構(gòu)或功能異常導(dǎo)致心室充盈或射血能力受損的一組復(fù)雜臨床綜合征，長期持續(xù)即可發(fā)展為慢性心衰，它是絕大多數(shù)心血管疾病的最終歸宿［1，2］。可見對慢性心衰的診斷非常重要，而對慢性心衰患者心功能狀態(tài)的評估能有效輔助臨床診斷。目前評估心功能的方法很多，使用較為廣泛的主要有心臟超聲、生物學(xué)標志物以及實驗室、胸部X線檢查等［3］。但它們都存在不足之處，或價格昂貴，給患者帶來較大的經(jīng)濟負擔；或操作復(fù)雜，對操作者的技術(shù)要求高。因此探索操作更加簡單、價格更加低廉的評估方法顯得至關(guān)重要。

心臟儲備（caidiac reserve，CR）是指心臟功能的上調(diào)能力，可用于心功能的評估：包括第一心音與第二心音的幅值比（the amplitude ratio of the first to second heart sound，S1／S2），可評估心臟的循環(huán)功能；心臟舒張期與收縮期的時限比（the ratio of diastolic to systolic duration，D／S）可評估心臟供血是否充足［4］；以及心率（heart rate，HR）。采用阿霉素（adriamycin，ADR）建立新西蘭兔的慢性心衰模型，模仿人類心臟的病理生理變化過程。通過對模型組和對照組各項指標的檢測和分析，觀察模型組某些生化指標和心功能的改變。并且認為心臟儲備指標可用于評估心功能的狀態(tài)，為慢性心衰的臨床診斷提供輔助手段。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

隨機選取20只普通級新西蘭兔，體重（2.22±0.14）kg，年齡為 3～6個月（重慶醫(yī)科大學(xué)實驗動物中心，許可證號：SCXK（渝）2012-0001）。分籠飼養(yǎng)，自由飲水。

1.2 試劑藥品

鹽酸阿霉素（規(guī)格：每支 50 mg，生產(chǎn)批號：No615A），由美侖生物科技有限公司生產(chǎn)；0.9%氯化鈉注射液（規(guī)格：每瓶 50 ml，生產(chǎn)批號：B16012111），由湖南科倫制藥有限公司生產(chǎn)；戊巴比妥鈉（規(guī)格：每支5 g，生產(chǎn)批號：1063180500），由德國 Merck公司生產(chǎn)；肝素鈉（規(guī)格：每支 1 g，效價：150 U／mg），由biosharp生物科技有限公司生產(chǎn)。

1.3 儀器設(shè)備

RM6240B型多道生理信號采集處理系統(tǒng)、計算機、YPJ01型壓力換能器、XJ102型心音換能器、心電電極、三通開關(guān)、聚苯乙烯／PE導(dǎo)管，以及電子稱、手術(shù)器械、一次性注射器、棉球、紗布、絲線等。

1.4 模型制備

適應(yīng)性飼養(yǎng)1周之后，隨機選取其中的5只作為對照組，15只作為模型組，兩組新西蘭兔的性別、年齡和體重均無顯著性差異。使用0.9%氯化鈉注射液，將阿霉素配置成濃度為1 mg／ml的溶液。模型組與對照組分別耳緣靜脈注射阿霉素、生理鹽水1 ml／kg，每周注射2次，連續(xù)注射8周。同時對新西蘭兔的活動、精神狀態(tài)、進食飲水、大小便、脫毛等情況進行詳細記錄。

1.5 心電和心音信號的檢測

建模完成之后，使用多道生理信號采集處理系統(tǒng)記錄所有實驗動物的心電和心音信號。固定新西蘭兔于實驗臺上，將針灸針分別插入實驗動物兩前足與右后足的皮下，然后分別與心電電極相連接。手持心音換能器固定于心臟搏動最明顯處，待其平靜下來，即可開始記錄信號，記錄時間為3 min，采樣頻率為4 000 Hz。選取兩組的樣本信號進行顯示（圖 1）。

Fig.1 Phonocardiogram（PCG）and electrocardiogram（ECG）of New Zealand rabbit samples in two groups

1.6 頸動脈壓的檢測

對所有新西蘭兔進行右頸動脈插管，首先將多道生理信號采集系統(tǒng)的通道1、壓力換能器、三通開關(guān)和PE導(dǎo)管依次進行連接，在導(dǎo)管中推入0.05%的肝素鈉溶液，排出其中的空氣。以1 ml／kg的劑量，經(jīng)新西蘭兔耳緣靜脈緩慢推入3%戊巴比妥鈉進行麻醉，用硫化鈉溶液去除新西蘭兔頸部的兔毛，并固定于實驗臺上。游離右頸總動脈，用絲線結(jié)扎遠心端，動脈夾夾住近心端，完成穿刺并插管，緩慢松開動脈夾，開始測量動脈血壓。每隔一段時間向?qū)Ч軆?nèi)推入適量的肝素鈉溶液，記錄時間為3 min，采樣頻率為2 000 Hz。記錄完成之后，用動脈夾夾住頸總動脈近心端，緩慢拔出導(dǎo)管，并在穿刺部位采集3 ml的動脈血用于心肌酶的檢測。待所有檢測完成之后，用絲線結(jié)扎動脈近心端，最后進行空氣栓塞處死實驗動物。分別在兩組中選取一個樣本進行顯示（圖 2）。

Fig.2 Carotid artery pressure of New Zealand rabbit samples in two groups

1.7 統(tǒng)計學(xué)分析

所有數(shù)據(jù)均使用 SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析，計量資料以均值±標準差（±s）表示。組間比較采用獨立樣本 t檢驗。

2 結(jié)果

2.1 一般情況

在建模過程中，模型組有2只新西蘭兔由于反復(fù)腹瀉而死亡，對照組有1只由于麻醉過度致死，總體死亡率為15%。在建模后期，模型組新西蘭兔逐漸出現(xiàn)腹瀉、脫毛、食欲下降、活動量減少、大便稀薄等情況，而對照組較為正常。兩組實驗動物造模后體重均比造模前有所增加。其中模型組增加程度（7.31%）小于對照組（7.41%）（表 1）。

Tab.1 Comparison of weight between the two groups（kg，±s）

Tab.1 Comparison of weight between the two groups（kg，±s）

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2.2 心肌酶的改變

將采集的血液樣本送至重慶大學(xué)校醫(yī)院進行心肌酶的檢驗，經(jīng)統(tǒng)計學(xué)分析可知，模型組的乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）、a-羥丁酸脫氫酶（ahydroxybutyrate dehydrogenase，a-HBDH）、肌酸激酶同工酶（creatine kinase isoenzyme，CK-MB）均明顯增大，兩組值之間存在顯著差異（P＜0.05，表2）。

Tab.2 Comparison of myocardial enzymes between the two groups（U／L，±s）

Tab.2 Comparison of myocardial enzymes between the two groups（U／L，±s）

LDH：Lactate dehydrogenase；a-HBDH：a-hydroxybutyrate dehydrogenase；CK-MB：Creatine kinase isoenzyme*P＜0.05 vs control group

Group n LDH a-HBDH CK-MB Control 4 417±35.73 487.5±81.46 1902.25±913.31 Model 13 544.42±150.83*706.58±172.16*2935.42±807.01*

2.3 頸動脈壓的改變

通過右頸動脈插管，得到頸動脈壓，定位和計算可得舒張壓（diastolic blood pressure，DBP）、收縮壓（systolic blood pressure，SBP）、平均動脈壓（mean arterial pressure，MAP）等指標。經(jīng)統(tǒng)計學(xué)分析可知，模型組的各項指標均顯著減?。≒＜0.01，表3）。

Tab.3 Comparison of carotid arterial pressure between the two groups（mmHg，±s）

Tab.3 Comparison of carotid arterial pressure between the two groups（mmHg，±s）

DBP：Diastolic blood pressure；SBP：Systolic blood pressure；MAP：Mean arterial pressure**P＜0.01 vs control group

Group n DBP SBP MAP Control 4 78.71±8.39 80.88±8.12 79.38±8.33 Model 13 59.73±5.85**62.64±7.09** 60.70±6.26**

2.4 心電圖指標的改變

在測得的心電信號中，定位、計算得到PR間期、QRS波群、QT間期等指標。經(jīng)統(tǒng)計學(xué)分析可知，模型組的心電圖指標均明顯增大，兩組值之間存在顯著差異（P＜0.05，P＜0.01，表 4）。

Tab.4 Comparison of ECG indicators between the two groups（ms，±s）

Tab.4 Comparison of ECG indicators between the two groups（ms，±s）

*P＜0.05，**P＜0.01 vs control group

Group n PR QRS QT Control 5 7.55±1.32 20.14±3.34 30.42±5.32 Model 13 13.42±6.51* 29.41±7.72**41.79±10.34**

2.5 心臟儲備指標的改變

通過對心音信號的定位、計算、分析，得到HR、D／S和S1／S2等心臟儲備指標。與對照組比較，模型組的HR明顯增大、D／S與S1／S2明顯減小，兩組值存在顯著差異（P＜0.05，表 5）。

Tab.5 Comparison of cardiac reverse indexes between the two groups

3 討論

Braunwald［5］等將心衰動物模型制作的標準規(guī)定為：出現(xiàn)失代償心力衰竭，可模擬心肌肥大-心衰全過程，心衰出現(xiàn)時間可預(yù)測。評估心衰的標準為：實驗動物出現(xiàn)乏力、疲倦、精神不振、氣急、四肢水腫等癥狀，需要對呼吸、血壓、心率、心重等體征進行觀察，并結(jié)合心電圖、心導(dǎo)管等客觀手段進行評估。

阿霉素是一種常見的廣譜抗腫瘤藥物，具有心臟毒性，當作用于肌體時，會破壞其心肌纖維，導(dǎo)致細胞凋亡，從而引發(fā)擴張型心肌病，達到一定時間和劑量的累積即可導(dǎo)致心衰的產(chǎn)生。使用阿霉素制作慢性心衰動物模型具有簡便易行、可重復(fù)性高等優(yōu)勢，能夠有效模仿人類心臟的病理生理變化過程，因此使用較為廣泛［6，7］。本文即使用阿霉素誘導(dǎo)新西蘭兔慢性心衰模型，成功率達到86.67%。隨著實驗的推進，模型組的實驗動物開始出現(xiàn)食欲下降、精神萎靡、脫毛等現(xiàn)象。兩組實驗動物的心肌酶、頸動脈壓、心電圖和心臟儲備指標均存在顯著差異，模型組新西蘭兔的收縮功能和舒張功能下降，與文獻所述相符合，因此認為慢性心衰動物模型制備成功。

由于新西蘭兔在此階段的生長發(fā)育較快，因此兩組實驗動物造模后體重均比造模前有所增加，而模型組的增加程度（7.31%）小于對照組（7.41%），其原因為阿霉素會降低實驗動物的食欲，從而對體重產(chǎn)生一定的影響。心肌酶是檢測心肌缺血損傷的生物化學(xué)指標，當出現(xiàn)心肌梗死或心肌損傷時，CKMB、LDH、a-HBDH等均會上升［8］。實驗結(jié)果中模型組的心肌酶顯著增加，可知該組的新西蘭兔已出現(xiàn)嚴重的心肌損傷。頸總動脈是頭頸部的主要動脈干，當慢性心衰處于失代償期時，心肌收縮力下降，心輸出量減少，動脈血壓隨之下降。QRS波群反映兩心室的去極化過程，由于阿霉素藥物具有心臟毒性，心臟發(fā)生器質(zhì)性病變，心室傳導(dǎo)延遲，從而使得QRS時限增寬。Kashani［9］等通過實驗證明 14%～47%的慢性心衰患者存在QRS時限增大的情況，并將QRS時限的增大作為預(yù)測慢性心衰患者左室收縮功能下降的重要指標。PR間期代表房室傳導(dǎo)時間，當發(fā)生房室傳導(dǎo)阻滯時，PR間期延長。QT間期代表從心室開始去極化到完全復(fù)極化的時間［10］。由此可知模型組新西蘭兔的心電圖存在心律失常，心臟收縮功能下降。使用阿霉素誘導(dǎo)的慢性心衰，其基礎(chǔ)疾病為擴張型心肌病，主要特征是心腔擴大，心肌收縮功能減退，失代償期發(fā)展為全心衰竭，此時心臟收縮功能和舒張功能均顯著下降。收縮能力減弱導(dǎo)致產(chǎn)生的 S1降低，S1／S2減小，因此心臟的循環(huán)功能減弱。心功能不全時心排血量減少，會通過對主動脈弓和頸動脈竇壓力感受器的刺激等機制反射性引起心率加快。此時心動周期縮短，收縮期和舒張期隨之縮短，但后者縮短程度更大，因此D／S比值減小，說明心臟供血不充足。

心臟儲備指標的應(yīng)用已逐漸增多，嚴小波［11］等即通過 D／S比值來評估青少年的心功能狀況。Hsieh［12］等通過實驗證實在左心室收縮功能不全的患者中，伴隨有 S1／S2值的降低；吳曉軍［13］等得出D／S比值與NYHA心功能分級存在相關(guān)性的結(jié)論。本文通過對動物模型各項指標的檢測與分析，證明心臟儲備指標可用于評估慢性心衰動物模型的心功能狀態(tài)。并且心臟儲備指標的檢測具有操作簡單、方便快捷、價格便宜、無創(chuàng)等優(yōu)勢，已逐漸受到重視，有望在常規(guī)體檢、床旁監(jiān)測和穿戴式等領(lǐng)域取得更大的突破。

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