體外膜肺氧和對急性心肌梗死合并心源性休克豬模型的早期心肌保護作用

朱鋼杰 孫麗娜 李星海 王寧夫 吳洪海 袁晨星 李巧巧 徐鵬 毛寶根

●基礎研究

體外膜肺氧和對急性心肌梗死合并心源性休克豬模型的早期心肌保護作用

朱鋼杰 孫麗娜 李星海 王寧夫 吳洪海 袁晨星 李巧巧 徐鵬 毛寶根

目的 通過建立急性心肌梗死合并心源性休克的小型豬模型，探討靜脈－動脈體外膜肺氧和（VA-ECMO）支持治療對于小型豬的早期心肌保護作用。方法 24頭雄性巴馬小型豬隨機分為對照組（A組）、藥物治療組（B組）、ECMO組（C組）3組。通過結扎前降支的方法，在藥物治療組及ECMO組建立心肌梗死模型。當小型豬出現休克時，非對照組開始進行藥物治療或者ECMO支持治療，并在24h后，處死實驗動物。觀察各組左心室舒張末期壓力（LVEDP）、左心室收縮期和舒張期壓力變化率（LV±dp/dt）以及心肌酶譜等指標，并進行比較。結果 心肌梗死后6h，C組LVEDP開始顯著低于B組（P＜0.05），并且隨著實驗時間的延長，差異越顯著。實驗結束前，各組LV-dp/dt差異均有統計學意義（均P＜0.05），即LV-dp/dt的下降，A組＜C組、B組；A組LV+dp/dt與C組及B組比較差異均有統計學意義（均P＜0.05）；但C組LV+dp/dt與B組相比，在實驗24h時差異無統計學意義（P＞0.05）。C組與B組相比，心肌梗死面積無顯著減小（P＞0.05），但心肌酶及肌鈣蛋白I顯著降低（均P＜0.05）。結論 ECMO能夠顯著改善心肌梗死后心源性休克豬模型的左心室舒張功能，可能改善左心室收縮功能。此外，ECMO并不能減少心肌梗死面積，但可能對缺血非梗死區細胞產生正面的作用，避免其進一步受損。

體外膜肺氧和 急性心肌梗死 心源性休克 豬

靜脈-動脈體外膜肺氧和（venoarterial extracorporeal membrane oxygenation,VA-ECMO）是一種用于治療由嚴重心肺功能不全如嚴重的心源性休克、心臟驟停等引起的血流動力學不穩的重要手段[1-2]。其也被認為是一種體外心肺復蘇（extracorporeal cardiopulmonary resus－citation，E-CPR），用于保證嚴重心源性休克時重要臟器的供血，同時給頓抑心肌的復蘇贏得了寶貴的時間。對于嚴重的心肌梗死后心源性休克患者來說，藥物對癥支持治療及血管再通非常重要，但是如果在充分的藥物治療下，血流動力學仍然不穩，此時往往需要體外循環支持[3]。體外循環支持治療可以減少心臟負荷，降低心肌耗氧量，并最終縮短頓抑心肌的恢復時間[4]。VA-ECMO是一種重要的體外支持手段，能夠改善患者的循環血壓，保證組織灌注，同時減少心臟前負荷[3-5]。但相應地VAECMO增加了心臟后負荷，不利于左心功能的恢復。因此，本實驗通過建立急性心肌梗死后心源性休克的豬模型，旨在探討VA-ECMO支持治療后，對于急性心肌梗死后心源性休克的豬模型的左心功能、心肌梗死面積等指標的影響，并以此判斷ECMO的治療效果，為臨床VA-ECMO在急性心肌梗死后心源性休克方面的應用提供一定的實驗依據，現報道如下。

1 材料和方法

1.1 實驗材料和儀器 巴馬小型豬24頭，4~5個月，（34.6±1.3）kg，均為雄性，由浙江大學藥學院動物實驗中心提供。通過抓鬮法，隨機分成3組，A組：假手術空白對照組，8頭；B組：心肌梗死藥物治療組，8頭；C組：心肌梗死ECMO組，8頭；其中22頭完成了整個實驗流程。呼吸機ALC-V10為上海奧爾科特公司生產，呼吸機參數設置：氧濃度 50%，潮氣量（220±20）ml，頻率（20±5）次/min。血氣分析儀GEM3000為美國實驗儀器公司生產，ECMO離心泵Medtronic 550、ECMO兒童套包均為美國美敦力公司生產，超聲多普勒血流儀為美國超音速公司生產。

1.2 方法

1.2.1 術前準備 實驗動物禁食24h后，用阿扎哌隆2mg/kg、阿托品 0.02mg/kg、氯胺酮 15~20mg/kg，肌肉注射，誘導麻醉后，將小型豬仰臥位固定于手術臺上，并外周靜脈推注丙泊酚2mg/kg，使實驗動物快速進入麻醉狀態。手術過程中，丙泊酚8~10mg/（kg·h）靜脈維持。根據體動、對光及角膜反射，判斷麻醉深度，并及時調整用藥劑量。實驗動物麻醉后，進行氣管切開，插管（7F），連接呼吸機。左側股靜脈置管，用于術中用藥補液，以及血液標本的留取。左側股動脈置管，連接壓力轉化器，持續檢測外周動脈壓。連接心電監護。

1.2.2 ECMO的建立與管理 聚明膠肽注射液300ml，乳酸鈉林格注射液300ml混合后預充管路及膜肺，預充液中100ml加肝素lmg。右側腹股溝處消毒，鋪無菌巾，沿腹股溝方向切開皮膚并分離出股動靜脈，分別插入12Fr動脈插管及14Fr靜脈插管固定動靜脈插管與ECMO循環管路連接。ECMO轉流前5min靜脈推注肝素 lmg/kg，檢測活化凝血時間（ACT），維持在 180～220s。ECMO過程中根據尿量酌情補鉀，并適當補液。

1.2.3 心肌梗死模型的建立 常規消毒、鋪巾，取胸骨正中線作切口，打開胸骨，切開并懸吊心包，暴露心臟，將心包用線固定至兩邊，充分暴露左前降支，在前降支第一對角支之前安裝超聲血流儀。B、C組，在前降支第一對角支與第二對角支之間,用4-0號線結扎，A組穿線后不結扎。穿刺左心房，置管，連接壓力轉換器，持續檢測左心房壓；穿刺升主動脈，在導絲引導下，置管于左心室，連接壓力轉換器，持續監測左心室壓。一旦實驗動物出現休克（收縮壓＜90mmHg），B組開始給予大劑量多巴胺[5~10μg/（kg·min）]及適當去甲腎上腺素[0.1~0.2μg/（kg·min）]治療，C組開始啟動ECMO。實驗動物在休克后24h被處死。

1.2.4 觀察指標 觀察冠狀動脈結扎前以及結扎后4、8、12、16、20、24h 的左心房壓（LAP）、左心室舒張末期壓力（LVEDP）、左心室收縮期和舒張期壓力變化率（LV±dp/dt）、外周動脈壓以及血氣分析、心肌酶等血液指標。心肌梗死面積（MIA）的計算：處死動物前，經主動脈注入2%伊文斯藍溶液，區分缺血與非缺血區心肌。處死實驗動物，剪去大血管、心房和右心室，置于-20℃冰箱冰凍30min，將左心室沿著心臟長軸切成2mm薄片，并將切片浸入5%的磷酸緩沖液中孵育30min。此時，磚紅色為非梗死心肌，暗白色為梗死區心肌。置圖像采集系統掃描后采用圖像加強（Image Pro Plus）圖像處理軟件計算梗死區面積。MIA=左心室組織切片梗死區總面積/左心室組織切片總面積×100%。

1.3 統計學處理 采用SPSS 17.0統計軟件，計量資料以表示，多組間比較采用方差分析，組間兩兩比較采用LSD-t檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 3組實驗動物冠狀動脈結扎前后外周動脈收縮壓比較 見表1。

表1 3組實驗動物冠狀動脈結扎前后外周動脈收縮壓比較（mmHg）

由表1可見，各組實驗動物結扎前血壓差異無統計學意義（P＞0.05），結扎后B組、C組實驗動物的血壓出現下降。實驗過程中，實驗動物進入心源性休克后，通過調整ECMO流量及用藥量，外周收縮壓控制在100mmHg左右。

2.2 3組實驗動物冠狀動脈結扎前后LVEDP比較 見表2。

表2 3組實驗動物冠狀動脈結扎前后LVEDP比較（mmHg）

由從表2可見，在前降支結扎6h后，C組與B組比較LVEDP降低，差異均有統計學意義（均P＜0.05），并且隨著實驗時間的延長，差異愈顯著。C組與A組比較，LVEDP的差異在前降支結扎后10h后最為顯著,且差異具有統計學意義（P＜0.05），隨后差異逐漸減小，并且逆轉，但實驗結束時（24h），逆轉的差異均無統計學意義（均 P＞0.05）。

2.3 3組實驗動物LV±dp/dt比較 見表3。

表3 3組實驗動物LV±dp/dt比較（mmHg/s）

由表3可見，B組在實驗動物心源性休克后，使用升壓藥物等治療后，LV+dp/dt出現短暫上升后逐漸下降，2h與4h比較差異有統計意義（P＜0.05），但這種變化過程并沒有在LV-dp/dt中出現；C組在啟動ECMO后2h，LV±dp/dt雖然沒有出現明顯上升，但其下降的速率明顯減緩。在實驗24h時，各組LV-dp/dt差異均有統計學意義（均P＜0.05）；A組與B組、C組比較LV+dp/dt差異均有統計學意義（均P＜0.05），而B組與C組比較差異無統計學意義（P＞0.05）。

2.4 3組實驗動物心肌梗死范圍及心肌酶、肌鈣蛋白I比較 見表4。

由表4可見，B組與C組心肌梗死面積差異無統計學意義（P＞0.05），CK-MB、肌鈣蛋白 I差異均有統計學意義（P＜0.05或 0.01）。

表4 3組實驗動物心肌梗死范圍及心肌酶、肌鈣蛋白I比較

3 討論

對于急性心肌梗死后心源性休克的治療，恢復并維持血壓和組織灌注壓，挽救瀕危心肌和限制梗死范圍，是處理的首要目的[6]。ECMO可以通過循環支持提高收縮壓、舒張壓、平均動脈壓及冠狀動脈前降支流量來達到恢復并維持血壓和組織灌注壓的目的[1-2，4]；其次，ECMO通過卸載前負荷減輕LVEDP、左心房壓，從而減少左心室作功，使頓抑的心肌及早恢復，并最終改善心臟舒縮功能[7]。一些臨床研究提示，ECMO能夠提高心肌梗死后心源性休克患者（不管期間是否進行了經皮冠狀動脈介入治療）的生存率，且早期使用，獲益更大[8-9]。但是目前仍缺乏大規模隨機對照研究。

ECMO能夠有效地卸載心臟前負荷，維持組織灌注，但由于提高了外周血壓，從一定程度上增加了心臟后負荷[7]，對心肌細胞的恢復帶來了負面影響。因此，在實驗中，實驗動物的外周動脈收縮壓被控制在100mmHg左右，即能保證組織灌注，同時也能避免心臟后負荷的過度增加。本研究主要采用LV dp/dt評價實驗動物的心臟舒縮功能，LVDEP以及左心房壓力反映前負荷以及部分左心室舒縮功能。實驗結果顯示，C組LVDEP較B組明顯降低，且時間越長，這種趨勢越明顯，與對照組相比，LVDEP的差異隨著時間的延長逐漸縮小。這種差異最終出現了逆轉，可能歸因于ECMO有效地卸載心臟前負荷。但是這種逆轉是否對長期的療效如脫機率、生存率等產生正面影響，需要相關實驗進一步研究。

本研究還顯示了LV dp/dt與LVDEP趨勢相對應的變化，尤其是LV-dp/dt，雖然LV+dp/dt的結果在B、C組中差異無統計學意義，但是這種趨勢已經存在，即隨著實驗時間的延長，C組與B組在LV dp/dt上的差異越來越明顯。LV-dp/dt與LV+dp/dt的差異，提示ECMO對于心臟舒張功能的恢復要好于（或早于）收縮功能，這可能與ECMO增加了心臟后負荷有關。盡管本實驗已經在維持組織灌注與減輕心臟后負荷之間作出了平衡，但這種差異依然存在。因此有理由推測如果實驗時間延長，各組之間的差異可能更大，并影響實驗動物的生存時間及存活率。在B組動物中，在使用大劑量升壓藥物及增強心肌收縮力藥物早期（心肌梗死后1h內），也可以迅速地提高LV dp/dt及外周動脈壓，但由于不能有效卸載心臟前負荷，隨后出現LV dp/dt下降，且與A組、C組相比，這種差異越來越顯著，說明其對心臟及循環的支持作用是短暫的。同時，B組動物LVEDP較C組明顯增高，且隨時間的延長差異越顯著。此外，由于升壓藥物的血管收縮作用，長期應用不利于組織灌注，預后較差。與傳統藥物治療相比，ECMO并不能減少心肌梗死范圍，但是，在本實驗中，發現C組心肌酶及肌鈣蛋白的升高顯著低于B組。這可能與ECMO對缺血非梗死區產生的正面作用有關，如增加灌注、降低心肌氧耗等。

目前，各大臨床指南將主動脈球囊反搏（IABP）作為Ⅰ類推薦，治療急性心肌梗死后心源性休克的患者[10-11]。然而最近一項大規模隨機多中心的臨床研究顯示，IABP并不能顯著減低急性心肌梗死后心源性休克患者30d病死率[12]。雖然各項實驗及臨床研究均表明，IABP可以減少心臟后負荷，并通過提高主動脈根部的舒張壓，增加冠狀動脈血流[13-14]，但是IABP的長期效果仍有爭議。究其原因，可能與IABP不能改善心臟前負荷及心搏出量有關[14]。而ECMO在卸載心臟前負荷及維持組織灌注方面作用尤為顯著，但有增加心臟后負荷的弊端。因此，兩者聯合可能會有較好的應用前景。但目前仍缺乏大規模的隨機對照研究及Meta分析。一項回顧性研究表明，對于心肌梗死后心源性休克并接受PCI患者而言，IABP聯合ECMO與單獨運用IABP相比，前者可能會改善患者30d及1年的生存率[9]。

與常規藥物治療相比，ECMO用于急性心肌梗死后心源性休克的支持治療，能夠顯著改善心肌梗死后心源性休克豬模型的左心室舒張功能，可能改善左心室收縮功能。此外，ECMO并不能減少心肌梗死面積，但可能對缺血非梗死區細胞產生正面作用，避免其進一步受損。由于緊急ECMO置入是一項過程復雜且有創操作，因此，本研究中的ECMO均是在急性心肌梗死之前被置入的，以免在操作過程中造成實驗動物的死亡或者對本研究的主要目的造成干擾。這與正常的臨床情況有所差異。此外，本研究觀察時間較短，尚無法對長期療效，如存活率、脫機率等作出判斷。

[1]Chung E S,Lim C,Lee H Y,et al.Results of ExtracorporealMembrane Oxygenation (ECMO)Support before Coronary Reperfusion in Cardiogenic Shock with Acute Myocardial Infarction[J].Korean J Thorac Cardiovasc Surg，2011,44(4):273-278.

[2]Fafc G,Budak A B,Yener A U,et al.Use of extracorporeal membrane oxygenation in adults[J].Heart Lung Circ,2014,23(1):10-23.

[3]Suárez de Lezo J,Pan M,Medina A,et al.Percutaneous cardiopulmonary support in critical patients needing coronary interventions with stents[J].Catheter Cardiovasc Interv,2002,57:467-475.

[4]Silvana F M,George Lukas,Michael McDonald,et al.Review of ECMO (extra corporealmembrane oxygenation)support in critically ill adult patients[J].Heart Lung Circ,2008,17(4):S41-47.

[5]Bakhtiary F,Keller H,Dogan S,et al.Venoarterial extracorporeal membrane oxygenation for treatment of cardiogenic shock:clinicalexperiences in 45 adult patients[J].J Thorac Cardiovasc Surg,2008,135:382-388.

[6]Thiele H,Ohman E M,Desch S,et al.Management of cardiogenic shock[J].Eur Heart J,2015,36(20):1223-1230.

[7]Subramaniam K,Boisen M,Shah P R,et al.Mechanicalcirculatory support for cardiogenic shock[J].Best Pract Res Clin Anaesthesiol,2012,26(2):131-146.

[8]Kim H,Lim S H,Hong J,et al.Efficacy of veno-arterial extracorporeal membrane oxygenation in acute myocardial infarction with cardiogenic shock[J].Resuscitation,2012,83(8):971-975.

[9]Chung S Y,Sheu J J,Lin YJ,et al.Outcome of patients with profound cardiogenic shock after cardiopulmonary resuscitation and prompt extracorporeal membrane oxygenation support:A single-center observationalstudy[J].Circ J,2012,76(6):1385-1392.

[10]中華醫學會心血管病學分會,中華心血管病雜志編輯委員會.急性ST段抬高型心肌梗死診斷和治療指南[J].中華心血管病雜志,2015,43(5):380-393.

[11]Van de Werf F,Bax J,Betriu A,et al.Management of acute myocardialinfarction in patients presenting with persistent ST segment elevation[J].Eur Heart J,2008,29:2909-2945.

[12]Holger Thiele,Uwe Zeymer,Franz-Josef Neumann,et al.Intraaortic Balloon Support for Myocardial Infarction with Cardiogenic Shock[J].N EnglJ Med,2013,368(1):80-81.

[13]Scheidt S,Wilner G,Mueller H,et al.Intra-aortic balloon counterpulsation in cardiogenic shock-report of a cooperative clinicaltrial[J].N EnglJ Med,1973,288:979-984.

[14]Prondzinsky R,Unverzagt S,Russ M,et al.Hemodynamic effects of intra-aortic balloon counterpulsation in patients with acute myocardial infarction complicated by cardiogenic shock:the prospective,randomized IABP shock trial[J].Shock,2012,37:378-384.

Myocardial protection of early extracorporeal membrane oxygenation(ECMO)support for acute myocardial infarction with cardiogenic shock in pigs

ZHU Gangjie,SUN Lina,LI Xinghai,et al.Department of Cardiology,Hangzhou First People's Hospital,Nanjing Medical University,Hangzhou 310006,China

Objective To investigate myocardial protection effect of extracorporeal membrane oxygenation(ECMO)for acute myocardial infarction with cardiogenic shock in pigs. Methods Twenty four male pigs were randomly divided into three groups:control group,drug therapy group and ECMO group.Myocardial infarction model was induced in drug therapy group and ECMO group by ligating coronary artery.When cardiogenic shock occurred,drugs were given in drug therapy group and ECMO was perfored in ECMO group.The pigs were sacrificed 24 h after cardiogenic shock.The left ventricular end-diastolic pressure(LVEDP)and left ventricular pressure change in systolic and diastolic period(LV±dp/dt)were observed;the myocardial enzymes were measured and compared among three groups.Results Compared with drug therapy group,the LVEDP in ECMO group decreased significantly 6 h after ligation(P＜0.05).At the end of the experiment,the LV-dp/dt of control group was higher than that of drug therapy and ECMO groups,while there was no significant difference between ECMO group and drug therapy group.Compared with drug group,myocardial infract size of ECMO group did not reduce significantly,but myocardial enzymes and troponin-I decreased significantly. Conclusion Compared with drug therapy,ECMO improves left ventricular diastolic function,and may improve systolic function.ECMO cannot reduce myocardial infarct size,but may have positive effect on ischemic areas to avoid further injury.

Extracorporeal membrane oxygenation Acute myocardial infarction Cardiogenic shock Pigs

10.12056/j.issn.1006-2785.2017.39.22.2016-1102

310006 杭州，南京醫學大學附屬杭州醫院（杭州市第一人民醫院）心內科（朱鋼杰、王寧夫、徐鵬）,心外科（李星海、毛寶根）；安徽省第二人民醫院心內科（孫麗娜）；浙江大學藥學院（吳洪海、袁晨星、李巧巧）

王寧夫，E-mail：wangningfu@hotmail.com

2016-07-18）

馬雯娜）