心肌容量超负荷与脑钠肽分泌关系的研究

肖宗位，李海林，陈坚，高珂，刘早阳

脑钠肽（BNP）是一种由32个氨基酸组成，含有17个氨基酸环状结构的神经多肽类物质，它在生物体内发挥着利尿、利钠以及舒张血管等作用，而在正常人循环血液中仅有很少量的BNP[1]。既往研究发现，左心室室壁应力增加是造成心脏大量合成、分泌BNP的主要原因，目前，已广泛将其应用于临床对心力衰竭的诊断、治疗及疗效的评估中[2,3]。但左心室室壁应力与心肌功能、前负荷、后负荷以及心率四个因素均有着密切关系，BNP合成、分泌增加的具体原因及机制目前尚不清楚。Kavga[4]和Sugimoto[5]在先天性心脏病研究中发现，紫绀患儿常伴随有缺氧以及体内容量超负荷表现，且测得血浆中BNP水平较正常儿童组明显升高，由此他们认为BNP水平升高与缺氧和容量超负荷有关。Zoair等[6]研究发现，肾功能衰竭患儿比正常儿童NT-proBNP高，经过血液透析致使容量负荷减少后测得N-末端脑钠肽前体（NT-proBNP）水平较前明显减少。由此看来，目前在体研究中仅推测BNP分泌与容量超负荷和/或缺氧等多个因素相关，但这些研究中均未能证实BNP的分泌与生物体心肌受容量超负荷这单一因素相关，亦缺乏动物实验证实。鉴于此，本研究欲通过单一改变心脏前负荷水平以了解生物体内心肌容量超负荷是否能导致BNP的直接合成与分泌。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验动物及分组健康新西兰兔10只，平均年龄6个月，体重2.6～3.1 Kg/只，分为容量超负荷组和空白对照组，每组5只，本实验重复3次。

1.1.2 设备及试剂电生理记录仪（BL-410，成都泰盟电子厂）、羊抗兔BNP试剂盒（BPB Biomedicals）。

1.2 方法

1.2.1 制作容量超负荷模型用1.5%戊巴比妥钠经兔耳缘静脉注射来麻醉动物，麻醉后将动物取仰卧位，并用扎带固定四肢于手术台上，在四肢皮下安置电极监测标Ⅱ导联心电图。用肥皂水湿润实验兔颈部、前胸部皮毛，备皮后用碘伏消毒。沿兔胸前正中线切开颈胸部皮肤、皮下组织、肌层，游离出右侧颈内静脉与颈总动脉，先后用动脉夹夹闭静脉和动脉近心端，结扎远心端，在动脉夹远端剪开动静脉，将两根PE管分别经右侧颈内静脉和颈总动脉切口插至右心房及左室流出道，两根PE管在血管切口近心端用线结扎固定，通过PE管收集右心房静脉血和测定左心室心功能。沿左侧胸肋关节外侧剪断肋软骨进入左侧胸腔。在膈神经前方纵向剪开心包，并将心包后切缘缝合固定于胸壁皮肤，暴露心脏。在左心耳做一荷包缝合，缝线内插双腔PE管至左心房，经PE管可提供液体输注与左房测压。空白对照组通过液体输注始终维持左房压于6 mmHg水平，容量超负荷组经兔左心耳PE管输注液体致左室舒张末压（LVEDP）升高至10 mmHg维持30 min，随后再维持左房压6 mmHg观察30 min。

1.2.2 兔心电图肢体导联检测于兔四肢分别安置四个电极，连接电生理记录仪，动态记录实验前后的肢体导联（标Ⅱ导联）心电图的变化。

1.2.3 心功能测定通过右颈总动脉插管，连接电生理记录仪测定左室收缩压（LVSP），并用LVSP代表心功能。在容量超负荷组记录实验前心脏平稳状态下、容量超负荷后左房压维持在实验前水平第15 min、30 min时的LVSP值。对照组记录实验前心脏平稳状态下、维持左房压稳定在6 mmHg水平后第15 min、30 min时的LVSP值。

1.2.4 血浆BNP水平测定容量超负荷组于实验前心脏平稳状态下、容量超负荷末、容量超负荷后15 min和容量超负荷后30 min，而对照组于实验前心脏平稳状态下、维持左房压达6 mmHg、左房压达6 mmHg第15 min、30 min时，通过右颈内静脉PE管抽取右心房静脉血2 ml，离心后取血浆，用ELISA法测定右心房血浆中的BNP含量。

1.3 统计学分析本实验数据均采用SPSS 21.0统计软件进行统计分析，计量资料以均数±标准差（±s）表示，组间比较采用t检验。P＜0.05为差异存在统计学意义。

2 实验结果

2.1 两组心电图测定结果比较容量超负荷组在试验前、容量超负荷末、容量超负荷后15 min、容量超负荷30 min四个时点，心电图P波、QRS波、T波均存在且形态正常，P波与QRS波成呈一一对应关系，无心律失常、ST段压低和/或升高等心肌缺血情况，实验前后心率无增快和/或减慢。对照组在实验前、左心房压稳定维持在6 mmHg时，左房压稳定维持在6 mmHg后第15 min、左房压稳定维持在6 mmHg后第30 min三个时点心电图亦无明显改变（图1～2）。

2.2 心功能测定实验前，容量超负荷组与对照组LVSP相比，差异无统计学意义（P＞0.05）。与实验前相比，对照组LVSP在实验后无变化（P＞0.05）。容量超负荷组实验前LVSP为（105.44±6.84）mmHg，在容量超负荷后第15 min LVSP升高至（110.47±5.91）mmHg，30 min时基本恢复至实验前水平；与实验前相比，差异均无统计学意义（P＞0.05）。实验后，容量超负荷组与对照组LVSP相比，差异亦无统计学意义（P＞0.05），（表1）。

2.3 血浆BNP测定实验前，两组间血浆BNP值相比，差异无统计学意义（P＞0.05）；实验后，与实验前相比，对照组血浆BNP水平无明显变化，差异无统计学意义（P＞0.05）。与实验前相比，容量超负荷组在容量超负荷末时，血浆BNP升至最高水平（269.17±17.78）pg/ml，为基础值的1.64倍，差异有统计学意义（P＜0.05）；在容量超负荷后15 min时，血浆BNP降至（189.23±21.55）pg/ml，与实验前相比，差异仍有统计学意义（P＜0.05）；于容量超负荷后30 min时，血浆BNP值恢复至基线水平，与实验前相比，差异无统计学意义（P＞0.05）。实验后，两组间血浆BNP值相比，容量超负荷组在容量超负荷末（对照组在左房压维持至6 mmHg时）及容量超负荷后15 min时明显高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）（表2）。

表1 两组实验前后心功能（LVSP）比较（±s，mmHg）

表1 两组实验前后心功能（LVSP）比较（±s，mmHg）

组别 实验前 容量超负荷后1 5 m i n容量超负荷后3 0 m i n对照组 1 0 4.0 7±3.0 0 1 0 3.4 7±4.2 3 1 0 4.6 3±4.2 4容量超负荷组 1 0 5.4 4±6.8 4 1 1 0.4 7±5.9 1 1 0 6.5 4±4.5 5 P值 0.9 8 1 0.2 4 5 0.7 9 7

3 讨论

BNP是利钠肽系统的一种肽类激素，最早由日本学者Sudoh等[7]于1988年从猪脑中分离出来，其广泛分布于脑、脊髓、心、肺等组织，其中以心脏含量最高，大脑次之。研究发现，BNP具有重要的病理生理学意义，其本质上是一种心脏神经激素，在血容量增加或压力超负荷的情况下反应性从心室分泌出来[2]，可以促进生物体排钠、利尿，有较强的舒张血管功能，可对抗肾素-血管紧张素-醛同酮系统（Ras系统）及交感神经系统[1]。心脏内的BNP主要储存于右心房，且右心房含量为左心房3倍，但右心房分泌BNP的能力与含量并不相当。Ogawa等[8]在Langendorff灌注的大鼠离体心脏冠状静脉窦流出液中测的BNP基础分泌率为（50.0±1.9）fmol/min，切除心房后BNP的分泌率仍维持在基础水平的60%；Babiker等[9]在Langendorff灌注的切除心房大鼠离体心脏研究中发现，心肌缺血再灌注损伤后冠状静脉窦静脉血中BNP明显增高，而肿瘤坏死因子（TNF-α）明显减少。Li等[10]对622例扩张性心肌病患者的研究发现，心功能差的患者BNP水平较正常人群显著升高，经治疗左心功能好转后BNP水平明显下降[11]。另外，Mannacio等[12]在主动脉瓣重度狭窄伴左心功能不全患者中测得BNP水平升高，给予主动脉瓣置换术，术后12月随访结果显示，BNP水平随着心功能的改善较前有明显下降。以上研究结果表明，尽管BNP在心室中含量较少，不足心房的1/20（因为BNP前体并不储存于心室中），但当室壁张力升高时可迅速刺激BNP基因高表达，合成大量BNP分泌入血[13]。但是，左心室合成、分泌BNP的确切机制至今尚未完全阐明。既往大量临床研究推测，左心室室壁应力增加是造成心脏大量合成、分泌BNP的主要原因，但是左心室室壁应力与心肌功能、前负荷、后负荷以及心率四个因素均有密切关系，其具体的分泌机制目前仍未明确。

左心室舒张末压（LVEDP）是反映左心室舒张功能的一个重要指标，它不仅与左心室心肌本身舒张功能有关，而且还与左心室的容量负荷大小有关[14]。LVEDP的影响因素较多，有文献报道，随着年龄增加，由于心肌细胞钙调蛋白和兴奋收缩耦联步骤下调，即使不合并心脏疾病，也可出现不同程度的心室舒张功能异常[15]。本研究选用平均年龄6个月的健康新西兰大白兔来排除年龄因素对LVEDP的影响。不仅如此，若欲采用LVEDP指标代表仅因单纯心肌容量超负荷对BNP分泌的影响，亦需排除心肌缺血等相关因素造成心肌自身舒张功能受损的影响。既往容量超负荷模型常选用腹主动脉与下腔静脉造瘘和瓣膜反流等方法[16,17]，但这些方法均存在手术操作复杂，瘘口大小和瓣膜反流程度难以把握，容量超负荷程度难以掌控及死亡率高等缺点[18]。本实验选取在动物左心耳PE插管，经PE管输注液体用以调整左心房压力，通过细微调整左心房压力较容易控制左心室容量超负荷程度，手术过程相对简单，死亡率低。此模型建立结果亦显示，LVEDP较易长时间维持于10 mmHg左右水平，并且系LVEDP升高造成左心室容量超负荷后激活心脏的Frank-Starling机制，能使LVSP值轻度升高，且无左心室舒张功能受损[19]。我们的实验结果与Osuga等[20]建立的容量超负荷模型结果相近，且心电图监测结果亦显示，该实验模型未造成实验动物心肌缺血、心律失常、心率改变及心脏后负荷增加等不良事件，因此我们有理由认为，该模型的LVEDP能较好地反映单纯生物体心肌容量负荷的变化。

表2 两组实验前后血浆BNP比较（±s，pg/ml）

表2 两组实验前后血浆BNP比较（±s，pg/ml）

注：与实验前比较，aP＜0.05；与对照组比较，bP＜0.05

分组 实验前 容量超负荷末 容量超负荷后15 min 容量超负荷后30 min对照组 155.61±25.20 155.79±22.38 155.63±24.67 156.23±19.49容量超负荷组 163.69±16.69 269.17±17.78ab 189.23±21.55ab 165.05±18.21

Kurt等[21]回顾性研究做心导管检查的患者，发现伴LVEDP升高的患者中其BNP水平也升高，因此认为LVEDP水平与BNP的分泌有密切关系，但无法排除其受心肌功能、心率等的影响。本研究通过对动物模型进行实时心电图监测及运用电生理记录仪测定左室收缩LVSP，用以排除因生物体内心肌缺血、心律失常、心率改变及后负荷增加所致LVEDP水平升高，因此仅反映了心脏前负荷增加的改变。我们此次研究结果显示，经左房液体输注维持LVEDP于10 mmHg水平第30 min时BNP水平升至（269.17±17.78）pg/ml，达到基础值的1.64倍；而当停止输注液体后，维持左心房压力于容量超负荷前水平，BNP水平又逐渐回落至容量超负荷前状态。上述实验结果均提示，BNP水平升高是由心肌容量超负荷直接导致，左心室心肌容量超负荷是造成左心室BNP合成、分泌一个重要且直接因素。