镁离子和钙离子对实验性家兔心肌毒性作用的研究*

许 瀛 金正贤 姚树桐 桑 慧 司艳红 乔先福 商战平

(泰山医学院，山东 泰安 271000)

1 材料和方法

1.1 研究对象 成年家兔(2.5±0.3)kg，雌雄不限。

1.2 药物 20%乌拉坦，10%MgCl2溶液，5%CaCl2溶液。

1.3 仪器 家兔手术器械，BL-410生物机能实验系统。

1.4 家兔颈部手术 用20%乌拉坦按5 ml/kg经耳缘静脉注射进行家兔全身麻醉，将家兔仰卧位固定于兔台上，做一颈部皮肤纵向切口。行气管插管术，连接感受器，监测呼吸。分离颈总动脉，行动脉插管术，连接感受器，监测血压。连接肢体导联，监测心电变化。

1.5 造模用镁离子剂量预试验 采用定性造模的方法，经耳缘静脉缓慢推注10%MgCl2溶液，观察家兔呼吸和血压的变化情况，当呼吸明显变浅变慢或消失、血压下降时停止推注，观察血压和呼吸压是否自行回升。若能保持稳定则证明造模成功，若发生自身代偿，则继续缓慢推注，直到呼吸血压保持在低水平。经多组家兔试验，造模用10%MgCl2溶液量约需1.8 ml/kg，推注要缓慢，保持4 min以上。

1.6 钙剂救治量预试验 将家兔随机分成6组，每组5只，用 5%CaCl2溶液分别按 0.6 ml/kg，1.0 ml/kg，1.4 ml/kg，1.8 ml/kg，2.2 ml/kg，2.6 ml/kg对每组家兔抢救，其中:1组家兔全部死亡;2组家兔血压不能恢复正常;3组和4组家兔血压恢复正常;5组家兔血压恢复，心电呈现不规则波动;6组家兔呈明显钙离子中毒症状，出现室扑室颤波，3只死亡。最终选用钙治疗量在1.1～2.3 ml/kg之间，将实验组分为小剂量(1.1 ml/kg)，低剂量(1.5 ml/kg)，中剂量(1.9 ml/kg)和高剂量(2.3 ml/kg)四个钙处理组。钙剂在1 min左右注射完效果最好。

1.7 试验过程 将家兔随机分成小、低、中、高4组，每组5只。家兔手术后每只用1.8 ml/kg 10%MgCl2溶液经耳缘静脉推注制造实验性家兔高镁血症模型，MgCl2推注时间维持4 min以上。最早出现现象为呼吸变浅变慢，很快血压下降，心电图显示房室和室内传导阻滞，P-R间期延长，QRS波群变宽，造模成功后，用5%CaCl2溶液按1.1 ml/kg、1.5 ml/kg、1.9 ml/kg、2.3 ml/kg 分别对四组家兔进行抢救，缓慢注射CaCl2溶液，此时家兔呼吸不会立刻恢复，血压仍轻微下降或维持低水平，继续缓慢推注CaCl2，推注时间控制在1 min左右，若速度过快，血清钙离子浓度迅速上升可致心肌毒性作用。需要注意的是，由于家兔存在个体差异，造模时1.8 ml/kg 10%MgCl2溶液为估量值，根据出现传导阻滞的时间和程度，适量增减。

1.8 数据采集 监测项目包括呼吸、血压、心电图的改变。呼吸的深浅、频率和有无为出现高镁血症的标志，血压的变化作为本试验定量分析的主要数据，分别记录正常状态、高镁血症时和钙剂处理后家兔呼吸压和血压值，做统计学分析。心电图的改变作为辅助判定高镁和高钙时的心肌损害和毒性作用。

2 结果

2.1 钙剂处理后对高镁血症家兔呼吸的影响(表1，图1)

表1 家兔呼吸压变化情况(mmHg，±s)

表1 家兔呼吸压变化情况(mmHg，±s)

注:与正常组比较，△P ＜0.01，*P ＜0.05。

分组 小剂量 低剂量 中剂量 高剂量正常组7.97 ±1.14 8.15 ±1.29 8.77 ±1.09 9.86 ±2.39高镁血症组 1.12±1.19△ 1.32±0.98△ 0.9±0.54△ 0.56±1.03△钙剂处理组20s 5.23 ±2.84 7.23 ±2.23 8.54 ±3.85 7.79 ±1.23 40s 14.79 ±3.62 21.33 ±5.23 23.75 ±3.77 22.35 ±3.95 60s 12.04 ±1.92 15.93 ±3.82 17.06 ±3.82 24.23 ±4.77 80s 9.77 ±0.84 12.72 ±1.77 13.49 ±3.19 16.73 ±5.22 100s 6.34 ±1.33 9.98 ±1.46 10.96 ±1.77 14.95 ±3.94 120s 5.15 ±2.77△ 9.34 ±1.56* 9.52 ±1.23 10.85 ±3.45*

图1 钙剂处理对高镁血症家兔呼吸的影响(中剂量组)

由中剂量组呼吸大体变化曲线可见，出现高镁症状时，呼吸变浅甚至消失，钙剂抢救后呼吸最早恢复，加深并强过用药前呼吸深度。

2.2 钙剂处理后对高镁血症家兔血压的影响(表2，图2)

表2 家兔收缩压变化情况(mmHg，±s)

表2 家兔收缩压变化情况(mmHg，±s)

注:与正常组比较，△P ＜0.01，*P ＜0.01，＊＊P ＜0.05，△△P ＜0.05;与钙处理后30s比较，＊＊P ＜0.05，*△P ＜0.05，△△P ＜0.05。

分组 小剂量 低剂量 中剂量 高剂量正常组172.3 ±11.9 157.3 ±11.6 153.4 ±8.6 143.9 ±20.9高镁血症组 159.9 ±11.9 139.1 ±15.9 144.6 ±6.9 128.1 ±23.2钙剂处理组15s 162.6 ±18.9 137.2 ±24.1 142.1 ±4.2 125.3 ±34.2 30s 156.4 ±13.1△ 121.8 ±21.5△ 139.1 ±1.4△ 116.4 ±29.9△45s 163.7 ±15.5 133.2 ±17.3 146.2 ±8.2 124.0 ±34.4 1min 158.1 ±14.6 134.4 ±22.5 148.6 ±8.6 125.3 ±28.2 1.5min 155.2 ±28.0 139.2 ±24.8 148.7 ±8.2 134.2 ±17.8 2min 167.1 ±19.1 145.1 ±15.3 150.4 ±7.4 136.2 ±24.4 3min 152.4 ±37.9* 143.3 ±18.2＊＊ 152.5 ±5.2＊△ 136.5 ±27.7△△

图2 钙剂处理对高镁血症家兔血压的影响(中剂量组)

中剂量组收缩压大体变化曲线显示，出现高镁血症时，收缩压舒张压都下降，舒张压下降较收缩压速度快，幅度大且恢复慢，变化过程不稳定。

2.3 钙剂处理后对高镁血症家兔心电的影响 中剂量组钙剂处理后家兔存活，心肌自律性得到明显恢复，心律加快，QRS波群变窄，传导阻滞得到改善。高剂量组钙剂处理后，出现不规则波形，很快出现心室扑动，未采取抢救措施，家兔死亡(图3，4)

图3 中剂量组家兔心电表现

图4 高剂量组家兔心电表现

3 讨论

镁离子在含量上是机体内第四位的阳离子，仅次于钠、钾、钙。血清镁的浓度高于1.25 mmol/L时为高镁血症，临床表现与血清镁升高的幅度及速度有关，短时间内迅速升高者临床症状较严重[1]，本试验即对家兔急性重症高镁血症的抢救。血清镁离子升高可抑制神经-肌肉和呼吸系统、心血管系统，其主要机制:(1)对神经-肌肉和呼吸系统的影响:血清镁离子升高可与钙离子相互竞争，抑制神经-肌肉接头以及中枢神经乙酰胆碱的释放，减弱乙酰胆碱的除极化，降低细胞兴奋性，表现出肌无力、四肢肌肉瘫软和昏睡、昏迷等中枢抑制状态，严重高血镁可使呼吸中枢兴奋性降低和呼吸肌麻痹，发生呼吸衰竭、呼吸停止[2]。由于此种机制是对神经的抑制，在试验中最先表现出来，故把呼吸的减弱和消失作为出现高镁血症的标志。(2)对心血管系统的影响:①对心脏的影响:当胞外镁离子增加时，可使静息电位升高，动作电位上升速度变快，幅度加大，时程延长，使心肌细胞兴奋性和自律性降低，表现为自律性细胞的抑制，出现窦性心动过缓、各种情况的传导阻滞，由于高位正常细胞自律性降低，低位自律性细胞兴奋，可发生各种心律失常。高血镁对心肌收缩力也有一定抑制作用，但对于心输出量的影响较小，高镁血症时血压下降的主要原因在于其对血管的影响。②对血管的影响:高血镁可抑制交感神经节前纤维乙酰胆碱的释放，相应去甲肾上腺素释放减少，表现为血管平滑肌舒张，从而导致血压下降[3－4]。(3)心电图表现:高血镁可抑制房室和心室内传导，并直接降低窦房结组织的兴奋性和自律性，可引起传导阻滞和心动变缓，心电图表现为P-R间期延长、QRS增宽和Q-T间期延长，通常高镁血症常伴有高钾血症，常可见高尖 T波[2，4]，本试验为急性高镁血症，故不出现高钾症状。

钙离子是镁离子的拮抗剂，可与镁离子竞争结合受体，抑制镁离子上述一系列作用。可以缓解神经-肌肉的症状，迅速的恢复呼吸。由于血清钙离子增多，钙离子细胞内流量增加，肌浆网释放钙离子变多，可有更多的钙离子与肌钙蛋白亚单位结合，缓解镁离子对心肌兴奋-收缩偶联的抑制，增强心肌的收缩力[5－6]。

试验中最早出现变化的监测项目为呼吸，推注MgCl2溶液起初无明显变化，约1～2 min后，呼吸开始减弱，减弱过程平稳漫长，是由于血清内镁离子达到一定的浓度后，才会出现明显呼吸抑制的缘故。推注过程需缓慢，血清镁离子快速升高将发生急性重症高镁血症，导致家兔的死亡。若呼吸减弱出现过早或是呼吸骤然消失，说明注射镁离子速度过快，造模失败。注射钙剂后，家兔呼吸很快得到恢复并远超出正常呼吸压力数倍，如图1，是由于钙离子增强了呼吸肌的兴奋性和收缩力，同时由于呼吸减弱，血液内二氧化碳浓度升高，刺激中枢和外周化学感受器，致呼吸加深加强而高于正常值。经统计计算，比较钙剂处理后与正常组数据，家兔呼吸压的改变情况，小剂量组(P ＜0.01)，低剂量组(P ＜0.05)和高剂量组(P＜0.05)有统计学意义，中剂量组(P＞0.05)差异较小，说明中剂量组呼吸压与正常值较为接近，恢复情况最好，小剂量组钙剂处理后与正常呼吸压差异较大，恢复情况不理想。

通过比较家兔正常状态、出现高镁血症时和运用钙剂处理后血压的变化情况，分析不同钙剂处理组的效果。试验中血压监测值与呼吸有所不同，家兔血压最低值并非出现在高镁症状时，而在出现症状后30 s左右，推测原因为:镁离子为持续输入，头皮针胶管中及回心静脉内的镁离子稍后才能到达作用部位，产生后续降压作用;而钙剂同样滞后30 s到达作用部位开始拮抗镁离子毒性作用，使血压上升;镁、钙离子对于神经-肌肉接头的作用迅速而敏感，而对于心血管的作用略迟缓。故在计算时，将30 s时血压值作为高镁症状时的血压值。如图2所示，由于镁离子对于心脏和血管都有负性作用，既降低心肌收缩力，又扩张外周血管，所以收缩压和舒张压都下降。而钙剂对于心脏的正性作用远强于对血管的收缩作用，应用钙剂抢救的初始阶段，稳定住收缩压或令其上升的同时，舒张压仍继续有所下降，一段时间后才开始回升。试验中，收缩压的变化最敏感直观，可以及时反映试验中所用药品导致的血压变化，舒张压的变化较滞后且不稳定，所以本试验所用血压监测值为收缩压。采用单因素方差分析，比较钙处理后与正常状态时，家兔血压的变化情况，小剂量组(P ＜0.01)，低剂量组(P ＜0.05)和高剂量组(P＜0.05)有统计学意义，中剂量组(P ＞0.05)无统计意义，是由于中剂量组处理后，血压恢复良好而接近正常值，经计算无差异。与高镁血症时血压值比较，低剂量组(P ＜0.05)，中剂量组(P ＜0.05)和高剂量组(P＜0.05)均有意义，说明三组钙剂量都有一定的拮抗镁离子、升高血压的作用。

试验中对家兔心电的监测，作为辅助判定高镁血症发生时刻的标准，以及血清内高钙离子对心肌毒性作用的依据。高镁血症时，由于镁离子可降低房室结的兴奋性和自律性，各组家兔都可见心率变缓，镁离子还可抑制房室和室内冲动的传导，QRS波群明显变宽，PR间期延长，小剂量组由于钙离子不足，传导阻滞逐步增强，导致两只家兔死亡;低剂量组和中剂量组的钙剂量，都不同程度地缓解了传导阻滞作用，低剂量组RS波呈坡形下降，是由于钙离子量不足，细胞膜上钙离子通道未能完全复活，钙离子的转运受抑制导致;高剂量组钙剂完全注入后，由于血清内钙离子含量过高，不仅不能拮抗镁离子的作用，而且还引发了高钙血症，很快出现不同程度的不规则波形，一只家兔出现心室扑动，未采取抢救措施，很快死亡。

钙离子作为镁离子拮抗剂可有效抢救实验性家兔高镁血症的呼吸减弱、血压下降和心肌毒性等，综合家兔存活率，呼吸、血压统计运算以及心电监测情况分析，1.9 ml/kg 5%CaCl2溶液缓慢静脉推注抢救效果最佳，考虑到家兔个体健康状况差异和代偿能力不同，在此剂量基础上，应根据实时监测各项指标的情况适当加减药量可达到最佳效果。

[1]金惠明，王建枝.病理生理学[M].第7版.北京:人民卫生出版社，2010:39-40.

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