從心電圖和超聲心動圖相關性分析研究心肌梗死后心衰模型的早期評價和篩選方法

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·基礎醫學論著/研究·

從心電圖和超聲心動圖相關性分析研究心肌梗死后心衰模型的早期評價和篩選方法

王蕾，趙明鏡，楊濤，趙一舟，陳慧洋，成文堃，陸梓雯，韓小婉，李彤，王保福

目的建立大鼠心肌梗死后心力衰竭動物模型早期評價和篩選新方法，為藥物干預研究的早期隨機分組提供依據。方法SD大鼠隨機分為模型組和假手術組。結扎大鼠心臟左冠狀動脈前降支建立心肌梗死模型，假手術組在相同位點，只穿線不結扎。兩組分別于術后第2天、第10天和第60天進行12導聯心電圖(ECG)檢測；術后第10天和60天，采用小動物超聲儀進行心功能檢測。分別對不同時間點的心電圖病理性Q波與左室射血分數(EF)和左室短軸縮短率(FS)進行相關性分析。結果模型組大鼠術后第2天、第10天以及第60天心電圖病理性Q波個數與超聲心動圖EF和FS值存在顯著的負相關性。若EF<50%，病理性Q波分布于V3～V6、Ⅰ、aVL兼有V1或V2；若EF<30%，除上述導聯外，由于鏡像效應出現下壁Ⅱ、Ⅲ、aVF中單一或多個導聯的病理性Q波。應用第2天ECG病理性Q波進行心肌梗死后心衰動物模型早期篩選的特異性為100.0%，敏感性為95.0%，準確性為 96.7%。結論心肌梗死后心力衰竭動物模型不同時間點的ECG病理性Q波個數與EF和FS值存在顯著的負相關性，可用于動物模型的早期評價和篩選。此方法操作簡單易行，效果理想，為藥理實驗的早期評價和隨機分組提供了重要和可靠的實驗依據。

心肌梗死；心力衰竭；心電圖；超聲心動圖；模型評價

心力衰竭模型是心衰病理、藥理學研究中最常應用的動物模型之一，而心肌梗死后心衰大鼠(結扎大鼠左冠狀動脈前降支引起冠狀動脈閉塞導致心肌缺血甚至心力衰竭)模型的制作是最經典和最常用的造模方法[1-4]。超聲心動圖作為評價心功能的金指標已得到了廣泛認可。由于正規的實驗大鼠均飼養在SPF級動物房中，造模早期的動物無法離開動物室進行超聲心功能評價，導致動物實驗入組前無法被評價，極易造成實驗各組的不均一，進而影響實驗結果。此外，小動物心臟超聲儀檢測成本高，并不是所有科研單位都具有這樣的條件，因此應用超聲心動圖早期篩選心肌梗死和/或心衰動物模型存在明顯的局限性。心電圖技術由于其方便快捷的優點在臨床中被廣泛應用，然而在心衰動物實驗研究中，通過心電圖對模型進行早期評價和篩選入組的方法仍在探索中。以往的實驗研究往往只是通過使用心電圖來評價大鼠心肌缺血及梗死情況，大部分研究關注的是ST段改變[5-7]，由于大鼠心率較快，各導聯心電圖中基本看不到等電線的ST段，難以對其進行定量分析[8]。本研究通過對心肌梗死后心衰模型大鼠心電圖病理性Q波與超聲心動圖參數的相關性分析，為心肌梗死后心衰大鼠模型的早期評價和篩選提供更穩定、可靠的方法。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 健康雄性SD大鼠，體重230 g～260 g，由北京維通利華實驗動物中心提供[許可證編號：SCXK(京)2006-0009]，分籠飼養于北京中醫藥大學東直門醫院SPF級動物房。

1.2 實驗儀器 ALC-V8動物呼吸機(上海奧爾科特生物科技有限公司)，心電示波儀(上海醫學電子儀器廠XJ-11型)，高分辨率小動物超聲影像系統 Vevo2100(加拿大Visual Sonics公司，探頭型號MS-201)，16號套管針(針芯的針尖磨平)用于氣管插管。

1.3 動物模型制備

1.3.1 動物麻醉及監測 將動物稱重后用1%戊巴比妥鈉(40 mg/kg，進口分裝)腹腔注射麻醉，仰臥位固定。手術區皮膚備皮，酒精、碘酒消毒，將心電圖機針狀電極刺入相應部位皮下(導聯部位與人的部位相同)，打開心電圖機，記錄12導聯心電圖。

1.3.2 氣管插管并連接呼吸機 臺燈下用紗布輕輕將大鼠舌頭捏住提起，經口將套管針插入氣管，拔出內芯。用膠布固定好，連接小動物呼吸機，調整潮氣量為每次0.7 mL～0.8 mL，吸呼比為1∶2，通氣頻率為80次/min。

1.3.3 心肌梗死后心力衰竭模型的建立 參照文獻[9]，大鼠胸骨旁左側第3～4肋間，沿肋間方向切開皮膚，長約1.5 cm，逐層分離皮下組織、肌肉，打開心包膜。用彎鑷輕輕提起左心耳，可以看到左冠脈前降支的起始部，用5/0縫合線，在左心耳和肺動脈圓錐之間，心耳邊緣下2 mm，結扎左冠狀動脈前降支，進針深度控制在1 mm，寬度1 mm～2 mm，收線打結。術中肉眼可見結扎線遠端左室前外側壁心肌變白區，擠壓胸腔以排出空氣并逐層關閉胸腔。之后移除呼吸機，輕捏大鼠胸廓，輔助其恢復呼吸。術中觀察動物呼吸狀態及心電圖變化情況。假手術組在相同位點只穿線不結扎。術后腹腔注射青霉素160 IU /(kg·d)，3 d，以預防感染。

1.3.4 動物分組 動物隨機分為假手術組和模型組，設10 d和60 d兩個時間點，每組20只動物，分為4組，共80只動物。

1.3.5 術后心電圖檢測 分別在術前、術后即刻、術后第2天、術后第10天和術后第60天進行12導聯心電圖檢測。1%戊巴比妥鈉(30 mg/kg)腹腔注射麻醉，將心電圖機針狀電極刺入相應部位皮下，打開心電圖機，記錄12導聯心電圖，走紙速度25 mm/s或50 mm/s。

1.3.6 病理性Q波判定 參照臨床病理性Q波的定義標準[10]，Q波深度大于等于同導聯1/4R波，納入統計分析。由于大鼠心率較快(300次/min～500次/min)，臨床病理性Q波的寬度僅作參考，初步結果看一般病理性Q波時限≥30 ms。

1.3.7 超聲心動圖檢測 分別在第10天和第60天進行超聲心功能檢測。1%戊巴比妥鈉(40 mg/kg)腹腔注射麻醉，仰臥位固定胸部備皮。專人盲法檢測，取左室乳頭肌短軸切面及左室長軸切面，M 型取樣左室前壁和左室后壁，測定左室射血分數(ejection fraction，EF)和左室短軸縮短率(fractional shortening，FS)，每只動物重復測量3次，取平均值為最終值。

2 結 果

2.1 心電圖結果 ECG結果顯示，術前正常大鼠心電基線并不穩定，有部分導聯出現ST段抬高，無病理性Q波(見圖1A和圖1F)。術后即刻，無論是假手術組還是模型組大鼠均可見ST段抬高，模型組ST段變化更加明顯，ST段弓背抬高，呈單向曲線(見圖1B和圖1G)；術后第2天，假手術組仍存在ST段抬高現象，而模型組除ST段抬高外，出現了明顯的病理性Q波，Ⅰ、aVL、V2～V6導聯有明顯的病理性Q波(見圖1C和圖1H)；術后第10天和第60天，假手術組ECG恢復正常，模型組Ⅰ、aVL、V1-V6導聯有明顯的病理性Q波(見圖1D、圖1E、圖1I和圖1J)。由于鏡像效應，在前壁相對應的下壁Ⅱ、Ⅲ、aVF中單一或多個導聯也出現病理性Q波(見圖1I)。

注：A為假手術組術前ECG；B為假手術組術后即刻ECG；C為假手術組術后第2天ECG；D為假手術組術后第10天ECG；E為假手術組術后第60天ECG；F為模型組術前ECG；G為模型組術后即刻ECG；H為模型組術后第2天ECG；I為模型組術后第10天ECG；J為模型組術后第60天ECG。

圖1兩組動物手術前后12導聯ECG的動態變化

2.2 造模后10 d和60 d兩組大鼠心電圖V4、V5、V6導聯電壓比較 與假手術組相比，模型組術后第10天、第60天的ECG示V4、V5、V6導聯電壓均明顯降低。詳見表1。

表1 兩組大鼠心電圖V4、V5、V6導聯電壓比較 (±s) mV

2.3 模型組動物術后第2天病理性Q波個數和導聯分布情況 兩個時間點的術后第2天ECG示，只有胸導聯V1～V6出現病理性Q波時，EF值高于50%；當病理性Q波完全覆蓋胸導聯的V3～V6，肢導聯的Ⅰ和aVL時，EF值低于50%；當病理性Q波覆蓋了V1～V6及Ⅰ、aVL這8個導聯，同時出現下壁Ⅱ、Ⅲ、aVF導聯的病理性Q波，EF值低于30%。詳見表2。

表2 心功能不同程度大鼠第2天ECG病理性Q波個數及導聯分布

2.4 超聲心動圖結果 射血分數及短軸縮短率，造模后10 d和60 d，與假手術組相比，模型組大鼠射血分數和短軸縮短率顯著下降(P<0.05)。詳見表3。

表3 術后10 d和60 d大鼠超聲心動圖檢測結果 (±s) %

2.5 心電圖病理性Q波導聯個數與超聲心動圖EF和FS值相關性分析 模型組動物術后第2天、第10天以及第60天ECG示病理性Q波個數與超聲心動圖的EF和FS值具有負相關性(見表4)。說明病理性Q波個數越多，心肌受損越嚴重，心功能越差。

表4病理性Q波導聯個數與超聲心動圖EF和FS值相關性(r值)

變量 10d組 術后第2天術后第10天 60d組 術后第2天術后第60天EF-0．6551)-0．6331)-0．7611)-0．8481)FS-0．6441)-0．6281)-0．7411)-0．8481) 注：1)P<0．01

2.6 應用術后第2天ECG病理性Q波進行收縮性心力衰竭動物模型早期篩選的特異性、敏感性及準確性分析 從目前的文獻看，大多數實驗只提到結扎大鼠冠狀動脈前降支后假手術組和模型組的心功能EF值差異有統計意義，并沒有心衰的診斷標準。根據臨床病人收縮性心衰的診斷標準[11]，我們定義大鼠收縮性心衰的標準是EF值<50%，或EF值比假手術減損40%及以上。本實驗心衰的標準同時符合上述2個條件。根據術后第2天ECG病理性Q波分布于V3～V6(前壁)、Ⅰ和aVL(側壁)兼有V1或V2(前間壁)，且病理性Q波應大于7個的原則，早期篩選收縮性心衰大鼠的特異性為100.0%(20/20)，敏感性為95.0%(38/40)，準確性為 96.7%(58/60)。詳見表5。

表5 術后第2天病理性Q波對心衰動物早期篩選的結果 只

3 討 論

從病因學的角度，目前心衰動物模型制作方法有心肌缺血型、壓力負荷型、容量負荷型和心肌病變型等[12]。結扎大鼠左冠狀動脈前降支致心肌梗死或心肌梗死后心衰模型是藥理學實驗常用的模型[13-15]，由于大鼠心臟體積小、在胸腔位置深、心率快、冠狀動脈血管變異、結扎位點不同和結扎手法的差異等原因，動物死亡率高，成模率偏低，即使結扎成功，模型的穩定性和一致性較差，尤其是對于剛接觸實驗的研究生更是增加了不確定性，嚴重影響了藥理實驗的質量。

近年來，眾多學者對結扎大鼠左冠狀動脈前降支模型的造模方法、造模速度、動物存活率以及造模成功率等方面進行了深入系統的研究[16-18]，使得心肌梗死模型的成功率及動物存活率得以提高。然而，該模型面臨的問題是如何早期判斷是否結扎成功？心肌梗死的程度如何？根據什么指標分組才能保證各組的均一性？以往的文獻報道大多集中在通過術中局部心肌顏色的改變、術后即刻心電圖ST段的改變來確定造模成功與否[5，7]。本課題組應用該模型近20年[19-22]，長期的觀察發現，即使正常大鼠經常有ST段的抬高，假手術動物術后即刻同樣會出現ST段的抬高，而這種ST段抬高的現象往往還會持續到術后幾天。此外，由于大鼠心率過快，正常情況下很難看到等電線的ST段，對ST段的定量分析過于復雜。因此依靠動物術后心電圖ST段的改變來確定模型成功與否存在很多的混雜因素。雖然超聲心動是評價心肌梗死和心衰的金指標，但由于正規實驗的動物均飼養在SPF環境中，無法離開動物房進行超聲評價，因此需要一種特異性很高，簡單可靠的方法對該模型心肌梗死后的程度進行早期評價和篩選。由于大多數實驗研究的分組和給藥是在動物術后12 h～24 h，所以本研究著重觀察動物術后第2天ECG變化。研究發現，模型組術后第2天就出現了明顯的病理性Q波。病理性Q波在臨床心肌梗死診斷中具有十分重要的意義，是心肌梗死特征性的診斷標準，其病理學基礎為透壁性心肌梗死[23]。與以往的研究只觀察肢體Ⅱ導聯不同，本研究檢測了12導聯ECG，由于冠狀動脈前降支的支配范圍主要涉及左室前壁、側壁和室間隔，因此術后第2天，主要出現前壁(V3～V6)和側壁(Ⅰ和aVL)，同時兼有前間壁(V1或V2)的病理性Q波。但是在實際操作過程中，發現不少動物的下壁(Ⅱ、Ⅲ和aVF)導聯也會出現類似的“病理性Q波”，由于下壁的血供主要由右冠狀動脈支配，少部分由左冠回旋支支配，與結扎的前降支血管無關，所以下壁的“病理性Q波”是由于前壁心肌梗死的一個“鏡像改變”[24]，當前壁或側壁梗死情況嚴重時，就會出現下壁單個和多個導聯對應的ECG變化，是前壁和側壁梗死嚴重程度的重要參考，而與下壁梗死無關。本研究還發現，若只有胸導聯V1～V6出現病理性Q波時，EF值高于50%；當病理性Q波完全覆蓋胸導的V3～V6，肢導聯的Ⅰ和aVL時，兼有V1或V2時，EF值低于50%；當病理性Q波覆蓋了這8個導聯，同時出現下壁單個或多個導聯的病理性Q波，EF值低于30%。因此，胸導聯V1～V6及肢導聯Ⅰ和aVL出現病理性Q波是確認心肌梗死后心衰的核心導聯。而胸導聯的V3～V6及肢導聯的Ⅰ和aVL出現病理性Q波，是評價模型結扎是否成功和心肌壞死程度早期篩選最重要的標準。本研究通過對12導聯ECG病理性Q波個數與超聲心動的EF和FS值進行相關性分析發現，病理性Q波個數與動物的心衰程度存在明顯的負相關性，即病理性Q波個數越多，動物心衰程度越嚴重。術后第2天ECG病理性Q波進行心肌梗死模型早期篩選特異性為100.0%，敏感性為95.0%，準確性為96.7%，相對于ST段及QRS波時限的變化，病理性Q波易于辨認，對其定量統計簡單可行，可作為模型早期評價和篩選的標準，作為藥理學分組的依據，能夠提高實驗的整體質量。本研究發現，10 d和60 d心衰大鼠V4～V6導聯R波的電壓顯著低于假手術組。臨床研究也報道，R波遞增不良與心力衰竭存在密切的關系[25-26]。左胸導聯的低電壓也提示了模型組大鼠心肌損害以及心衰的情況。

穩定和高質量的動物模型是基礎研究的首要條件之一，由于動物自身和實驗技術水平的限制，動物模型可能會出現造模不成功或模型程度不一致的情況，因此入組前早期評價和篩選就變得尤為重要。本實驗發現病理性Q波與心功能EF和FS值呈負相關，胸導聯V3～V6及肢導聯Ⅰ和aVL出現病理性Q波是確認心肌梗死后心衰的核心導聯。通過對術后第2天ECG病理性Q波的數量統計和部位分布的分析對心肌梗死模型進行早期評價和篩選，不僅可以確認模型成功與否，還可以判斷模型心衰輕重程度，為實驗分組的均一性提供了重要依據。該研究可明顯提高藥理實驗的質量，同時也為其他模型的早期評價和篩選提供了借鑒的方法，具有重要的實用價值。

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Study on the Early Evaluation and Screening Method of Heart Failure Model after Myocardial Infarction from the Correlation Analysis of Electrocardiogram and Ultrasonic Cardiogram

Wang Lei，Zhao Mingjing，Yang Tao，Zhao Yizhou，Chen Huiyang，Cheng Wenkun，Lu Ziwen，Han Xiaowan，Li Tong，Wang Baofu

Key Laboratory of Chinese Internal Medicine，Ministry of Education & Beijing，Dongzhimen Hospital，Beijing University of Chinese Medicine；Laboratory for Integrated Traditional Chinese and Western Medical Research of Qi-Blood，Beijing 100700，China

Zhao Mingjing

Objective To establish a new method for early evaluation and screening of heart failure (HF) model after myocardial infarction (MI) and provide basis for early random grouping on drug intervention study.Methods Sprague-Dawley (SD) rats were randomly divided into model and sham group.The rats in MI models were established by ligating left anterior descending coronary artery，while sham rats underwent thoracotomy without ligation.The 12-lead electrocardiogram (ECG) were detected for the two groups on 2nd，10th and 60th day after operation.On the 10th and 60th post-operative day，the ultrasonic cardiogram were detected.Then the correlation between the different time point’s pathological Q wave and ejection fraction (EF) and fractional shortening (FS) was analyzed.Results There was a significant negative correlation between the number of different time point’s pathological Q wave and EF and FS index.Pathological Q waves were distributed in V3～V6，Ⅰ and aVL leads，with both V1 and/or V2 leads if the EF<50%.When the EF<30%，besides the above leads，it also extended to the single or multiple inferior wall leads of Ⅱ，Ⅲ，aVF due to the mirror effect.The specificity，sensitivity and accuracy of early screening of animal models with 2nd day pathological Q wave were 100.0%，95.0% and 96.7%.Conclusion Different time point’s pathological Q wave had significant negative correlation with EF and FS，which could be used for early screening of HF after myocardial infarction models.The study provides reliable experimental evidence for early evaluation and randomization of pharmacological experiments.

myocardial infarction；heart failure；electrocardiogram；ultrasonic cardiogram；model evaluation

R542.2 R256.2

A

10.3969/j.issn.1672-1349.2017.22.006

1672-1349(2017)22-2816-05

北京市自然科學基金重點課題資助(No.7161008)

北京中醫藥大學東直門醫院中醫內科學教育部和北京市重點實驗室、氣血理論研究實驗室(北京 100700)

趙明鏡，E-mail：mjgx2004@163.com

信息：王蕾，趙明鏡，楊濤，等.從心電圖和超聲心動圖相關性分析研究心肌梗死后心衰模型的早期評價和篩選方法[J].中西醫結合心腦血管病雜志，2017，15(22)：2816-2820.

2017-09-10)

(本文編輯 郭懷印)