羊急性心梗模型人工泵肺救治療效評(píng)價(jià)

劉 洋，程 亮，楊 劍，陳 濤，董小超，魏旭峰，俞世強(qiáng)，金振曉

急性心肌梗死中心源性休克的發(fā)生率在5%～8%，臨床救治成功率低、死亡率高，且預(yù)后較差，遠(yuǎn)期易發(fā)生心功能衰竭［1］。盡管近年來(lái)急性心肌梗死的診治手段已取得明顯進(jìn)步，其近期預(yù)后有了明顯改善，但心源性休克仍是急性心肌梗死患者院內(nèi)死亡的主要原因。因此，研究急性心梗后心源性休克的救治新措施極為重要。

由于急性心梗后發(fā)生心源性休克時(shí)，再血管化后血管活性藥物的應(yīng)用效果并不令人滿(mǎn)意，近年來(lái)，主動(dòng)脈內(nèi)球囊反搏、體外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）、TandemHeart及 Impella等多種循環(huán)輔助裝置被應(yīng)用于急性心梗心源性休克的早期救治［2-3］。其中ECMO被越來(lái)越多的應(yīng)用于危重患者的早期救治，由于其獨(dú)有的兼具循環(huán)和呼吸支持功能，在心源性休克早期救治中，能夠明顯改善遠(yuǎn)端組織灌注，提高救治成功率并改善預(yù)后。其可能機(jī)制是機(jī)械輔助減低了心臟負(fù)荷及心肌耗氧量，縮短了頓抑心肌的恢復(fù)時(shí)間，保證了充足的氧供以維持組織灌注。因此，對(duì)急性心?；颊弑M早應(yīng)用心肺輔助有望改善預(yù)后。本研究擬應(yīng)用課題組自主研發(fā)的便攜式人工泵肺輔助裝置，治療羊急性心梗模型，模擬現(xiàn)場(chǎng)早期心肺輔助救治方式，評(píng)價(jià)人工泵肺救治急性心肌梗死后心源性休克的救治效果。

1 材料和方法

1.1 材料、試劑和儀器 便攜式人工泵肺輔助裝置。 實(shí)驗(yàn)用健康羊10 只，平均（65±5.7）kg；氧氣、氮?dú)狻⒍趸迹ǖ谒能娽t(yī)大學(xué)試劑中心）；腦鈉肽前體（NT-proBNP）檢測(cè)試劑盒（Sigma公司，St Louis，MO）；肌酸激酶同工酶（creatine kinase isoenzyme，CKMB）、心肌肌鈣蛋白 I（cardiac troponin，cTnI）血檢測(cè)試劑盒（Sigma 公司，St Louis，MO）；變溫器、流量監(jiān)控器、滾壓泵（Sarns 8000型）；血?dú)夥治鰞x（Abbott i-STAT 300）；離心機(jī)（湘儀 L535R）；紫外分光光度計(jì)（DG5031型，華東電子集團(tuán)醫(yī)療裝備有限責(zé)任公司）。壓力傳感器、測(cè)壓套件、多通道監(jiān)護(hù)儀；麻醉機(jī)（Druga100 US）；超聲心動(dòng)圖機(jī)（Philip IE33）。

1.2 裝置設(shè)計(jì) 本研究設(shè)計(jì)的便攜式肝素涂層泵肺輔助裝置是以自制便攜式中空纖維氧合器與滾壓泵（Sarns 8000型，美國(guó)）為基礎(chǔ)的整合動(dòng)力氧合裝置。該裝置通過(guò)將高氧合效率的中空纖維氧合器與小型血泵裝置整合，以期實(shí)現(xiàn)在較小的體積和血液接觸面積的基礎(chǔ)上，通過(guò)單一裝置實(shí)現(xiàn)氧合和泵血的雙重功能，以實(shí)現(xiàn)適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境應(yīng)用的便攜性能。其中血泵采用一體化泵頭裝置，泵頭設(shè)計(jì)按照醫(yī)用血液接觸要求置于裝置的底部，裝置開(kāi)啟后通過(guò)泵室內(nèi)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)連續(xù)單向泵血功能。氧合裝置采用中空纖維氧合集束設(shè)計(jì)，裝置開(kāi)啟后通過(guò)血泵裝置將非氧合血驅(qū)動(dòng)，單向流過(guò)單個(gè)中空纖維管外側(cè)，與管腔中的氧氣進(jìn)行氣體交換，實(shí)現(xiàn)氧合。

1.3 動(dòng)物模型建立 實(shí)驗(yàn)用羊術(shù)前24 h禁食，12 h禁水。20～30 mg／kg氯胺酮誘導(dǎo)后氣管插管，右側(cè)臥位，左側(cè)頸靜脈中心靜脈置管，左側(cè)股動(dòng)脈動(dòng)脈置管。消毒鋪單后，取左側(cè)第五肋間進(jìn)胸，肺動(dòng)脈至心尖部縱行切開(kāi)心包，懸吊心包。前降支近段5-0 Proline線(xiàn)結(jié)扎，觀(guān)察血流動(dòng)力學(xué)變化。實(shí)驗(yàn)組（MIVA，n＝5）即刻分別于降主動(dòng)脈和右心耳4-0 Proline線(xiàn)雙荷包縫合，并分別于荷包中心置入21 Fr動(dòng)脈插管、28 Fr靜脈插管。便攜式人工泵肺輔助裝置以0.9%氯化鈉鹽水預(yù)充排氣，管鉗遠(yuǎn)端夾閉備用。再次排氣后，將降主動(dòng)脈插管與裝置流出道連接，右心房靜脈插管與裝置流入道連接，血流量4.0 L／min運(yùn)轉(zhuǎn)12 h，12 h后處死實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。對(duì)照組（MI，n＝5）僅行前降支近段結(jié)扎。

1.4 血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)及超聲監(jiān)測(cè) 術(shù)中持續(xù)監(jiān)測(cè)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，包括血壓、心率、靜脈壓、肺動(dòng)脈壓、肺毛細(xì)血管楔壓。于術(shù)前及心梗后、轉(zhuǎn)流中行經(jīng)心表超聲監(jiān)測(cè)左室射血分?jǐn)?shù)（left ventricular ejection fraction，LVEF）值。

1.5 CKMB及cTnI檢測(cè) 于轉(zhuǎn)流前和轉(zhuǎn)流后每2 h采靜脈血2 ml，4℃，15 000 g離心10 min，分離血清再次4℃，15 000 g離心10 min，備用。CKMB及cT-nI檢測(cè)：按試劑盒說(shuō)明進(jìn)行檢測(cè)。

1.6 氣體交換效率試驗(yàn) 動(dòng)物模型建立后，4.0 L／min運(yùn)轉(zhuǎn)，95%氧氣4.0 L／min。于轉(zhuǎn)流前和轉(zhuǎn)流后每2 h分別于裝置流入道和流出道采血1 ml，進(jìn)行血?dú)夥治?，記錄各采樣點(diǎn)流入道／流出道血紅蛋白（hemoglobin，Hgb）、氧分壓（PO2）、二氧化碳分壓（PCO2）、氧飽和度（SO2）等。 根據(jù)以下氣體交換指數(shù)計(jì)算公式，計(jì)算氣體交換指數(shù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

（注：TO2，氣體交換指數(shù)；Hgb，血紅蛋白量；SoO2， 流出道氧飽和度；SiO2，流入道氧飽和度；PoO2，流出道氧分壓；PiO2，流入道氧分壓。）

2 結(jié) 果

2.1 手術(shù)及圍術(shù)期情況 兩組動(dòng)物模型建立成功率100%，前降支近段結(jié)扎后，心電圖均有明顯變化，結(jié)扎后給予靜脈泵入鹽酸腎上腺素0.03 μg／（kg·min）。實(shí)驗(yàn)組均在10 min內(nèi)建立體外循環(huán)連接并開(kāi)始轉(zhuǎn)流（圖 1），初始流量（4.1±0.6）L／min，轉(zhuǎn)流12 h中無(wú)室性心律失常事件。對(duì)照組實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，5只動(dòng)物均出現(xiàn)低血壓及室性心律失常等表現(xiàn)，增加鹽酸腎上腺素用量至 0.08 ～ 0.2 μg／（kg·min），間斷給予鹽酸利多卡因75 mg靜脈注射，維持血壓心律；其中2只動(dòng)物發(fā)生不可逆性室顫，經(jīng)50 J心表面除顫、心臟按摩、反復(fù)0.1 mg鹽酸腎上腺素靜脈注射，心律未恢復(fù)，分別于術(shù)后1 h，2 h搶救無(wú)效死亡。

圖1 急性心梗動(dòng)物模型建立及人工泵肺輔助

2.2 CKMB及cTnI檢測(cè)結(jié)果 兩組動(dòng)物CKMB及cTnI術(shù)后4 h均明顯升高，后兩組均持續(xù)升高，但MI-VA 組復(fù)灌 12 h CKMB（35.24±8.61）μg／L vs.（92.56 ±13.5）μg／L（P＝ 0.007）；cTnI（4.53±1.28）μg／L vs.（17.34 ±4.39）μg／L（P＝ 0.003）；均明顯低于MI組。見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 兩組動(dòng)物術(shù)中CKMB監(jiān)測(cè)

圖3 兩組動(dòng)物術(shù)中cTnI監(jiān)測(cè)

2.3 超聲心動(dòng)圖監(jiān)測(cè) 術(shù)中經(jīng)心表超聲監(jiān)測(cè)，兩組LVEF在結(jié)扎后均有明顯下降，后MI-VA組逐漸回升穩(wěn)定，MI未見(jiàn)明顯回升（圖4）。

圖4 兩組動(dòng)物術(shù)中LVEF動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

2.4 裝置氧合性能 MI-VA人工泵肺輔助裝置12 h轉(zhuǎn)流中，裝置流出道氧飽和度均保持98%以上，氧合效率穩(wěn)定，且游離血紅蛋白穩(wěn)定在較低水平（圖5，圖 6）。

圖5 MI-VA組氧合性能

圖6 MI-VA組游離血紅蛋白檢測(cè)

3 討 論

急性心肌梗死導(dǎo)致的心源性休克臨床救治成功率低、死亡率高、且預(yù)后較差，遠(yuǎn)期易發(fā)生心功能衰竭。且心肌細(xì)胞缺乏再生能力，心梗導(dǎo)致的心肌細(xì)胞缺血缺氧性損傷和心肌纖維化將改變心室結(jié)構(gòu)并進(jìn)一步影響心臟功能，影響遠(yuǎn)期預(yù)后［1］。盡管近年來(lái)急性心肌梗死的診治手段已取得明顯進(jìn)步，其近期預(yù)后有了明顯改善，但心源性休克仍是急性心肌梗死患者院內(nèi)死亡的主要原因。心室輔助是臨床治療心力衰竭的重要手段和方法。左心室循環(huán)輔助裝置可以通過(guò)減少心梗后心肌耗氧量，對(duì)缺血心肌負(fù)荷卸載，從而減少梗死面積。有研究表明，對(duì)急性心梗后衰竭的左心室進(jìn)行機(jī)械輔助循環(huán)支持、負(fù)荷卸載可有效減少心梗后心肌細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)和心肌梗死周?chē)毖獏^(qū)的膠原化面積，從而減輕心梗后心室重構(gòu)［4-7］。但其減少心肌細(xì)胞凋亡和減輕心室重構(gòu)的分子機(jī)制尚無(wú)研究報(bào)道。

在心源性休克早期，循環(huán)輔助裝置一方面可以挽救患者生命，維持生命體征平穩(wěn)，另一方面可以有效減輕心臟負(fù)荷，讓受損心肌充分休息，降低心肌耗氧，縮短心肌頓抑時(shí)間，減輕心肌損害。本研究中，兩組動(dòng)物CKMB及cTnI在缺血術(shù)后均明顯升高，但MI-VA組各時(shí)間點(diǎn)CKMB及cTnI均明顯低于MI組，也說(shuō)明了負(fù)荷卸載作用可能減輕心肌損害。同時(shí)，急性心梗后發(fā)生慢性心力衰竭的主要病理基礎(chǔ)是心室重構(gòu)。心室重構(gòu)發(fā)生包括心肌梗死部位壞死心肌膨出和非心肌梗死部位心肌肥大，間質(zhì)纖維化，心室壁增厚、擴(kuò)張、變形，收縮和舒張功能減退，導(dǎo)致心力衰竭。本研究術(shù)中持續(xù)監(jiān)測(cè)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，MI-VA組轉(zhuǎn)流12 h中無(wú)室性心律失常事件，血壓維持穩(wěn)定。且超聲監(jiān)測(cè)提示，MI-VA組LVEF在負(fù)荷卸載后逐漸回升穩(wěn)定，相比MI組有明顯差異，均提示負(fù)荷卸載作用可能減輕心梗后的心臟功能損害。

在急性心梗時(shí)心梗周邊區(qū)域心肌細(xì)胞凋亡及心肌細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）異常增多和過(guò)度沉積導(dǎo)致的心肌肥厚及心肌纖維化在心室重構(gòu)的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起著非常重要的作用［8-9］?；|(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）主要作用是參與ECM的代謝。MMP活性的調(diào)節(jié)失控，可導(dǎo)致心肌纖維化、心室重構(gòu)、心衰等發(fā)生［10-11］。而循環(huán)輔助裝置救治模式提高急性心梗心源性休克救治成功率，改善預(yù)后，很可能是通過(guò)減少心梗周邊區(qū)域心肌細(xì)胞凋亡及纖維化，在一定程度上抑制心梗后心室重構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。近年來(lái)，多種循環(huán)輔助裝置逐漸被應(yīng)用于急性心梗心源性休克的早期救治。特別是，心肺輔助裝置救治心臟驟停等嚴(yán)重的急性心源性休克在臨床上已有應(yīng)用，主要是以ECMO技術(shù)為基礎(chǔ)的心肺復(fù)蘇（ECMO cardio-pulmonary resuscitation，ECPR）技術(shù)，在急性心源性休克患者的急救過(guò)程中發(fā)揮了巨大作用，為原發(fā)病救治爭(zhēng)取了時(shí)間。由于目前僅在少數(shù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)配置了ECMO裝備，但有限的臨床研究表明，ECPR技術(shù)的應(yīng)用能夠明顯提高急性心梗后心源性休克導(dǎo)致的心跳驟?；颊叩木戎纬晒β剩?2-13］。

ECMO與體外循環(huán)原理類(lèi)似，可在有效保障循環(huán)輔助的同時(shí)，提供呼吸支持，是有效的呼吸兼具循環(huán)輔助方式。在心源性休克早期救治中，能夠明顯改善遠(yuǎn)端組織灌注、提高救治成功率并改善預(yù)后。且安裝方式采用外周血管插管方式，安裝方便，可在較短時(shí)間完成安裝開(kāi)始輔助。但目前國(guó)內(nèi)臨床應(yīng)用的ECMO裝置設(shè)備較大、管路繁多，均為床邊應(yīng)用模式，操作相對(duì)復(fù)雜。本課題組研發(fā)的便攜式泵肺輔助裝置，設(shè)備精煉、預(yù)充量小、安裝簡(jiǎn)化，并便于隨患者轉(zhuǎn)運(yùn)?？蓪⒈梅屋o助救治過(guò)程提前至救治現(xiàn)場(chǎng)，提高對(duì)急性心肺功能不全患者救治的時(shí)效性［14-15］。作為新型便攜式小型化泵肺輔助裝置，本研究實(shí)驗(yàn)過(guò)程中裝置運(yùn)行平穩(wěn)，流出道SO2在各時(shí)間點(diǎn)均保持98%以上，氧合指數(shù)均在100 ml／min以上，提示該裝置氧合性能良好，符合臨床應(yīng)用需要。但此自制裝置仍需大規(guī)模臨床研究試驗(yàn)其安全性及有效性。

綜上所述，人工泵肺裝置早期應(yīng)用于羊急性心梗模型的救治，能夠維持較穩(wěn)定的血流動(dòng)力學(xué)、減輕心肌損害、改善心室功能。因此，在急性心梗心源性休克的治療中，早期應(yīng)用心肺輔助裝置，可能會(huì)減輕心梗后的心室重構(gòu)。