不同部位絕對(duì)不應(yīng)期電刺激對(duì)慢性心力衰竭兔心功能的影響*

張飛飛， 齊曉勇， 李英肖， 劉惠良， 黨 懿， 寧 彬， 秦 晨

(1河北醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院， 2河北省人民醫(yī)院心臟中心，河北 石家莊 050051)

不同部位絕對(duì)不應(yīng)期電刺激對(duì)慢性心力衰竭兔心功能的影響*

張飛飛1， 齊曉勇2△， 李英肖2， 劉惠良2， 黨 懿2， 寧 彬1， 秦 晨1

(1河北醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院，2河北省人民醫(yī)院心臟中心，河北 石家莊 050051)

目的觀察心臟不同部位絕對(duì)不應(yīng)期電刺激對(duì)慢性心力衰竭兔心臟功能及心臟收縮同步性的影響，探討絕對(duì)不應(yīng)期電刺激治療慢性心力衰竭的最佳模式。方法40只新西蘭大白兔通過(guò)升主動(dòng)脈根部套扎法建立兔慢性心力衰竭模型，將其分為心衰組、左室前壁(LVAW)刺激組、左室后側(cè)壁(LVPLW)刺激組和右室心尖(RVA)刺激組。刺激組發(fā)放心臟收縮力調(diào)節(jié)信號(hào)(CCM)，每天刺激6 h，連續(xù)刺激7 d。觀察心臟功能及心臟收縮同步性的變化。結(jié)果與心衰組相比，LVAW刺激組、LVPLW刺激組及RVA刺激組的左室收縮末內(nèi)徑、左室舒張末內(nèi)徑和血漿腦鈉肽(BNP)水平下降(P<0.05),左室射血分?jǐn)?shù)和左室短軸縮短率升高(P<0.05)，其中以LVAW刺激組變化最為明顯，其次為L(zhǎng)VPLW刺激組與RVA刺激組。室間隔厚度和左室后壁厚度各組之間刺激前后未見(jiàn)明顯變化(P>0.05)。采用脈沖多普勒頻譜測(cè)量主、肺動(dòng)脈射血前間期之差評(píng)價(jià)心臟收縮同步性，各組之間刺激前后未見(jiàn)明顯變化。結(jié)論心臟不同部位絕對(duì)不應(yīng)期電刺激改善心功能的程度不同，左室前壁刺激組最為明顯，其次為左室后側(cè)壁與右室心尖刺激組。絕對(duì)不應(yīng)期電刺激并不影響左右心室之間的收縮同步性。

心力衰竭； 絕對(duì)不應(yīng)期； 電刺激； 心功能

慢性心力衰竭(chronic heart failure，CHF)是各種心臟疾病的終末階段，其發(fā)病率高，致死致殘率高。CHF的治療包括藥物治療和非藥物治療，雖然心力衰竭的藥物治療迅速發(fā)展，但仍有一部分患者對(duì)藥物治療反應(yīng)欠佳，且其長(zhǎng)期療效有限并存在較高的死亡率。心臟移植、人工心臟雖可以延長(zhǎng)患者生命，但其費(fèi)用昂貴、供體不足難以滿(mǎn)足臨床的需要。心臟再同步化治療雖可改善心衰但其適應(yīng)癥有限，且部分患者對(duì)其無(wú)應(yīng)答[1]。

心臟收縮力調(diào)節(jié)(cardiac contractility modulation，CCM)作為一種新的機(jī)械裝置治療方法進(jìn)入人們視線，它是在絕對(duì)不應(yīng)期內(nèi)給予心臟非興奮性電刺激(non-excitatory currents，NEC)，它不會(huì)誘發(fā)心肌細(xì)胞產(chǎn)生動(dòng)作電位，但這個(gè)刺激可以使心肌細(xì)胞的這一次收縮能力得到加強(qiáng)[2]，國(guó)內(nèi)外的基礎(chǔ)及臨床研究均顯示，CCM主要通過(guò)增強(qiáng)心肌局部收縮力改善心功能，且不同部位刺激對(duì)心功能的影響是不同的，但在哪些部位進(jìn)行刺激具有最好的效果尚不清楚，需進(jìn)一步研究。本研究通過(guò)對(duì)心力衰竭兔在體心臟的不同部位給予絕對(duì)不應(yīng)期電刺激，觀察其對(duì)心臟功能及心臟收縮同步性的影響。

材 料 和 方 法

1動(dòng)物和材料

選用6月齡新西蘭大白兔40只作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，體重2.5～3.5 kg，雌雄不拘，由河北醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供。采用日本阿洛卡公司Prosound a10超聲診斷儀測(cè)定各項(xiàng)心臟超聲指標(biāo)；美國(guó)巴德公司的MICROPACE EPS320心臟電生理刺激儀發(fā)放CCM信號(hào)；用上海西塘公司的兔腦鈉肽(brain natriuretic peptide,BNP) ELISA試劑盒檢測(cè)CCM治療之后各組血漿BNP水平。

2兔心衰模型的建立

3%戊巴比妥鈉溶液1 mL/kg麻醉后，于胸骨左緣2、3、4肋間區(qū)，打開(kāi)胸腔，暴露心臟，于升主動(dòng)脈根部遠(yuǎn)端1.0 cm處游離升主動(dòng)脈根部約4～5 mm，測(cè)量主動(dòng)脈周長(zhǎng)，環(huán)扎縮窄后周長(zhǎng)為原周長(zhǎng)的60%；術(shù)后12周篩選成功的心力衰竭動(dòng)物模型。心力衰竭模型建立成功的標(biāo)準(zhǔn)：心輸出量下降30%或(和)左室舒張末壓上升至2.4 kPa(18 mmHg)以上[3]。

40只兔子術(shù)前隨機(jī)分為4組：心衰(heart failure,HF)組、左室前壁刺激(left ventricular anterior wall CCM,LVAW-CCM)組、左室后側(cè)壁刺激(left ventricular posterior lateral wall CCM,LVPLW-CCM)組和右室心尖刺激(right ventricular apex CCM,RVA-CCM)組，每組10只，各組間兔子體重?zé)o明顯區(qū)別(P>0.05)。對(duì)照組僅給予主動(dòng)脈環(huán)扎縮窄，左室前壁刺激組預(yù)先將小兒用臨時(shí)起搏電極彎針端縫合于心外膜左室前壁，左室后側(cè)壁刺激組、右室心尖刺激分別預(yù)先將小兒用臨時(shí)起搏電極彎針端縫合于心外膜相應(yīng)部位，保持裸露導(dǎo)線與心肌組織接觸，且與胸壁組織絕緣，直針端通過(guò)皮下穿刺固定于頸部，留待以后CCM電刺激。

3CCM刺激

造模成功的動(dòng)物模型，暴露其頸部電極直針端，于竇性心律下，通過(guò)體表心電圖的R波觸發(fā)刺激儀發(fā)放CCM刺激(2 ms，7 V，R波感知后延遲30 ms發(fā)放)，每天刺激6 h，連續(xù)刺激7 d。

4觀測(cè)指標(biāo)

CCM刺激前后采用無(wú)創(chuàng)心臟超聲檢查，在二維超聲引導(dǎo)下取左室長(zhǎng)軸切面，在 M-型圖像上，采用Teichholz法測(cè)定左室收縮末內(nèi)徑(left ventricular end-systolic dimension，LVESD)、左室舒張末內(nèi)徑(left ventricular end-diastolic dimension，LVEDD)、左室短軸縮短率(left ventricular fractional shortening，LVFS)、室間隔厚度(interventricular septal thickness，IVS)、左室后壁厚度(left ventricular posterior wall thickness，LVPW)和左室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction，LVEF)。心室間機(jī)械延遲 (interventricular mechanical delay，IVMD)的測(cè)定：先測(cè)定主動(dòng)脈射血前間期(aortic pre-ejection interval，APEI),應(yīng)用脈沖頻譜多普勒在心尖五腔心切面主動(dòng)脈瓣口采集脈沖多普勒頻譜，測(cè)量QRS波群起始點(diǎn)距脈沖多普勒頻譜起始的時(shí)間, 然后在大血管短軸切面肺動(dòng)脈瓣口采集脈沖多普勒頻譜，測(cè)量肺動(dòng)脈射血前間期(pulmonary wave pre-ejection internal，PPEI)，兩者之差即IVMD。以上各測(cè)量值均取連續(xù)3次測(cè)量的平均值。采用雙抗體夾心ABC-ELISA法進(jìn)行血液學(xué)檢查，測(cè)定CCM刺激前后血漿BNP水平，觀察CCM治療對(duì)心臟功能及血漿BNP濃度的影響。

5統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

運(yùn)用SAS 8.0統(tǒng)計(jì)軟件分析。數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示，組間均數(shù)比較采用方差分析及SNK-q檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1動(dòng)物存活情況

各組術(shù)中均死亡1只，心衰組、左室前壁刺激組和右室心尖刺激組各有1只因心衰程度未滿(mǎn)足入選標(biāo)準(zhǔn)而剔除；左室后側(cè)壁刺激組2只和右室心尖刺激組1只因嚴(yán)重心衰死亡。術(shù)后12周各組存活并滿(mǎn)足心衰條件的兔子：心衰組8只，左室前壁刺激組8只，左室后側(cè)壁刺激組7只，右室心尖刺激組7只。

2CCM刺激對(duì)心臟功能影響

術(shù)后12周CCM刺激之前4組心臟超聲各項(xiàng)指標(biāo)無(wú)明顯差別(P>0.05)，見(jiàn)圖1、表1。術(shù)后12周再給予CCM持續(xù)刺激1周后，與心衰組相比，刺激組LVESD和LVEDD明顯下降，以左室前壁刺激組下降最顯著(P<0.05)；LVEF和LVFS明顯升高，以左室前壁刺激組升高最為明顯(P<0.05),左室后側(cè)壁刺激組與右室心尖刺激組各指標(biāo)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；IVS和LVPW刺激前后與各組之間比較無(wú)明顯變化(P>0.05)，見(jiàn)表1、2。

Figure 1. Ultrasonic cardiogram indicators in LVAW-CCM group before CCM.

圖1左室前壁刺激組CCM刺激之前心臟超聲各指標(biāo)

表1 各組CCM刺激前心臟超聲結(jié)果比較

表2 各組CCM刺激后心臟超聲結(jié)果比較

▲P<0.05vsHF group;●P<0.05vsLVAW-CCM group.

3CCM刺激對(duì)血漿BNP的影響

CCM刺激前血漿BNP水平各組相比無(wú)明顯差別(P>0.05);CCM刺激后血漿BNP水平以左室前壁刺激組降低最明顯,其次為左室后側(cè)壁刺激組和右室心尖刺激組(P<0.05)，但后2組BNP水平無(wú)顯著差異(P>0.05)。心衰組BNP水平?jīng)]有明顯變化(P>0.05)，見(jiàn)表3。

4CCM刺激對(duì)心臟收縮同步性方面的影響

室間收縮同步性評(píng)價(jià)(IVMD)采用脈沖多普勒頻譜，主、肺動(dòng)脈射血前間期(QRS起始分別至主、肺動(dòng)脈血流頻譜起始的時(shí)間)見(jiàn)圖2、3，各組之間刺激前后未見(jiàn)明顯變化，見(jiàn)表4。

表3各組CCM刺激前后血漿BNP水平比較

Table 3. Comparison of plasma BNP level before and after CCM(μg/L.Mean±SD)

GroupnBeforeCCMAfterCCMHF861.56±6.7061.83±6.44LVAW-CCM863.48±5.6350.47±3.43▲●LVPLW-CCM763.07±5.8656.49±5.19▲●RVA-CCM762.72±5.3856.46±6.25▲●

▲P<0.05vsHF group;●P<0.05vsLVAW-CCM group.

Figure 2. Aortic pre-ejection interval in LVAW-CCM group after CCM.

圖2左室前壁刺激組CCM刺激之后主動(dòng)脈射血前間期

Figure 3. Pulmonary pre-ejection interval in LVAW-CCM group after CCM.

圖3左室前壁刺激組CCM刺激之后肺動(dòng)脈射血前間期

表4各組CCM刺激前后室間收縮同步性比較

Table 4. Comparison of IVMD before and after CCM (ms.Mean±SD)

GroupnBeforeCCMAfterCCMHF811.50±0.3611.48±0.41LVAW-CCM811.38±0.4211.35±0.43LVPLW-CCM711.31±0.4311.33±0.40RVA-CCM711.20±0.4511.21±0.25

討 論

CCM刺激可在不影響竇性心律的情況下改善心功能，無(wú)致惡性心律失常作用。Sabbah等[4]對(duì)慢性心衰犬模型給予CCM刺激，結(jié)果顯示 CCM信號(hào)對(duì)左室射血分?jǐn)?shù)、左室壓力變化峰值和左室面積縮短分?jǐn)?shù)均有明顯的改善作用，且無(wú)不良影響。進(jìn)一步的研究評(píng)定了CCM治療慢性心衰的安全性及可行性[5]，心衰患者經(jīng)過(guò)3個(gè)月CCM治療后，左室射血分?jǐn)?shù)、6 min步行距離、峰值氧流量、患者明尼蘇達(dá)生活問(wèn)卷評(píng)估值等都有明顯升高[6]。此外，一系列大規(guī)模、多中心的臨床研究證實(shí)，CCM信號(hào)可以安全有效地改善心功能，提高患者的運(yùn)動(dòng)耐受及生活質(zhì)量[7-8]。

目前，國(guó)內(nèi)外基于心臟的結(jié)構(gòu)形態(tài)、心肌收縮的次序、心肌細(xì)胞生理特性以及CCM增強(qiáng)心肌收縮力的局部性對(duì)心臟不同部位CCM刺激進(jìn)行了部分研究[9]。Callans 等[10]將2個(gè) CCM信號(hào)電極分別安置在豬心臟左室側(cè)壁和前壁的心外膜，結(jié)果顯示其對(duì)心功能的影響不同，說(shuō)明CCM 信號(hào)刺激對(duì)收縮功能的影響與部位相關(guān)。另有研究表明對(duì)兔室間隔部發(fā)放CCM刺激發(fā)現(xiàn)可獲得與刺激左室前壁類(lèi)似的增強(qiáng)心肌收縮力的效果，因此CCM電極不一定必須安置在左室游離壁[11]。此外，對(duì)正常與心梗兔的左室前壁及后壁給予CCM刺激的研究顯示由于心臟幾何構(gòu)型及各部位心肌反應(yīng)性的差異產(chǎn)生了不同的效果[12]。Pane等[13]將 CCM 信號(hào)電極經(jīng)由心外靜脈分別安置在心衰患者心臟的前壁、側(cè)壁和后壁，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，CCM 信號(hào)可以顯著改善左室收縮壓、壓力變化峰值和主動(dòng)脈搏出壓，其中安置在前壁的 CCM 信號(hào)電極使前壁和間隔處心肌收縮期增厚率明顯改善。我們研究中也發(fā)現(xiàn)， CCM刺激能夠改善LVESD、LVEDD、LVEF、LVFS等指標(biāo)，刺激心臟不同部位改善心功能效果不同，左室前壁CCM刺激對(duì)心臟功能的影響優(yōu)于左室后側(cè)壁與右室心尖CCM刺激。本實(shí)驗(yàn)僅給予短時(shí)間CCM刺激，CCM刺激之后短期內(nèi)進(jìn)行測(cè)定，尚未觀察到CCM刺激引起血流動(dòng)力學(xué)改變后心臟結(jié)構(gòu)的繼發(fā)改變。

心臟再同步化治療(cardiac resynchronization therapy,CRT)為終末期心衰的治療帶來(lái)了希望，它通過(guò)多部位起搏心臟，改善左右心室收縮的同步性，提升心功能而改善心衰癥狀[14]，提高了心衰患者生活質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)耐量，減少了再住院率。然而。最近研究表明心衰患者不伴QRS間期延長(zhǎng)，即不存在心臟機(jī)械收縮不同步者對(duì)CRT表現(xiàn)為無(wú)應(yīng)答。因此臨床迫切需要一種新的治療方法來(lái)改善QRS波群正常的心力衰竭患者的生活質(zhì)量和預(yù)后。CCM不同于心臟起搏，它不引起心臟額外收縮，是非興奮性的。本研究表明，CCM與CRT不同，它對(duì)CHF兔左、右心室收縮之間的同步性無(wú)影響，而是通過(guò)增強(qiáng)心肌收縮力來(lái)改善心功能。研究表明，CCM刺激對(duì)正常或窄QRS波群心衰的治療有一定療效，與QRS波群時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)關(guān)，是中、重度心衰的最佳選擇[15]。

總之，本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，心臟絕對(duì)不應(yīng)期電刺激對(duì)心室收縮之間的同步性無(wú)影響，它通過(guò)提高慢性心力衰竭心肌的收縮力來(lái)改善心功能，尤以左室前壁CCM刺激最佳。CCM作為慢性心力衰竭的非藥物治療手段具有良好的應(yīng)用前景。

[1] Burkhoff D, Parides M, Borggrefe M,et al. “Responded analysis”for assessing effectiveness of heart failure therapies based on measures of exercise tolerance[J]. J Card Fail,2009，15(2):108-115.

[2] Goliasch G, Khorsand A, Schütz M, et al.The effect of device-based cardiac contractility modulation therapy in myocardial efficiency and oxidative metabolism in patients with heart failure[J]. Eur J Nucl Med Mol Imaging,2012,39(3)：408-415.

[3] Hasenfuss G. Animal models of human cardiovascular disease, heart failure and hypertrophy [J]. Cardiovasc Res, 1998, 39(1): 60-76.

[4] Sabbah HN, Haddad W, Mika Y, et al. Cardiac contractility modulation with the impulse dynamic signal:Study in dogs with chronic heart failure [J]. Heart Fail Rev, 2001, 6(1): 45-53.

[5] Abraham WT, Nademanee K, Volosin K,et al. Subgroup analysis of a randomized controlled trail evaluating the safety and efficacy of cardiac contractility modulation in advanced heart failure[J]. J Card Fail,2011,17(9):710-717.

[6] Burkhoff D. Does contractility modulation have a role in the treatment of heart failure?[J]. Cur Heart Fail Rep, 2011, 8(4):260-265.

[7] Kadish A,Nademanee K,Volosin K ,et al.Arandomized controlled trial evaluating the safety and efficacy of cardiac contractility modulation in advanced heart failure[J]. Am Heart J, 2011, 161(2):329-337.

[8] Borgreffe M，Burkhoff D. Clinical effects of cardiac contractility modulation (CCM) as a treatment for chronic heart failure[J]. Eur J Heart Fail, 2012, 14(7):703-712.

[9] Winter J, Brack KE, Ng GA, et al. The acute inotropic effects of cardiac contractility modulation(CCM) are associated with action potential duration shortening and mediated by β1-adrenoceptor signalling[J]. J Mol Cell Cardiol, 2011,51(2):252-262.

[10] Callans DJ, Fuchs S, Mika Y, et al. Global improvement in left ventricular performances observed with cardiac contractility modulation is the result of changes in regional contractility [J]. Heart Fail Rev, 2001, 6(1): 35-44.

[11] Zhang H,Cui C,Hu D. Effects of electric stimulations applied during absolute refractory period on cardiac function of rabbits with heart failure[J]. J Huazhong Univ Sci Technol Med Sci, 2010, 30(2):155-158.

[12] 張海柱,崔長(zhǎng)琮,趙曉靜,等. 非興奮性電刺激對(duì)正常及心肌梗死兔心功能的影響及其作用的局部性[J]. 中國(guó)病理生理雜志,2004,20(10):1846-1848.

[13] Pane C,Vicedomimi G,Salvati A,et al.Eletical modulation of cardiac contractility： clinical aspects in congestive heart failure[J].Heart Fail Rev,2001,6(1):55-60.

[14] Sweeney MO，van Bommel RJ，Schalij MJ,et al.Analysis of ventricular activation using surface electrocardiography to predict left ventricular reverse volumetric remodeling during cardiac resynchronization therapy[J].Circulation，2010,121(5):626-634.

[15] Zhang Q, Chan YS, Liang YJ,et al.Comparison of left ventricular reverse remodeling induced by cardiac contractility and cardiac resynchronization therapy in heart failure patients with different QRS durations[J]. Int J Cardiol,2012,Feb 11.[Epub ahead of print]

Effectsofcardiaccontractilitymodulationappliedtodifferentlocationsofheartoncardiacfunctionsinrabbitswithheartfailure

ZHANG Fei-fei1, QI Xiao-yong2, LI Ying-xiao2，LIU Hui-liang2，DANG Yi2，NING Bin1, QIN Chen1

(1GraduateSchoolofHebeiMedicalUniversity,2DepartmentofCardiology,HebeiGeneralHospital,Shijiazhuang050051,China.E-mail:xiaoyong_q@yahoo.com)

AIM: To investigate the effects of cardiac contractility modulation (CCM) applied to different locations of the heart on cardiac functions and cardiac dys-synchrony in the rabbits with chronic heart failure, and to explore the best pattern of CCM.METHODSForty rabbits were divided into 4 groups according to the location of receiving CCM: heart failure (HF) group, left ventricular anterior wall (LVAW-CCM) group, left ventricular posterior lateral wall (LVPLW-CCM) group and right ventricular apex (RVA-CCM) group. The model of chronic heart failure was made by ligating ascending aortic root of the rabbits. After 12 weeks, the electrical stimulations during the absolute refractory period were delivered in different locations of the heart, lasting 6 h everyday for 7 days. The changes of cardiac functions and cardiac dys-synchrony were observed by cardiac ultrasonic cardiogram before and after CCM stimulation. The plasma level of brain natriuretic peptide (BNP) was detected by ABC-ELISA method. Pulsed-wave Doppler was used to acquire aortic pre-ejection interval (APEI) and pulmonary pre-ejection internal (PPEI), and inter-ventricular mechanical delay (IVMD) was calculated to evaluate the cardiac dys-synchrony.RESULTSCompared with HF group, left ventricular end-systolic dimension (LVESD) and left ventricular end-diastolic dimension (LVEDD) in LVAW-CCM group, LVPLW-CCM group and RVA-CCM group were significantly decreased (P<0.05), while left ventricular ejection fraction (LVEF) and left ventricular fractional shortening (LVFS) were significantly increased (P<0.05), especially in LVAW-CCM group. Interventricular septal thickness (IVS) and left ventricular posterior wall thickness (LVPW) were similar among groups. No significant difference of plasma BNP level before CCM delivery among the 4 groups was observed. However, the plasma BNP level in control group was the highest, followed by LVPLW-CCM group and RVA-CCM group, and LVAW-CCM group was the lowest after CCM delivery. No change of IVMD was observed among groups before and after CCM delivery.CONCLUSIONThe effect of CCM applied to different locations of the heart on cardiac functions is different.The optimal site of CCM delivery is left ventricular anterior wall. No influence of interventricular dys-synchrony was observed during application of CCM.

Heart failure; Absolute refractory period; Electric stimulation; Cardiac functions

R363

A

10.3969/j.issn.1000- 4718.2013.06.007

1000- 4718(2013)06- 0998- 06

2012- 11- 27

2013- 03- 19

河北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.C2010001631)

△通訊作者 Tel: 0311-85988937; E-mail： xiaoyong_q@yahoo.com