急性低氧應激對麻醉大鼠心臟舒縮功能的影響*

紀巧榮，張 昱，劉 杰，曹成珠，周 振，張 偉

(青海大學高原醫學研究中心；青海省高原醫學應用基礎重點實驗室，青海 西寧 810001)

急性低氧應激對麻醉大鼠心臟舒縮功能的影響*

紀巧榮，張 昱，劉 杰，曹成珠，周 振，張 偉△

(青海大學高原醫學研究中心；青海省高原醫學應用基礎重點實驗室，青海 西寧 810001)

目的 探討急性低氧應激對麻醉大鼠左、右心室舒縮功能的影響。方法 監測大鼠(n=7)在常氧(西寧，海拔2260m，氧百分含量為20.9%)和急性低氧(氧百分含量為15%)通氣的狀態下，心率(heart rate，HR)、左心室收縮壓(Left ventricular systolic blood pressure，LVSP)、右心室收縮壓(Right ventricular systolic blood pressure，RVSP)和左右心室內壓最大上升及下降速率(±dP/dtmax)等的血流動力學指標變化。同時，比較低氧通氣5 min前后的動脈血氣，探討急性低氧應激對麻醉大鼠心臟功能的影響。結果 與常氧通氣相比，急性低氧通氣下LVSP降低、RVSP升高，右心室±dP/dtmax升高，左心室±dP/dtmax明顯降低，均具有統計學差異(P<0.05)。此外，低氧通氣5 min后大鼠動脈血PaO2降低，具有統計學差異(P<0.05)。結論 急性低氧應激可降低左心室的舒、縮能力，而右心室的舒、縮在急性低氧應激時則表現出一定程度的代償性增強，但低氧應激對左心室的舒縮能力影響更大。

低氧應激 心室舒縮能力 左右心室±dP/dtmax

低氧應激對心臟泵血功能的影響沒有清晰描述，對研究低氧心血管調節及探討機體低氧習服的機制造成了一定的困難。因此，研究急性低氧應激狀態下心臟功能的調節變化具有重要的價值。本研究通過實時、動態地監測麻醉大鼠急性低氧應激時左、右心室內壓最大上升及下降速率(±dP/dtmax)、左心室收縮壓(Left ventricular systolic blood pressure，LVSP)和右心室收縮壓(Right ventricular systolic blood pressure，RVSP)等反映心功能的血流動力學指標變化，來明確急性低氧應激對麻醉大鼠心臟射血和左、右心室舒縮功能的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

雄性SD大鼠，體重(300±20)g，購于北京維通利華實驗動物技術有限公司[許可證號：SCXK(京)2012-0001，NO.11400700064575]。

1.2 實驗方法

1.2.1 動物造模及血流動力學指標測定

大鼠經2.5%戊巴比妥鈉(50mg/kg，i.p)麻醉后仰臥固定于動物恒溫板(154Huron Avenue Clifton，NJ 07013 USA)，維持體溫36.5 ℃～37.5 ℃。做頸前正中切口，分別行右頸外靜脈、右頸總動脈插管，將聚乙烯導管(ID 0.58mm，OD 0.96mm)經右頸外靜脈導入右心室監測RVSP及右心室±dP/dtmax，聚乙烯導管(ID 0.50mm，OD 0.80mm)經右頸總動脈導入左心室監測LVSP及左心室±dP/dtmax；行氣管插管(ID 2.0mm，OD 3.0mm)并連接呼吸機(950 North Hague Avenue Columbus，Ohio 43204-2121 U.S.A)，調節呼吸頻率(70次/min)、潮氣量(7mL/kg)。手術結束后，于大鼠左心房水平面連接事先校準的壓力傳感器，并與Power Lab生物信號采集系統(AD Instruments，Castle Hill，Australia)連接，分別在常氧(氧百分含量為20.9%)及低氧(氧百分含量為15%)[1，2]通氣狀態下監測并記錄HR、LVSP、RVSP及左右心室±dP/dtmax的變化。各指標的變化量用“△”表示，由各指標不同時間點與0點的差值計算得來。

1.2.2 動脈血氣電解質分析

待各項血流動力學指標平穩后，分別于常氧和急性低氧5 min時各取動脈血約20 μL在血氣電解質分析儀(梅州康立高科技有限公司，BG-800A)行動脈血氣檢測分析。

1.3 統計學方法

2 結果

2.1 常氧和急性低氧通氣時的不同血流動力學指標的變化

血流動力學指標變化的描記圖(圖1)和變化量統計圖(圖2)顯示，與常氧組相比，低氧組左心室LVSP及±dP/dtmax均降低，從0.5 min處開始降低，4～5 min時達最低值；右心室RVSP及±dP/dtmax均升高，從0.5 min處開始升高，4～5 min時達最大值，均具有統計學差異(P<0.05)。

常氧和低氧前后左心室各項血流動力學指標的變化結果(表1)顯示，與常氧組相比，低氧組左心室LVSP、±dP/dtmax分別由初始絕對值降低25.1 mmHg、1339.5 mmHg/sec、1363.8 mmHg/sec，均具有統計學差異(P<0.05)；HR在低氧前后無明顯改變。

圖1 常氧及低氧下各項血流動力學指標變化描記圖
Figure 1 The changes of hemodynamic indexes in normoxia and hypoxia

結果均用表示；#：與0點相比，P<0.05；*：與常氧組相比，P<0.05.

表1 常氧和低氧前后左心室各項血流動力學指標的變化結果±s)Table 1 The changes of hemodynamic indexes of left ventricular in normoxia and ±s)

*：與常氧組相比，P<0.05；#：與同組0 min 相比，P<0.05.

常氧和低氧前后右心室各項血流動力學指標的變化結果(表2)顯示，與常氧組相比，低氧組右心室RVSP、±dP/dtmax分別由初始絕對值升高4.4 mmHg、134.6 mmHg/sec、101.3 mmHg/sec，均具有統計學差異(P<0.05)。

表2 常氧和低氧前后右心室各項血流動力學指標的變化結果±s)Table 2 The changes of hemodynamic indexes of right ventricular in normoxia and ±s)

*：與常氧組相比，P<0.05；#：與同組0 min 相比，P<0.05.

2.2 常氧和低氧通氣5 min后動脈血氣結果分析

與常氧組相比，低氧5 min后大鼠PaO2降低，具有統計學差異(P<0.05)，pH、PaCO2、HCO3-的變化無統計學意義(表3)。

表3 常氧和低氧通氣5min后動脈血氣分析結果±s)Table 3 The results of arterial blood gas in normoxia and ±s)

3 討論

實驗中將大鼠通過呼吸機通入室內空氣和15% O2的低氧氣體制做常氧和低氧通氣模型。從低氧后各項血流動力學指標的變化結果可知，低氧5 min時LVSP降低、RVSP升高(P<0.05)；從低氧通氣5 min時動脈血氣的結果可知，低氧5 min大鼠PaO2降低(P<0.05)，提示15% O2急性低氧通氣可以引起大鼠的急性低氧應激反應。這種急性低氧刺激所致的PO2降低可能會使心臟供氧減少，促使心肌對糖代謝的有氧氧化減弱、無氧糖酵解增加，代謝產生的乳酸增多而影響心肌的收縮功能[3，4]。同時，低氧也可能影響心肌細胞肌漿網對Ca2+的回收[5，6]，誘發心肌舒張速率下降，引起左心舒張能力下降。

從常氧和低氧應激5 min后各組血流動力學指標的變化可以看出：低氧刺激后左心室+dP/dtmax[7]由初始值8340.4±641.7 mmHg/sec降至7000.9±946.4 mmHg/sec，降低了16.1%，-dP/dtmax由初始絕對值6196.6±584.4 mmHg/sec降至4832.8±724.5 mmHg/sec，降低了22%；而右心室+dP/dtmax由初始值919.1±55.9 mmHg/sec升至1053.7±81.8 mmHg/sec，升高了14.6%，-dP/dtmax由初始絕對值678.8±34.3 mmHg/sec升至780.1±55.7 mmHg/sec，升高了14.9%。同樣，左室的LVSP比初始值降低了14.8%，右室RVSP比初始值升高11.8%。由此提示，低氧應激對左、右心室舒縮能力的影響是不一致的，左心室表現出了顯著的舒縮能力降低，而右心室則表現出了舒縮能力增強。分析認為，低氧誘發機體產生的內源性擴血管物質[8-13]會引起除肺血管以外的外周血管擴張，使血壓下降[14]，血壓的下降將進一步造成心輸出量的降低，進而使心肌供血減少、心肌收縮能力進一步降低。Mendoza JP[15]等的研究也證實了低氧應激下大鼠血壓會下降。而對于右心室來講，急性低氧會對肺循環血管產生收縮作用[16，17]，使肺動脈壓力升高，加重了右室的后負荷，隨后隨著右心回心血量的增加，又促使右室前負荷增加，這樣誘發右室產生緊張源性擴張，代償性地使右室+dP/dtmax升高[18]。王佳興[19]等的研究也證實，低氧應激發生RVSP升高及右心室室壁的肥厚，且與低氧持續時間在一定范圍內呈正相關。盡管急性低氧可激活交感神經系統，作用于心臟β1-腎上腺素能受體后會促進心臟產生正性肌力作用[20]；但因為心輸出量的降低、心肌供血減少，交感神經系統的代償作用并沒有有效地得以發揮。因此可認為，低氧應激時右心室收縮能力的升高僅是暫時的右室代償性緊張源性擴張引起的代償反應，隨著低氧刺激的持續和加重，最終失代償導致心力衰竭[21]的發生。

綜上所述，通過對麻醉大鼠急性低氧下左、右心室舒縮能力各項指標的監測，得出了急性低氧應激短時間內主要降低左心室的舒縮功能，而右心室會通過緊張源性擴張，一定程度上能代償性地增強右心室的舒縮能力。其可為研究低氧應激過程中心臟功能的調節和探討低氧習服的機制提供參考。

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Effects of acute hypoxic stress on cardiac systolic and diastolic functions in anesthetized rats

JI Qiao-rong，ZHANG Yu，LIU Jie，CAO Cheng-zhu，ZHOU Zhen，ZHANG Wei△

(High altitude medical research center of Qinghai University； The Key Laboratory of high altitude medical application of Qinghai Province，Qinghai Xining 810001)

Objective To explore the effect of acute hypoxic stress on the left and right ventricular systolic and diastolic functions in anesthetized rats.Methods Rats(n=7)were treated with normoxia(20.9% of the oxygen content)and hypoxia(15% of the oxygen content)respectively at the altitude of 2260 m(Xining，China).The heart rate(HR)，the maximum rate of left and right ventricular pressure(±dP/dtmax)，the left ventricular systolic blood pressure(LVSP)，the right ventricular systolic blood pressure(RVSP)were monitored，and the arterial blood gas of normoxia and hypoxia within 5 minutes have been compared to explore the effect of acute hypoxia on cardiac function in anesthetized rats.Results Compared with nomorxia，the LVSP and ±dP/dtmaxof left ventricular decreased，the RVSP and ±dP/dtmaxof right ventricular increased obviously in hypoxia(P<0.05).In addition，the PaO2had decreased after 5 minutes of hypoxia(P<0.05).Conclusion Acute hypoxic stress can decrease the left ventricular systolic and diastolic functions.But the change of right ventricular systolic and diastolic functions are characterized by a certain degree of compensatory enhancement.And the left ventricular systolic and diastolic functions are more affected than right ventricular.

Hypoxic stress The ventricular systolic and diastolic functions The maximum rate of left and right ventricular pressure

*：國家自然基金項目(81560301；81160012)；教育部新世紀優秀人才項目(NCET-12-1022)；△：通信作者，博導，教授，zw0228@sina.com 紀巧榮(1989～)，女，漢族，河北籍，碩士研究生

R363

A

10.13452/j.cnki.jqmc.2017.01.003

2016-11-12