血利鉀心停搏液和雙向灌注心肌保護的實驗研究(一)

1、血利鉀心停搏液和雙向灌注心肌保護的實驗研究(一)    作者：章曉華， 張鏡方， 吳若彬， 肖學鈞， 陳萍【關鍵詞】 心停搏液摘要：目的通過與三種經典心肌保護方法比較，探討含血利多卡因高鉀(血利鉀)心停搏液和雙向灌注心肌保護法的心肌保護作用。方法犬20只，隨機分成四組(n=5)，分別用晶體心停搏液(CG1)、冷稀釋血心停搏液(CG2)、常溫稀釋血心停搏液(CG3)及血利鉀心停搏液(EG)。每組均經歷120min心臟缺血。觀察心臟停搏情況、冠狀靜脈竇回流血量及心肌酶濃度、心肌細胞內鈣離子(Ca2+)和丙二醛(MDA)及三磷酸腺苷(ATP)含量、心肌形態(tài)學改

2、變。結果 實驗組(EG)心臟停搏時間短，心停搏液用量少，冠狀靜脈血流量及心肌氧攝取率在缺血前后無明顯變化；血清心肌酶水平各組間無顯著差異；EG再灌注心肌Ca2+超負荷及ATP含量下降較CG3明顯，與CG2相似；EG再灌注心肌MDA水平較CG1顯著降低。心肌形態(tài)學改變各組間無顯著差異。結論血利鉀心停搏液和雙向灌注具有確切的心肌保護作用。關鍵詞：缺血-再灌注損傷；心停搏液；心肌保護；體外循環(huán)Cardioprotective Effects of Lidocaine-Hyperpotassium-Blood Cardioplegic Solution with Combined Delivery R

3、outeson Ischemia-Reperfusion Injury in Canine HeartsAbstract: OBJECTIVE To investigate the myocardial protective effects of lidocaine-hyperpotassium-blood cardioplegic solution with combined delivery routes by comparing to three most widely used strategies of myocardial protection.METHODS 20 adult c

4、anines were placed on cardiopulmonary bypass (CPB) and randomized to receive four myocardial protective protocols respectively (5 in each group): cold supplementing St. Thomas Hospital crystalloid solution cardioplegia antegradely and intermittently (CG1), hypothermic blood cardioplegia antegradely

5、and intermittently (CG2), warm blood cardioplegia antegradely and continuously (CG3), and lidocaine-hyperpotassium-blood cardioplegia with combined routes(EG). Each group underwent CPB and was submitted to 120 minutes of myocardial ischemia and a 30 minutes period of reperfusion. Arrest of the heart

6、 and coronary venous sinus flowrate were recorded. Serum cardiac enzymes and myocardial intracellular malondiadehyde (MDA), ion calcium (Ca2+), adenosine triphosphate (ATP) were measured. Myocardial structure changes after ischemia and reperfusion were observed with optical and electronic microscope

7、.RESULTS Lidocaine-hyperpotassium-blood cardioplegic solution with combined delivery routes shortened the time of arrest of the heart, and decreased the volume of cystalloid cardioplegic solution used. There was no significant difference in coronary sinus blood flowrate (CSF) and myocardial retrieva

8、 l oxygen (MRO) between post- and pre- ischemia in all groups. There was no significant difference in increase of serum cardiac enzymes after ischemia comparing EG with control groups. Myocardial intracellular Ca2+ overload and exhaustion of ATP during reperfusion in EG were obvious comparing to CG3

9、, and similar to CG2. The level of myocardial intracelluar MDA after 30 minutes reperfusion in EG was significantly lower comparing to CG1. No significant difference in structural changes were detected between the groups. CONCLUSION Comparing with other classical techniques, cardioplegia with lidoca

10、ine-hyperpotassium-blood cardioplegicsolution and combined delivery routes represents a simple, safe and effective method of myocardial protection which may be an alternative to traditional cardioprotective techniques. Key words：ischemia-reperfusion injury; cardioplegic solution; myocardial protecti

11、on; cardiopulmonary bypass心停搏液的成分、灌注方式及不同心肌保護方法的選用等仍存在爭議1-3。含血利多卡因高鉀心停搏液(簡稱血利鉀心停搏液)及雙向性灌注心肌保護法采用高濃度鉀離子(K+)和利多卡因的含血心停搏液進行心臟的誘導灌注，用冷晶體心停搏液進行冠狀靜脈竇持續(xù)微流量逆行灌注。本研究旨在通過動物實驗將血利鉀心停搏液及雙向性灌注心肌保護法與三種經典的心停搏液灌注方法進行比較，以探討新的心肌保護措施。1 材料與方法 1.1 實驗動物及分組 雜種犬20只，均為雄性，平均體重(21.3±2.0)kg，各組間平均體重無顯著性差異。將實驗動物隨機分成四組(n=5)。分

12、別使用改良St. Thomas醫(yī)院冷晶體心停搏液間斷順行灌注(CG1)、冷稀釋血心停搏液間斷順行灌注(CG2)、常溫稀釋血心停搏液連續(xù)順行灌注(CG3)、及血利鉀心停搏液雙向性灌注(EG)。各種晶體心停搏液配方見表1。除CG3心停搏液不進行降溫外，晶體心停搏液降至68，含血心停搏液降至1012。表1 晶體心停搏液配方（略）注：晶體心停搏液按1：4與血液混合后的K+濃度，：晶體心停搏液與60mL血液混合后的K+濃度。1.2 實驗方法 實驗犬麻醉后行氣管插管，接呼吸機和心電監(jiān)護儀，置左側股動、靜脈導管測壓及鼻咽溫度探頭。正中切口開胸，全身肝素化后經右股動脈和上、下腔靜脈插管建立體外循環(huán)(CPB)。

13、開始CPB后經右房置入冠狀靜脈竇逆灌管，降溫至近25時(CG3不進行血流降溫)阻斷升主動脈，灌注心停搏液。CG1、CG2、CG3使用高濃度心停搏液15mL/kg經主動脈根部用CPB血泵灌注；EG用血利鉀心停搏液68.5mL通過注射器快速注入主動脈根部。同時心包腔內置冰屑(CG3除外)。CG1和CG2分別每隔30分和20分灌注誘導量半量的低濃度心停搏液；CG3用50mL/min低濃度溫血心停搏液持續(xù)經升主動脈根部灌注；EG在誘導灌注后用高濃度改良St. Thomas晶體心停搏液經冠狀靜脈竇通過重力(壓力落差60cm)以3mL/min的速度逆行灌注。升主動脈阻斷120分后開放阻斷鉗，輔助30分后終

14、止CPB。主要觀察指標包括：心停搏液灌注和心電活動情況；冠狀靜脈竇回流血流量、血氣分析及其心肌酶水平；心肌細胞內鈣離子(Ca2)、丙二醛(MDA)、三磷酸腺苷(ATP)含量；心肌組織光鏡及電鏡形態(tài)學。實驗數(shù)據(jù)使用SPSS進行統(tǒng)計學處理，以P0.05表示有統(tǒng)計學顯著差異。2 結果2.1 心臟停搏及復跳情況 各組動物心臟均能順利停搏，復灌后均無需電除顫復律。心臟停搏及復跳情況見表2。表2 心臟停搏及復跳情況（略） 注：與EG相比*P0.05，* P0.01，#復灌時CG2有1例在心臟血流阻斷期間出現(xiàn)室顫；CG3有2例在心臟停搏早期出現(xiàn)心臟復跳現(xiàn)象，需再次用高濃度心停搏液誘導灌注及增加維持灌注量。C

15、G2、EG各有1例和CG1有2例復灌后出現(xiàn)室顫，需要用利多卡因幫助復律。2.2 冠狀靜脈竇血流量和冠狀循環(huán)氧攝取率 冠狀靜脈竇血流量(CSF)和冠狀循環(huán)氧攝取率(MRO)見表3。表3 冠狀靜脈竇血流量(CSF)和冠狀循環(huán)氧攝取率(略) 2.3 心肌酶水平 冠狀靜脈回流血的磷酸肌酸激酶同功酶(CK-MB)、乳酸脫氫酶(LDH)的血清水平見表4。表4 冠狀靜脈血的血清心肌酶水平 （略）注：組內與缺血前相比*P0.05，*P0.012.4 心肌細胞內Ca2、MDA和ATP含量 心肌細胞內Ca2、MDA和ATP含量見表5。表5 心肌細胞內Ca2、MDA和ATP含量（略）注：組內與缺血前相比*P0.05

16、;*P0.01;組內與缺血120min相比sP0.05, ssP0.01;與EG同時點相比P0.05。2.5 心肌組織形態(tài)改變 缺血前、缺血120分和再灌注30分光鏡下心肌HE染色心肌纖維排列緊密，除偶見間質水腫外無其他特異性變化；形態(tài)學改變在四組間均未見明顯差別。與各組缺血前心肌超微結構相比，在缺血120min和再灌注30min各組的心肌細胞在電鏡下均見程度相似的線粒體腫脹，部分出現(xiàn)線粒體嵴斷裂。3 討論3.1心停搏液及灌注方式心停搏液中理想的K+濃度仍有爭議。有學者認為3540mmol/L的K+濃度誘導心臟停搏是可以接受的4；也有人認為K+濃度超過30mmol/L可激活Ca2+通道，增加C

17、a2+內流引起心肌細胞鈣超載，并引起冠狀血管內皮細胞損傷，導致冠狀血管收縮和冠狀循環(huán)血流量下降5，6。本研究結果顯示：實驗組除縮短了心臟停搏時間外，CSF及MRO在心肌缺血前后均無明顯變化，缺血后組間比較也無統(tǒng)計學差異；再灌注后心肌Ca2+含量與除CG3外的其他各組無顯著差異。以上資料在一定程度上提示該K+濃度的心停搏液并不引起冠狀血管的明顯收縮和加重心肌缺血-再灌注損傷。順行灌注和冠狀靜脈竇逆行灌注是心停搏液灌注的兩種基本方式，前者符合冠狀循環(huán)生理；后者不僅使梗阻冠狀動脈遠端心肌組織得到較好灌注，還減輕了心停搏液灌注導致的醫(yī)源性心肌水腫7，并有利于心停搏液中添加成分的吸收8。但逆行灌注的壓力

18、受到明顯限制，并有約70%的心停搏液經心小靜脈返流入心腔，右心室心肌灌注不良9，作為心臟的誘導停搏存在缺陷。血利鉀心停搏液和雙向性灌注采用順灌誘導和逆灌維持的灌注方式，充分利用了兩種心停搏液灌注方式的特點。此外逆灌采用重力引流方式，避免了冠狀靜脈竇因灌注壓力過高導致的局部損傷和有關心肌保護的操作。3.2 心臟停搏及復跳 EG的平均心電靜止時間最短，并與CG3有顯著差異。EG和CG2晶體心停搏液用量顯著少于CG1和CG3。CG3動物在心臟復跳時循環(huán)血紅細胞比積(Hct)均在0.15以下，顯著低于CG2和EG。晶體液的進入增加了CPB容量負荷，血液進一步稀釋，導致血液攜氧能力下降，可能引起組織缺氧

19、和組織水腫，同時大量K+進入循環(huán)。心臟復灌時CG3平均血K+濃度顯著高于其他各組。此外因連續(xù)心臟供血，CG3在實驗過程中有2例出現(xiàn)心臟復跳現(xiàn)象。與對照各組相比，血利鉀心停搏液和雙向性灌注心肌保護法的心臟停搏效果確切，其晶體心停搏液用量、心臟停搏時間及復跳時間、復灌時血K+濃度和Hct均在較理想范圍。3.3 冠狀靜脈回流血心肌酶血清水平改變 血清心肌酶水平上升幅度在一定程度上反映心肌細胞損傷程度。實驗顯示缺血后LDH在各組均呈顯著上升；CK-MB上升在CG1、CG2和EG有顯著性。G3的CK-MB上升無統(tǒng)計學意義，此外該組兩種心肌酶上升幅度較其他三組均低，提示溫血連續(xù)灌注在減輕心肌細胞損傷方面有

20、一定意義10。研究結果還表明在升主動脈阻斷前大部分實驗動物冠狀靜脈回流血心肌酶水平已明顯上升，提示心肌損傷在心臟血流阻斷前已出現(xiàn)，心肌保護的概念不能簡單局限于對抗心臟缺血。3.4 心肌細胞內Ca2+、MDA及ATP含量改變 正常情況下Ca2通過消耗高能磷酸鹽被隔離在肌漿網內，缺血時由于ATP耗竭，留滯在細胞液中的Ca2增加，同時細胞膜通透性增加引起再灌注細胞外Ca2+快速內流。細胞內Ca2+積聚使肌動蛋白與肌球蛋白耦聯(lián)不能脫開，心肌纖維呈強直性攣縮。因此Ca2+超負荷是心肌缺血-再灌注損傷的重要標志。除CG3再灌注30min相對缺血120min心肌Ca2+含量無顯著性升高外，其他各組心肌細胞C

21、a2+含量均隨時間呈顯著性遞增；EG和G1再灌注30minCa2+明顯高于CG3。提示含血心停搏液連續(xù)灌注有更好的對抗心肌再灌注Ca2+超負荷作用11。MDA是過氧化反應產物。實驗結果顯示，缺血120min心肌MDA含量與缺血前相比無明顯升高，各組間也無統(tǒng)計學差別。復灌30min時各組心肌MDA含量均呈顯著上升，組間比較EG及CG2、CG3心肌MDA含量顯著低于CG1；而EG與CG2、CG3間無明顯差異。提示血利鉀心停搏液及雙向性灌注心肌保護法與稀釋血心停搏液灌注相似，有較好的抗過氧化能力。心肌細胞內ATP含量是衡量心肌保護的重要參數(shù)。EG和CG1、CG2的ATP含量在阻斷前、缺血后和復灌后呈顯著遞減；CG3缺血后和復灌后的ATP含量也顯著低于缺血前，但復灌后與缺血后ATP含量相差甚微。提示各種心肌保護方法均無法阻止缺血后心肌細胞能量儲備的損耗，但持續(xù)