起搏频率对主动脉跨瓣压力阶差影响的实验研究

姜海滨 黄新苗 白元 陈翔 宗书峰 刘宗军 赵仙先 秦永文

自从2002年Cribier等[1]成功进行了人经导管主动脉瓣膜置入术以后,经导管主动脉瓣置入手术(transcatheter aortic valve implantation,TAVI)在全球范围内迅速发展,到目前为止,TAVI手术已经在50多个国家、170多个心脏中心完成了万余例。今年国内也在几家医院相继开展此种手术,国内外的临床应用结果显示TAVI是治疗高危主动脉瓣狭窄患者有效方法[2-3]。

由于进口产品价格昂贵,国产化是解决低收入患者治疗问题的必然选择。我们从2006年起即开始对经导管瓣膜置入的手术器材和手术过程进行研究,取得了一定的成果[4-5]。但是,在经导管主动脉瓣膜置入的实验中,我们发现在心脏搏动的各期,主动脉瓣上和瓣下变化迅速的压力阶差对瓣膜支架的定位和释放影响极大,瓣膜支架很容易受血流的冲击,引起释放中的瓣膜支架移位,导致释放失败。为降低主动脉和左心室的压差,减少血流对瓣膜支架释放精度的影响,在人体经导管瓣膜支架的置入过程中进行右心室的快速起搏。对于动物实验中如何选择适当的起搏参数尚无参考资料,为此,我们观察了在不同起搏频率对实验羊跨主动脉瓣压力阶差的影响,以便为成功地进行瓣膜置入的实验研究提供起搏参数。

动物与方法

一、实验动物的选择

健康实验羊6只,体质量(43.08±3.61)kg,雌雄不限,由海军医学研究所提供。术前听诊检查未闻及心脏杂音,心电图、胸部X线摄片检查均未见异常。禁食10 h后行介入手术检查。氯胺酮(福建古田药业有限公司,10 mg/kg)肌肉注射麻醉诱导,丙泊酚(北京费森尤斯卡比医药有限公司,0.2 mg kg-1min-1)静脉滴注维持麻醉。

二、压力检测方法

1.置入临时起搏器电极:待实验羊麻醉完全后,双侧腹股沟备皮,常规消毒手术区域,铺无菌巾单。穿刺右侧股静脉,置入7 F血管鞘,经血管鞘送入5 F临时起搏电极,由右侧股静脉、下腔静脉、右心房,过三尖瓣至右心室心尖部,连接临时起搏器(MINIATURE,MODEL EV4543,PACE.MEDICAL.Inc),将输出电压调至2 V,频率为200次/min,进行起搏测试,证实起搏功能良好后关闭起搏器,体外固定起搏电极和临时起搏器。

2.经双侧股动脉穿刺置入血管鞘(6 F,日本泰尔茂公司),经双侧血管鞘分别送入猪尾导管(5 F,美国Cordis公司),两根猪尾导管分别置于主动脉瓣上和瓣下,连接压力转换接头自动测压(PH116,美国惠普公司),压力数据同时显示在显示屏上。首先测量基线状态下主动脉瓣上、瓣下的收缩期、舒张期和平均压力,然后从150次/min开始起搏,待压力稳定后测量并记录压力数值后关闭临时起搏器,待压力数据恢复未起搏基线状态后,以25次/min的增量递增频率起搏再次测量记录压力数值。如此反复起搏测压,最高频率设置为350次/min。

3.数据的统计处理:求取各种压力阶差值的均值,画出图表,根据散点图进行回归曲线分析。得出的回归方程R2>0.8,P<0.05认为方程拟合度佳,回归方程有意义。统计软件使用 SPSS 18.0。

结 果

1.早期有2只羊在起搏频率达到400次/min时,出现室颤,一只在除颤后恢复窦性心律,另一只经除颤等抢救无效死亡,之后将起搏频率上限设为350次/min,未再出现羊死亡,其余羊均存活。

2.未起搏时实验羊的平均心率(133.32±11.58)次/min,主动脉瓣上的收缩期、舒张期和平均压力分别为(123.50±5.65)mm Hg、(98.67±6.68)mm Hg、(109.00 ±3.03)mm Hg,主动脉瓣下的收缩期、舒张期和平均压力分别为(149±3.85)mm Hg、(-3.33 ±1.21)mm Hg、(60.00 ±6.16)mm Hg,主动脉跨瓣压差在收缩期、舒张期和平均压力差分别为(-25.00 ±3.90)mm Hg、(102.00 ±7.48)mm Hg、(48.17±5.19)mm Hg。起搏到350次/min时,主动脉瓣上的收缩期、舒张期和平均压力分别为(88.00 ±5.37)mm Hg、(86.00 ±5.25)mm Hg、(86.83.00±4.96)mm Hg,主动脉瓣下的收缩期、舒张期和平均压力分别为(86.83±4.96)mm Hg、(49.50 ±3.62)mm Hg、(60.83 ±3.82)mm Hg,主动脉跨瓣压差在收缩期、舒张期和平均压力差分别为(13.83 ±3.31)mm Hg、(36.50 ±2.67)mm Hg、(26.17 ±1.94)mm Hg(表 1)。

主动脉瓣上平均压在起搏频率低于250次/min时随着起搏频率的加快稍有上升,当起搏频率高于250次/min时,随着频率的加快而迅速下降(图1)。升主动脉和左心室收缩期的压力差在未起搏时为(-25.00±3.90)mm Hg,随着起搏频率的加快,压力差逐渐上升,当起搏频率达到250次/min时达到(11.17±10.85)mm Hg,上升曲线变为平台期。此后,起搏频率上升,压力差无明显变化(图2)。升主动脉和左心室舒张期的压力差在未起搏时为(102.00±7.48)mm Hg,随着起搏频率上升而逐渐下降,当起搏频率达到250次/min时达到(47.00±3.03)mm Hg,下降曲线向平台转化,此后,起搏频率上升,压力差的下降也不明显(图3)。升主动脉和左心室平均压力差在未起搏时为(48.17±5.19)mm Hg,随着起搏频率上升而逐渐下降,当起搏频率达到250次/min时稍升高为(35.50±7.2)mm Hg,此后随着频率上升曲线再次下降,但下降速率明显减小(图4)。

表1 心脏搏动周期主动脉瓣压力、瓣下压力和跨瓣压差随起搏频率变化值(mmHg,–x±s)

表2 心脏搏动周期主动脉瓣压力、瓣下压力和跨瓣压差随起搏频率变化回归分析

图1 主动脉瓣上平均压随起搏频率的变化

图2 收缩期主动脉跨瓣压力阶差随起搏频率的变化

讨 论

我们在进行TAVI实验中,常常因主动脉根部区域的压力变化引起瓣膜支架在释放过程定位不准确,或者出现释放瞬间的移位现象,极易导致实验动物死亡。在国外的 TAVI手术中,也有类似的报道[5-6]。

右心室临时起搏降低动脉压力的方法最早应用于经导管主动脉球囊扩张手术的方法[7],之后在TAVI手术中得到应用[6,8],以期在TAVI手术期间,能降低主动脉及左心室的压力,减少血流冲击对瓣膜释放精度的影响。起搏频率过低无法起到降低压力的效果,起搏频率过高则极易诱发室颤,导致实验动物死亡。因此,确定一个适合的起搏频率,既能降低心脏和主动脉压力,又不至于引起实验动物的心室颤动和明显影响重要器官的供血。

本实验中结果显示在主动脉瓣上收缩期的压力曲线总体上随着频率的加快而逐渐降低,由未起搏到起搏频率350次/min,收缩压由(123.50±5.65)mmHg降至 (88.00 ±5.37)mm Hg,降幅为28.74%。舒张期压力变化曲线大体呈抛物线状,起搏频率在150次/min到250次/min之间逐渐上升,上升到最高点(103.83±2.93)mm Hg(对应起搏频率为250次/min),此后逐渐下降,超过300次/min后快速下降。压力最低点为(86.00±5.25)mm Hg(对应起搏频率为350次/min)。分析原因主要是主动脉瓣上收缩期压力主要是由心脏输出量决定,随着起搏频率的升高,心脏充盈不足,导致主动脉瓣上收缩期压力逐渐下降。舒张期的压力主要由大动脉弹性和阻力血管决定,在心脏输出量减少的早期,大动脉弹性回缩力和阻力血管的调节作用尚能对压力作部分代偿,然而,随着起搏频率的进一步升高,心脏搏出量进一步减少到代偿难以为继的时候,舒张期压力即出现大幅下降。

主动脉瓣下在收缩期的压力曲线也是随着频率的加快而逐渐降低,起搏频率由150次/min上升到350次/min,压力对应由(149.00±3.85)mm Hg降至(74.33±3.14)mm Hg,降幅达到为50.11%。舒张期压力变化曲线随着频率的加快而逐渐升高,起搏频率在150次/min时为(-3.33±1.21)mm Hg,到起搏频率为250次/min时基本处于平台期,压力稳定在(53～57)mm Hg左右,到起搏频率为350次/min开始下降。舒张期主动脉瓣下的压力随起搏频率加快而逐渐升高,主要是因为正常情况下,左室排空完全,残余血量较少,且舒张期心肌舒张完全,形成左心室腔内负压,利于左心室的快速充盈。随着起搏频率的升高,左室收缩周期和舒张周期均明显缩短,心脏排空不完全,心肌在舒张期舒张不充分,造成血流淤积在左心室内,导致心室压力明显升高。

主动脉瓣上平均压随起搏频率的上升而下降,当起搏频率上升到 300次/min时,压力下降为(100.33±1.86)mm Hg。收缩期主动脉瓣跨瓣压力阶差在初始状态下为(-25.00±3.90)mm Hg,此后,随着起搏频率的较快上升,在起搏频率为250次/min左右以后基本稳定在(11.17～13.83)mm Hg左右。舒张期主动脉跨瓣压差在未起搏时可达到(102.00±7.48)mm Hg,此时极易将瓣膜支架吸入左心室内。随着起搏频率的上升,压力阶差逐渐减小,到起搏频率为(225～325)次/min左右以后基本可以稳定在(40～50)mm Hg之间。瓣上和瓣下的平均压差随起搏频率变化曲线总体随频率上升而下降。

适当的起搏频率是在保证安全的情况下,跨瓣压力阶差达到最低水平。压力阶差越小,对于TAVI手术的干扰就越小。然而,过高的起搏频率虽然可以明显降低压力阶差,导致心脏出现室速、室颤等恶性心律失常的可能性却大大增加。因此,应在尽可能低的起搏频率下达到较好的降低压力阶差的效果。综上所述,在进行TAVI实验时,比较合适的起搏频率在250～300次/min之间,在这个频率范围内,主动脉瓣上和瓣下的压差无论在收缩期还是舒张期,下降都比较明显,而且不易引起实验动物室速、室颤等恶性心律失常。

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