經右心房快速起搏建立豬心動過速性心肌病模型

齊書英 韓建妙 馬彥卓 李潔 李志文 陳宇 汝磊生

心動過速性心肌病是指由于持續或頻繁發作的快速性心律失常導致心臟擴大、心功能異常，恢復竇性心律或控制心室率后心肌重構和心功能可完全或部分逆轉的一類特殊類型心肌病[1,2]。也就是說心動過速是心肌病原發的、始動因素，心功能是可隨著快速性心律失常根治部分或全部恢復。目前其確切的發病機制尚不完全清楚，心動過速發作及終止后心臟病理結構的改變還缺乏研究。因此建立理想的心動過速性心肌病動物模型，研究心動過速性心肌病的發病機制有重要意義。目前關于心動過速性心肌病的動物模型制作，國內外方法不統一，國內外多以開胸方法植入心室外膜電極或經頸外靜脈切開或頸內靜脈穿刺植入心室或心房被動電極，由于高頻脈沖刺激容易導致動物煩躁不安引起電極脫位，導致實驗失敗。隨著臨床現有起搏器植入的器械改進，主動電極的使用普及，本實驗改進了手術方法，經頸內靜脈途徑穿刺植入主動起搏電極導線至右心耳，快速心房起搏誘發心動過速性心肌病，并觀察其起搏參數、心功能和血液指標及心肌細胞病理的動態變化，為進一步探討心動過速性心肌病的發病機制及臨床治療提供一定的實驗研究基礎。

1 材料與方法

1.1 動物與分組 健康小型豬15只，月齡8～10月，平均體重(22.5±1.5)kg。按照性別相同、體重及月齡相近等條件劃分為3組：A組：只植入起搏電極和起搏器，但不打開起搏器；B組：AOO模式，175次/min快速起搏右心房4周；C組：AOO模式，175次/min快速起搏右心房4周，停止起搏觀察4周。

1.2 麻醉方法 所有動物術前禁食12 h，禁水6 h，稱重，術前半小時以速眠新和氯胺酮1∶1匯合，0.2 ml/kg肌內注射麻醉動物。

1.3 動物模型制作 待豬進入淺麻醉狀態后將豬四肢和頭部固定于導管室檢查床上，麻醉后行頸部、右肩背部、胸部及腹壁靜脈和四肢備皮，用套管針在腹壁靜脈建立靜脈通路。查心電圖和超聲心動圖了解心臟結構及功能。將心電圖肢體導聯直接連接固定在動物四肢行肢體導聯心電監護，麻醉狀態下為竇性心律，心率70～90次/min。常規消毒鋪單，在右頸部三角區內側縱行切開，分離皮下組織，暴露頸內靜脈。以18 G穿刺針穿刺頸內靜脈，抽取10 ml靜脈血液送檢NT-proBNP、心肌酶。隨后送入J形導絲至下腔靜脈，沿導絲送入可撕開鞘，將主動起搏電極(Medtronic 5076型)送至右心房心耳部，心電圖證實起搏電極位于右心房，心房1∶1奪獲心室，脈寬<0.6 ms，閾值<1.0 V，阻抗<1 000 Ω，測試電極參數滿意后旋出固定。在右肩背部做囊袋，將起搏電極連接在起搏器(芯彤SSI)上，固定起搏器后以碘伏沖洗囊袋，確認無出血后縫合切口，無菌紗布包扎切口。術后應用3 d頭孢唑林鈉肌內注射預防感染，術后24 h待豬狀態穩定后按照術前分組B、C組持續起搏，AOO模式，175次/min，4周后A、B組動物處死，C組停止起搏觀察4周后處死。

1.4 隨訪觀察

1.4.1 手術情況:手術成功率、并發癥發生率、手術時間、X線曝光時間、動物存活情況、動物活動耐力、進食情況。

1.4.2 電極參數:術中、術后1、2、3、4周的電極的起搏閾值、阻抗、感知等，分析起搏比例、心律失常情況。

1.4.3 心臟超聲指標:分別于術前和術后2、4、6、8周做心臟超聲，測量左心房前后徑(LA，mm)、右心房左右徑(RA，mm)、左心室舒張末內徑LVEDD(mm)、左心室射血分數(LVEF，%)。

1.4.4 血液化驗指標：分別于術前和術后2、4、6、8周抽取靜脈血液化驗NT-proBNP。

1.4.5 組織學檢測:根據實驗設計在獲取完整數據后將動物處死，快速取出心臟分別就心房和心室送HE染色，分析組織學特點。方法是先將豬麻醉，取胸骨正中切口，切開胸骨和心包，取出心臟，把心臟大血管從主動脈瓣和肺動脈瓣根部去除，氯化鈉鹽水沖洗干凈，心臟冠狀位切開，暴露心臟四腔，解剖出心房、心室和室間隔，將各室腔組織固定送檢HE和Masson染色觀察心肌細胞病理改變。

2 結果

2.1 起搏器植入情況 15只豬均經右頸內靜脈途徑植入起搏電極至右心耳，手術即刻成功率100%，術中無并發癥。第1例手術時間和X線曝光時間分別為60 min和5 min，第15例手術時間和X線曝光時間分別為18 min和1.2 min，手術時間和X線曝光時間逐漸縮短呈明顯下降趨勢。植入電極后心電圖和影像圖見圖1。

圖1 電極植入后影像圖，顯示起搏電極固定于右心耳，起搏的肢體導聯心電圖顯示心房起搏成功

2.2 實驗動物存活情況 A組因麻醉過量術后2 h死亡1只，B組術后2周囊袋感染死亡1只。最終按實驗設計完成實驗13只，術中及術后監測電極參數均符合實驗要求。

2.3 癥狀與體征 快速起搏2周時B、C組動物開始出現食欲下降、活動減少、呼吸急促等心力衰竭表現，4周時出現四肢浮腫、尿少等明顯心衰癥狀。停止起搏后癥狀好轉。A組動物無臨床變化。

2.4 超聲心動圖指標和NT-proBNP變化 3組動物術前心臟彩超各參數差異無統計學意義(P>0.05)；A組動物術前和術后4周心臟超聲參數和NT-proBNP均無統計學意義(P>0.05)；B、C組動物起搏4周后RA、LA、LV、LVEDD增大，NT-proBNP升高，LVEF減低，有4只動物出現心包積液，與術前及對照組比較差異有統計學意義(P<0.05)； C組動物在停止起搏2周LVEF開始恢復，停止起搏4周時LVEF和NT-proBNP恢復正常，與起搏前比較差異無統計學意義(P>0.05)，RA、LA、RV、LVEDD好轉，但與術前比較仍有差異(P<0.05)。見表1。

表1 3組動物手術前后心臟彩超和NT-proBNP變化

注：與A組比較,*P<0.05;與術前比較,#P<0.05

2.5 病理學變化 A組HE染色心肌纖維排列整齊，Masson染色僅有少量纖維組織。起搏4周時B、C組心肌細胞發生腫脹，部分發生空泡樣變性，肌纖維減少，間質血管擴張充血，炎細胞浸潤，心肌細胞變性，心房心室組織明顯纖維增生。見圖2～5。

圖2 正常左心室(HE染色×100)圖3 起搏4周時左心室(HE染色×100)

圖4 術前左心室(Masson染色×100)圖5 起搏4周左心房(Masson染色×100)

3 討論

心動過速性心肌病是臨床上常見的快速性心律失常的結局，但有很多問題沒有明確，如：快速性心律失常人群中僅有部分患者發生心功能不全，而缺乏識別高?；颊叩氖侄危恍膭舆^速終止后部分患者心功能恢復正常，而部分患者心功能不全恢復正常，機制何在；TIC的病理學表現和細胞學機制尚不完全清楚。這些問題無法在臨床病人中進行研究得出結論，而其答案有助于解決TIC相關的臨床問題，因此需要借助動物模型去進行深入研究。關于心動過速性心肌病的動物實驗模型方法不統一，國外研究人員多數采用開胸后直接將起搏電極固定于左心室心外膜或開胸后通過降主動脈將螺旋電極置入左心室并固定于左心室游離壁，通過起搏心室建立心動過速性心肌病模型[3-5]。國內研究人員多以靜脈途徑植入心室或心房被動電極，靜脈途徑涉及頭臂靜脈、小隱靜脈、頸外靜脈和頸內靜脈，靜脈切開或經皮穿刺將電極植入右室或右房，快速起搏心室或心房建立心動過速性心肌病動物模型[6-10]。筆者采用切開頸部皮膚充分暴露頸內靜脈，直視下以Selding技術穿刺頸內靜脈放置起搏電極，原因有:(1)血管充分暴露下穿刺成功率高、并發癥低;(2)穿刺頸內靜脈的同時抽取靜脈血液做相關化驗檢查，可以一舉兩得，避免多部位穿刺取血，給動物造成更大傷害。

本實驗動物選擇小型豬的理由是：(1)豬是哺乳動物,它的內臟器官與人體的器官比較相似；(2)豬的動脈循環系統幾乎是人類動脈循環系統的復制品,其心臟外形、內部結構、血管配布以及心臟相連的大血管同人的心臟結構基本相似，血流動力學、神經內分泌及病理生理也與人類非常相似；(3)豬比狗相對溫和，在捕捉動物及麻醉時安全性高。在進行超聲心動圖檢查及靜脈采血時不需麻醉而減少因多次麻醉導致動物死亡率增高。

選擇右側頸內靜脈是因為其充盈后直徑約4～6 mm，能讓約2 mm的心房電極通過，且右頸靜脈與腔靜脈匯合處比左側平直，起搏電極容易通過到位；囊袋部位選擇在頸背部:(1)因為起搏器有一定重量，放在頸背部有利于負重；(2)避免動物在高頻起搏時不適將起搏器和電極拔出使實驗失敗。

傳統的被動固定電極導線因放置容易，操作簡單，價格較便宜等優點，一直是起搏器植入時最常用的電極導線。隨著人們對心臟特殊部位(右心室流出道、高位房間隔、低位房間隔等)起搏有益作用認識的逐漸加深，無論心房還是心室起搏，主動固定電極導線較被動固定電極導線有脫位率低、可用于特殊部位、易于拔出等優點。目前，臨床實踐中起搏器植入主動電極已普及。為此，筆者結合了臨床實踐，將起搏電極更換為主動電極，因其:(1)電極固定牢固，不易脫位；(2)動物心房和心耳的解剖與人有區別，被動電極植入成功率低，操作時間長，而且易脫位。本實驗選擇Medtronic 5076型主動電極植入，術后不用限制豬的活動范圍。小型豬為竇性心律，靜息狀態下心率70～90次/min，采用芯彤起搏器頻率設置為175次/min，可以保證1∶1房室傳導，持續快速心房起搏；心室率選擇持續175次/min，與既往報道多是240～500次/min右房起搏比較可避免短期內起搏頻率太快容易導致動物死亡的風險，保證手術成功率高。

心臟超聲是心功能不全的必要檢查手段，對心衰的診斷、鑒別診斷、治療評估等有重要價值。本文在心房快速起搏制作心動過速性心肌病模型中應用心臟超聲動態評價心功能變化，結果發現，心房快速起搏后2周開始出現心功能指標變化，心房快速起搏后2周時RA、LA、LVEDD增大，LVEF降低，與術前和對照組比較差異均有統計學意義(P<0.05)。與國內外研究快速心房持續起搏2～4周即可造成充血性心力衰竭模型[9-11]相一致。C組動物在停止起搏后4周LVEF恢復正常，證實心動過速可導致心肌病，心律失常終止后心功能恢復。但RA、LA、LVEDD與術前比較仍有差異，考慮與心臟結構恢復需要較長時間有關。

BNP是心室心肌細胞分泌的具有生物活性的天然激素，在心衰早期即使LVEF正常，即可引起BNP升高，故可用于心衰的早期診斷[12]。BNP的分泌與心室大小、心功能及血流動力學狀態密切相關[13]。是心衰診斷、鑒別診斷、病情程度、治療效果和預后判定的敏感、可靠指標。本研究在豬心動過速性心肌病模型制作前后進行靜脈血NT-proBNP水平動態觀察，發現術后2周NT-proBNP開始逐漸升高，術后4周NT-proBNP水平明顯升高，停止起搏后逐漸下降，證實持續性心動過速引起心力衰竭。

病理顯示心肌細胞腫脹，部分發生空泡樣變性，肌纖維減少，間質血管擴張充血，炎細胞浸潤，心肌細胞變性，心房心室組織明顯纖維增生，證實心動過速導致心肌細胞水平重構，心肌病模型建立成功。

在本實驗過程中我們發現，實驗豬術后隨訪過程中先嘗試從耳緣靜脈和股靜脈取血均不易成功。后嘗試從腹壁靜脈和頸靜脈抽血，成功率較高，而且取血量能滿足實驗需要，提示腹壁靜脈為實驗豬多次取血的較好的方便途徑。

綜上所述通過快速起搏右心房建立心動過性心肌病模型實驗方法簡單、材料易獲得，成功率高、重復性好，可通過調整起搏部位和起搏頻率、起搏持續時間，復制出不同程度心功能損傷，用來研究慢性心衰不同階段的病理生理改變、分子生物學特性、神經內分泌變化以及藥物干預[14]，這也是我們下一步的工作思路。