高血鉀預(yù)處理對(duì)心搏驟停大鼠心肺復(fù)蘇效果和心肌順應(yīng)性的影響▲

韋永先 覃 濤 盧俊宇 楊葉桂 陳蒙華

(廣西醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，南寧市 530007，電子郵箱：wyx0238@sina.com.cn)

心肌細(xì)胞鈣超載可影響細(xì)胞興奮-收縮偶聯(lián)，從而導(dǎo)致心肌持續(xù)強(qiáng)直性收縮[1-2]、左室舒張壓和每搏輸出量順行性下降，大體病理表現(xiàn)為典型的“石頭心”[3-4]。鈣超載時(shí)心肌的順應(yīng)性極差，隨著左室舒張壓的逐漸下降，心臟失去泵血功能，幾乎不能接受回流的血液[5]，患者的預(yù)后不佳。本課題組前期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，心搏驟停大鼠復(fù)蘇失敗的主要原因是發(fā)生了“石頭心”；且大鼠心搏驟停持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)或心肺復(fù)蘇時(shí)間越長(zhǎng)，發(fā)生“石頭心”的概率越大[6]。而臨床研究表明，高鉀灌注液能夠抑制心肌細(xì)胞內(nèi)的鈣超載，減少心肌細(xì)胞的缺血再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury，IRI)[7-11]，其潛在機(jī)制可能與高血鉀提高心肌細(xì)胞對(duì)IRI的耐受性、拮抗鈣超載、抑制心肌過(guò)度收縮、維持心肌一定的順應(yīng)性有關(guān)。若一定程度高血鉀狀態(tài)可減輕心肌持續(xù)缺血后鈣超載程度，這可能會(huì)對(duì)臨床上心搏驟停高危人群的防治起到一定的指導(dǎo)作用。因此，本研究通過(guò)靜脈注射氯化鉀以升高大鼠體內(nèi)血鉀濃度，再采用電刺激法建立心搏驟停模型，旨在探討高血鉀預(yù)處理對(duì)心搏驟停模型大鼠的心肺復(fù)蘇成功率、心肌舒張功能及順應(yīng)性的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 健康清潔級(jí)雄性SD大鼠90只，8～12周齡，體重210～230 g，由廣西醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供，動(dòng)物許可證號(hào)：SCXK(桂)2014-0002。大鼠術(shù)前12 h禁食，自由飲水。本研究符合動(dòng)物倫理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，在獲得廣西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)部動(dòng)物管理和應(yīng)用委員會(huì)的許可后開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。研究過(guò)程中，保障動(dòng)物生活棲息場(chǎng)的溫度、濕度、氣流、采光、清潔衛(wèi)生狀況，提供充足清潔的飲用水和食物；在操作過(guò)程中，尊重及善待動(dòng)物，避免其恐懼及不安，減少對(duì)動(dòng)物的傷害，采用傷害最小的方式處置動(dòng)物。

1.2 主要儀器和試劑 BL-420F型生物機(jī)能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(四川成都泰盟儀器公司)，RWD407型小型動(dòng)物呼吸機(jī)(深圳市瑞沃德生命科技有限公司)。氯化鈉注射液(廣東大冢制藥有限公司，批號(hào)：H44020186)，10%氯化鉀溶液(湖北天圣藥業(yè)有限公司，批號(hào)：H42020421)，水合氯醛(成都科龍化工，批號(hào)：2016092901)

1.3 動(dòng)物分組 將90只大鼠按隨機(jī)數(shù)字表法分為高血鉀預(yù)處理組和生理鹽水組，每組45只，再將兩組大鼠按隨機(jī)數(shù)字表法分別分為3個(gè)亞組，即6 min高血鉀預(yù)處理(HK 6min)組、9 min高血鉀預(yù)處理(HK 9min)組、12 min高血鉀預(yù)處理(HK 12min)組和6 min生理鹽水(NS 6min)組、9 min生理鹽水(NS 9min)組、12 min生理鹽水(NS 12min)組，每組15只。

1.4 預(yù)處理及心臟驟停模型的建立方法 (1)預(yù)處理：室溫環(huán)境下，腹腔注射10%水合氯醛(300 mg/kg)麻醉大鼠，將大鼠以仰臥位固定于手術(shù)臺(tái)后備皮消毒、于左側(cè)腹股溝作一約1 cm的縱向切口，分離大鼠左側(cè)股動(dòng)、靜脈，分別置入1條20 G留置管(管內(nèi)充滿5 IU/ml肝素鈉生理鹽水)。高血鉀預(yù)處理組、生理鹽水組從股靜脈留置管分別注入80 μg/g的10%氯化鉀、等量生理鹽水。(2)大鼠心臟驟停模型的建立：采用經(jīng)食道交流電刺激誘導(dǎo)的方法建立大鼠心臟驟停模型[12]。經(jīng)股靜脈給予氯化鉀或生理鹽水5 min后，將雙極F6臨時(shí)起搏電極經(jīng)口送入大鼠食道內(nèi)，深度為5～6 cm(即在大鼠心臟搏動(dòng)最強(qiáng)的后方)，選用12 V電壓的交流電刺激60 s后，停止電刺激觀察心電圖及心電監(jiān)護(hù)，若仍出現(xiàn)自主心律或血壓回升，則附加1次20 s的12 V電刺激，直至心電監(jiān)護(hù)持續(xù)顯示無(wú)脈性電活動(dòng)或心跳停搏狀態(tài)。成功誘發(fā)心臟驟停的標(biāo)準(zhǔn)：心電監(jiān)護(hù)顯示無(wú)脈性電活動(dòng)，有創(chuàng)血壓監(jiān)測(cè)顯示無(wú)搏動(dòng)波，平均動(dòng)脈壓<10 mmHg，見(jiàn)圖1。

圖1 電刺激成功誘發(fā)大鼠心搏驟停效果圖

1.5 干預(yù)方法 (1)干預(yù)的時(shí)機(jī)：HK 6min組和NS 6min組：在電刺激誘發(fā)心搏驟停6 min后開(kāi)始心肺復(fù)蘇；HK 9min組和NS 9min組：在電刺激誘發(fā)心搏驟停9 min后開(kāi)始心肺復(fù)蘇；HK 12min組和NS 12min組：在電刺激誘發(fā)心搏驟停12 min后開(kāi)始心肺復(fù)蘇。(2)心肺復(fù)蘇方法：連接動(dòng)物胸外按壓器，按壓頻率設(shè)定為180次/min，按壓深度約為大鼠胸廓前后徑的1/3,按壓與松開(kāi)時(shí)間的比例為1 ∶1，同時(shí)用14 G氣管套管經(jīng)口行氣管插管，連接呼吸機(jī)進(jìn)行機(jī)械通氣，通氣頻率設(shè)定為70次/min，潮氣量設(shè)定為6 ml/kg。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中維持室溫26℃，使用加熱燈控制維持體溫，全程監(jiān)測(cè)動(dòng)物肛溫維持在(37.0±0.5)℃[12]。若心肺復(fù)蘇過(guò)程中未能自主循環(huán)恢復(fù)(restoration of spontaneous circulation,ROSC)，分別在開(kāi)始按壓后的第1、4、7 min給予靜脈注射腎上腺素(0.02 mg/kg)，心肺復(fù)蘇超過(guò)10 min大鼠未ROSC則定義為復(fù)蘇失敗，ROSC的標(biāo)準(zhǔn)：心電監(jiān)護(hù)示室上性節(jié)律(包括竇性、房性或交界性心律)伴有平均動(dòng)脈壓≥50 mmHg，持續(xù)5 min以上。心肺復(fù)蘇過(guò)程中持續(xù)給予機(jī)械通氣，待大鼠血流動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定15 min后停止機(jī)械通氣；同時(shí)持續(xù)給予心電監(jiān)護(hù)及動(dòng)脈血壓監(jiān)測(cè)，動(dòng)脈血壓

監(jiān)測(cè)方法：股動(dòng)脈留置管與BL-420F型生物機(jī)能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的壓力換能器相連，四肢經(jīng)皮下針頭記錄標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ?qū)?lián)心電圖，心電描記速度為125 ms/div。

1.6 觀察指標(biāo) (1)各組大鼠的復(fù)蘇成功率以及復(fù)蘇成功大鼠心肺復(fù)蘇成功所需時(shí)間，其中心肺復(fù)蘇成功所需時(shí)間指自心肺復(fù)蘇開(kāi)始到ROSC的時(shí)間，復(fù)蘇成功率=各組復(fù)蘇成功大鼠數(shù)量/各組大鼠數(shù)量×100%。(2)各組復(fù)蘇失敗大鼠終止心肺復(fù)蘇前按壓狀態(tài)下的舒張壓、心臟硬度評(píng)分和“石頭心”的發(fā)生率。心臟硬度評(píng)分：心臟的硬度分為5級(jí)，每級(jí)記1分，其中1級(jí)為指尖觸摸大鼠心臟如口唇硬度，3級(jí)為指尖觸摸大鼠心臟如鼻尖硬度，5級(jí)為指尖觸摸大鼠心臟如額頭硬度，2級(jí)和4級(jí)分別介于1級(jí)與3級(jí)和3級(jí)與5級(jí)硬度之間[9]。心臟硬度評(píng)分≥3分判斷為“石頭心”。“石頭心”發(fā)生率=各組發(fā)生“石頭心”大鼠數(shù)量/各組大鼠數(shù)量×100%。

1.7 實(shí)驗(yàn)質(zhì)量 實(shí)驗(yàn)開(kāi)展前對(duì)實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行嚴(yán)格的培訓(xùn)，包括儀器使用及檢測(cè)方法等；定期檢查、校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)x器，確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性；控制實(shí)驗(yàn)室的溫度、濕度、光線等，保障外界環(huán)境的一致性；實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)人員分工明確；嚴(yán)格按照模型制作標(biāo)準(zhǔn)，剔除不合格的樣本。

1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料以(x±s)表示，多組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以例數(shù)或百分比表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 6組大鼠一般情況比較 實(shí)驗(yàn)前6組大鼠體重、心率、體溫、平均動(dòng)脈壓及電刺激用時(shí)比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05)，見(jiàn)表1。所有大鼠均成功誘導(dǎo)心臟驟停。

表1 6組大鼠一般情況比較(x±s)

2.2 6組大鼠心肺復(fù)蘇成功率及所需時(shí)間的比較 HK 6min組、HK 9min組、HK 12min組大鼠復(fù)蘇成功率依次降低，高于相應(yīng)間隔時(shí)長(zhǎng)的生理鹽水組(均P<0.05)，見(jiàn)表2。HK 6min組、HK 9min組、HK 12min組心肺復(fù)蘇成功所需時(shí)間依次延長(zhǎng)，且HK 6min組、HK 9min組所需時(shí)間短于NS 6min組、NS 9min組(均P<0.05)，見(jiàn)表3。

表2 6組大鼠復(fù)蘇成功率比較[n(%)]

注：與HK 6min組比較，*P<0.05；與HK 9min組比較，#P<0.05；與HK 12min組比較，▲P<0.05。

表3 6組復(fù)蘇大鼠心肺復(fù)蘇成功所需時(shí)間比較(x±s，min)

注：與HK 6min組比較，*P<0.05；與HK 9min組比較，#P<0.05。

2.3 復(fù)蘇失敗大鼠心肌順應(yīng)性情況比較 打開(kāi)復(fù)蘇失敗大鼠胸腔后可觀察到，生理鹽水組大鼠心臟攣縮明顯，而高血鉀預(yù)處理的大鼠心臟仍保持一定腔隙結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。在復(fù)蘇失敗的大鼠中,HK 9min組、HK 12min組心臟硬度評(píng)分、“石頭心”發(fā)生率均分別低于NS 9min組、NS 12min組，終止復(fù)蘇前舒張壓分別高于NS 9min組、NS 12min組(均P<0.05)，見(jiàn)表4。

圖2 高血鉀預(yù)處理與生理鹽水組復(fù)蘇失敗大鼠心臟大體圖

組別n心臟硬度評(píng)分(x±s,分)“石頭心”[n(%)]終止心肺復(fù)蘇前舒張壓(x±s,mmHg)HK 6min組0———NS 6min組73.4±1.35(71.4)1.7±0.5HK 9min組61.7±0.6026.4±5.3NS 9min組134.2±0.7?13(100.0)?1.2±0.3?HK 12min組101.9±0.72(20.0)26.2±5.2NS 12min組154.7±0.5#15(100.0)#1.1±0.3# F(χ2)值32.66236.933203.938P值<0.001<0.001<0.001

注：與HK 9min比較，*P<0.05；與HK 12min組比較，#P<0.05。

3 討 論

正常人體內(nèi)含鉀總量為50～55 mmol/kg，其中約98%的鉀離子存在于細(xì)胞內(nèi)，是細(xì)胞內(nèi)最主要的陽(yáng)離子。鉀離子是維持細(xì)胞膜靜息電位的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)還參與調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外滲透壓和酸堿平衡以及體內(nèi)多種新陳代謝過(guò)程[13]。人體內(nèi)正常的血清鉀濃度為3.5～5.5 mmol/L，在臨床上高血鉀(血清鉀濃度>5.5 mmol/L)或嚴(yán)重高血鉀(血清鉀濃度>7.0 mmol/L)的最主要危害是引起心室顫動(dòng)和心臟驟停[14]。高血鉀導(dǎo)致心肌細(xì)胞靜息電位減小，從而造成興奮細(xì)胞所需的閾刺激也相對(duì)減小，心肌細(xì)胞興奮性增高；同時(shí)還造成動(dòng)作電位除極幅度減小、細(xì)胞的興奮性擴(kuò)布減慢，導(dǎo)致傳導(dǎo)性降低；血鉀升高可造成鈣離子內(nèi)流延遲，并激活鈉-鉀泵促進(jìn)鈉-鈣交換，使得細(xì)胞內(nèi)鈣外流增多，細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度下降，心肌細(xì)胞興奮-收縮偶聯(lián)受影響[1-2，15]。

隨著相關(guān)心臟手術(shù)以及介入治療手段在急性冠脈綜合征中的廣泛應(yīng)用，心肌細(xì)胞的IRI越來(lái)越受到臨床重視[16-17]。目前，在關(guān)于心肌細(xì)胞IRI的研究中，低鉀給心臟帶來(lái)的損害已得到普遍認(rèn)可[18-20]，而關(guān)于高鉀液減輕心肌細(xì)胞鈣超載的研究也已在細(xì)胞及器官層面上得到證實(shí)，同時(shí)研究也逐漸深入至離子通道的相關(guān)機(jī)制。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，高鉀可以使心肌細(xì)胞鈣通道較早關(guān)閉，減少鈣內(nèi)流，抑制心肌過(guò)度收縮，使心臟處于舒張狀態(tài)，且可在心臟停跳階段大幅度地減少心肌細(xì)胞的能量消耗，從而有利于心臟功能的恢復(fù)[7，21-23]。句海松等[7]通過(guò)建立離體大鼠心臟灌流模型發(fā)現(xiàn)，一定程度的高鉀能保護(hù)心肌細(xì)胞膜上的Na+-K+-三磷酸腺苷酶活性，抑制細(xì)胞內(nèi)鈣和鈉的過(guò)負(fù)荷；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)即使在心臟驟停后予少量高鉀溶液灌注，也能減輕心肌細(xì)胞的IRI，其機(jī)制可能與減輕鈣超載有關(guān)。有學(xué)者在大鼠及兔的心肌缺血再灌注模型研究中也發(fā)現(xiàn)，缺血再灌注過(guò)程中細(xì)胞外鉀離子濃度的不均一性是造成再灌注心律失常的重要原因，再灌注早期短暫給予高鉀液可顯著減輕再灌注心肌細(xì)胞的損傷[9-10]。

研究結(jié)果顯示，通過(guò)靜脈注射氯化鉀建立的小鼠心臟驟停模型小鼠心臟停跳時(shí)間(10～12 min)明顯長(zhǎng)于采用電刺激法建立的心臟驟停模型(4～5 min)[24-27]，且復(fù)蘇成功率高于電刺激法模型[26-27]。因此，為了排除靜脈注射氯化鉀本身對(duì)模型帶來(lái)的干擾，本研究采用電刺激法建立心臟驟停模型。

本研究結(jié)果顯示，與相應(yīng)間隔時(shí)長(zhǎng)的生理鹽水組比較，HK 6min組、HK 9min組、HK 12min組大鼠復(fù)蘇成功率均較高，且心肺復(fù)蘇成功所需時(shí)間均縮短(均P<0.05)，提示高血鉀預(yù)處理可提高對(duì)心臟驟停模型大鼠的心肺復(fù)蘇質(zhì)量，考慮為高血鉀預(yù)處理對(duì)心臟驟停模型大鼠心臟IRI起到抑制作用，對(duì)缺血缺氧的心肌具有保護(hù)作用。且HK 6min組、HK 9min組、HK 12min組大鼠復(fù)蘇成功率依次降低，心肺復(fù)蘇所需時(shí)間依次延長(zhǎng)(均P<0.05)，提示隨著心臟驟停時(shí)間的延長(zhǎng)，大鼠復(fù)蘇成功率降低。

“石頭心”是缺血性心肌攣縮的一種嚴(yán)重形式，具體表現(xiàn)為心室游離壁漸進(jìn)性增厚和心室腔的不斷縮小。Klouche等[3]在誘導(dǎo)豬發(fā)生室顫的實(shí)驗(yàn)中描述了“石頭心”的存在，且發(fā)現(xiàn)隨著室顫持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，心臟的左室舒張末壓和每搏輸出量出現(xiàn)順行性下降。Takino等[5]發(fā)現(xiàn)心肌攣縮與心肺復(fù)蘇的結(jié)局密切相關(guān)，“石頭心”患者通常以復(fù)蘇失敗而告終。Koretsune等[28]的研究也表明，心肌出現(xiàn)能量代謝障礙時(shí)會(huì)導(dǎo)致“石頭心”的發(fā)生，且其可能與鈣離子濃度升高有關(guān)。本研究結(jié)果顯示，HK 9min組、HK 12min組復(fù)蘇失敗大鼠終止復(fù)蘇前的舒張壓分別高于NS 9min組、NS 12min組(均P<0.05)，提示高血鉀預(yù)處理可以使心搏驟停大鼠心臟一定舒張功能，保證心肌在按壓時(shí)仍可通過(guò)心肌舒張接受回心血流、處于可泵血的狀態(tài)，為復(fù)蘇成功在結(jié)構(gòu)和功能上提供了基礎(chǔ)。此外，HK 9min組、HK 12min組復(fù)蘇失敗大鼠心臟硬度評(píng)分、“石頭心”的發(fā)生率分別低于NS 9min組、NS 12min組(均P<0.05)。提示高血鉀預(yù)處理還可以降低復(fù)蘇失敗大鼠的心臟硬度評(píng)分，在整個(gè)復(fù)蘇階段其心肌仍能保持一定的順應(yīng)性，心肌未因過(guò)度攣縮而失去舒張功能，形成所謂的“石頭心”。其機(jī)制可能與高血鉀通過(guò)拮抗鈣超載、抑制心肌細(xì)胞收縮-舒張功能，從而達(dá)到松弛心肌、降低耗氧及抑制心肌過(guò)度收縮等有關(guān)。

綜上所述，高血鉀預(yù)處理可以提高對(duì)心搏驟停大鼠的心肺復(fù)蘇質(zhì)量，但隨著心搏驟停持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)，大鼠的復(fù)蘇成功率下降。心肺復(fù)蘇過(guò)程中高血鉀預(yù)處理可能通過(guò)抑制鈣超載從而抑制心肌過(guò)度攣縮，改善心搏驟停大鼠心肌順應(yīng)性，為復(fù)蘇成功在結(jié)構(gòu)和功能上提供了基礎(chǔ)。本研究結(jié)果或可為臨床上心搏驟停高危人群的防治提供一定的參考。