2017, Vol. 1
肺动脉高压患者围术期可能存在一系列病理生理改变进一步加重肺血管内皮的损伤, 使肺血管收缩舒张功能及右室功能进一步恶化, 导致患者预后不良。肺动脉高压患者行非心脏手术其术后不良事件发生率约28%~42%, 院内死亡率可高达9.7%, 远高于非肺动脉高压患者[1-3], 行体外循环手术的肺动脉高压患者围术期死亡率可达25%, 术前平均肺动脉压大于30 mmHg可作为术后死亡率有力的预测指标[4]。围术期存在的肺动脉高压和右心衰是围术期管理非常棘手的难题, 肺动脉高压及由此产生的右心功能不全是围术期麻醉管理面临的极大挑战。
一系列研究证实了七氟烷在心血管麻醉中的优越性, 如有研究证实七氟烷在围术期的应用可减轻心肌缺血[5], 保护心功能[6]。七氟烷后处理可降低心肺复苏患者的心肌缺血再灌注损伤。目前关于七氟烷的基础研究绝大多数集中于左心系统, 针对肺动脉高压及右室功能的研究寥寥无几, 为数不多的研究得出的结果也相差甚远:Blaudszun G等人的研究结果表明, 多浓度七氟烷吸入均使野百合碱诱导的肺高压大鼠右室收缩力降低, 提示七氟烷从血液动力学上可能对右心功能不利[7]。Fyntanidou B则发现吸入七氟烷可显著降低内毒素诱导的猪急性肺动脉高压模型的肺动脉压, 同时对体循环动脉压不产生明显影响, 提示七氟烷对急性肺动脉高压的治疗有利[8]。这两项研究所使用的七氟烷吸入浓度的不同, 因此作者推测浓度的改变是造成七氟烷对肺高压动物影响的不同的主要原因, 作者选择低浓度七氟烷吸入进行其对循环功能影响的探讨, 实验中以0.5%为起点, 每0.5%为一浓度梯度, 共设0.5%, 1%, 1.5%三个浓度梯度。
实验方法 (一) 实验动物30只健康成年SPF级雄性SD(Spague-Dawlay)大鼠(200-250g), 由中南大学动物实验中心提供, 随机分入对照组(C组, n=15)或野百合碱组(M组, n=15), M组腹腔单次注射野百合碱60mg/Kg, C组腹腔单次注射相同容积溶剂。大鼠饲养于中南大学动物实验中心, 自由饮水进食, 恒温(26℃)恒湿饲养, 昼夜节律规律。
(二) 手术操作大鼠建模后饲养28天, 腹腔注射氯胺酮注射液80 mg/kg麻醉, 仰卧位固定, 行颈正中切口, 暴露气管, 予16G套管针行气管穿刺置管, 连接至小动物呼吸机行机械通气(潮气量5 ml/Kg, 频率70-80次/min)。于股动脉24G静脉留置针置管监测血压、隐静脉置入24G静脉留置针用于输液。术中持续泵注复方电解质液。单次给予舒芬太尼2 μg/Kg及维库溴铵1 mg/Kg后开始开胸操作, 随即以舒芬太尼1 μg/kg·h-1维库溴铵3 mg/Kg·h-1的泵速维持。开胸后予2.5 cmH2O呼气末正压, 防止肺塌陷。直视下于心尖处刺破右室沿右室长轴置入1.9F压力容积导管。手术过程中泵注复方电解质液8ml/kg维持血容量, 调节并维持体温在37.5±0.5℃。
(三) 实验方案及数据的采集分析手术完成后20分钟, 血流动力学稳定后, 予大鼠梯度吸入0.5%、1.0%、1.5%浓度七氟烷, 每个浓度下呼末麻醉气浓度稳定于预设值5 min后, 开始记录数据, 以每5 min为一个时点留取连续5个时点的血流动力学数据, 选取大鼠停机控呼吸、血流动力学稳定后至少10个连续周期进行分析处理。记录大鼠各时点如下数据:心率(HR), 右室收缩末压力(RVESP), 右室每搏量(SV), 右室心输出量(CO), 右室射血分数(EF), 肺动脉有效弹性(Ea)。
(四) 形态学数据测量血流动力学数据采集完毕, 在麻醉状态下抽血处死大鼠后剪下心脏, 放入-20℃冰箱内速冻20 min后取出, 于心脏中段切2 mm厚切片, 分离出右室部分及左室加室间隔部分, 分别称重, 计算右室/(左室+室间隔)比值。拍摄的照片输入计算机, 使用Image-Pro Plus 6.0软件进行右室相厚度的测量, 分别于左右心室选取不经过乳头肌的三条径线, 测量该径线方向上心内膜和心外膜间的像素距离, 算出左右心室厚度比。分叶剪下肺置于4%多聚甲醛中固定后脱水包埋, 用切片机连续切厚5 μm的冠状切片, 用于HE染色后行病理学检查。
(五) 统计学分析采用Graphpad Prism 6统计软件对实验数据进行统计学分析。实验计量数据以均数±标准差(x±s)表示, 形态学数据的比较采用非配对student t检验, 血流动力学数据, 采用重复测量单因素方差分析(one-way repeated measures ANOVA), 血流动力学变化幅度的比较采用Z检验(n>40);P < 0.05为差异有统计学意义。
实验结果 (一) 形态学结果心室称重及室壁厚度测量结果如表 1所示, M组大鼠右室重量明显高于正常组大鼠, 而左室加室间隔重量两组无区别, 厚度比及重量比M组大鼠均高于C组, 说明在模型中已有右室肥厚的形成。
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表 1 两组大鼠心室称重及室壁厚度相对值的比较 |
心脏大体标本如图 1所示:C组大鼠心脏右室游离壁薄, M组大鼠心脏右室游离壁较C组明显增厚。
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图 1 正常大鼠及肺高压大鼠心脏大体标本对比, 左为C组, 右为M组。 |
肺组织HE染色结果如图 2所示:镜下C组大鼠肺动脉管壁薄, 细胞分布均匀, M组大鼠肺动脉血管壁较C组大鼠明显增厚, 血管管腔减小, 血管周围有炎性细胞浸润, 部分小动脉内有血栓形成阻塞管腔。
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图 2 大鼠肺动脉HE染色, 左侧为C组, 右侧为M组。镜下可见C组大鼠肺动脉管壁薄, 细胞分布均匀, M组大鼠肺血管管壁较C组大鼠明显增厚, 血管管腔减小 |
各大鼠在各浓度下采集的5个时点的数据取平均值, 与基础值构成一组数据, 进行统计分析, 观察大鼠血流动力学的变化及趋势。C组有13组大鼠纳入统计, M组有12只大鼠纳入统计。结果如表 2所示:
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表 2 主要血流动力学结果 |
随七氟烷吸入浓度的递增, 两组大鼠平均体循环血压逐渐下降; M组CO、EF及SV在吸入浓度为0.5%时上升, 浓度递增至1%及1.5%后下降, 其中SV在1%及1.5%时仍高于基础值, Ea值在0.5%浓度时下降, 浓度递增至1%及1.5%时较0.5%时无明显变化。C组大鼠CO及EF值在0.5%时较基础值无明显差异, 在1%及1.5%时下降; SV随浓度递增无显著变化; Ea值在0.5%浓度时下降, 浓度递增至1%及1.5%时较0.5%时无明显变化。
各大鼠各吸入浓度下记录的5个时点与基础值比较计算出变化幅度, 组间进行同一浓度下血流动力学变化趋势及幅度的比较。在七氟烷浓度为0.5%时M组大鼠CO上升但C组大鼠CO下降, 1.0%及1.5%时两组CO均下降, 但是M组下降幅度明显更小; M组SV在3个浓度七氟烷吸入下均较基础值升高, 但随七氟烷浓度递增SV升高幅度逐渐减小, C组SV在0.5%时较基础值上升, 在1.0%及1.5%时较基础值下降。总体来说, 七氟烷吸入导致的M组大鼠CO及SV下降幅度较C组大鼠小。
讨论本实验采用腹腔单次注射野百合碱建立SD大鼠肺动脉高压模型。实验结果表明, SD大鼠腹腔单次注射60 mg/kg剂量的野百合碱后饲养28天后与对照组大鼠比较, 右心室壁增厚, 右室与左室及室间隔重量比增高; HE染色结果可见肺小动脉管壁增厚, 血管管腔小, 周围伴炎性细胞浸润, 部分小动脉内有血栓形成。血流动力学结果与形态学改变相一致, M组大鼠肺RVESP高于C组大鼠, 而SV、CO及体循环血压组间尚无区别。说明腹腔注射野百合碱可建立确切的大鼠肺动脉高压模型, 且对体循环无显著影响。
体循环血压在实验浓度范围内随七氟烷浓度的增加而下降, 这一结果与其他实验结果一致[7], 针对体循环的研究表明, 七氟烷吸入可以降低心肌收缩力, 降低体循环阻力[9], 此外七氟烷可减弱左心心室-动脉偶联, 降低心脏机械工效能[10], 体循环血压的下降可能是上述因素综合作用的结果。肺动脉有效弹性(Ea)可间接反映肺血管阻力, M组大鼠Ea在吸入浓度为0.5%时有约20%的降幅, 且浓度为1%及1.5%时均低于基础值, 而C组Ea在1%及1.5%七氟烷时与基础值无显著区别。Blaudszun G等人的研究结果表明在0.5MAC、1.0MAC及1.5MAC时七氟烷吸入对肺血管阻力影响均不显著[7]。其他关于其他吸入麻醉药如异氟烷及地氟烷的研究也均表明吸入麻醉药对肺血管阻力影响不大[11, 12], 但考虑到这些实验选用的实验动物不同且吸入药浓度均在相应实验动物的1MAC以上, 本实验得出的在七氟烷吸入浓度为0.5%时可以一定程度上降低肺血管阻力这一结果对后续试验有一定参考价值, 需进一步进行后续实验深入研究其可能机制。
已有实验表明, 七氟烷可通过等比例地降低肌质Ca2+及肌纤维的Ca2+敏感性产生负性肌力作用[13]。实验中两组大鼠SV、EF及CO在七氟烷吸入浓度为0.5%时均有不同程度的上升, 但当吸入浓度升高至1%或1.5%时, 除M组大鼠SV外其余指标下降。上述指标的变化趋势考虑是右室后负荷及右室收缩力综合作用的结果。在七氟烷梯度吸入的情况下, 尽管肺动脉高压组及正常组大鼠各血流动力学指标变化方向一致, 但其变化幅度仍有区别。较正常大鼠而言, 肺动脉高压大鼠在吸入七氟烷的情况下:每搏量及心输出量指标均优于正常组大鼠, 尽管吸入七氟烷后, 除SV外其他血流动力学指标均受到明显抑制, 但较正常组大鼠而言, 肺高压组大鼠反而能更好的保留心功能, 更好的耐受七氟烷吸入带来的不利影响。
肺动脉高压大鼠内皮功能受损, 氧化应激平衡被打破, 导致肺血管内皮细胞凋亡及增生紊乱及血管重构, 进而导致右室心肌肥厚[14]。在这一病理生理过程中, 多条信号通路及多种细胞内信号分子均存在表达改变, 七氟烷对肺高压大鼠及正常大鼠右心功能的不同影响可能与其中某条信号通路相关。该通路的改变导致了七氟烷对肺高压大鼠及正常大鼠心肌及肺血管内皮细胞钙离子浓度的差异影响, 进而表现为肺高压大鼠SV及CO变化幅度的减小。其具体机制仍有待进一步研究。
总结60 mg/Kg的野百合碱单次腹腔注射可成功诱导雄性SD大鼠肺动脉高压; 七氟烷吸入对正常大鼠及肺高压大鼠右心功能均有抑制, 但其对肺高压大鼠和正常大鼠血流动力学影响有差异, 主要表现为在七氟烷梯度吸入的情况下, 肺动脉高压组大鼠其每搏量及心输出量相对正常组大鼠更高, 肺动脉高压组大鼠能更好的耐受七氟烷引起的心肌抑制。其具体机制仍有待进一步研究。
| [1] |
Ramakrishna G, Sprung J, Ravi B S, et al. Impact of Pulmonary Hypertension on the Outcomes of Noncardiac SurgeryPredictors of Perioperative Morbidity and Mortality[J]. Journal of the American College of Cardiology, 2005, 45(10): 1691-1699. DOI:10.1016/j.jacc.2005.02.055 |
| [2] |
Kaw R, Pasupuleti V, Deshpande A, et al. Pulmonary hypertension:an important predictor of outcomes in patients undergoing non-cardiac surgery[J]. Respiratory medicine, 2011, 105(4): 619-624. DOI:10.1016/j.rmed.2010.12.006 |
| [3] |
Lai H, Wang K, Lee W, et al. Severe pulmonary hypertension complicates postoperative outcome of non-cardiac surgery[J]. British journal of anaesthesia, 2007, 99(2): 184-190. |
| [4] |
Reich D L, Bodian C A, Krol M, et al. Intraoperative hemodynamic predictors of mortality, stroke, and myocardial infarction after coronary artery bypass surgery[J]. Anesthesia & Analgesia, 1999, 89(4): 814. |
| [5] |
Bassuoni A S, Amr Y M. Cardioprotective effect of sevoflurane in patients with coronary artery disease undergoing vascular surgery[J]. Saudi journal of anaesthesia, 2012, 6(2): 125. |
| [6] |
Husedinovi I, Bariin S, Bradi N, et al. Early cardioprotective effect of sevoflurane on left ventricular performance during coronary artery bypass grafting on a beating heart:randomized controlled study[J]. Croatian medical journal, 2007, 48: 333-340. |
| [7] |
Blaudszun G, Morel D R. Superiority of Desflurane over Sevoflurane and Isoflurane in the Presence of Pressure-overload Right Ventricle Hypertrophy in Rats[J]. Anesthesiology, 2012, 117(5): 1051-1061. DOI:10.1097/ALN.0b013e31826cb20b |
| [8] |
Fyntanidou B, Grosomanidis V, Kotzampassi K, et al. Beneficial effect of sevoflurane on endotoxin-induced pulmonary hypertension[J]. Critical Care, 2010, 14: 1. |
| [9] |
Royse C F, Liew D F, Wright C E, et al. Persistent depression of contractility and vasodilation with propofol but not with sevoflurane or desflurane in rabbits[J]. Anesthesiology, 2008, 108(1): 87-93. DOI:10.1097/01.anes.0000296077.32685.26 |
| [10] |
Hettrick D A, Pagel P S, Warltier D C. Desflurane, sevoflurane, and isoflurane impair canine left ventricular-arterial coupling and mechanical efficiency[J]. Anesthesiology, 1996, 85(2): 403-413. DOI:10.1097/00000542-199608000-00023 |
| [11] |
Lennon P F, Murray P A. Isoflurane and the Pulmonary Vascular Pressure-Flow Relation at Baseline and during Sympathetic α-and β-Adrenoreceptor Activation in Chronically Instrumented Dogs[J]. Anesthesiology, 1995, 82(3): 723-733. DOI:10.1097/00000542-199503000-00014 |
| [12] |
Lesitsky M A, Davis S, Murray P A. Preservation of hypoxic pulmonary vasoconstriction during sevoflurane and desflurane anesthesia compared to the conscious state in chronically instrumented dogs[J]. anesthesiology, 1998, 89(6): 1501-1508. DOI:10.1097/00000542-199812000-00029 |
| [13] |
Bartunek A E, Housmans P R. Effects of sevoflurane on the intracellular Ca2+ transient in ferret cardiac muscle[J]. Anesthesiology, 2000, 93(6): 1500-1508. DOI:10.1097/00000542-200012000-00023 |
| [14] |
Seiichiro S, Koichiro T, Voelkel N F. Endothelial cells and pulmonary arterial hypertension:apoptosis, proliferation, interaction and transdifferentiation[J]. Respiratory Research, 2009, 10(1): 95. DOI:10.1186/1465-9921-10-95 |