静脉到静脉人工胎盘转流期间胎羊心功能的变化

李明亮，江 文，周成斌，许 刚，章晓华，陈寄梅，庄 建

·基础研究·

静脉到静脉人工胎盘转流期间胎羊心功能的变化

李明亮，江 文，周成斌，许 刚，章晓华，陈寄梅，庄 建

目的运用超声技术探讨静脉到静脉人工胎盘对胎羊心功能的影响。方法孕100～140 d的山羊5只，切开子宫，建立静脉到静脉的人工胎盘转流方式。血液从右颈内静脉引出，经过人工胎盘后从脐静脉回输到胎羊体内。胎羊脱离母体后放置在40℃生理盐水中。人工胎盘装置包括离心泵、新生儿膜式氧合器、小儿超滤器等。分别于转流前、转流3 h、6 h和9 h对胎羊心功能进行超声评估，计算左、右心室的心排出量和Tei指数。采血监测血气、血浆肌钙蛋白的变化。结果胎羊体重0.9～2.0（1.66±0.47）kg，胎龄100～140（128±16）d，转流时间11～14.5（13.1±1.47）h。转流期间，灌注流量恒定，胎羊血压、心率没有显著变化。左心室的心排量和Tei指数变化没有统计学意义；右心室心排量明显下降（P＜0.01）；Tei指数显著上升（P＜0.05）。转流过程中血浆肌钙蛋白含量明显升高（P＜0.01）。胎羊均死于心脏停搏。结论颈内静脉到脐静脉的人工胎盘技术可行，但是人工胎盘转流影响胎羊右心功能。

人工胎盘；胎羊；心功能；心输出量；Tei指数

新生儿医学技术的发展使得早产儿的存活率明显提高，但是严重早产儿因肺发育的极不成熟而难以存活。基于体外膜肺氧合技术的人工胎盘技术可以发挥有效的肺支持作用，在国外已有50年的研究历史，然而人工胎盘的动物实验显示胎儿最终死于循环衰竭或心脏停跳，影响该技术在临床上的广泛开展［1－2］。既往人工胎盘的建立是通过脐动静脉插管连接人工胎盘装置，形成脐动脉到脐静脉的短路，可能影响胎儿的循环功能。颈内静脉到脐静脉的人工胎盘转流方式对胎儿动脉系统的直接干扰作用小［3－4］，但是血液在大静脉和心房内转流，是否对胎儿心功能产生影响尚不明确。本研究运用超声监测等技术开展人工胎盘对胎羊心功能影响的实验研究，为人工胎盘的临床应用奠定实验基础。

1 材料和方法

1.1 实验动物 5只孕山羊（孕100～140 d，广州白云区龙归兴科养殖场提供），重量为18～23 （20.6±2.3）kg，各孕有1只胎羊。

1.2 实验方法 母羊禁食24 h。氯胺酮30～40 mg／kg肌肉注射麻醉，气管插管，接呼吸机。勃脉力A（复方电解质注射液）输液，芬太尼10～20 μg／kg、丙泊酚15～20 mg／kg维持麻醉。孕羊下腹部正中切口进腹，暴露子宫，胎羊麻醉采用芬太尼10 μg、氯胺酮10 mg肌肉注射。胎动消失后切开子宫壁3～4 cm，暴露胎羊颈部。胎羊右侧颈内动脉切开穿刺置管，肝素化后用于动态监测血压、心率和采血标本。

经胎羊右颈内静脉置入单腔8 F中心静脉管，超声定位到达右心房水平；再将单腔8 F中心静脉管插入1条脐静脉，深度为突破脐环1 cm；连接人工胎盘装置，断脐脱离母体，血液从右颈内静脉引出，经过人工胎盘装置，从脐静脉回输到体内。人工胎盘装置主要包括离心泵（Maquet公司）、新生儿膜式氧合器（Maquet公司）、国产小儿超滤器（东莞科威产）、3／16管道等。人工胎盘转流建立后，将胎羊平稳转移入装有复方电解质注射液的恒温40℃水浴箱中，浸没胎羊头部，见图1。预充液包括成年供血羊羊血300 ml，复方电解质注射液200 ml、甲泼尼龙60 mg，肝素30 mg，碳酸氢钠10 ml，西力欣0.2 g。转流前超滤出预充液体400 ml。

图1 人工胎盘

分别于转流前、转流3 h、6 h、9 h监测胎羊的心率、血压和动脉血气，同时监测活化凝血时间（acti⁃vated clotting time，ACT）值，保持200 s以上。采血检测血浆肌钙蛋白I（cardiac troponin I，cTnI）含量。超声评估胎羊心功能的变化。

1.3 超声方法 采用GE超声机和新生儿超声探头（GE LOGIQ Book XP），采集胎羊二尖瓣口、三尖瓣口、主动脉瓣口、肺动脉瓣口以及脐动脉的多普勒超声图。分别测量二尖瓣口、三尖瓣口关闭到开放的时间（A）、主动脉瓣口、肺动脉瓣口射血时间（B）以及心率（heart rate，HR）。计算胎羊心室Tei指数＝（等容收缩时间＋等容舒张时间）／射血时间＝（A－B）／B。测量主动脉瓣口、肺动脉瓣口的直径（D）和流速的速度时间积分（velocity time integral，VTI），计算心室心输出量（cardiac output，CO）＝π（D／2）2×VTI×HR。

1.4 统计学方法 以均数±标准差（x¯±SD）进行描述，SPSS 13.0软件进行统计分析。各时间点的比较采用重复方差分析，LSD法组内两两比较，P＜0.05有统计学意义。

2 结 果

2.1 一般情况 胎羊胎龄100～140（128.0±16.05）d，体重0.9～2.0（1.66±0.47）kg。人工胎盘流量0.15～0.20 L／min，气体流量0.20 L／min，氧浓度21%。总体转流时间11.5～14.5（12.70±1.15）h，最终因心脏骤停，终止观察。尸体解剖显示胎儿皮下水肿、胸腔积液、心包积液、腹水、肝淤血等，无明显出血。

2.2 血气值的变化 在人工胎盘的作用下，胎羊氧分压（PO2）水平较转流前升高，但没有统计学意义，氧饱和度（SO2）和二氧化碳分压（PCO2）的变化没有统计学意义。然而pH值和Lac值变化显著（pH值下降，P＜0.05；Lac值明显上升，P＜0.01），胎羊表现出明显的代谢性酸中毒。K＋也明显升高（P＜0.05）。见表1。

2.3 胎羊血流动力学指标 人工胎盘转流期间，灌注流量恒定，胎羊血压、HR的变化没有统计学差异。见表2。

2.4 胎羊心脏超声结果 人工胎盘转流期间，左心的CO没有显著变化，右心的CO在转流早期上升，随后下降，于转流9 h时明显降低（P＜0.01）。左心的收缩和舒张功能有下降趋势，但没有统计学差异。右心功能下降明显，在转流9 h后有显著性差异（P＜0.05），见表3。

2.5 胎羊血浆cTnI的变化 人工胎盘转流期间，cTnI含量于转流后升高（P＜0.01）。见图2。

表1 胎羊血气值的变化（n＝5，±s）

表1 胎羊血气值的变化（n＝5，±s）

注：与转流前比较∗P＜0.05；∗∗P＜0.01；与转流3 h比较＃P＜0.05。

项目 转流前 转流3 h 转流6 h 转流9 h pH 7.37±0.09 7.25±0.31 7.18±0.29 6.99±0.20∗PCO2（mm Hg） 36.60±13.05 53.20±36.24 34.20±11.54 54.80±35.93 PO2（mm Hg） 33.0±16.31 73.0±56.03 64.60±24.13 64.20±31.72 SO2（%） 53.40±25.28 66.40±31.64 72.0±22.23 46.0±29.44 K＋（mmol／L） 3.40±0.74 3.60±0.90 3.96±1.34 5.02±1.29∗＃Lac（mmol／L） 5.26±1.57 12.58±3.95∗∗14.04±2.74∗∗15.00±0.00∗∗Hct（L／L） 0.374±0.07 0.306±0.09 0.260±0.10 0.294±0.11

表2 胎羊血流动力学的变化（n＝5，±s）

表2 胎羊血流动力学的变化（n＝5，±s）

项目 转流前 转流3 h 转流6 h 转流9 h平均动脉压（mm Hg） 55.4±19.0 60.6±16.2 46.6±10.0 43.2±15.5心率（bpm） 178.6±20.2 179.60±6.88 178.20±15.67 164.20±54.49流量［ml／（kg·min）］ — 108.40±29.21 117.20±25.24 112.00±20.78

表3 超声评估胎羊心功能的变化（n＝5，±s）

表3 超声评估胎羊心功能的变化（n＝5，±s）

注：与转流前比较∗P＜0.05，∗∗P＜0.01；与转流3 h比较＃P＜0.05，＃＃P＜0.01；与转流6 h比较，△P＜0.05。

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图2 胎羊血浆肌钙蛋白cTnI随时间的变化

3 讨 论

胎盘具有气体、营养交换和内分泌代谢功能。现有人工胎盘主要发挥气体交换功能，并提供部分能量物质。既往采用胎羊脐动静脉途径连接人工胎盘。然而脐动脉相对细小，从髂动脉分出后走行较长。脐动脉插管后，不论是动力辅助还是通过胎儿动脉压驱动血液流入人工胎盘装置，其流量受管腔大小的影响明显。并且文献报道人工胎盘转流后胎儿主要死于循环衰竭或心脏停跳，可能与动脉到静脉的分流有关［1－2］。为避免经脐动脉插管的风险，近期国外学者采用经颈内静脉插管，将上腔静脉含氧低的静脉血引出体外，经过氧合，从脐静脉回流到体内，经肝静脉到达下腔静脉，一部分通过卵圆孔到达左房，仍然保留胎儿循环方式，支持时间可以超过70 h［4］。

本研究采用这一新的人工胎盘转流方式，结果显示右心系统CO明显减少。在不考虑心功能变化的前提下，由于胎盘血流主要由右心供应，脱离自身胎盘循环后右心系统的CO下降应该是符合这一循环方式的变化。然而胎羊左、右心的Tei指数变化趋势却反映出胎羊左、右心脏的收缩和舒张功能的下降趋势。Tei指数是心室等容时间（包括等容舒张时间和等容收缩时间）与射血时间的比值。国内外研究显示Tei指数在胎儿心功能检测方面不受心室几何形态、心率和胎龄的影响，具有良好的可靠性和重复性［5－6］。心室收缩功能减弱，等容收缩时间延长，射血时间缩短；舒张功能减弱，等容舒张时间延长。因此，当心脏收缩和舒张功能低下时Tei指数显著增高。在本研究中左心系统Tei指数呈升高趋势，没有统计学差异，但是右心系统Tei指数上升极为显著，表明静脉到静脉人工胎盘转流下右心功能受损较左心功能更为明显。

胎羊左、右心室Tei指数增高的同时伴有血cTnI含量上升和血气pH值的下降。尽管人工胎盘支持期间的氧合水平稍高于胎羊生理水平，转流9 h时流量仍可达（112.0±20.78）ml／（kg·min），但仍然存在高乳酸值和低pH值，胎羊cTnI含量缓慢升高，与血气值的变化同步，推测在充分氧合、流量足够的情况下，胎羊心功能的变化与人工胎盘后期的内环境恶化有关。胎羊宫内操作和人工胎盘的转流对胎羊的刺激非常大，既往胎羊体外循环的研究中采用大剂量麻醉药物可以减轻胎羊的应激反应［7］，本研究中未使用大剂量胎羊麻醉药物，有可能增加人工胎盘转流下胎羊的应激反应，使人工胎盘的供氧不能满足应激状态的需求，产生持续的高乳酸和低pH。胎羊体外循环的研究显示转流中胎羊大量炎性介质释放，影响胎羊心功能［8－9］。由于人工胎盘装置同样是非生理性材料组成，可能产生类似于胎羊体外循环的炎症反应，因此，人工胎盘转流期间的炎性介质也可能是影响心功能的重要因素。

静脉到静脉的人工胎盘转流中，脐静脉回流的血液通过卵圆孔到达左心系统，本研究中左心系统的CO没有明显变化，表明脐静脉回流的氧合血在心内的分配是合理的。进入右房的血液有一部分又从上腔静脉引出体外，这有可能使右室容量不足。然而早期右心舒张功能良好，能有效的将右房血液纳入右室，保证右室高CO。随着转流时间的延长，整体心功能下降，右室不能有效的将右房血液纳入右室，右心系统CO明显减少。与此同时，右房内由下腔到上腔的重复循环增加，重复循环产生的文丘里效应以及整体心功能的下降使三尖瓣反流明显，从而使右室功能的恶化程度明显超过左室。

本研究成功建立颈内静脉到脐静脉的人工胎盘模型，平均转流时间超过12 h，表明该转流方式的人工胎盘技术可行。在保持胎儿循环方式的人工胎盘转流中，胎羊右心功能受影响特别突出。这与以往经脐动静脉插管的人工胎盘不同，后者同时明显影响左、右心室功能。因此，本研究中的人工胎盘装置还需微小化，操作微创化，减少对胎羊的刺激；调整静脉插管部位的深浅，减少下腔到上腔的重复循环，

从而降低静脉到静脉的人工胎盘对右心功能的影响。尽管人工胎盘转流时间不长，离临床需求有一定的距离，但是支持的体重可以小到900 g，这对胎儿生命支持的研究有积极地促进作用。

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Fetal myocardial function during the veno－venous artificial placenta support in fetal goats

Li Ming－liang，Jiang Wen，Zhou Cheng－bin，Xu Gang，Zhang Xiao－hua，Chen Ji－mei，Zhuan Jian
Southern Medical University，Guangdong Provincial Cardiovascular Institute，Guangdong General Hospital，Guangdong Academy of Medical Sciences，Guangzhou 510080，China

Zhou Chengbin，E－mail：zcbwwww＠163.com

ObjectiveTo explore fetal myocardial function during the veno－venous artificial placenta support in fetal goats by fetal echocardiography.MethodsFive pregnant goats with 100 to 140 days gestation underwent cesarean deliver.Veno－venous artifi⁃cial placentas were established to support fetal goats.The fetal blood drained from right jugular vein was pumped to an umbilical vein via artificial placenta.Fetuses were incubated in the warm saline at 40℃.The artificial placenta circuit consisted of a centrifugal pump，a neonatal membrane oxygenator，an ultrafilter，et al.Fetal echocardiography was performed to access fetal cardiac output and Tei index of two ventricles before artificial placenta and every 3 hours during support.Fetal blood gases，cTnI were assayed during support.Re⁃sults The mean weight of fetal goats was 1.66±0.47 kg.Duration of artificial placenta support was 13.1±1.47 h.Fetal cardiac output and Tei index of left ventricle had no significant changes during support.Fetal cardiac output of right ventricle decreased significantly （P＜0.01）and Tei index of right ventricular increased remarkably（P＜0.05）.The level of cTnI increased significantly during artifi⁃cial placenta support（P＜0.01）.All fetal goats died of cardiac arrest.ConclusionThe veno－venous artificial placenta might be a practicable experimental model for supporting the premature fetuses.However，it was associated with severe myocardial dysfunction in the right ventricle.

Artificial placenta；Fetal goats；Mocardial function；Cardiac output；Tei index

2013⁃09⁃30）

2013⁃11⁃11）

10.13498／j.cnki.chin.j.ecc.2014.01.16

“十二五”国家科技支撑计划课题（2011BAI11B22）；广东省自然科学基金（S2011040005916）

510515广州，南方医科大学（李明亮、江 文）；510080广州，广东省心血管病研究所广东省人民医院广东省医学科学院心外科［李明亮（在读硕士）、周成斌、许 刚、章晓华、陈寄梅、庄 建］

周成斌，Email：zcbwwww＠163.com