慢性心衰新西兰家兔某些生化指标和心功能的改变*

周本梅，郭兴明，郑伊能，李宏全

（重庆大学生物工程学院，重庆市医疗电子技术工程研究中心，重庆400044）

心力衰竭（heart failure，HF）是由于心脏结构或功能异常导致心室充盈或射血能力受损的一组复杂临床综合征，长期持续即可发展为慢性心衰，它是绝大多数心血管疾病的最终归宿［1，2］。可见对慢性心衰的诊断非常重要，而对慢性心衰患者心功能状态的评估能有效辅助临床诊断。目前评估心功能的方法很多，使用较为广泛的主要有心脏超声、生物学标志物以及实验室、胸部X线检查等［3］。但它们都存在不足之处，或价格昂贵，给患者带来较大的经济负担；或操作复杂，对操作者的技术要求高。因此探索操作更加简单、价格更加低廉的评估方法显得至关重要。

心脏储备（caidiac reserve，CR）是指心脏功能的上调能力，可用于心功能的评估：包括第一心音与第二心音的幅值比（the amplitude ratio of the first to second heart sound，S1／S2），可评估心脏的循环功能；心脏舒张期与收缩期的时限比（the ratio of diastolic to systolic duration，D／S）可评估心脏供血是否充足［4］；以及心率（heart rate，HR）。采用阿霉素（adriamycin，ADR）建立新西兰兔的慢性心衰模型，模仿人类心脏的病理生理变化过程。通过对模型组和对照组各项指标的检测和分析，观察模型组某些生化指标和心功能的改变。并且认为心脏储备指标可用于评估心功能的状态，为慢性心衰的临床诊断提供辅助手段。

1 材料与方法

1.1 实验动物

随机选取20只普通级新西兰兔，体重（2.22±0.14）kg，年龄为 3～6个月（重庆医科大学实验动物中心，许可证号：SCXK（渝）2012-0001）。分笼饲养，自由饮水。

1.2 试剂药品

盐酸阿霉素（规格：每支 50 mg，生产批号：No615A），由美仑生物科技有限公司生产；0.9%氯化钠注射液（规格：每瓶 50 ml，生产批号：B16012111），由湖南科伦制药有限公司生产；戊巴比妥钠（规格：每支5 g，生产批号：1063180500），由德国 Merck公司生产；肝素钠（规格：每支 1 g，效价：150 U／mg），由biosharp生物科技有限公司生产。

1.3 仪器设备

RM6240B型多道生理信号采集处理系统、计算机、YPJ01型压力换能器、XJ102型心音换能器、心电电极、三通开关、聚苯乙烯／PE导管，以及电子称、手术器械、一次性注射器、棉球、纱布、丝线等。

1.4 模型制备

适应性饲养1周之后，随机选取其中的5只作为对照组，15只作为模型组，两组新西兰兔的性别、年龄和体重均无显著性差异。使用0.9%氯化钠注射液，将阿霉素配置成浓度为1 mg／ml的溶液。模型组与对照组分别耳缘静脉注射阿霉素、生理盐水1 ml／kg，每周注射2次，连续注射8周。同时对新西兰兔的活动、精神状态、进食饮水、大小便、脱毛等情况进行详细记录。

1.5 心电和心音信号的检测

建模完成之后，使用多道生理信号采集处理系统记录所有实验动物的心电和心音信号。固定新西兰兔于实验台上，将针灸针分别插入实验动物两前足与右后足的皮下，然后分别与心电电极相连接。手持心音换能器固定于心脏搏动最明显处，待其平静下来，即可开始记录信号，记录时间为3 min，采样频率为4 000 Hz。选取两组的样本信号进行显示（图 1）。

Fig.1 Phonocardiogram（PCG）and electrocardiogram（ECG）of New Zealand rabbit samples in two groups

1.6 颈动脉压的检测

对所有新西兰兔进行右颈动脉插管，首先将多道生理信号采集系统的通道1、压力换能器、三通开关和PE导管依次进行连接，在导管中推入0.05%的肝素钠溶液，排出其中的空气。以1 ml／kg的剂量，经新西兰兔耳缘静脉缓慢推入3%戊巴比妥钠进行麻醉，用硫化钠溶液去除新西兰兔颈部的兔毛，并固定于实验台上。游离右颈总动脉，用丝线结扎远心端，动脉夹夹住近心端，完成穿刺并插管，缓慢松开动脉夹，开始测量动脉血压。每隔一段时间向导管内推入适量的肝素钠溶液，记录时间为3 min，采样频率为2 000 Hz。记录完成之后，用动脉夹夹住颈总动脉近心端，缓慢拔出导管，并在穿刺部位采集3 ml的动脉血用于心肌酶的检测。待所有检测完成之后，用丝线结扎动脉近心端，最后进行空气栓塞处死实验动物。分别在两组中选取一个样本进行显示（图 2）。

Fig.2 Carotid artery pressure of New Zealand rabbit samples in two groups

1.7 统计学分析

所有数据均使用 SPSS 19.0软件进行统计分析，计量资料以均值±标准差（±s）表示。组间比较采用独立样本 t检验。

2 结果

2.1 一般情况

在建模过程中，模型组有2只新西兰兔由于反复腹泻而死亡，对照组有1只由于麻醉过度致死，总体死亡率为15%。在建模后期，模型组新西兰兔逐渐出现腹泻、脱毛、食欲下降、活动量减少、大便稀薄等情况，而对照组较为正常。两组实验动物造模后体重均比造模前有所增加。其中模型组增加程度（7.31%）小于对照组（7.41%）（表 1）。

Tab.1 Comparison of weight between the two groups（kg，±s）

Tab.1 Comparison of weight between the two groups（kg，±s）

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2.2 心肌酶的改变

将采集的血液样本送至重庆大学校医院进行心肌酶的检验，经统计学分析可知，模型组的乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）、a-羟丁酸脱氢酶（ahydroxybutyrate dehydrogenase，a-HBDH）、肌酸激酶同工酶（creatine kinase isoenzyme，CK-MB）均明显增大，两组值之间存在显著差异（P＜0.05，表2）。

Tab.2 Comparison of myocardial enzymes between the two groups（U／L，±s）

Tab.2 Comparison of myocardial enzymes between the two groups（U／L，±s）

LDH：Lactate dehydrogenase；a-HBDH：a-hydroxybutyrate dehydrogenase；CK-MB：Creatine kinase isoenzyme*P＜0.05 vs control group

Group n LDH a-HBDH CK-MB Control 4 417±35.73 487.5±81.46 1902.25±913.31 Model 13 544.42±150.83*706.58±172.16*2935.42±807.01*

2.3 颈动脉压的改变

通过右颈动脉插管，得到颈动脉压，定位和计算可得舒张压（diastolic blood pressure，DBP）、收缩压（systolic blood pressure，SBP）、平均动脉压（mean arterial pressure，MAP）等指标。经统计学分析可知，模型组的各项指标均显著减小（P＜0.01，表3）。

Tab.3 Comparison of carotid arterial pressure between the two groups（mmHg，±s）

Tab.3 Comparison of carotid arterial pressure between the two groups（mmHg，±s）

DBP：Diastolic blood pressure；SBP：Systolic blood pressure；MAP：Mean arterial pressure**P＜0.01 vs control group

Group n DBP SBP MAP Control 4 78.71±8.39 80.88±8.12 79.38±8.33 Model 13 59.73±5.85**62.64±7.09** 60.70±6.26**

2.4 心电图指标的改变

在测得的心电信号中，定位、计算得到PR间期、QRS波群、QT间期等指标。经统计学分析可知，模型组的心电图指标均明显增大，两组值之间存在显著差异（P＜0.05，P＜0.01，表 4）。

Tab.4 Comparison of ECG indicators between the two groups（ms，±s）

Tab.4 Comparison of ECG indicators between the two groups（ms，±s）

*P＜0.05，**P＜0.01 vs control group

Group n PR QRS QT Control 5 7.55±1.32 20.14±3.34 30.42±5.32 Model 13 13.42±6.51* 29.41±7.72**41.79±10.34**

2.5 心脏储备指标的改变

通过对心音信号的定位、计算、分析，得到HR、D／S和S1／S2等心脏储备指标。与对照组比较，模型组的HR明显增大、D／S与S1／S2明显减小，两组值存在显著差异（P＜0.05，表 5）。

Tab.5 Comparison of cardiac reverse indexes between the two groups

3 讨论

Braunwald［5］等将心衰动物模型制作的标准规定为：出现失代偿心力衰竭，可模拟心肌肥大-心衰全过程，心衰出现时间可预测。评估心衰的标准为：实验动物出现乏力、疲倦、精神不振、气急、四肢水肿等症状，需要对呼吸、血压、心率、心重等体征进行观察，并结合心电图、心导管等客观手段进行评估。

阿霉素是一种常见的广谱抗肿瘤药物，具有心脏毒性，当作用于肌体时，会破坏其心肌纤维，导致细胞凋亡，从而引发扩张型心肌病，达到一定时间和剂量的累积即可导致心衰的产生。使用阿霉素制作慢性心衰动物模型具有简便易行、可重复性高等优势，能够有效模仿人类心脏的病理生理变化过程，因此使用较为广泛［6，7］。本文即使用阿霉素诱导新西兰兔慢性心衰模型，成功率达到86.67%。随着实验的推进，模型组的实验动物开始出现食欲下降、精神萎靡、脱毛等现象。两组实验动物的心肌酶、颈动脉压、心电图和心脏储备指标均存在显著差异，模型组新西兰兔的收缩功能和舒张功能下降，与文献所述相符合，因此认为慢性心衰动物模型制备成功。

由于新西兰兔在此阶段的生长发育较快，因此两组实验动物造模后体重均比造模前有所增加，而模型组的增加程度（7.31%）小于对照组（7.41%），其原因为阿霉素会降低实验动物的食欲，从而对体重产生一定的影响。心肌酶是检测心肌缺血损伤的生物化学指标，当出现心肌梗死或心肌损伤时，CKMB、LDH、a-HBDH等均会上升［8］。实验结果中模型组的心肌酶显著增加，可知该组的新西兰兔已出现严重的心肌损伤。颈总动脉是头颈部的主要动脉干，当慢性心衰处于失代偿期时，心肌收缩力下降，心输出量减少，动脉血压随之下降。QRS波群反映两心室的去极化过程，由于阿霉素药物具有心脏毒性，心脏发生器质性病变，心室传导延迟，从而使得QRS时限增宽。Kashani［9］等通过实验证明 14%～47%的慢性心衰患者存在QRS时限增大的情况，并将QRS时限的增大作为预测慢性心衰患者左室收缩功能下降的重要指标。PR间期代表房室传导时间，当发生房室传导阻滞时，PR间期延长。QT间期代表从心室开始去极化到完全复极化的时间［10］。由此可知模型组新西兰兔的心电图存在心律失常，心脏收缩功能下降。使用阿霉素诱导的慢性心衰，其基础疾病为扩张型心肌病，主要特征是心腔扩大，心肌收缩功能减退，失代偿期发展为全心衰竭，此时心脏收缩功能和舒张功能均显著下降。收缩能力减弱导致产生的 S1降低，S1／S2减小，因此心脏的循环功能减弱。心功能不全时心排血量减少，会通过对主动脉弓和颈动脉窦压力感受器的刺激等机制反射性引起心率加快。此时心动周期缩短，收缩期和舒张期随之缩短，但后者缩短程度更大，因此D／S比值减小，说明心脏供血不充足。

心脏储备指标的应用已逐渐增多，严小波［11］等即通过 D／S比值来评估青少年的心功能状况。Hsieh［12］等通过实验证实在左心室收缩功能不全的患者中，伴随有 S1／S2值的降低；吴晓军［13］等得出D／S比值与NYHA心功能分级存在相关性的结论。本文通过对动物模型各项指标的检测与分析，证明心脏储备指标可用于评估慢性心衰动物模型的心功能状态。并且心脏储备指标的检测具有操作简单、方便快捷、价格便宜、无创等优势，已逐渐受到重视，有望在常规体检、床旁监测和穿戴式等领域取得更大的突破。

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