利用廢棄埋藏式心臟轉(zhuǎn)復(fù)除顫器行心房高頻刺激制作犬心房顫動(dòng)模型*

劉俊 張浩 夏雨 李曉楓 方丕華

心房顫動(dòng)(簡(jiǎn)稱房顫)動(dòng)物模型制作是研究人房顫?rùn)C(jī)制的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)?？焖傩姆科鸩T發(fā)房顫是常見的房顫模型制作方法之一。然而,該方法的缺點(diǎn)是刺激器的刺激頻率固定、并發(fā)癥發(fā)生率高、模型制作時(shí)間長(zhǎng)難度較大,尤其是制作慢性房顫模型[1]。通過心房高頻刺激誘發(fā)和制作房顫模型是最近國(guó)外常用的一種方法[2],但是需要購置特殊的刺激儀器且價(jià)格昂貴?；谠诼癫厥叫呐K轉(zhuǎn)復(fù)除顫器(implantable cardioverter defibrillator, ICD)植入術(shù)中采用高頻刺激可誘發(fā)心室顫動(dòng)的原理,筆者探索采用該方法制作犬陣發(fā)性房顫和持續(xù)性房顫模型的可行性。

1 材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和起搏器 采用成年雜種犬,雌雄不拘,體重在20～25 Kg之間。起搏器采用廢棄的植入人體的ICD脈沖發(fā)生器(Medtronic Consulta CRT-D, 美國(guó)美敦力公司)。起搏脈沖發(fā)生器經(jīng)過表面清洗干凈、干燥等處理后再進(jìn)行環(huán)氧乙烷滅菌消毒備用。起搏電極采用標(biāo)準(zhǔn)激素洗脫心房和/或心室被動(dòng)電極。體外程控儀采用帶有遠(yuǎn)程遙測(cè)功能的美敦力公司起搏器體外程控儀。本研究通過阜外醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(倫理批號(hào):2014-3-5-XH)。本動(dòng)物實(shí)驗(yàn)在心血管植入材料臨床前研究評(píng)價(jià)中心北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成(依托單位阜外心血管病醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心)。

1.2起搏器和電極植入術(shù) 犬術(shù)前6 h禁食、禁飲。靜脈注射戊巴比妥鈉和地西泮麻醉后固定于動(dòng)物手術(shù)臺(tái)上。頸部和項(xiàng)背部備皮,氣管插管,呼吸機(jī)輔助呼吸,連接心電監(jiān)護(hù)儀。常規(guī)消毒鋪巾右側(cè)頸部和項(xiàng)背部區(qū)域,切開皮膚和皮下組織,分離出頸內(nèi)靜脈。在X線透視下經(jīng)右側(cè)頸內(nèi)靜脈途徑將起搏電極放置在右心耳部或/和右室心尖部(圖1)。在測(cè)試起搏位點(diǎn)參數(shù)滿意后固定起搏導(dǎo)線,再經(jīng)皮下隧道送至項(xiàng)背部,連接起搏器脈沖發(fā)生器后逐層縫合。植入起搏器術(shù)后起搏器基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置為AAI或DDI模式、頻率30次/分,心房不應(yīng)期設(shè)置為150 ms,其他參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)模式。術(shù)前和術(shù)后肌注青霉素480萬單位預(yù)防感染治療3天。動(dòng)物復(fù)蘇后開始口服氨酰心安(12.5 mg/次,2次/日)控制心室率。

右側(cè)位可見兩根電極分別位于心房和心室

1.3高頻刺激誘發(fā)房顫 植入起搏器1周后開始誘發(fā)房顫。打開程控儀,將程控儀探頭放置在犬起搏器囊袋附近1～2 s,激活遠(yuǎn)程遙測(cè)功能,無線連接起搏器程控儀與起搏器。心房高頻刺激模式參數(shù)設(shè)置如下:刺激波振幅為4 V、脈寬0.5 ms。持續(xù)按壓50 Hz Busrt即可釋放高頻刺激。每次刺激10 s,每日連續(xù)刺激2 h或誘發(fā)出房顫持續(xù)10 min以上。圖2顯示高頻刺激誘發(fā)房顫的腔內(nèi)心電圖過程。

1.4房顫及其類型的定義 房顫定義為心房通道記錄快速不規(guī)律的心電信號(hào),心房通道顯示AR(即心房不應(yīng)期感知)或/和心室通道電信號(hào)頻率不規(guī)則且低于心房通道。陣發(fā)性房顫定義為房顫持續(xù)時(shí)間為2～30 min,持續(xù)性房顫定義為房顫持續(xù)時(shí)間超過30 min以上[1]。

1.5房顫發(fā)作事件記錄 記錄每次刺激后是否出現(xiàn)房顫。如果出現(xiàn)房顫發(fā)作,通過程控儀器凍結(jié)并存儲(chǔ)房顫發(fā)作與終止時(shí)的信號(hào)條圖,以便進(jìn)行離線分析房顫持續(xù)的時(shí)間。

1.6統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 正態(tài)分布的連續(xù)性變量以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,非正態(tài)分布的連續(xù)性變量以中位數(shù)(5%分位數(shù),95%分位數(shù))表示,離散性變量以比值表示。統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用SAS統(tǒng)計(jì)軟件(Version 9.1版,SAS Institute Inc., Cary, NC, USA.)。

2 結(jié)果

2.1基本情況 6只犬均成功植入永久起搏器,其中前3只犬植入心房和心室電極,后3只犬僅植入心房電極。第3只犬在起搏器植入術(shù)后第10天因囊袋感染行清創(chuàng)術(shù)中死亡,考慮與麻醉意外有關(guān)。其余5只犬均順利完成房顫模型制作。模型制作成功率83%(5/6),犬死亡率17%(1/6)。

2.2房顫模型 采用高頻刺激平均刺激18[12, 25]次均可誘發(fā)出陣發(fā)性房顫模型,平均所需時(shí)間3.6[3, 5]日,平均耗電量0.01V。而制成持續(xù)性房顫模型需要平均刺激97[83, 117]次,平均所需時(shí)間18.6(15, 20)日,平均耗電量0.09[0.07～0.11]V(表1)。

3 討論

誘發(fā)出穩(wěn)定的房顫是制作房顫動(dòng)物模型的關(guān)鍵上圖顯示刺激釋放開始前心房和心室通道記錄的信號(hào)顯示規(guī)則的竇性心律;心房通道釋放高頻刺激后誘發(fā)出房顫,表現(xiàn)為:①心房通道電信號(hào)明顯快于心室通道;②由于心房電激動(dòng)周長(zhǎng)<150 ms故表現(xiàn)為心房不應(yīng)期感知(AR)(中圖);③心室通道電信號(hào)絕對(duì)不規(guī)律且頻率低于心房通道(下圖)。AS為心房自身激動(dòng)波,AR為心房不應(yīng)期感知心房波,VS為心室感知自身心室激動(dòng)波性技術(shù)。常見的制作方法包括快速心房起搏、迷走神經(jīng)刺激、心力衰竭致房顫等方法?？焖傩姆科鸩T發(fā)房顫的方法是給予固定頻率(300～500次/分)刺激或程序遞減刺激直至達(dá)到心房不應(yīng)期,進(jìn)而誘發(fā)房顫[3]。而高頻刺激誘發(fā)房顫則是通過高頻刺激直接誘發(fā)房顫發(fā)作[2, 4]。高頻刺激的范圍通常在20～50 Hz。

圖2 起搏器程控記錄心房高頻刺激后誘發(fā)房顫發(fā)作

基于ICD除顫閾值測(cè)試時(shí)采用高頻心室刺激可誘發(fā)心室顫動(dòng)的原理,我們推測(cè)利用ICD起搏器程控進(jìn)行高頻心房刺激亦可誘發(fā)房顫。本研究結(jié)果證實(shí):采用該方法可成功誘發(fā)和制作急性和慢性房顫模型。本研究中6只實(shí)驗(yàn)犬均成功植入起搏器,5只均成功誘發(fā)房顫模型。其中1只犬在清創(chuàng)過程中麻醉意外死亡,與心房高頻刺激誘發(fā)房顫無關(guān)。故本研究證實(shí)采用高頻刺激制作犬房顫模型是安全有效的。

采用快速心房起搏方法制作犬房顫模型存在下述弊端:①設(shè)備費(fèi)用昂貴。由于目前國(guó)內(nèi)無動(dòng)物起搏器生產(chǎn)廠家,故該類型起搏器均為進(jìn)口或定制,費(fèi)用昂貴且為一次性使用。②起搏頻率不能隨意更改。目前動(dòng)物起搏器頻率是預(yù)設(shè)置的,故起搏器植入動(dòng)物后就不能修改刺激頻率。③動(dòng)物死亡率高。采用固定頻率起搏模式,常常因過快的心室率造成實(shí)驗(yàn)動(dòng)物因心力衰竭而死亡。④起搏刺激控制不方便。固定頻率起搏器常常利用磁鐵功能控制起搏的開啟和關(guān)閉。由于雜種犬是烈性動(dòng)物,難以長(zhǎng)時(shí)間接觸,故每次程控均需要麻醉,增加實(shí)驗(yàn)動(dòng)物死亡風(fēng)險(xiǎn)。因此,目前采用快速心房刺激制作犬房顫模型需要尋找一種價(jià)格低廉、程控方便、安全且有效的方法。

采用本研究所述方法制作犬房顫模型能有效地解決了上述問題。我們的體會(huì)是:①制作成本低。我們對(duì)人體廢棄的起搏器進(jìn)行再利用,大大降低了耗材成本。本研究中成功制作犬房顫模型所需耗電量極少,故同一個(gè)起搏脈沖發(fā)生器可以重復(fù)使用,進(jìn)一步降低實(shí)驗(yàn)成本。②起搏頻率可控。由于起搏脈沖器可通過程控儀調(diào)整參數(shù),故刺激頻率和時(shí)間均可控,進(jìn)而避免不適當(dāng)快速心房頻率1∶1快速下傳心室誘發(fā)心力衰竭等并發(fā)癥,有利于降低實(shí)驗(yàn)動(dòng)物死亡風(fēng)險(xiǎn)。③起搏刺激方便。我們選擇帶有遙測(cè)功能的起搏器,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離刺激和監(jiān)測(cè),有效地保護(hù)了犬和實(shí)驗(yàn)人員的安全。采用這種功能只需要在程控詢問時(shí)打開遙測(cè)功能,程控探頭僅需與犬接觸1～2 s即可,隨后的各種刺激操作均遠(yuǎn)離試驗(yàn)動(dòng)物。由于雜種犬為烈性動(dòng)物,這樣可以避免實(shí)驗(yàn)人員長(zhǎng)時(shí)間與犬接觸導(dǎo)致誤傷的風(fēng)險(xiǎn)。④遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)觀察和記錄腔內(nèi)心電圖。通過程控儀器可實(shí)時(shí)觀察心房腔內(nèi)心電圖,準(zhǔn)確判斷房顫發(fā)作狀態(tài)。利用起搏器房性心律失常事件統(tǒng)計(jì)功能還能客觀準(zhǔn)確評(píng)估房顫發(fā)作時(shí)間和負(fù)荷程度。

綜上所述,本研究證實(shí)采用廢棄的具有遙測(cè)功能的ICD制作犬房顫模型具有操作簡(jiǎn)單、安全有效、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn),值得推廣應(yīng)用。