去肾神经术(RD)对比药物治疗急性心梗(AMI)后心衰(HF)大鼠的疗效及机制

唐敏娜 胡嘉禄 颜 彦

(复旦大学附属中山医院心内科 上海 200032)

随着经皮冠状动脉介入治疗技术在临床应用的普及,急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)患者的院内死亡率已显著下降[1],但AMI后伴随心力衰竭(heart failure,HF)及左室功能下降的患者预后仍然较差[2-3]。研究显示,AMI患者住院期间HF发生率约37.5%[3],AMI后HF的住院患者年死亡率高达45.5%[4],这使得HF的预防及治疗成为AMI后治疗的重点之一。目前认为心室重构、神经内分泌系统激活以及炎性因子的作用在AMI后HF的发生与进展过程发挥重要作用[5-6],这也是目前AMI后HF的主要治疗靶点。

近年来,随着射频消融去肾脏神经术(renal denervation,RD)的兴起,越来越多的研究证实了RD在HF治疗方面的疗效及安全性。Hu等[7]发现RD能显著改善AMI后HF大鼠的心功能。Liu等[8]报道RD能够有效地减少心肌纤维化和左室重构。临床研究方面,Fukuta等[9]进行的一项Meta分析纳入了101例慢性心力衰竭患者,结果显示RD能显著提高患者的左心室射血分数(left ventricular enjection fraction,LVEF),并且均未发生低血压或晕厥等严重不良事件。

RD治疗HF的作用与其抑制激活的交感神经系统(sympathetic nervous system,SNS)及肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosterone system,RAAS)活性相关。血管紧张素转化酶抑制剂(angiotensin converting enzyme inhibitors,ACEI)和β受体阻滞剂(β-blocker)作为RAAS及SNS抑制剂,是目前临床上改善HF预后的主要治疗药物[10]。但是,RD相较于β-blocker+ ACEI药物联合治疗AMI后HF的疗效对比、RD治疗的最佳时机以及RD对AMI后心脏自主神经(cardiac autonomic nerve system,CANS)的调控作用研究较少。

本研究将对比分析AMI后1天及4周后分别行RD、β-blocker+ ACEI药物联合治疗对AMI大鼠模型的心功能、血浆脑钠尿肽(brain natriuretic peptide,BNP)、肾素、血管紧张素Ⅱ(Ang Ⅱ)、醛固酮(aldosterone,ALD)、去甲肾上腺素(norepinephrine,NE)水平,梗死心肌NE含量,心率(heart rate,HR)和5 min内NN间期标准差(standard deviation of NN interval,SDNN)的影响,以探究RD与抗HF药物的疗效差异、最佳治疗时机以及疗效机制。

资料和方法

实验动物及分组SPF级雄性Wistar大鼠140只,体重为280～320 g,随机分为对照组、AMI组、RD组、MI-1d+RD组(AMI后1天行RD)、MI-1d+Drugs组(AMI后1天予以药物治疗)、MI-4w+RD组(AMI后4周行RD)和MI-4w+Drugs组(AMI后4周予以药物治疗),每组各20只。所有动物均由复旦大学附属中山医院动物实验研究中心提供。

心肌梗死模型制备Wistar大鼠禁食8 h,腹腔麻醉后,气管插管,接大鼠呼吸机,呼吸频率90次/分,潮气量8～10 mL,记录I、II、III、aVF、aVL、aVR、V1导联心电图。备皮消毒,沿左侧第三肋间开胸,暴露左心耳,于左心耳下缘约1～2 mm处邻近肺动脉圆锥的左冠主干附近的室间沟缝扎左冠状动脉前降支。观察到结扎后前降支供血区域心脏表面变白、心脏搏动减弱且心电图显示ST段抬高,以确认结扎成功。30 min后复测心电图,ST段仍抬高者确认为模型成功。对照组及RD组仅缝线而不打结,其余各组同模型组。大鼠苏醒后,杜冷丁镇痛1次,肌肉注射青霉素2×105U/只,每日1次,连续注射3天[11]。

肾脏去神经模型制备大鼠麻醉后,腹部正中切口,分离双侧肾动脉,暴露出肾动脉主干,切除所有可见的与肾脏相关的肾神经束,并剥离肾脏动脉、静脉血管外膜1～2 cm,将血管再浸润在95%乙醇+10%苯酚的苯酚乙醇溶液中。对照组、AMI组、MI-1d+Drugs组及MI-4w+Drugs组仅暴露肾动脉。去神经效果检验:在RD前后,分别以Grass S48神经刺激器,15 V,0.2 ms,10 Hz刺激近腹主动脉端肾动脉肾神经10～30 s,观察血压、心率和肾脏组织颜色改变来确认去神经效果[11]。

给药方案MI-1d+Drugs组及MI-4w+Drugs组大鼠分别在心梗后1天和4周开始予以酒石酸美托洛尔20 mg/kg,每天2次;培哚普利3 mg/kg,每天1次。药物磨成粉状后溶于生理盐水中,以灌胃的方式给药至干预后8周。余各组仅以生理盐水2 mL/d灌胃至术后8周。

HR和SDNN测定AMI后2周及8周时分别记录各组大鼠心电图,通过计算机软件获得HR及SDNN。

左心功能检测大鼠AMI后8周时麻醉后行心脏超声检查,获得LVEF、左室内径缩短率(left ventricular fraction shortening,LVFS)、左室舒张末期容积(left ventricular end-diastolic volume,LVEDV)及左室收缩末期容积(left ventricular end-systolic volume,LVESV)等指标,测量连续3个心动周期并取其平均值。

血浆BNP、肾素、血管紧张素Ⅱ、醛固酮、去甲肾上腺素水平检测心脏超声测定完成后,开胸直接心脏取血,以放射免疫法测定血浆BNP、肾素、Ang Ⅱ、ALD水平,以高效液相-电化学法测定血浆NE[11-13]。

心脏标本获取及组织NE测定取血后立即取出心脏,生理盐水洗净,滤纸吸干,取左心室梗死区心肌液氮冻存后,-80 ℃冰箱储存。心肌NE含量采用高效液相-电化学法测定。

结 果

一般情况共95只大鼠完成实验,大鼠AMI模型制模成功率为58%。AMI组中11只、MI-1d+RD组中6只、MI-1d+Drugs组中7只、MI-4w+RD组中8只、MI-4w+Drugs组中10只大鼠在左前降支结扎后出现心脏骤停死亡,RD组中2只大鼠死于麻醉意外,1只大鼠因肾动脉破裂死于失血性休克。

RD及药物治疗对AMI后HF大鼠心功能影响心肌梗死8周时,AMI组大鼠的LVEF为36%、LVFS为17%、LVEDV为2.05 mL、LVESV为1.15 mL,血浆BNP为483 pg/mL,左心功能显著下降。RD组大鼠的LVEF、LVFS、LVEDV、LVESV及血浆BNP较对照组无显著差异(P>0.05),说明RD不影响健康大鼠的心功能。MI-1d+RD组大鼠较MI、MI-1d+Drugs及MI-4w+RD组LVEF均显著增加(P<0.05,图1),血浆BNP均显著下降(P<0.05,表1)。大鼠M型心脏彩超显示,在AMI后8周时,MI-1d+RD组大鼠较AMI组的左室收缩末期内径和舒张末期内径均明显缩小(图1)。提示:(1)AMI后早期RD改善心功能的作用强于β-blocker+ACEI药物联合治疗;(2)大鼠AMI后1天进行RD治疗对其心功能改善作用强于AMI后4周。

LVEF:Left ventricular ejection fraction;LVFS:Left ventricular fraction shortening;LVEDV:Left ventricular end-diastolic volume;LVESV:Left ventricular end-systolic volume.(1)vs. control group;(2)vs.AMI group,(3)vs. MI-1d+RD group,P<0.05.A:LVEF of all groups;B:LVFS of all groups;C:LVEDV of all groups;D:LVESVof all groups;E:M-mode echocardiography of the AMI group;F:M-mode echocardiography of the MI-1d+RD group;E shows increase of left ventricular end-systolic and end-diastolic diameter in AMI group,F shows decrease of left ventricular end-systolic and end-diastolic diameter in MI-1d+RD group.AMI:Acute myocardial infarction group;RD:Renal denervation;MI-1d+RD:RD one day after AMI;MI-1d+Drugs:drug therapy one day after AMI;MI-4W+RD:RD four weeks after AMI;MI-4W+Drugs:drug therapy four weeks after AMI.
图1 心梗后8周时施行RD与药物治疗对AMI后HF大鼠心功能的影响
Fig 1 Effects of RD and drug therapy given to rats eight weeks post-AMI on cardiac function

RD及药物治疗对AMI后HF大鼠血浆肾素、Ang Ⅱ及ALD的影响AMI组大鼠的血浆肾素、Ang Ⅱ及ALD水平较对照组均显著增加(P<0.05),RAAS系统激活;MI-1d+RD及MI-4w+RD组大鼠较AMI组血浆肾素、Ang Ⅱ及ALD水平均显著下降(P<0.05);MI-1d+Drugs及MI-4w+Drugs组大鼠较AMI组仅血浆Ang Ⅱ及ALD水平显著下降(P<0.05),肾素水平无显著差异(P>0.05);其中MI-1d+RD组大鼠的血浆Ang Ⅱ、ALD水平较MI-1d+Drug组显著下降(P<0.05,表1)。提示RD对AMI大鼠RAAS的抑制作用强于药物。

表1 心梗后8周时施行RD与药物治疗对AMI后HF大鼠血浆BNP、肾素、Ang Ⅱ及醛固酮的影响Tab 1 Effects of RD and drug therapy on plasma BNP,renin,Ang Ⅱ and ALD in rats eight weeks post-AMI

(1)vs. control group,(2)vs.AMI group,(3)vs. MI-1d+RD group,P<0.05.BNP:Brain natriuretic peptide.Other abbreviations in the table are the same as in figure 1.*The actual number of samples.

RD及药物治疗对AMI后HF大鼠血浆NE、梗死心肌NE及HR和SDNN的影响心肌梗死后8周时,AMI组大鼠较对照组大鼠血浆NE显著增加[(1.96±0.3) ng/mLvs.(0.61±0.08) ng/mL,P<0.05],梗死心肌NE含量显著减少[ (255±50) ng/gvs.(580±45) ng/g,P<0.05]。MI-1d+RD组、MI-1d+Drugs组大鼠较AMI组血浆NE显著下降(P<0.05),梗死心肌NE含量、HR均显著增加(P<0.05),SDNN显著下降(P<0.05);较对照组大鼠,HR及SDNN差异无统计学意义。MI-4w+RD组、MI-4w+Drugs组大鼠较AMI组血浆NE显著下降(P<0.05),梗死心肌NE、HR及SDNN均无显著差异。图2、图3提示:心肌梗死后8周时,缝扎前降支方法制作的AMI大鼠模型,其SNS活性增加,但梗死区域心肌的交感神经活性减少,心脏呈现迷走神经过度兴奋优势;RD及药物治疗均能降低AMI大鼠SNS活性,大鼠AMI后1天进行RD或药物治疗能增加梗死区域心肌交感神经活性,并促进心脏交感-迷走神经功能平衡。

(1)vs. control group;(2)vs.AMI group,(3)vs. MI-1d+RD group,P<0.05.NE:Norepinephrine.Other abbreviations in the figure are the same as in figure 1.
图2 心梗后8周时施行RD与药物治疗对AMI后HF大鼠血浆NE及梗死心肌NE的影响
Fig 2 Effects of RD and drug therapy given to rats eight weeks post-AMI on plasma and infarcted myocardium NE

(1)vs. control group;(2)vs.AMI group,(3)vs. MI-1d+RD group,P<0.05.A:Heart rate of all groups;B:SDNN of all groups;C:Electrocardiogram of AMI group;D:Electrocardiogram of MI-1d+RD group;HR:Heart rate;SDNN:Standard deviation of NN interval within 5 minutes.Other abbreviations are the same as in figure 1.
图3 心梗后8周时RD与药物治疗对AMI后HF大鼠HR及SDNN的影响
Fig 3 Effects of RD and drug therapy given to rats eight weeks post-AMI on HR and SDNN

讨 论

抑制AMI后过度激活的SNS及RAAS活性、改善心室重构是预防及治疗AMI后HF的重要途径。研究显示,RD能延缓甚至逆转HF的进展,改善心功能,并且无严重不良事件发生[7,9]。为探究RD与抗心力衰竭药物改善AMI后HF疗效的差异、对AMI的最佳治疗时机以及疗效机制,本研究通过对比RD与β-blocker+ ACEI药物联合治疗对AMI后HF大鼠的心功能、RAAS、SNS和CANS功能的影响,观察到RD纠正HF的作用强于β-blocker+ ACEI药物联合治疗,并且RD同时具有抑制AMI大鼠RAAS、SNS及调节心脏交感-迷走神经功能平衡的作用。

RD对AMI后HF大鼠RAAS的影响肾动脉周围分布有肾脏传入神经与肾脏传出神经[14],其中肾交感传出神经远端分布至肾动脉壁、肾小球旁颗粒细胞及肾小管,具有调控肾动脉的舒缩、肾素的分泌及肾小管水钠重吸收等作用[15]。肾交感传出神经兴奋时,可导致肾素分泌增加[15],因此被认为与RAAS激活相关。本研究结果显示RD治疗能显著抑制MI大鼠的RAAS活性,导致大鼠血浆肾素、Ang Ⅱ及ALD水平同步下降,其可能机制为:RD通过阻断肾交感传出神经,进一步抑制RAAS的激活。

阻断肾交感传出神经能够抑制肾动脉的收缩和RAAS的激活,以及减少水钠潴留,具有提高肾灌注、改善肾功能的作用。统计分析显示,约50%的严重心力衰竭患者存在肾功能损害[16],因此探讨RD在心功能不全合并肾功能不全患者中的应用指征及价值具有重要意义。研究证实,RD能够延缓慢性肾脏病患者肾功能的恶化速度[17],合并肾功能不全的顽固性高血压患者在实施RD治疗后,肾小球滤过率得到改善,尿白蛋白含量和肾动脉阻力指数均下降[18-19]。Hopper等[20]进一步观察了RD对HF合并肾功能不全患者的影响,在术后1年时,患者的血浆BNP显著下降,而肾小球滤过率较术前无显著变化,该研究初步验证了RD治疗HF合并肾功能不全患者的安全性及有效性。由于该临床研究规模较小、无假手术对照组,因此未来仍需开展更大规模临床试验明确RD在慢性心力衰竭合并肾功能不全患者中的应用指征及价值。

RD对AMI后HF大鼠SNS及CANS的影响AMI后全身交感神经系统处于持续激活状态[5],而心脏自主神经功能活性受心肌梗死区域与时段的影响[21-22]。心肌梗死后梗死区域自主神经早期过度刺激、后期出现神经坏死以及神经不均匀性重构,表现为梗死周边区域交感神经过度再生,而梗死心肌交感神经再生稀少[23-24]。循环持续的高浓度儿茶酚胺导致心肌耗氧增加、促进心室重塑以及产生直接的心脏毒性作用,而心肌的不均匀神经再生支配使得心脏收缩功能不协调,这些因素均可导致心功能进行性恶化。

本研究显示,RD对全身交感神经的抑制作用较药物更为显著。其原因可能为RD对交感神经中枢的直接调控作用。Zheng等[25]证实通过选择性阻断肾脏传入神经可以恢复HF大鼠下丘脑室旁核中nNOS蛋白表达,从而减弱中枢交感神经兴奋性。因此RD可能通过阻断肾脏传入神经、抑制中枢交感神经激活,继而削弱全身交感神经系统的活性。

本研究观察到,通过缝扎左前降支制作的AMI后HF大鼠模型在心肌梗死后8周时表现为心脏迷走神经激活优势。可能原因为:心脏自主神经分布不均,左前降支供血区域具有丰富的心脏交感神经分布,而迷走神经相对较少[23],左前降支结扎后其供血区域心肌梗死,导致该区域丰富的交感神经坏死,因此出现心脏交感-迷走神经失衡状态,表现为迷走神经激活优势。本研究还观察到,RD使梗死心肌区域的交感神经活性增加,促进了心脏交感-迷走神经的平衡。而Feng等[24]研究发现,RD能减少梗死心肌周边区域的心肌交感神经再生。因此我们认为,RD能够改善AMI后心脏自主神经重构的不均一性以及调节心脏交感-迷走神经功能失衡状态,这对于改善心脏收缩功能,以及减少心律失常的发生具有重要意义。本研究显示,AMI后1天进行RD治疗,能够改善心肌梗死大鼠心脏迷走神经过度激活优势,而AMI后4周再进行RD治疗则对心肌梗死大鼠心脏自主神经活性无显著影响。由于心脏自主神经重构在心肌梗死后4周左右已基本完成[23],这进一步说明RD可能是通过改善心脏自主神经重构来调节心脏交感-迷走神经功能的平衡。

RD同时具有抑制AMI大鼠RAAS、SNS及调节心脏交感-迷走神经功能平衡等多方面的作用,AMI后早期进行RD治疗对于预防及延缓AMI后HF发生与进展将具有重要的临床意义。