高鉀致死大鼠心臟熱缺血后心臟結構和功能的變化

摘要：目的研究高鉀致死后大鼠不同熱缺血后心臟結構和功能的變化，以判定供心的熱缺血時間限制。方法32只Wistar大鼠隨機分為對照組（A組，熱缺血2 min）、熱缺血5 min組（B組，熱缺血5 min）、熱缺血10 min組（C組，熱缺血10 min）、熱缺血15 min組（D組，熱缺血15 min），每組8只。熱缺血結束后建立Langendorff模型：觀察心臟復蘇情況，測定平均冠脈流量，描記左室內壓力波形，計算相應血流動力學指標，進行組織學檢查。結果A組、B組心臟復蘇顯著優(yōu)于C組、D組，前兩組在復灌初始即全部恢復竇性心律，C組有5只心臟在灌注10 min之內自動恢復竇性節(jié)律，偶有室早，另外3只初始為室顫，經心臟按壓后2只復律，1只持續(xù)室顫至試驗結束仍未復律。D組復灌初始全部為室顫，經灌注15 min~20 min后，5只心臟恢復竇性節(jié)律，另外3只經反復按摩至試驗結束仍未復律。A、B、C、D 組血流動力學各項基礎值差異有統計學意義，B組與A組比較無統計學意義（P>0.05），C組、D組結果明顯低于A組和B組(P<0.01)。C組與D組各項指標差異無統計學意義（P>0.05）。結論高鉀致死大鼠心臟常溫熱缺血10 min以上不宜用于心臟移植。

關鍵詞:熱缺血 心臟移植 高鉀 供心

中圖分類號：R654T256.2文獻標識碼：A文章編號：1672-1349(2011)05-0569-02

Heart Function and Myocardial Structure Following Heart Warm-ischemia Caused by Hyperpotassemia in Rats

Zhao Weimao，Liang Zhixing // The First Hospital，Shanxi Medical University（Taiyuan 030001）

Abstract:ObjectiveTo research the heart function and myocardial structure of non-beating heart warm ischemia caused by hyperpotassemia in rats in order to conform the warm-ischemia time limit of the donor heart.MethodsThirty-two Wistar rats were divided into 4 groups randomly:Group A (n=8，warm ischemia 2 min)，group B(n=8，warm ischemia 5 min)，group C (n=8，warm ischemia 10 min)，group D(n=8，warm ischemia 15 min).After the warm ischemia，Langendorff Model was established.The resuscitation of the hearts was observed，and coronary flow was measured.The intra-left ventricular pressure was record and hemodynamic values were calculated.The samples of heart were observed by light microscope.ResultsThe resuscitation in group A and group B was better than that in group C and group D.The hearts in group A and B got sinus rhythms as soon as reperfusion initiated.While ventricular fibrillation (VF) was developed in all hearts in group D.Five out of eight hearts in group D had sinus rhythm 15 min to 20 min after reperfusion started，there were three VF rhythms with continuous compression in this group.There were five hearts in group C got sinus rhythms as soon as reperfusion initiated with occasionally ventricular premature beat.Two in the VF hearts in group C got sinus rhythms with compression while a heart kept VF rhythm with continuous compression.The hemodynamic index in group A，group B，group C，and group D were different significantly.There were no significant difference between group A and group B (P>0.05).The hemodynamic index in group C and group D were lower than that group A（P<0.05）.There are no statistical variance between group C and group D (P>0.05).ConclusionWarm ischemia caused by hyperotassemia in rat heart was unfavorable for transplantation at least ten minutes.

Key words：warm ischemia；heart transplantation；hyperotassemia；donor hearts

心臟移植已成為治療終末期心臟病的有效方法，供心質量是心臟移植能否成功的最關鍵因素之一。心臟移植中心肌保護雖然與常規(guī)的心內直視手術大致相同，但有其特點，包括熱缺血期：器官在未降溫時的缺血或血流中斷稱為熱缺血。從熱缺血開始持續(xù)到器官恢復正常血供（器官未經歷低溫過程），或者從熱缺血開始到器官明顯溫度降低（即冷缺血開始）的時間間隔稱為熱缺血時間，也就是熱缺血期。冷缺血期：保存的器官在低溫時的缺血稱為冷缺血。從冷缺血開始至器官重新恢復血供的時間間隔（整個過程器官都在低溫環(huán)境中）稱為冷缺血時間。手術缺血和再灌注期^［1］。供心保存的熱缺血時限仍較多爭議，但多數學者認為不能超過10 min^{［2，3］}。本課題通過大鼠心臟熱缺血動物試驗，探討高鉀致死后可用于心臟移植的熱缺血時間限制。

1材料與方法

1.1試驗動物和分組同一批Wistar大鼠32只，體重250 g～300 g，雌雄不拘（由山西醫(yī)科大學生理試驗動物部提供），隨機分為4組，對照組、熱缺血5 min組、熱缺血10 min組、熱缺血15 min組，每組8只。各組大鼠體重無統計學意義。灌注液：Krebs-Henseleit（K-H）液（mmol/L）：NaCl 118、KCl 4.7、KH₂PO₄ 1.2、CaCl₂ 2.5、NaHCO₃ 25、MgSO₄ 1.2、葡萄糖11.1、EDTA-2Na 0.125，pH值7.4 。

1.2試驗方法麻醉及高鉀停跳，腹腔注射1％戊巴比妥鈉40 mg/kg及肝素1 000 U/kg麻醉下，仰臥位固定，針形電極插入四肢皮下監(jiān)測心電，經股靜脈注射10%氯化鉀溶液（1 mL/mg）于30 s內勻速推注完畢。心電圖監(jiān)護判斷心臟停搏。氯化鉀注射完畢后開始計時熱缺血。Langendorff模型^［4］，根據不同組別，放置不同時間后開胸暴露心臟，快速取出心臟（距主動脈起始部4 mm~5 mm處將主動脈及其他血管一并剪短）立即置于預先用95%的O₂及5%CO₂(2.0 L/min)飽和的4 ℃K-H液中，漂洗并輕輕擠出心臟中的血液，防止血凝塊形成。主動脈插管，置于Langendorff 灌注管口，用4號絲線結扎固定后進行心臟逆行恒壓灌注。整個操作過程在2 min內完成。主動脈根部灌注37 ℃、pH7.4充以95%O₂及5%CO₂混合氣飽和的K-H緩沖液，灌注壓力設定80 cmH₂O（1 cmH₂O =0.098 kPa)灌注時間為1 h。

1.3觀察指標復蘇情況，復灌后，觀察心臟復跳的情況。平均冠脈流量，收集復灌5 min期間的冠狀靜脈流出液測定平均冠脈流量。血流動力學，復灌30 min后，心臟表現穩(wěn)定時，經二尖瓣口向左室內置入測壓球囊，經壓力傳感器與生物信號放大器相連，調整球囊體積，將左室舒張末壓控制在1.0 kPa~2.0 kPa，描記左室壓力波形，利用計算機程序分析，得出心率(HR)、左室收縮壓(LVSP)、左室發(fā)展壓(LVDP)、左室內壓上升支最大斜率(+dp/dt_max)、左室內壓下降支最大斜率(-dp/dt_max)，平均冠脈流量（CSF）。

組織學檢查，灌流結束后取左心室前壁中點相同部位切取心肌組織塊，按照電鏡要求制成50 nm～60 nm超薄切片，使用透射電觀察并攝片。

1.4統計學處理計量資料以均數±標準差（x±s）表示，以SPSS 13.0行數據分析，組間行t檢驗，檢驗水準a=0.05。

2結果

2.1復蘇情況A組和B組心臟在復灌10 min內均自動恢復為竇性心律，偶有室早，灌流期間心律規(guī)則。C組有5只心臟在灌注10 min內自動恢復竇性節(jié)律，偶有室早，另外3只初始為室顫，經按心臟按摩后2只復律1只持續(xù)室顫至試驗結束仍未復律。D組心臟初始心律全部為室顫，其中5只經心臟按摩后可恢復竇性節(jié)律，但頻發(fā)室早或室顫，另外3只持續(xù)室顫，經反復心臟按摩至試驗結束仍未復律。

2.2血流動力學指標4組血流動力學各項基礎值的差異有統計學意義。隨著熱缺血時間的延長心功能逐漸下降，B組與A組比較無統計學意義（P>0.05），C組、D組的血流動力學基礎值明顯低于A組和B組(P<0.01)。C組與D組各項指標差異無統計學意義（P>0.05）。詳見表1。2.3心肌超微結構A組、B組心肌的超微結構損傷不明顯，細胞膜完整，細胞核核仁清晰，染色質無明顯邊聚，未見核溶解、核碎裂、核固縮等征象；C組肌漿網輕度擴張，肌節(jié)清晰，僅輕微縮短，排列仍然整齊。線粒體中度腫脹，嵴多且清晰，排列整齊。D組心肌線粒體腫脹明顯，嵴數量少而小，排列紊亂，核染色質呈團塊狀邊聚。

3討論

心臟移植是治療各種終末期心臟病的有效方法，心臟移植的半壽期已經達到了10年^［5］，但供體的不足嚴重限制了心臟移植的開展，傳統的心臟移植采用腦死亡的無熱缺血供心，腦死亡是一種病理生理狀態(tài)，在其早期雖然常伴有血流動力學改變，短暫的心肌缺血可導致心肌的組織學損傷，但仍能較安全的用于心臟移植。

Hamphrey認為ATP的含量是衡量細胞完整性及功能恢復性的最好指標^{［6，7］}，當ATP降至缺血前的50%時其缺血所致的損傷是不可逆的^［8］，由于心臟移植不光是存在熱缺血期還存在冷缺血期以及手術缺血期。通過測定熱缺血期APT的含量，從臨床上安全起見，熱缺血時間應在10 min之內。

本試驗采用注射高鉀溶液導致心臟停搏，熱缺血后立即進行離體心臟復灌，在高鉀因素的影響下心臟只經歷了熱缺血期間的損害。在熱缺血期間，由于底物不能供給、氧的缺乏、線粒體進行無氧代謝、酸中毒抑制糖解、線粒體膜改變致脂肪酸轉運障礙，同時熱缺血的溫度、停搏的時間等因素，均可能導致心臟能量很快被消耗，從而影響心臟的功能和結構的改變。試驗結果顯示：鼠心在常溫下熱缺血0、5 min、10 min，心臟收縮功能、超微結構無統計學意義。隨著熱缺血時間的延長，心肌損傷略有加重。在熱缺血10 min時，可見左室LVSP及LVDP出現一定程度的降低，但仍達第一組的80%左右，雖然有心肌纖維少量扭曲斷裂改變，但沒有細胞質濃縮，無細胞灶性壞死，未見明顯空泡變性，損傷屬可逆性變化。熱缺血15 min時心臟收縮功能明顯下降，線粒體腫脹，核染色質呈團塊狀邊聚。停跳于高鉀的心臟在熱缺血5 min~10 min內，心肌組織缺血損傷隨時間延長稍有加重，但左室功能未見明顯減退，心肌損傷仍為可逆性改變。熱缺血15 min時，心功能明顯減退，心肌超微結構損傷嚴重，部分損傷已達不可逆性改變。本實驗顯示，停跳于高鉀的心臟熱缺血10 min以上不宜用于心臟移植。

參考文獻：

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作者簡介：趙衛(wèi)茂（1983—），現為山西醫(yī)科大學第一醫(yī)院在讀碩士研究生（郵編：030001）；梁智星（通訊作者），工作于山西醫(yī)科大學第一醫(yī)院（郵編：030001）。

（收稿日期：2010-12-22）

（本文編輯王雅潔）