新型主动脉旁反搏与主动脉内球囊反搏装置对急性心衰的比较实验研究

赵 龙,张杰民,施 超,郭龙辉,张光伟,王玉璇,刘晓程

全球心力衰竭(heart failure,HF)患者的发病率及病死率逐年增高,机械辅助循环逐渐成为药物治疗无效的 HF的重要方法之一。目前最常用机械辅助装置是主动脉内球囊反搏(intra-aortic balloon pump,IABP)装置,临床上适用于短期心脏辅助。每年全球有超过 16万的患者接受 IABP治疗,挽救了大量心衰患者的生命。虽然 IABP在临床中得到了广泛的应用,但也存在不能长期辅助、严重心衰时无效等缺点。目前国内外研究热点集中于左室辅助装置(Left ventricular assist device,LVAD),但目前其仅在全球少数心脏中心开展,且价格昂贵、技术复杂,较难推广应用。

主动脉旁反搏装置(paraaortic counterpulsation device,PACD)的研究已有 40余年的历史,目前已有多种不同的 PACD辅助装置问世。近年我中心在此基础上成功研制了一种新型 PACD,并与 IABP装置比较进行了急性动物实验研究,现报道如下:

1 材料与方法

1.1 新型 PACD PACD为气动反搏装置,聚氨酯的圆形囊状结构是反搏主体,被中间的薄膜分割为气囊和血囊。血囊容量为 60 Ml,后负荷为100mm Hg时每博量约为 55m l,并通过一段无瓣膜的人工血管和主动脉相接。气囊连接至 IABP装置控制台,通过充、放气提供反搏动力。和 IABP装置一样,PACD采用心电触发,充、放气时间根据主动脉压力波形调整。在出现主动脉反冲切迹时,气囊充气从而驱动血囊射血以提高舒张期动脉压力和冠脉血流灌注;在舒张末期心室收缩之前,气囊迅速放气从而驱动血囊吸血以充分降低左室后负荷。其实物见图1。

图1 PACD实物图

1.2 实验动物及麻醉方法 8只健康小尾寒羊,体重 38.5～54(44.6±3.9)kg,术前禁食 48 h,禁水 24 h。氯胺酮 10mg/kg,咪唑安定 0.5mg/kg肌肉注射镇静后,建立左后腿大隐静脉输液通道。2.5%硫喷妥钠(0.6～1.0m l/kg)静脉诱导麻醉,气管插管呼吸机控制呼吸,潮气量 10ml/kg,呼吸频率 18次/min,根据术中血气监测随时调整,维持酸碱及电解质平衡,监测标准肢体导联心电图,维持鼻温 37℃左右。丙泊酚静脉泵入(10 Ml/h)和异氟烷吸入(1%～1.5%)维持麻醉。实验中监测中心静脉压(CVP),在基础值、IABP装置及 PACD辅助前后维持 CVP在 8～12 mm Hg水平。

1.3 手术操作及血流动力学监测 右颈外侧小切口,游离右颈内静脉并置入三腔漂浮导管,与连续心电监护仪(Datex-Ohmeda S5/CCCM,美国)及连续心排量仪 (Edwards Life sciences VGS2,美国)连接并监测 CVP、肺毛细血管楔压(pulmonary capillary wedge pressure PCWP),并建立深静脉补液通路。胸正中切口,切开心包悬吊,经右房插入冠脉逆灌管至冠状静脉窦测量冠状静脉窦回心血量(coronary sinus flow,CSF),测量时放血入一容器内,用 50ml注射器计量。经升主动脉插动脉测压管连至 16导生理记录仪(Biopac systemsMP150 Inc)连续记录主动脉压力。左心尖插入压力管接生理记录仪连续测定左室压。实验动物给予肝素(1 mg/kg)抗凝,ACT维持在 180 s以上,每隔 30 min监测 ACT。改右侧卧位,左第 4肋间进胸。显露胸降主动脉,部分阻断,将与 PACD血囊相连的人工血管和降主动脉行端-侧吻合,开放后排除气体使血液充满血囊。左侧腹股沟切口,游离左股动脉,经该处植入容量为40ml IABP装置球囊至降主动脉,两种反搏装置分别连接至 IABP装置控制台(Datascope 98,Datascope Corp,Montvate,NJ,USA)。急性心衰模型成功建立后,实验动物血流动力学稳定至少 15min,记录对照组(未辅助时)血流动力学数据。为了减少误差,随机选取 PACD或 IABP行反搏辅助,均采用1：2模式,同时记录辅助时血流动力学指标,辅助15min后停止,等待血流动力学状态稳定 10min,回到辅助前的血流动力学水平后再进行另一反搏装置的辅助,并记录数据。同时利用彩色超声成像诊断仪(SONOS 7500)记录反搏前后左颈动脉流量(left carotid artery blood flow LCAF)变化。动物处死后立即取心脏、肺脏、肝脏、肾脏等器官行大体标本观察,同时送病理检查。同时观察 PACD血囊及人工血管内有无血栓及栓塞形成。

1.4 急性左心衰模型的建立 采集血流动力学指标基础值后,结扎前降支和(或)回旋支分支建立急性心衰模型。结扎冠脉末端或分支时,由远端至近端小距离进行结扎,并密切观察血流动力学变化。期间预防性静脉滴注利多卡因,避免室颤发生。

1.5 统计学处理 生理记录仪及流量仪连续采集数据由 BIOPAC's AcqKnowledge 3.9分析并处理。数据用 SPSS 13.0统计软件分析,各变量用均数 ±标准差(±s)表示,组间比较采用配对t检验,P＜0.05有显著性差异。

2 结 果

2.1 心衰前后血流动力学变化 本组所有实验动物均成功建立急性左心衰模型。心衰状态稳定 15 min后采集血流动力学对照值。急性左心衰前后各血流动力学指标见表1。

2.2 IABP及 PACD辅助前后血流动力学变化IABP及 PACD对羊急性心衰均有辅助作用,见表2及图2、图3。IABP及 PACD辅助后均明显降低动脉收缩压(systolic aortic pressure,SAP)、左室舒张末压(left ventricular end-diastolic pressure,LVEDP),而明显增加辅助舒张压扩大峰值(peakaugmented diastolic pressure PADP)、心内膜活力比率(endocardiac viability ratio EVR)。

IABP及 PACD辅助后,SAP分别降低了 4.88%和 11.58%(P＜0.05);LEVDP分别降低了 12.71%和21.78%(P＜0.05);PADA分别增加了 11.10%和25.76%(P＜0.01);EVR分别增加了 23.51%和45.72%(P＜0.01)。

2.3 IABP及 PACD辅助前后 LCAF、CSF的变化IABP及 PACD辅助后 CSF较辅助前均增加,IABP辅助后与 PACD辅助后比较有统计学意义[6.05%,(99±17.64)ml到(110.87±14.41)Ml vs 12.1%,(99±17.64)Ml到 (117.25±11.78)Ml],(P=0.031);LCAF较辅助前均明显增加,IABP辅助后与 PACD辅助后比较有统计学意义[10.43%,(201±15.84)ml到(212.87±13.63)ml vs 20.03%,(201±15.84)ml到(222±17.67)ml,(P=0.037)。见图4。

表1 心衰前后血流动力学变化(n=8,±s)

表1 心衰前后血流动力学变化(n=8,±s)

注:CO:心输出量;PCWP:肺毛细血管楔压;MAP:平均动脉压;LVEDP:左室舒张末压

基础状态 3.31±0.20 6.75±1.48 92.12±5.98 4.25±1.48心衰状态 2.38±0.33 9.12±1.24 76.75±6.69 10.87±2.83 t值 7.23-6.33 5.966-9.746 P值 0.000 0.000 0.001 0.000

表2 PACD及 IABP辅助前后血流动力学变化(n=8,±s)

表2 PACD及 IABP辅助前后血流动力学变化(n=8,±s)

IABP 未辅助 95.87±13.76 10.37±2.97 72.37±9.7 0.98±0.18辅助 91.25±14.12 9.12±2.99 81.12±5.24 1.20±0.15变化率%-4.88-12.71 +11.10 +23.51 P值 0.001 0.000 0.003 0.003 PACD 未辅助 95.87±13.76 10.37±2.97 72.37±9.7 0.98±0.18辅助 84.12±9.24 8.25±3.01 89.12±6.28 1.40±0.10变化率%-11.58-21.78 +25.76 +45.72 P值 0.001 0.000 0.000 0.000 IABP Vs PACD P值 0.023 0.036 0.001 0.003

图2 IABP辅助前后的血压变化

图3 PACD辅助前后的血压变化

图4 IABP及 PACD辅助后 CSF、LCAF变化

3 讨 论

应用机械循环辅助的指征是:患者可逆的心功能衰竭、药物治疗无效或单纯药物治疗不足以维持心功能的患者。LVAD已应用于等待心脏移植的患者或作为慢性心衰患者的长期支持治疗,并取得了良好的疗效,但装置植入复杂,费用昂贵,并发症多,每年应用的数量有限。IABP装置已成为目前治疗各种轻、中度心功能衰竭的主要的短期循环辅助方式之一。

IABP装置是通过在主动脉瓣关闭时快速充气,心室开始收缩时快速放气来达到反搏治疗目的。球囊快速充气增加主动脉舒张压,改善外周器官的灌注以及冠脉血流[1-2]。IABP装置快速放气降低心室的射血压,同时后负荷及左室作功降低[3],收缩峰压值及左室舒张末压降低[3-4]。本实验中 IABP装置辅助后,SAP、LVEDP、PADA及 EVR均较辅助前改善,结果与上述文献报道相似。虽然 IABP装置在临床中得到了广泛的应用,但也存在以下缺点:①提供的血流动力学支持有限,当主动脉收缩压低于70 mm Hg时,IABP装置辅助效果差[5];②IABP装置导管通常经股动脉植入,限制患者活动;③长期应用血管并发症、感染和出血等风险大大增加[6-7]。

PACD位于主动脉旁,属于容量置换式反搏,反搏血囊容量可根据实际情况选择(40～100ml),而目前临床用 IABP装置球囊最大容量仅为 50 Ml(受主动脉内直径限制)。Nanas[8]等证明,反搏效果在一定范围内与反搏容量大小成正比,本实验应用的PACD容量为 55ml,大于 IABP球囊的容量 40m l,这可能是 PACD反搏效果明显好于 IABP装置原因之一。PACD在主动脉收缩压低于 70 mm Hg的时候仍然可以提供有效的反搏[9-10]。

Nanas等研究发现:PACD与 IABP比较,血囊在增加冠脉流量的同时可更有效的降低 SAP和心肌氧耗[11]。EVR主要间接反映心肌对氧的供需平衡[12],常应用于对心脏辅助装置的评估。其简化计算公式为 EVR=(平均舒张压力 ×舒张时间)/(平均收缩压力 ×收缩时间),EVR增加表明心肌氧供需比提高,心功能改善。本组实验中,与 IABP装置比较,PACD辅助后,PADA、EVR(氧供)明显增加,SAP、LVEDP(氧耗)显著降低,同时 LCAF及 CSF增加,证明 PACD对心脏辅助及改善脑血流效果均较IABP装置好。

IABP及 PACD在反搏治疗的方法和反搏时机上有重要区别。IABP在主动脉内置换血液,而PACD在主动脉外,心室收缩期将主动脉内血液吸入血囊,心室舒张期将血液打回主动脉内。在心室收缩开始时,IABP装置球囊必须快速放气避免造成主动脉的梗阻,而 PACD血囊在主动脉外,射血和充盈时间长于 IABP装置,心脏收缩时不会造成主动脉内梗阻,因此对反搏时机的要求没有 IABP装置严格。

与左心辅助装置相比,PACD的植入只需部分阻断主动脉,不需体外循环;该装置为弹性聚氨酯结构,在植入时可挤压、折叠;无外周血管并发症;植入后患者可做适当活动;已有研究证明 PACD辅助心衰患者 54天未发现血栓形成[8]。我们同时也可看出,与 IABP装置相比,PACD植入需要全麻开胸手术 、气动导管从胸腔引出、存在感染风险等缺点。但辅助效果优于 IABP装置,可能更适合于 IABP辅助无效的患者。

本实验证明了 PACD和 IABP装置对急性心衰均有辅助作用,PACD辅助效果优于 IABP装置,是一种更有效的反搏辅助装置。此外 PACD植入简单、价廉,辅助时患者可活动等优点可能使其成为心脏术后或 IABP装置依赖的心衰患者的长期机械辅助装置。PACD的慢性心衰实验正在进行中。

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