急性低氧应激对麻醉大鼠心脏舒缩功能的影响*

纪巧荣，张 昱，刘 杰，曹成珠，周 振，张 伟

(青海大学高原医学研究中心；青海省高原医学应用基础重点实验室，青海 西宁 810001)

急性低氧应激对麻醉大鼠心脏舒缩功能的影响*

纪巧荣，张 昱，刘 杰，曹成珠，周 振，张 伟△

(青海大学高原医学研究中心；青海省高原医学应用基础重点实验室，青海 西宁 810001)

目的 探讨急性低氧应激对麻醉大鼠左、右心室舒缩功能的影响。方法 监测大鼠(n=7)在常氧(西宁，海拔2260m，氧百分含量为20.9%)和急性低氧(氧百分含量为15%)通气的状态下，心率(heart rate，HR)、左心室收缩压(Left ventricular systolic blood pressure，LVSP)、右心室收缩压(Right ventricular systolic blood pressure，RVSP)和左右心室内压最大上升及下降速率(±dP/dtmax)等的血流动力学指标变化。同时，比较低氧通气5 min前后的动脉血气，探讨急性低氧应激对麻醉大鼠心脏功能的影响。结果 与常氧通气相比，急性低氧通气下LVSP降低、RVSP升高，右心室±dP/dtmax升高，左心室±dP/dtmax明显降低，均具有统计学差异(P<0.05)。此外，低氧通气5 min后大鼠动脉血PaO2降低，具有统计学差异(P<0.05)。结论 急性低氧应激可降低左心室的舒、缩能力，而右心室的舒、缩在急性低氧应激时则表现出一定程度的代偿性增强，但低氧应激对左心室的舒缩能力影响更大。

低氧应激 心室舒缩能力 左右心室±dP/dtmax

低氧应激对心脏泵血功能的影响没有清晰描述，对研究低氧心血管调节及探讨机体低氧习服的机制造成了一定的困难。因此，研究急性低氧应激状态下心脏功能的调节变化具有重要的价值。本研究通过实时、动态地监测麻醉大鼠急性低氧应激时左、右心室内压最大上升及下降速率(±dP/dtmax)、左心室收缩压(Left ventricular systolic blood pressure，LVSP)和右心室收缩压(Right ventricular systolic blood pressure，RVSP)等反映心功能的血流动力学指标变化，来明确急性低氧应激对麻醉大鼠心脏射血和左、右心室舒缩功能的影响。

1 材料与方法

1.1 实验动物

雄性SD大鼠，体重(300±20)g，购于北京维通利华实验动物技术有限公司[许可证号：SCXK(京)2012-0001，NO.11400700064575]。

1.2 实验方法

1.2.1 动物造模及血流动力学指标测定

大鼠经2.5%戊巴比妥钠(50mg/kg，i.p)麻醉后仰卧固定于动物恒温板(154Huron Avenue Clifton，NJ 07013 USA)，维持体温36.5 ℃～37.5 ℃。做颈前正中切口，分别行右颈外静脉、右颈总动脉插管，将聚乙烯导管(ID 0.58mm，OD 0.96mm)经右颈外静脉导入右心室监测RVSP及右心室±dP/dtmax，聚乙烯导管(ID 0.50mm，OD 0.80mm)经右颈总动脉导入左心室监测LVSP及左心室±dP/dtmax；行气管插管(ID 2.0mm，OD 3.0mm)并连接呼吸机(950 North Hague Avenue Columbus，Ohio 43204-2121 U.S.A)，调节呼吸频率(70次/min)、潮气量(7mL/kg)。手术结束后，于大鼠左心房水平面连接事先校准的压力传感器，并与Power Lab生物信号采集系统(AD Instruments，Castle Hill，Australia)连接，分别在常氧(氧百分含量为20.9%)及低氧(氧百分含量为15%)[1，2]通气状态下监测并记录HR、LVSP、RVSP及左右心室±dP/dtmax的变化。各指标的变化量用“△”表示，由各指标不同时间点与0点的差值计算得来。

1.2.2 动脉血气电解质分析

待各项血流动力学指标平稳后，分别于常氧和急性低氧5 min时各取动脉血约20 μL在血气电解质分析仪(梅州康立高科技有限公司，BG-800A)行动脉血气检测分析。

1.3 统计学方法

2 结果

2.1 常氧和急性低氧通气时的不同血流动力学指标的变化

血流动力学指标变化的描记图(图1)和变化量统计图(图2)显示，与常氧组相比，低氧组左心室LVSP及±dP/dtmax均降低，从0.5 min处开始降低，4～5 min时达最低值；右心室RVSP及±dP/dtmax均升高，从0.5 min处开始升高，4～5 min时达最大值，均具有统计学差异(P<0.05)。

常氧和低氧前后左心室各项血流动力学指标的变化结果(表1)显示，与常氧组相比，低氧组左心室LVSP、±dP/dtmax分别由初始绝对值降低25.1 mmHg、1339.5 mmHg/sec、1363.8 mmHg/sec，均具有统计学差异(P<0.05)；HR在低氧前后无明显改变。

图1 常氧及低氧下各项血流动力学指标变化描记图
Figure 1 The changes of hemodynamic indexes in normoxia and hypoxia

结果均用表示；#：与0点相比，P<0.05；*：与常氧组相比，P<0.05.

表1 常氧和低氧前后左心室各项血流动力学指标的变化结果±s)Table 1 The changes of hemodynamic indexes of left ventricular in normoxia and ±s)

*：与常氧组相比，P<0.05；#：与同组0 min 相比，P<0.05.

常氧和低氧前后右心室各项血流动力学指标的变化结果(表2)显示，与常氧组相比，低氧组右心室RVSP、±dP/dtmax分别由初始绝对值升高4.4 mmHg、134.6 mmHg/sec、101.3 mmHg/sec，均具有统计学差异(P<0.05)。

表2 常氧和低氧前后右心室各项血流动力学指标的变化结果±s)Table 2 The changes of hemodynamic indexes of right ventricular in normoxia and ±s)

*：与常氧组相比，P<0.05；#：与同组0 min 相比，P<0.05.

2.2 常氧和低氧通气5 min后动脉血气结果分析

与常氧组相比，低氧5 min后大鼠PaO2降低，具有统计学差异(P<0.05)，pH、PaCO2、HCO3-的变化无统计学意义(表3)。

表3 常氧和低氧通气5min后动脉血气分析结果±s)Table 3 The results of arterial blood gas in normoxia and ±s)

3 讨论

实验中将大鼠通过呼吸机通入室内空气和15% O2的低氧气体制做常氧和低氧通气模型。从低氧后各项血流动力学指标的变化结果可知，低氧5 min时LVSP降低、RVSP升高(P<0.05)；从低氧通气5 min时动脉血气的结果可知，低氧5 min大鼠PaO2降低(P<0.05)，提示15% O2急性低氧通气可以引起大鼠的急性低氧应激反应。这种急性低氧刺激所致的PO2降低可能会使心脏供氧减少，促使心肌对糖代谢的有氧氧化减弱、无氧糖酵解增加，代谢产生的乳酸增多而影响心肌的收缩功能[3，4]。同时，低氧也可能影响心肌细胞肌浆网对Ca2+的回收[5，6]，诱发心肌舒张速率下降，引起左心舒张能力下降。

从常氧和低氧应激5 min后各组血流动力学指标的变化可以看出：低氧刺激后左心室+dP/dtmax[7]由初始值8340.4±641.7 mmHg/sec降至7000.9±946.4 mmHg/sec，降低了16.1%，-dP/dtmax由初始绝对值6196.6±584.4 mmHg/sec降至4832.8±724.5 mmHg/sec，降低了22%；而右心室+dP/dtmax由初始值919.1±55.9 mmHg/sec升至1053.7±81.8 mmHg/sec，升高了14.6%，-dP/dtmax由初始绝对值678.8±34.3 mmHg/sec升至780.1±55.7 mmHg/sec，升高了14.9%。同样，左室的LVSP比初始值降低了14.8%，右室RVSP比初始值升高11.8%。由此提示，低氧应激对左、右心室舒缩能力的影响是不一致的，左心室表现出了显著的舒缩能力降低，而右心室则表现出了舒缩能力增强。分析认为，低氧诱发机体产生的内源性扩血管物质[8-13]会引起除肺血管以外的外周血管扩张，使血压下降[14]，血压的下降将进一步造成心输出量的降低，进而使心肌供血减少、心肌收缩能力进一步降低。Mendoza JP[15]等的研究也证实了低氧应激下大鼠血压会下降。而对于右心室来讲，急性低氧会对肺循环血管产生收缩作用[16，17]，使肺动脉压力升高，加重了右室的后负荷，随后随着右心回心血量的增加，又促使右室前负荷增加，这样诱发右室产生紧张源性扩张，代偿性地使右室+dP/dtmax升高[18]。王佳兴[19]等的研究也证实，低氧应激发生RVSP升高及右心室室壁的肥厚，且与低氧持续时间在一定范围内呈正相关。尽管急性低氧可激活交感神经系统，作用于心脏β1-肾上腺素能受体后会促进心脏产生正性肌力作用[20]；但因为心输出量的降低、心肌供血减少，交感神经系统的代偿作用并没有有效地得以发挥。因此可认为，低氧应激时右心室收缩能力的升高仅是暂时的右室代偿性紧张源性扩张引起的代偿反应，随着低氧刺激的持续和加重，最终失代偿导致心力衰竭[21]的发生。

综上所述，通过对麻醉大鼠急性低氧下左、右心室舒缩能力各项指标的监测，得出了急性低氧应激短时间内主要降低左心室的舒缩功能，而右心室会通过紧张源性扩张，一定程度上能代偿性地增强右心室的舒缩能力。其可为研究低氧应激过程中心脏功能的调节和探讨低氧习服的机制提供参考。

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Effects of acute hypoxic stress on cardiac systolic and diastolic functions in anesthetized rats

JI Qiao-rong，ZHANG Yu，LIU Jie，CAO Cheng-zhu，ZHOU Zhen，ZHANG Wei△

(High altitude medical research center of Qinghai University； The Key Laboratory of high altitude medical application of Qinghai Province，Qinghai Xining 810001)

Objective To explore the effect of acute hypoxic stress on the left and right ventricular systolic and diastolic functions in anesthetized rats.Methods Rats(n=7)were treated with normoxia(20.9% of the oxygen content)and hypoxia(15% of the oxygen content)respectively at the altitude of 2260 m(Xining，China).The heart rate(HR)，the maximum rate of left and right ventricular pressure(±dP/dtmax)，the left ventricular systolic blood pressure(LVSP)，the right ventricular systolic blood pressure(RVSP)were monitored，and the arterial blood gas of normoxia and hypoxia within 5 minutes have been compared to explore the effect of acute hypoxia on cardiac function in anesthetized rats.Results Compared with nomorxia，the LVSP and ±dP/dtmaxof left ventricular decreased，the RVSP and ±dP/dtmaxof right ventricular increased obviously in hypoxia(P<0.05).In addition，the PaO2had decreased after 5 minutes of hypoxia(P<0.05).Conclusion Acute hypoxic stress can decrease the left ventricular systolic and diastolic functions.But the change of right ventricular systolic and diastolic functions are characterized by a certain degree of compensatory enhancement.And the left ventricular systolic and diastolic functions are more affected than right ventricular.

Hypoxic stress The ventricular systolic and diastolic functions The maximum rate of left and right ventricular pressure

*：国家自然基金项目(81560301；81160012)；教育部新世纪优秀人才项目(NCET-12-1022)；△：通信作者，博导，教授，zw0228@sina.com 纪巧荣(1989～)，女，汉族，河北籍，硕士研究生

R363

A

10.13452/j.cnki.jqmc.2017.01.003

2016-11-12