丙泊酚对离体大鼠呼吸性酸中毒心脏功能的影响

徐彦秋，李力兵

丙泊酚是临床麻醉过程中常见的静脉麻醉药物，随着微创技术的发展，越来越多的手术采用腹腔镜二氧化碳气腹下手术，长时间的二氧化碳气腹容易出现皮下及组织间隙气肿，高碳酸血症［1-2］，呼吸性酸中毒，进而引起体内出现酸碱失衡，电解质紊乱，呼吸中枢麻痹，严重会出现心跳呼吸骤停。本实验就是模拟心脏在经历呼吸性酸中毒后，观察丙泊酚对其心脏功能的影响。

1 材料与方法

1.1 材料 成年雄性 Sprague-Dowley（SD）大鼠（清洁级），质量250～350 g，购自军事医学科学院实验动物养殖中心，动物合格证号：SCXK-（军）2007-004，所有大鼠均按照国家部属制定的实验动物条件环境进行饲养。

1.2 主要试剂和仪器 丙泊酚（5 g／支，百灵威科有限公司，批号：L610J106）、乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）试剂盒（南京建成生物工程研究所）、肌酸激酶（creatine kinase，CK）试剂盒（南京建成生物工程研究所），改良Langendorff灌注装置（解放总医院心脏外科实验室提供）、电热恒温水浴锅（XMTD-6000，北京市长风仪器仪表公司）、pH计（PB10，德国）、小动物呼吸机（BW1103，南京兆坤仪器有限公司）、蠕动泵（ZT600，重庆杰恒有限公司）。

1.2.1 K-H 缓冲液（Krebs-Henseleit buffer sulution，K-H 液）成分和浓度 NaCl 118 mmol／L、Na2乙二胺四乙酸（EDTA） 0.5 mmol／L、NaHCO325 mmol／L、CaCl2·6H2O 3.0 mmol／L、KCl 4.7 mmol／L、KH2PO41.2 mmol／L、MgSO4·7H2O 1.2 mmol／L、葡萄糖（Glucose）11.1 mmol／L，pH 7.4。

1.2.2 常规 K-H 液［pH（7.40±0.05）］的制备 KH液用95%O2和5%CO2的混合气体饱和2 h。充气结束后，用pH计将K-H液的pH值调定到7.4。实验过程中的K-H液也持续充入上述混合气体以保证灌注液的动脉氧分压（PaO2）（360±24.2）mm Hg和二氧化碳分压（PaCO2）（38.2±4.2）mm Hg 恒定。

1.2.3 高碳酸 K-H 液［pH（6.85±0.03）］的制备 K-H液用75%O2和25%CO2的混合气体饱和2 h，使PaCO2（130.2±3.2）mm Hg，PaO2（330±25.2）mm Hg，在心脏酸化过程中K-H液也持续充入上述混合气体以保证灌注液的PaO2和PaCO2恒定。

1.3 离体心脏灌注模型的制备 大鼠以戊巴比妥钠35 mg／kg+肝素钠300 IU／kg全麻后行气管切开，连接小动物呼吸机行机械通气。呼吸机设定为：潮气量 8～10 ml，呼吸频率 48～50次／min，呼吸比 2 ∶1。沿剑突下进入腹腔，打开纵膈，剪断肋骨，暴露纵膈内组织，清楚分离出主动脉弓及分支血管，在靠近分支血管处剪断心脏血管，立即将离体心脏放置在0～4℃的K-H缓冲液中。在0～4℃的K-H缓冲液中快速辨识主动脉并分离出多余组织，轻轻按压心腔排尽心脏内的残血，左右手持器械沿主动脉管壁，将离体心脏悬挂于Langendorff装置上。打开灌流泵，经主动脉根部逆行灌注35～37℃的K-H缓冲液，灌流速度维持在（14±2）ml／min，离体大鼠心脏小环境温度维持在35～38℃。从心脏离段到心脏恢复灌注尽量在70 s内完成，以减少心肌缺血时间。心脏在恢复跳动3 min后剪开左心耳，将带乳胶球囊的侧压小管插入左心室，调整左室舒张末期压力维持在8～12 mm Hg，将红、白、黑三根金属电极分别插在心尖、主动脉和右心耳上，连接BIOPAC MP150生理记录仪，采集左心室内压力、灌注环路内压力和描记心电活动。

1.4 实验分组 将24只大鼠采用随机数字法分为3 组：实验对照组（RC 组）、25 μmol／L 丙泊酚组（RL组）和 50 μmol／L 丙泊酚组（RH 组），每组 8 只。 RC组先用常规K-H液灌注40 min后，用高碳酸K-H液酸化20 min，造成心脏整体的呼吸性酸中毒，再用常规K-H液恢复灌注30 min；RL组先用常规K-H液灌注25 min，将25 μmol／L丙泊酚加入相应的K-H液中，之后的灌注、酸化、pH恢复灌注与RC组相同；RH组灌注过程与RL组相同，差别是将丙泊酚的浓度调整为 50 μmol／L。

1.5 观察指标

1.5.1 血流动力学指标 选定酸化前为基础值，pH恢复灌注后 1 min、5 min、10 min、20 min 和 30 min时，分别记录心率（heart Rate，HR）、左室压力上升最大速率（+dP／dtmax）、左室压力下降最大速率（-dp／dtmax）和左室发展压（left ventricular developed pressure，LVDP）。并计算这四项监测指标的恢复率：心功能指标的恢复率＝pH恢复灌注后各时间点监测指标值／对应的基础值×100%。

1.5.2 心电图 分析心电图，并计算pH恢复灌注期间发生心率失常时间总和。心律失常时间总和＝pH恢复灌注30 min内发生心律失常时间总和。

1.5.3 环路内压力 分别记录酸化前环路内压力值（A），酸化后环路内压力最高值（B）和环路内压力最低值（C），以及pH恢复灌注30 min时环路内压力值（D）。并计算酸化后三个环路内压力值与酸化前环路内压力值的百分比，计算方法为：环路内压力比值＝酸化后环路内压力值／A×100%。

1.5.4 心肌含水量（myocardial water content，MWC）pH恢复灌注结束后，留取左心室部分心肌组织，用滤纸擦干表面水分，称湿重后将心肌组织放入80℃烘箱，烘烤24 h，将心肌组织烘烤至恒重，称干重，计算MWC：MWC＝（心肌湿重-心肌干重）／心肌湿重×100%。

1.5.5 心肌酶CK和LDH含量的测定 分别于酸化前、pH恢复30 min时收集冠脉流出液2 ml，用以测定CK和LDH的含量，具体操作按试剂盒进行。

1.6 统计学处理 采用SPSS 17.0统计学软件处理数据，所测各项指标均以均数±标准差（±s）表示，组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用SNK-q检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 心功能变化 在pH值恢复灌注1 min时，RL组和RH组心功能指标恢复率略低于RC组，差别无统计学意义。但在pH值恢复灌注5 min时，RL组和RH组心功能指标恢复率逐渐超过RC组，差别也无统计学意义。随着时间的发展，心功能指标逐渐恢复，到pH恢复灌注20 min时，RL组和RH组心功能指标的恢复率逐渐超过RC组，差别有统计学意义（P＜0.05）。在pH值恢复灌注的30 min内，RL组和RH组心功能指标无统计学差别，RH组心功能指标恢复率在pH恢复灌注的初期略低于RL组，随着时间的发展，RH组心功能指标恢复率逐渐接近并略超越RL组，见表1。

表1 pH恢复后不同时间丙泊酚对呼吸性酸中毒心功能恢复率的影响（n＝8，±s）

表1 pH恢复后不同时间丙泊酚对呼吸性酸中毒心功能恢复率的影响（n＝8，±s）

注：与 RC 组比较，∗P ＜0.05。

时间 项目 RC组 RL组 RH组 F值 P值1 min HR 68.0±15.4 69.1±10.1 65.9±11.2 0.137 0.873 LVDP 76.1±13.1 75.1±11.8 73.1±14.4 0.108 0.898+dP ／dtmax 69.8±15.6 60.6±13.2 58.7±9.4 1.672 0.212-dP ／dtmax 65.7±13.4 54.4±11.3 52.9±8.0 3.165 0.629 5 min HR 75.6±16.8 74.5±15.7 82.6±19.3 0.514 0.605 LVDP 80.7±15.3 78.3±6.2 85.6±15.6 0.644 0.535+dP ／dtmax 73.7±14.6 74.0±5.0 78.4±13.7 0.390 0.682-dP ／dtmax 71.7±11.7 70.7±4.5 74.9±11.4 0.402 0.674 10 min HR 77.7±17.3 85.6±16.8 88.7±11.1 1.096 0.353 LVDP 81.2±19.0 90.8±9.4 94.4±17.3 1.493 0.248+dP ／dtmax 72.1±18.0 88.1±13.4∗ 90.2±11.4 3.713 0.042-dP／dtmax 70.0±13.4 84.6±14.5∗ 87.5±8.3∗ 4.603 0.022 20 min HR 79.6±12.1 92.2±14.2 95.4±9.6∗ 3.804 0.039 LVDP 82.4±12.0 93.7±5.1∗ 96.8±8.8∗ 5.571 0.012+dP／dtmax 75.8±11.1 90.4±6.3∗ 93.4±11.8∗ 7.042 0.005-dP／dtmax 72.4±12.2 86.6±6.0∗ 87.6±14∗ 4.555 0.023 30 min HR 85.0±13.4 92.1±11.4 98.0±17.2 1.680 0.211 LVDP 85.7±12.4 92.2±14.8 99.9±10.8 2.478 0.108+dP ／dtmax 81.7±15.5 91.3±8.9 97.1±10.2 3.428 0.052-dP ／dtmax 77.7±13.1 85.9±12.8 94.7±12.7∗ 3.492 0.049

2.2 心律失常的变化 RC组、RL组和RH组的心律失常时间分别是（112.1±26.3） s、（68.3±13.7）s、（63.5±13.2）s，RL 组和 RH 组心律失常的时间低于RC 组（F＝16.338，P＜0.01）。

2.3 环路内压力的变化 RL组和RH组环路内压比值（除 RL组 D／A）均低于 RC 组（P＜0.05）。 RL组与RH组环路内压比较，RH组环路内压比值均低于 RL 组（P＜0.05），见表 2。

表2 丙泊酚对环路内压力的影响（n＝8，±s）

表2 丙泊酚对环路内压力的影响（n＝8，±s）

注：与 RC 组比较，∗P ＜0.05；与 RL 组比较，#P ＜0.05。

组别 B ／A C ／A D ／A RC 组 377.1±53.4 169.8±20.9 267.0±31.7 RL 组 276.8±41.1∗ 134.1±14.4∗ 227.1±35.0 RH 组 209.3±24.9∗# 113.1±7.8∗# 158.7±15.0∗#F 值 33.152 27.973 29.328 P 值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

2.4 MWC 的变化 MWC RH 组（71.2±6.8）%低于RC 组（82.2±8.0）%和 RL 组（81.2±9.0）%（F＝4.643，P＜0.05）。

2.5 心肌酶的变化 三组酸化前CK和LDH的含量无统计学意思（P＞0.05）。pH恢复灌注30 min时，RL组和RH组的CK、LDH含量均低于RC组（P＜0.05）。 见表 3。

表3 丙泊酚对呼吸性酸中毒心脏漏出液心肌酶的影响（n＝8，±s）

表3 丙泊酚对呼吸性酸中毒心脏漏出液心肌酶的影响（n＝8，±s）

注：与 RC 组比较，∗P ＜0.05。

CK（U／L）LDH（U／L）组别酸化前 pH恢复30 min 酸化前 pH恢复30 min RC 组 9.3±2.2 21.3±3.9 34.2±7.3 132.5±17.9 RL 组 7.4±2.1 15.1±3.2∗ 37.8±6.8 75.6±14.7∗RH 组 7.1±1.9 12.5±2.7∗ 37.9±8.6 66.6±11.4∗F 值 2.256 14.984 0.615 5.983 P 值 0.094 ＜0.001 0.550 ＜0.001

3 讨 论

Langendorff模型是从主动脉根部逆行灌注含氧的灌注液，它无神经支配，不受激素、介质影响，且操作简单易行。因此，被广泛应用于药效的评价和心肌保护的研究。本课题的前期研究结果表明［3-4］丙泊酚对离体大鼠代谢性酸中毒心脏功能具有一定的保护作用。丙泊酚对离体大鼠呼吸性酸中毒心脏功能是否也存在着相同的作用？为了探讨这个问题，笔者建立了重症呼吸性酸中毒模型。本研究预实验用75%O2+25%CO2的混合气体饱和pH 7.4的K-H液2 h，血气分析显示可将pH值降低到（6.85±0.03），混合气体 PaCO2可升高到（130±3.2）mm Hg，为正常 PaCO2（35～45 mm Hg）的 4倍左右，用这样的混合气体灌注离体大鼠心脏20 min，复制了重症呼吸性酸中毒模型。

LVDP反映心肌的最大收缩能力，+dP／dtmax反映心肌收缩的速率，二者均是反映心肌收缩功能的指标；-dP／dtmax是反映心肌舒张功能的指标，HR反应心肌耗氧量。本研究发现在pH恢复灌注开始（1 min），RL组和RH组的心功能指标恢复率略低于RC组；随着时间的推移各组心脏功能指标逐渐恢复，到pH恢复灌注5 min后，RL组和RH组的心功能指标逐渐超越RC组；到pH恢复灌注20 min时，RL组和RH组心功能各项指标的恢复率（除RL组的HR）均高于RC组，差别有统计学意义。到pH恢复灌注30 min时，RH组-dP／dtmax的恢复率扔高于RC组，差别有统计学意义。在pH恢复灌注的30 min内，RL组与RH组心功能各项指标的恢复率比较均无显著差别，但RH组心功能指标的恢复率在pH恢复灌注的初期略低于RL组，随着时间的发展，RH组心功能指标的恢复率逐渐接近并略超过RL组，这表明丙泊酚能增加心肌收缩力，改善心脏功能，50 μmol／L 丙泊酚略优于25 μmol／L 丙泊酚。 pH恢复灌注初期，心功能指标刚刚恢复，心脏在经历短暂缺血后，丙泊酚表现为轻微的心功能抑制作用，这样更有利于减轻缺血再灌注损伤，减少心肌耗氧，保存更多的心肌能量，为后期的心功能恢复提供更多的能量储备。这与笔者的前期的研究结果一致［3］。心脏在经历缺血再灌注损伤后，心脏会出现严重的血压下降，心功能不全，心律失常［5］甚至心室纤颤［6］等一系列严重的并发症，在众多的并发症中，心律失常的发病率高［7］，对心脏功能的影响大。本研究发现：丙泊酚可以降低离体大鼠呼吸性酸中毒心率失常的发生率。这证明丙泊酚对离体大鼠呼吸性酸中毒存在心肌保护作用和抗心律失常作用。

本研究离体心脏采用恒流灌注，环路内压力间接反映冠脉阻力的大小，发现RL组和RH组环路内压力（除RL组D点）均低于RC组（P＜0.05）。RL组与RH组环路内压力比较，RH组环路内压力均低于RL组环路内压力（P＜0.05），这表明丙泊酚可以明显降低冠脉阻力，增加心肌氧供，改善心肌组织灌注。而且高浓度丙泊酚的心肌保护作用优于低浓度丙泊酚。心脏在经历缺血缺氧后，心肌细胞膜受损，抑制心肌细胞膜上三磷酸酶的活性，使心肌细胞内呈现高渗状态，心肌细胞外水分子向心肌细胞内移动，并滞留在心肌细胞内，引起心肌水肿［8-9］。心肌水肿会引起心脏结构发生改变，降低心肌顺应性。心肌含水量是评价心肌水肿的重要指标［10］。实验显示RH组心肌含水量低于RC组和RL组（P＜0.05）。这表明高浓度丙泊酚改善了冠脉血流，减轻了心肌水肿，改善了心脏功能。

CK和LDH是反映心肌细胞缺血和坏死程度的重要指标［11-13］。当心肌细胞发生缺血或坏死后，心肌细胞内的CK和LDH沿破裂的心肌细胞膜大量外溢，导致血液中CK和LDH含量增高。本实验研究显示RL组和RH组的CK和LDH的含量明显低于RC组，进一步证明丙泊酚对呼吸性酸中毒导致的心脏功能受损具有一定的保护作用。

综上所述，丙泊酚对离体大鼠呼吸性酸中毒心脏功能具有明显的保护作用，在本研究的实验条件下，丙泊酚的心肌保护作用 50 μmol／L优于 25 μmol／L。主要表现在：丙泊酚提高离体大鼠心脏功能的恢复率、减少受损心肌心律失常的发生、降低环路内压力、改善心肌水肿、降低心肌酶含量。