血利钾心停搏液和双向灌注心肌保护的实验研究(一)

1、血利钾心停搏液和双向灌注心肌保护的实验研究(一)    作者：章晓华， 张镜方， 吴若彬， 肖学钧， 陈萍【关键词】 心停搏液摘要：目的通过与三种经典心肌保护方法比较，探讨含血利多卡因高钾(血利钾)心停搏液和双向灌注心肌保护法的心肌保护作用。方法犬20只，随机分成四组(n=5)，分别用晶体心停搏液(CG1)、冷稀释血心停搏液(CG2)、常温稀释血心停搏液(CG3)及血利钾心停搏液(EG)。每组均经历120min心脏缺血。观察心脏停搏情况、冠状静脉窦回流血量及心肌酶浓度、心肌细胞内钙离子(Ca2+)和丙二醛(MDA)及三磷酸腺苷(ATP)含量、心肌形态学改

2、变。结果 实验组(EG)心脏停搏时间短，心停搏液用量少，冠状静脉血流量及心肌氧摄取率在缺血前后无明显变化；血清心肌酶水平各组间无显著差异；EG再灌注心肌Ca2+超负荷及ATP含量下降较CG3明显，与CG2相似；EG再灌注心肌MDA水平较CG1显著降低。心肌形态学改变各组间无显著差异。结论血利钾心停搏液和双向灌注具有确切的心肌保护作用。关键词：缺血-再灌注损伤；心停搏液；心肌保护；体外循环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护方法的选用等仍存在争议1-3。含血利多卡因高钾心停搏液(简称血利钾心停搏液)及双向性灌注心肌保护法采用高浓度钾离子(K+)和利多卡因的含血心停搏液进行心脏的诱导灌注，用冷晶体心停搏液进行冠状静脉窦持续微流量逆行灌注。本研究旨在通过动物实验将血利钾心停搏液及双向性灌注心肌保护法与三种经典的心停搏液灌注方法进行比较，以探讨新的心肌保护措施。1 材料与方法 1.1 实验动物及分组 杂种犬20只，均为雄性，平均体重(21.3±2.0)kg，各组间平均体重无显著性差异。将实验动物随机分成四组(n=5)。分

12、别使用改良St. Thomas医院冷晶体心停搏液间断顺行灌注(CG1)、冷稀释血心停搏液间断顺行灌注(CG2)、常温稀释血心停搏液连续顺行灌注(CG3)、及血利钾心停搏液双向性灌注(EG)。各种晶体心停搏液配方见表1。除CG3心停搏液不进行降温外，晶体心停搏液降至68，含血心停搏液降至1012。表1 晶体心停搏液配方（略）注：晶体心停搏液按1：4与血液混合后的K+浓度，：晶体心停搏液与60mL血液混合后的K+浓度。1.2 实验方法 实验犬麻醉后行气管插管，接呼吸机和心电监护仪，置左侧股动、静脉导管测压及鼻咽温度探头。正中切口开胸，全身肝素化后经右股动脉和上、下腔静脉插管建立体外循环(CPB)。

13、开始CPB后经右房置入冠状静脉窦逆灌管，降温至近25时(CG3不进行血流降温)阻断升主动脉，灌注心停搏液。CG1、CG2、CG3使用高浓度心停搏液15mL/kg经主动脉根部用CPB血泵灌注；EG用血利钾心停搏液68.5mL通过注射器快速注入主动脉根部。同时心包腔内置冰屑(CG3除外)。CG1和CG2分别每隔30分和20分灌注诱导量半量的低浓度心停搏液；CG3用50mL/min低浓度温血心停搏液持续经升主动脉根部灌注；EG在诱导灌注后用高浓度改良St. Thomas晶体心停搏液经冠状静脉窦通过重力(压力落差60cm)以3mL/min的速度逆行灌注。升主动脉阻断120分后开放阻断钳，辅助30分后终

14、止CPB。主要观察指标包括：心停搏液灌注和心电活动情况；冠状静脉窦回流血流量、血气分析及其心肌酶水平；心肌细胞内钙离子(Ca2)、丙二醛(MDA)、三磷酸腺苷(ATP)含量；心肌组织光镜及电镜形态学。实验数据使用SPSS进行统计学处理，以P0.05表示有统计学显著差异。2 结果2.1 心脏停搏及复跳情况 各组动物心脏均能顺利停搏，复灌后均无需电除颤复律。心脏停搏及复跳情况见表2。表2 心脏停搏及复跳情况（略） 注：与EG相比*P0.05，* P0.01，#复灌时CG2有1例在心脏血流阻断期间出现室颤；CG3有2例在心脏停搏早期出现心脏复跳现象，需再次用高浓度心停搏液诱导灌注及增加维持灌注量。C

15、G2、EG各有1例和CG1有2例复灌后出现室颤，需要用利多卡因帮助复律。2.2 冠状静脉窦血流量和冠状循环氧摄取率 冠状静脉窦血流量(CSF)和冠状循环氧摄取率(MRO)见表3。表3 冠状静脉窦血流量(CSF)和冠状循环氧摄取率(略) 2.3 心肌酶水平 冠状静脉回流血的磷酸肌酸激酶同功酶(CK-MB)、乳酸脱氢酶(LDH)的血清水平见表4。表4 冠状静脉血的血清心肌酶水平 （略）注：组内与缺血前相比*P0.05，*P0.012.4 心肌细胞内Ca2、MDA和ATP含量 心肌细胞内Ca2、MDA和ATP含量见表5。表5 心肌细胞内Ca2、MDA和ATP含量（略）注：组内与缺血前相比*P0.05

16、;*P0.01;组内与缺血120min相比sP0.05, ssP0.01;与EG同时点相比P0.05。2.5 心肌组织形态改变 缺血前、缺血120分和再灌注30分光镜下心肌HE染色心肌纤维排列紧密，除偶见间质水肿外无其他特异性变化；形态学改变在四组间均未见明显差别。与各组缺血前心肌超微结构相比，在缺血120min和再灌注30min各组的心肌细胞在电镜下均见程度相似的线粒体肿胀，部分出现线粒体嵴断裂。3 讨论3.1心停搏液及灌注方式心停搏液中理想的K+浓度仍有争议。有学者认为3540mmol/L的K+浓度诱导心脏停搏是可以接受的4；也有人认为K+浓度超过30mmol/L可激活Ca2+通道，增加C

17、a2+内流引起心肌细胞钙超载，并引起冠状血管内皮细胞损伤，导致冠状血管收缩和冠状循环血流量下降5，6。本研究结果显示：实验组除缩短了心脏停搏时间外，CSF及MRO在心肌缺血前后均无明显变化，缺血后组间比较也无统计学差异；再灌注后心肌Ca2+含量与除CG3外的其他各组无显著差异。以上资料在一定程度上提示该K+浓度的心停搏液并不引起冠状血管的明显收缩和加重心肌缺血-再灌注损伤。顺行灌注和冠状静脉窦逆行灌注是心停搏液灌注的两种基本方式，前者符合冠状循环生理；后者不仅使梗阻冠状动脉远端心肌组织得到较好灌注，还减轻了心停搏液灌注导致的医源性心肌水肿7，并有利于心停搏液中添加成分的吸收8。但逆行灌注的压力

18、受到明显限制，并有约70%的心停搏液经心小静脉返流入心腔，右心室心肌灌注不良9，作为心脏的诱导停搏存在缺陷。血利钾心停搏液和双向性灌注采用顺灌诱导和逆灌维持的灌注方式，充分利用了两种心停搏液灌注方式的特点。此外逆灌采用重力引流方式，避免了冠状静脉窦因灌注压力过高导致的局部损伤和有关心肌保护的操作。3.2 心脏停搏及复跳 EG的平均心电静止时间最短，并与CG3有显著差异。EG和CG2晶体心停搏液用量显著少于CG1和CG3。CG3动物在心脏复跳时循环血红细胞比积(Hct)均在0.15以下，显著低于CG2和EG。晶体液的进入增加了CPB容量负荷，血液进一步稀释，导致血液携氧能力下降，可能引起组织缺氧

19、和组织水肿，同时大量K+进入循环。心脏复灌时CG3平均血K+浓度显著高于其他各组。此外因连续心脏供血，CG3在实验过程中有2例出现心脏复跳现象。与对照各组相比，血利钾心停搏液和双向性灌注心肌保护法的心脏停搏效果确切，其晶体心停搏液用量、心脏停搏时间及复跳时间、复灌时血K+浓度和Hct均在较理想范围。3.3 冠状静脉回流血心肌酶血清水平改变 血清心肌酶水平上升幅度在一定程度上反映心肌细胞损伤程度。实验显示缺血后LDH在各组均呈显著上升；CK-MB上升在CG1、CG2和EG有显著性。G3的CK-MB上升无统计学意义，此外该组两种心肌酶上升幅度较其他三组均低，提示温血连续灌注在减轻心肌细胞损伤方面有

20、一定意义10。研究结果还表明在升主动脉阻断前大部分实验动物冠状静脉回流血心肌酶水平已明显上升，提示心肌损伤在心脏血流阻断前已出现，心肌保护的概念不能简单局限于对抗心脏缺血。3.4 心肌细胞内Ca2+、MDA及ATP含量改变 正常情况下Ca2通过消耗高能磷酸盐被隔离在肌浆网内，缺血时由于ATP耗竭，留滞在细胞液中的Ca2增加，同时细胞膜通透性增加引起再灌注细胞外Ca2+快速内流。细胞内Ca2+积聚使肌动蛋白与肌球蛋白耦联不能脱开，心肌纤维呈强直性挛缩。因此Ca2+超负荷是心肌缺血-再灌注损伤的重要标志。除CG3再灌注30min相对缺血120min心肌Ca2+含量无显著性升高外，其他各组心肌细胞C

21、a2+含量均随时间呈显著性递增；EG和G1再灌注30minCa2+明显高于CG3。提示含血心停搏液连续灌注有更好的对抗心肌再灌注Ca2+超负荷作用11。MDA是过氧化反应产物。实验结果显示，缺血120min心肌MDA含量与缺血前相比无明显升高，各组间也无统计学差别。复灌30min时各组心肌MDA含量均呈显著上升，组间比较EG及CG2、CG3心肌MDA含量显著低于CG1；而EG与CG2、CG3间无明显差异。提示血利钾心停搏液及双向性灌注心肌保护法与稀释血心停搏液灌注相似，有较好的抗过氧化能力。心肌细胞内ATP含量是衡量心肌保护的重要参数。EG和CG1、CG2的ATP含量在阻断前、缺血后和复灌后呈显著递减；CG3缺血后和复灌后的ATP含量也显著低于缺血前，但复灌后与缺血后ATP含量相差甚微。提示各种心肌保护方法均无法阻止缺血后心肌细胞能量储备的损耗，但持续