周本梅，郭興明，鄭伊能，李宏全

（重慶大學(xué)生物工程學(xué)院，重慶市醫(yī)療電子技術(shù)工程研究中心，重慶400044）

心力衰竭（heart failure，HF）是由于心臟結(jié)構(gòu)或功能異常導(dǎo)致心室充盈或射血能力受損的一組復(fù)雜臨床綜合征，長(zhǎng)期持續(xù)即可發(fā)展為慢性心衰，它是絕大多數(shù)心血管疾病的最終歸宿［1，2］?？梢?jiàn)對(duì)慢性心衰的診斷非常重要，而對(duì)慢性心衰患者心功能狀態(tài)的評(píng)估能有效輔助臨床診斷。目前評(píng)估心功能的方法很多，使用較為廣泛的主要有心臟超聲、生物學(xué)標(biāo)志物以及實(shí)驗(yàn)室、胸部X線檢查等［3］。但它們都存在不足之處，或價(jià)格昂貴，給患者帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)；或操作復(fù)雜，對(duì)操作者的技術(shù)要求高。因此探索操作更加簡(jiǎn)單、價(jià)格更加低廉的評(píng)估方法顯得至關(guān)重要。

心臟儲(chǔ)備（caidiac reserve，CR）是指心臟功能的上調(diào)能力，可用于心功能的評(píng)估：包括第一心音與第二心音的幅值比（the amplitude ratio of the first to second heart sound，S1／S2），可評(píng)估心臟的循環(huán)功能；心臟舒張期與收縮期的時(shí)限比（the ratio of diastolic to systolic duration，D／S）可評(píng)估心臟供血是否充足［4］；以及心率（heart rate，HR）。采用阿霉素（adriamycin，ADR）建立新西蘭兔的慢性心衰模型，模仿人類心臟的病理生理變化過(guò)程。通過(guò)對(duì)模型組和對(duì)照組各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)和分析，觀察模型組某些生化指標(biāo)和心功能的改變。并且認(rèn)為心臟儲(chǔ)備指標(biāo)可用于評(píng)估心功能的狀態(tài)，為慢性心衰的臨床診斷提供輔助手段。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

隨機(jī)選取20只普通級(jí)新西蘭兔，體重（2.22±0.14）kg，年齡為 3～6個(gè)月（重慶醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，許可證號(hào)：SCXK（渝）2012-0001）。分籠飼養(yǎng)，自由飲水。

1.2 試劑藥品

鹽酸阿霉素（規(guī)格：每支 50 mg，生產(chǎn)批號(hào)：No615A），由美侖生物科技有限公司生產(chǎn)；0.9%氯化鈉注射液（規(guī)格：每瓶 50 ml，生產(chǎn)批號(hào)：B16012111），由湖南科倫制藥有限公司生產(chǎn)；戊巴比妥鈉（規(guī)格：每支5 g，生產(chǎn)批號(hào)：1063180500），由德國(guó) Merck公司生產(chǎn)；肝素鈉（規(guī)格：每支 1 g，效價(jià)：150 U／mg），由biosharp生物科技有限公司生產(chǎn)。

1.3 儀器設(shè)備

RM6240B型多道生理信號(hào)采集處理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、YPJ01型壓力換能器、XJ102型心音換能器、心電電極、三通開(kāi)關(guān)、聚苯乙烯／PE導(dǎo)管，以及電子稱、手術(shù)器械、一次性注射器、棉球、紗布、絲線等。

1.4 模型制備

適應(yīng)性飼養(yǎng)1周之后，隨機(jī)選取其中的5只作為對(duì)照組，15只作為模型組，兩組新西蘭兔的性別、年齡和體重均無(wú)顯著性差異。使用0.9%氯化鈉注射液，將阿霉素配置成濃度為1 mg／ml的溶液。模型組與對(duì)照組分別耳緣靜脈注射阿霉素、生理鹽水1 ml／kg，每周注射2次，連續(xù)注射8周。同時(shí)對(duì)新西蘭兔的活動(dòng)、精神狀態(tài)、進(jìn)食飲水、大小便、脫毛等情況進(jìn)行詳細(xì)記錄。

1.5 心電和心音信號(hào)的檢測(cè)

建模完成之后，使用多道生理信號(hào)采集處理系統(tǒng)記錄所有實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的心電和心音信號(hào)。固定新西蘭兔于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，將針灸針?lè)謩e插入實(shí)驗(yàn)動(dòng)物兩前足與右后足的皮下，然后分別與心電電極相連接。手持心音換能器固定于心臟搏動(dòng)最明顯處，待其平靜下來(lái)，即可開(kāi)始記錄信號(hào)，記錄時(shí)間為3 min，采樣頻率為4 000 Hz。選取兩組的樣本信號(hào)進(jìn)行顯示（圖 1）。

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

1.6 頸動(dòng)脈壓的檢測(cè)

對(duì)所有新西蘭兔進(jìn)行右頸動(dòng)脈插管，首先將多道生理信號(hào)采集系統(tǒng)的通道1、壓力換能器、三通開(kāi)關(guān)和PE導(dǎo)管依次進(jìn)行連接，在導(dǎo)管中推入0.05%的肝素鈉溶液，排出其中的空氣。以1 ml／kg的劑量，經(jīng)新西蘭兔耳緣靜脈緩慢推入3%戊巴比妥鈉進(jìn)行麻醉，用硫化鈉溶液去除新西蘭兔頸部的兔毛，并固定于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。游離右頸總動(dòng)脈，用絲線結(jié)扎遠(yuǎn)心端，動(dòng)脈夾夾住近心端，完成穿刺并插管，緩慢松開(kāi)動(dòng)脈夾，開(kāi)始測(cè)量動(dòng)脈血壓。每隔一段時(shí)間向?qū)Ч軆?nèi)推入適量的肝素鈉溶液，記錄時(shí)間為3 min，采樣頻率為2 000 Hz。記錄完成之后，用動(dòng)脈夾夾住頸總動(dòng)脈近心端，緩慢拔出導(dǎo)管，并在穿刺部位采集3 ml的動(dòng)脈血用于心肌酶的檢測(cè)。待所有檢測(cè)完成之后，用絲線結(jié)扎動(dòng)脈近心端，最后進(jìn)行空氣栓塞處死實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。分別在兩組中選取一個(gè)樣本進(jìn)行顯示（圖 2）。

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

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有數(shù)據(jù)均使用 SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料以均值±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示。組間比較采用獨(dú)立樣本 t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 一般情況

在建模過(guò)程中，模型組有2只新西蘭兔由于反復(fù)腹瀉而死亡，對(duì)照組有1只由于麻醉過(guò)度致死，總體死亡率為15%。在建模后期，模型組新西蘭兔逐漸出現(xiàn)腹瀉、脫毛、食欲下降、活動(dòng)量減少、大便稀薄等情況，而對(duì)照組較為正常。兩組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物造模后體重均比造模前有所增加。其中模型組增加程度（7.31%）小于對(duì)照組（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 心肌酶的改變

將采集的血液樣本送至重慶大學(xué)校醫(yī)院進(jìn)行心肌酶的檢驗(yàn)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析可知，模型組的乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）、a-羥丁酸脫氫酶（ahydroxybutyrate dehydrogenase，a-HBDH）、肌酸激酶同工酶（creatine kinase isoenzyme，CK-MB）均明顯增大，兩組值之間存在顯著差異（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 頸動(dòng)脈壓的改變

通過(guò)右頸動(dòng)脈插管，得到頸動(dòng)脈壓，定位和計(jì)算可得舒張壓（diastolic blood pressure，DBP）、收縮壓（systolic blood pressure，SBP）、平均動(dòng)脈壓（mean arterial pressure，MAP）等指標(biāo)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析可知，模型組的各項(xiàng)指標(biāo)均顯著減小（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 心電圖指標(biāo)的改變

在測(cè)得的心電信號(hào)中，定位、計(jì)算得到PR間期、QRS波群、QT間期等指標(biāo)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析可知，模型組的心電圖指標(biāo)均明顯增大，兩組值之間存在顯著差異（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 心臟儲(chǔ)備指標(biāo)的改變

通過(guò)對(duì)心音信號(hào)的定位、計(jì)算、分析，得到HR、D／S和S1／S2等心臟儲(chǔ)備指標(biāo)。與對(duì)照組比較，模型組的HR明顯增大、D／S與S1／S2明顯減小，兩組值存在顯著差異（P＜0.05，表 5）。

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

3 討論

Braunwald［5］等將心衰動(dòng)物模型制作的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為：出現(xiàn)失代償心力衰竭，可模擬心肌肥大-心衰全過(guò)程，心衰出現(xiàn)時(shí)間可預(yù)測(cè)。評(píng)估心衰的標(biāo)準(zhǔn)為：實(shí)驗(yàn)動(dòng)物出現(xiàn)乏力、疲倦、精神不振、氣急、四肢水腫等癥狀，需要對(duì)呼吸、血壓、心率、心重等體征進(jìn)行觀察，并結(jié)合心電圖、心導(dǎo)管等客觀手段進(jìn)行評(píng)估。

阿霉素是一種常見(jiàn)的廣譜抗腫瘤藥物，具有心臟毒性，當(dāng)作用于肌體時(shí)，會(huì)破壞其心肌纖維，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，從而引發(fā)擴(kuò)張型心肌病，達(dá)到一定時(shí)間和劑量的累積即可導(dǎo)致心衰的產(chǎn)生。使用阿霉素制作慢性心衰動(dòng)物模型具有簡(jiǎn)便易行、可重復(fù)性高等優(yōu)勢(shì)，能夠有效模仿人類心臟的病理生理變化過(guò)程，因此使用較為廣泛［6，7］。本文即使用阿霉素誘導(dǎo)新西蘭兔慢性心衰模型，成功率達(dá)到86.67%。隨著實(shí)驗(yàn)的推進(jìn)，模型組的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物開(kāi)始出現(xiàn)食欲下降、精神萎靡、脫毛等現(xiàn)象。兩組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的心肌酶、頸動(dòng)脈壓、心電圖和心臟儲(chǔ)備指標(biāo)均存在顯著差異，模型組新西蘭兔的收縮功能和舒張功能下降，與文獻(xiàn)所述相符合，因此認(rèn)為慢性心衰動(dòng)物模型制備成功。

由于新西蘭兔在此階段的生長(zhǎng)發(fā)育較快，因此兩組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物造模后體重均比造模前有所增加，而模型組的增加程度（7.31%）小于對(duì)照組（7.41%），其原因?yàn)榘⒚顾貢?huì)降低實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的食欲，從而對(duì)體重產(chǎn)生一定的影響。心肌酶是檢測(cè)心肌缺血損傷的生物化學(xué)指標(biāo)，當(dāng)出現(xiàn)心肌梗死或心肌損傷時(shí)，CKMB、LDH、a-HBDH等均會(huì)上升［8］。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中模型組的心肌酶顯著增加，可知該組的新西蘭兔已出現(xiàn)嚴(yán)重的心肌損傷。頸總動(dòng)脈是頭頸部的主要?jiǎng)用}干，當(dāng)慢性心衰處于失代償期時(shí)，心肌收縮力下降，心輸出量減少，動(dòng)脈血壓隨之下降。QRS波群反映兩心室的去極化過(guò)程，由于阿霉素藥物具有心臟毒性，心臟發(fā)生器質(zhì)性病變，心室傳導(dǎo)延遲，從而使得QRS時(shí)限增寬。Kashani［9］等通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明 14%～47%的慢性心衰患者存在QRS時(shí)限增大的情況，并將QRS時(shí)限的增大作為預(yù)測(cè)慢性心衰患者左室收縮功能下降的重要指標(biāo)。PR間期代表房室傳導(dǎo)時(shí)間，當(dāng)發(fā)生房室傳導(dǎo)阻滯時(shí)，PR間期延長(zhǎng)。QT間期代表從心室開(kāi)始去極化到完全復(fù)極化的時(shí)間［10］。由此可知模型組新西蘭兔的心電圖存在心律失常，心臟收縮功能下降。使用阿霉素誘導(dǎo)的慢性心衰，其基礎(chǔ)疾病為擴(kuò)張型心肌病，主要特征是心腔擴(kuò)大，心肌收縮功能減退，失代償期發(fā)展為全心衰竭，此時(shí)心臟收縮功能和舒張功能均顯著下降。收縮能力減弱導(dǎo)致產(chǎn)生的 S1降低，S1／S2減小，因此心臟的循環(huán)功能減弱。心功能不全時(shí)心排血量減少，會(huì)通過(guò)對(duì)主動(dòng)脈弓和頸動(dòng)脈竇壓力感受器的刺激等機(jī)制反射性引起心率加快。此時(shí)心動(dòng)周期縮短，收縮期和舒張期隨之縮短，但后者縮短程度更大，因此D／S比值減小，說(shuō)明心臟供血不充足。

心臟儲(chǔ)備指標(biāo)的應(yīng)用已逐漸增多，嚴(yán)小波［11］等即通過(guò) D／S比值來(lái)評(píng)估青少年的心功能狀況。Hsieh［12］等通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)在左心室收縮功能不全的患者中，伴隨有 S1／S2值的降低；吳曉軍［13］等得出D／S比值與NYHA心功能分級(jí)存在相關(guān)性的結(jié)論。本文通過(guò)對(duì)動(dòng)物模型各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)與分析，證明心臟儲(chǔ)備指標(biāo)可用于評(píng)估慢性心衰動(dòng)物模型的心功能狀態(tài)。并且心臟儲(chǔ)備指標(biāo)的檢測(cè)具有操作簡(jiǎn)單、方便快捷、價(jià)格便宜、無(wú)創(chuàng)等優(yōu)勢(shì)，已逐漸受到重視，有望在常規(guī)體檢、床旁監(jiān)測(cè)和穿戴式等領(lǐng)域取得更大的突破。

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