不同部位絕對不應期電刺激對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河北醫科大學研究生學院， 2河北省人民醫院心臟中心，河北 石家莊 050051)

不同部位絕對不應期電刺激對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河北醫科大學研究生學院，2河北省人民醫院心臟中心，河北 石家莊 050051)

目的觀察心臟不同部位絕對不應期電刺激對慢性心力衰竭兔心臟功能及心臟收縮同步性的影響，探討絕對不應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升主動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、左室后側壁(LVPLW)刺激組和右室心尖(RVA)刺激組。刺激組發放心臟收縮力調節信號(CCM)，每天刺激6 h，連續刺激7 d。觀察心臟功能及心臟收縮同步性的變化。結果與心衰組相比，LVAW刺激組、LVPLW刺激組及RVA刺激組的左室收縮末內徑、左室舒張末內徑和血漿腦鈉肽(BNP)水平下降(P<0.05),左室射血分數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LVPLW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明顯變化(P>0.05)。采用脈沖多普勒頻譜測量主、肺動脈射血前間期之差評價心臟收縮同步性，各組之間刺激前后未見明顯變化。結論心臟不同部位絕對不應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，其次為左室后側壁與右室心尖刺激組。絕對不應期電刺激并不影響左右心室之間的收縮同步性。

心力衰竭； 絕對不應期； 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展，但仍有一部分患者對藥物治療反應欠佳，且其長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患者生命，但其費用昂貴、供體不足難以滿足臨床的需要。心臟再同步化治療雖可改善心衰但其適應癥有限，且部分患者對其無應答[1]。

心臟收縮力調節(cardiac contractility modulation，CCM)作為一種新的機械裝置治療方法進入人們視線，它是在絕對不應期內給予心臟非興奮性電刺激(non-excitatory currents，NEC)，它不會誘發心肌細胞產生動作電位，但這個刺激可以使心肌細胞的這一次收縮能力得到加強[2]，國內外的基礎及臨床研究均顯示，CCM主要通過增強心肌局部收縮力改善心功能，且不同部位刺激對心功能的影響是不同的，但在哪些部位進行刺激具有最好的效果尚不清楚，需進一步研究。本研究通過對心力衰竭兔在體心臟的不同部位給予絕對不應期電刺激，觀察其對心臟功能及心臟收縮同步性的影響。

材 料 和 方 法

1動物和材料

選用6月齡新西蘭大白兔40只作為實驗對象，體重2.5～3.5 kg，雌雄不拘，由河北醫科大學動物實驗中心提供。采用日本阿洛卡公司Prosound a10超聲診斷儀測定各項心臟超聲指標；美國巴德公司的MICROPACE EPS320心臟電生理刺激儀發放CCM信號；用上海西塘公司的兔腦鈉肽(brain natriuretic peptide,BNP) ELISA試劑盒檢測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，打開胸腔，暴露心臟，于升主動脈根部遠端1.0 cm處游離升主動脈根部約4～5 mm，測量主動脈周長，環扎縮窄后周長為原周長的60%；術后12周篩選成功的心力衰竭動物模型。心力衰竭模型建立成功的標準：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只兔子術前隨機分為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，各組間兔子體重無明顯區別(P>0.05)。對照組僅給予主動脈環扎縮窄，左室前壁刺激組預先將小兒用臨時起搏電極彎針端縫合于心外膜左室前壁，左室后側壁刺激組、右室心尖刺激分別預先將小兒用臨時起搏電極彎針端縫合于心外膜相應部位，保持裸露導線與心肌組織接觸，且與胸壁組織絕緣，直針端通過皮下穿刺固定于頸部，留待以后CCM電刺激。

3CCM刺激

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

4觀測指標

CCM刺激前后采用無創心臟超聲檢查，在二維超聲引導下取左室長軸切面，在 M-型圖像上，采用Teichholz法測定左室收縮末內徑(left ventricular end-systolic dimension，LVESD)、左室舒張末內徑(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)和左室射血分數(left ventricular ejection fraction，LVEF)。心室間機械延遲 (interventricular mechanical delay，IVMD)的測定：先測定主動脈射血前間期(aortic pre-ejection interval，APEI),應用脈沖頻譜多普勒在心尖五腔心切面主動脈瓣口采集脈沖多普勒頻譜，測量QRS波群起始點距脈沖多普勒頻譜起始的時間, 然后在大血管短軸切面肺動脈瓣口采集脈沖多普勒頻譜，測量肺動脈射血前間期(pulmonary wave pre-ejection internal，PPEI)，兩者之差即IVMD。以上各測量值均取連續3次測量的平均值。采用雙抗體夾心ABC-ELISA法進行血液學檢查，測定CCM刺激前后血漿BNP水平，觀察CCM治療對心臟功能及血漿BNP濃度的影響。

5統計學處理

運用SAS 8.0統計軟件分析。數據用均數±標準差(mean±SD)表示，組間均數比較采用方差分析及SNK-q檢驗。以P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

1動物存活情況

各組術中均死亡1只，心衰組、左室前壁刺激組和右室心尖刺激組各有1只因心衰程度未滿足入選標準而剔除；左室后側壁刺激組2只和右室心尖刺激組1只因嚴重心衰死亡。術后12周各組存活并滿足心衰條件的兔子：心衰組8只，左室前壁刺激組8只，左室后側壁刺激組7只，右室心尖刺激組7只。

2CCM刺激對心臟功能影響

術后12周CCM刺激之前4組心臟超聲各項指標無明顯差別(P>0.05)，見圖1、表1。術后12周再給予CCM持續刺激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),左室后側壁刺激組與右室心尖刺激組各指標差異無統計學意義(P>0.05)；IVS和LVPW刺激前后與各組之間比較無明顯變化(P>0.05)，見表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

表1 各組CCM刺激前心臟超聲結果比較

表2 各組CCM刺激后心臟超聲結果比較

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

3CCM刺激對血漿BNP的影響

CCM刺激前血漿BNP水平各組相比無明顯差別(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,其次為左室后側壁刺激組和右室心尖刺激組(P<0.05)，但后2組BNP水平無顯著差異(P>0.05)。心衰組BNP水平沒有明顯變化(P>0.05)，見表3。

4CCM刺激對心臟收縮同步性方面的影響

室間收縮同步性評價(IVMD)采用脈沖多普勒頻譜，主、肺動脈射血前間期(QRS起始分別至主、肺動脈血流頻譜起始的時間)見圖2、3，各組之間刺激前后未見明顯變化，見表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，無致惡性心律失常作用。Sabbah等[4]對慢性心衰犬模型給予CCM刺激，結果顯示 CCM信號對左室射血分數、左室壓力變化峰值和左室面積縮短分數均有明顯的改善作用，且無不良影響。進一步的研究評定了CCM治療慢性心衰的安全性及可行性[5]，心衰患者經過3個月CCM治療后，左室射血分數、6 min步行距離、峰值氧流量、患者明尼蘇達生活問卷評估值等都有明顯升高[6]。此外，一系列大規模、多中心的臨床研究證實，CCM信號可以安全有效地改善心功能，提高患者的運動耐受及生活質量[7-8]。

目前，國內外基于心臟的結構形態、心肌收縮的次序、心肌細胞生理特性以及CCM增強心肌收縮力的局部性對心臟不同部位CCM刺激進行了部分研究[9]。Callans 等[10]將2個 CCM信號電極分別安置在豬心臟左室側壁和前壁的心外膜，結果顯示其對心功能的影響不同，說明CCM 信號刺激對收縮功能的影響與部位相關。另有研究表明對兔室間隔部發放CCM刺激發現可獲得與刺激左室前壁類似的增強心肌收縮力的效果，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型及各部位心肌反應性的差異產生了不同的效果[12]。Pane等[13]將 CCM 信號電極經由心外靜脈分別安置在心衰患者心臟的前壁、側壁和后壁，實驗結果顯示，CCM 信號可以顯著改善左室收縮壓、壓力變化峰值和主動脈搏出壓，其中安置在前壁的 CCM 信號電極使前壁和間隔處心肌收縮期增厚率明顯改善。我們研究中也發現， CCM刺激能夠改善LVESD、LVEDD、LVEF、LVFS等指標，刺激心臟不同部位改善心功能效果不同，左室前壁CCM刺激對心臟功能的影響優于左室后側壁與右室心尖CCM刺激。本實驗僅給予短時間CCM刺激，CCM刺激之后短期內進行測定，尚未觀察到CCM刺激引起血流動力學改變后心臟結構的繼發改變。

心臟再同步化治療(cardiac resynchronization therapy,CRT)為終末期心衰的治療帶來了希望，它通過多部位起搏心臟，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量、運動耐量，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，即不存在心臟機械收縮不同步者對CRT表現為無應答。因此臨床迫切需要一種新的治療方法來改善QRS波群正常的心力衰竭患者的生活質量和預后。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CHF兔左、右心室收縮之間的同步性無影響，而是通過增強心肌收縮力來改善心功能。研究表明，CCM刺激對正常或窄QRS波群心衰的治療有一定療效，與QRS波群時間長短無關，是中、重度心衰的最佳選擇[15]。

總之，本實驗發現，心臟絕對不應期電刺激對心室收縮之間的同步性無影響，它通過提高慢性心力衰竭心肌的收縮力來改善心功能，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用前景。

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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

河北省自然科學基金資助項目(No.C2010001631)

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