经右心房快速起搏建立猪心动过速性心肌病模型

齐书英 韩建妙 马彦卓 李洁 李志文 陈宇 汝磊生

心动过速性心肌病是指由于持续或频繁发作的快速性心律失常导致心脏扩大、心功能异常，恢复窦性心律或控制心室率后心肌重构和心功能可完全或部分逆转的一类特殊类型心肌病[1,2]。也就是说心动过速是心肌病原发的、始动因素，心功能是可随着快速性心律失常根治部分或全部恢复。目前其确切的发病机制尚不完全清楚，心动过速发作及终止后心脏病理结构的改变还缺乏研究。因此建立理想的心动过速性心肌病动物模型，研究心动过速性心肌病的发病机制有重要意义。目前关于心动过速性心肌病的动物模型制作，国内外方法不统一，国内外多以开胸方法植入心室外膜电极或经颈外静脉切开或颈内静脉穿刺植入心室或心房被动电极，由于高频脉冲刺激容易导致动物烦躁不安引起电极脱位，导致实验失败。随着临床现有起搏器植入的器械改进，主动电极的使用普及，本实验改进了手术方法，经颈内静脉途径穿刺植入主动起搏电极导线至右心耳，快速心房起搏诱发心动过速性心肌病，并观察其起搏参数、心功能和血液指标及心肌细胞病理的动态变化，为进一步探讨心动过速性心肌病的发病机制及临床治疗提供一定的实验研究基础。

1 材料与方法

1.1 动物与分组 健康小型猪15只，月龄8～10月，平均体重(22.5±1.5)kg。按照性别相同、体重及月龄相近等条件划分为3组：A组：只植入起搏电极和起搏器，但不打开起搏器；B组：AOO模式，175次/min快速起搏右心房4周；C组：AOO模式，175次/min快速起搏右心房4周，停止起搏观察4周。

1.2 麻醉方法 所有动物术前禁食12 h，禁水6 h，称重，术前半小时以速眠新和氯胺酮1∶1汇合，0.2 ml/kg肌内注射麻醉动物。

1.3 动物模型制作 待猪进入浅麻醉状态后将猪四肢和头部固定于导管室检查床上，麻醉后行颈部、右肩背部、胸部及腹壁静脉和四肢备皮，用套管针在腹壁静脉建立静脉通路。查心电图和超声心动图了解心脏结构及功能。将心电图肢体导联直接连接固定在动物四肢行肢体导联心电监护，麻醉状态下为窦性心律，心率70～90次/min。常规消毒铺单，在右颈部三角区内侧纵行切开，分离皮下组织，暴露颈内静脉。以18 G穿刺针穿刺颈内静脉，抽取10 ml静脉血液送检NT-proBNP、心肌酶。随后送入J形导丝至下腔静脉，沿导丝送入可撕开鞘，将主动起搏电极(Medtronic 5076型)送至右心房心耳部，心电图证实起搏电极位于右心房，心房1∶1夺获心室，脉宽<0.6 ms，阈值<1.0 V，阻抗<1 000 Ω，测试电极参数满意后旋出固定。在右肩背部做囊袋，将起搏电极连接在起搏器(芯彤SSI)上，固定起搏器后以碘伏冲洗囊袋，确认无出血后缝合切口，无菌纱布包扎切口。术后应用3 d头孢唑林钠肌内注射预防感染，术后24 h待猪状态稳定后按照术前分组B、C组持续起搏，AOO模式，175次/min，4周后A、B组动物处死，C组停止起搏观察4周后处死。

1.4 随访观察

1.4.1 手术情况:手术成功率、并发症发生率、手术时间、X线曝光时间、动物存活情况、动物活动耐力、进食情况。

1.4.2 电极参数:术中、术后1、2、3、4周的电极的起搏阈值、阻抗、感知等，分析起搏比例、心律失常情况。

1.4.3 心脏超声指标:分别于术前和术后2、4、6、8周做心脏超声，测量左心房前后径(LA，mm)、右心房左右径(RA，mm)、左心室舒张末内径LVEDD(mm)、左心室射血分数(LVEF，%)。

1.4.4 血液化验指标：分别于术前和术后2、4、6、8周抽取静脉血液化验NT-proBNP。

1.4.5 组织学检测:根据实验设计在获取完整数据后将动物处死，快速取出心脏分别就心房和心室送HE染色，分析组织学特点。方法是先将猪麻醉，取胸骨正中切口，切开胸骨和心包，取出心脏，把心脏大血管从主动脉瓣和肺动脉瓣根部去除，氯化钠盐水冲洗干净，心脏冠状位切开，暴露心脏四腔，解剖出心房、心室和室间隔，将各室腔组织固定送检HE和Masson染色观察心肌细胞病理改变。

2 结果

2.1 起搏器植入情况 15只猪均经右颈内静脉途径植入起搏电极至右心耳，手术即刻成功率100%，术中无并发症。第1例手术时间和X线曝光时间分别为60 min和5 min，第15例手术时间和X线曝光时间分别为18 min和1.2 min，手术时间和X线曝光时间逐渐缩短呈明显下降趋势。植入电极后心电图和影像图见图1。

图1 电极植入后影像图，显示起搏电极固定于右心耳，起搏的肢体导联心电图显示心房起搏成功

2.2 实验动物存活情况 A组因麻醉过量术后2 h死亡1只，B组术后2周囊袋感染死亡1只。最终按实验设计完成实验13只，术中及术后监测电极参数均符合实验要求。

2.3 症状与体征 快速起搏2周时B、C组动物开始出现食欲下降、活动减少、呼吸急促等心力衰竭表现，4周时出现四肢浮肿、尿少等明显心衰症状。停止起搏后症状好转。A组动物无临床变化。

2.4 超声心动图指标和NT-proBNP变化 3组动物术前心脏彩超各参数差异无统计学意义(P>0.05)；A组动物术前和术后4周心脏超声参数和NT-proBNP均无统计学意义(P>0.05)；B、C组动物起搏4周后RA、LA、LV、LVEDD增大，NT-proBNP升高，LVEF减低，有4只动物出现心包积液，与术前及对照组比较差异有统计学意义(P<0.05)； C组动物在停止起搏2周LVEF开始恢复，停止起搏4周时LVEF和NT-proBNP恢复正常，与起搏前比较差异无统计学意义(P>0.05)，RA、LA、RV、LVEDD好转，但与术前比较仍有差异(P<0.05)。见表1。

表1 3组动物手术前后心脏彩超和NT-proBNP变化

注：与A组比较,*P<0.05;与术前比较,#P<0.05

2.5 病理学变化 A组HE染色心肌纤维排列整齐，Masson染色仅有少量纤维组织。起搏4周时B、C组心肌细胞发生肿胀，部分发生空泡样变性，肌纤维减少，间质血管扩张充血，炎细胞浸润，心肌细胞变性，心房心室组织明显纤维增生。见图2～5。

图2 正常左心室(HE染色×100)图3 起搏4周时左心室(HE染色×100)

图4 术前左心室(Masson染色×100)图5 起搏4周左心房(Masson染色×100)

3 讨论

心动过速性心肌病是临床上常见的快速性心律失常的结局，但有很多问题没有明确，如：快速性心律失常人群中仅有部分患者发生心功能不全，而缺乏识别高危患者的手段；心动过速终止后部分患者心功能恢复正常，而部分患者心功能不全恢复正常，机制何在；TIC的病理学表现和细胞学机制尚不完全清楚。这些问题无法在临床病人中进行研究得出结论，而其答案有助于解决TIC相关的临床问题，因此需要借助动物模型去进行深入研究。关于心动过速性心肌病的动物实验模型方法不统一，国外研究人员多数采用开胸后直接将起搏电极固定于左心室心外膜或开胸后通过降主动脉将螺旋电极置入左心室并固定于左心室游离壁，通过起搏心室建立心动过速性心肌病模型[3-5]。国内研究人员多以静脉途径植入心室或心房被动电极，静脉途径涉及头臂静脉、小隐静脉、颈外静脉和颈内静脉，静脉切开或经皮穿刺将电极植入右室或右房，快速起搏心室或心房建立心动过速性心肌病动物模型[6-10]。笔者采用切开颈部皮肤充分暴露颈内静脉，直视下以Selding技术穿刺颈内静脉放置起搏电极，原因有:(1)血管充分暴露下穿刺成功率高、并发症低;(2)穿刺颈内静脉的同时抽取静脉血液做相关化验检查，可以一举两得，避免多部位穿刺取血，给动物造成更大伤害。

本实验动物选择小型猪的理由是：(1)猪是哺乳动物,它的内脏器官与人体的器官比较相似；(2)猪的动脉循环系统几乎是人类动脉循环系统的复制品,其心脏外形、内部结构、血管配布以及心脏相连的大血管同人的心脏结构基本相似，血流动力学、神经内分泌及病理生理也与人类非常相似；(3)猪比狗相对温和，在捕捉动物及麻醉时安全性高。在进行超声心动图检查及静脉采血时不需麻醉而减少因多次麻醉导致动物死亡率增高。

选择右侧颈内静脉是因为其充盈后直径约4～6 mm，能让约2 mm的心房电极通过，且右颈静脉与腔静脉汇合处比左侧平直，起搏电极容易通过到位；囊袋部位选择在颈背部:(1)因为起搏器有一定重量，放在颈背部有利于负重；(2)避免动物在高频起搏时不适将起搏器和电极拔出使实验失败。

传统的被动固定电极导线因放置容易，操作简单，价格较便宜等优点，一直是起搏器植入时最常用的电极导线。随着人们对心脏特殊部位(右心室流出道、高位房间隔、低位房间隔等)起搏有益作用认识的逐渐加深，无论心房还是心室起搏，主动固定电极导线较被动固定电极导线有脱位率低、可用于特殊部位、易于拔出等优点。目前，临床实践中起搏器植入主动电极已普及。为此，笔者结合了临床实践，将起搏电极更换为主动电极，因其:(1)电极固定牢固，不易脱位；(2)动物心房和心耳的解剖与人有区别，被动电极植入成功率低，操作时间长，而且易脱位。本实验选择Medtronic 5076型主动电极植入，术后不用限制猪的活动范围。小型猪为窦性心律，静息状态下心率70～90次/min，采用芯彤起搏器频率设置为175次/min，可以保证1∶1房室传导，持续快速心房起搏；心室率选择持续175次/min，与既往报道多是240～500次/min右房起搏比较可避免短期内起搏频率太快容易导致动物死亡的风险，保证手术成功率高。

心脏超声是心功能不全的必要检查手段，对心衰的诊断、鉴别诊断、治疗评估等有重要价值。本文在心房快速起搏制作心动过速性心肌病模型中应用心脏超声动态评价心功能变化，结果发现，心房快速起搏后2周开始出现心功能指标变化，心房快速起搏后2周时RA、LA、LVEDD增大，LVEF降低，与术前和对照组比较差异均有统计学意义(P<0.05)。与国内外研究快速心房持续起搏2～4周即可造成充血性心力衰竭模型[9-11]相一致。C组动物在停止起搏后4周LVEF恢复正常，证实心动过速可导致心肌病，心律失常终止后心功能恢复。但RA、LA、LVEDD与术前比较仍有差异，考虑与心脏结构恢复需要较长时间有关。

BNP是心室心肌细胞分泌的具有生物活性的天然激素，在心衰早期即使LVEF正常，即可引起BNP升高，故可用于心衰的早期诊断[12]。BNP的分泌与心室大小、心功能及血流动力学状态密切相关[13]。是心衰诊断、鉴别诊断、病情程度、治疗效果和预后判定的敏感、可靠指标。本研究在猪心动过速性心肌病模型制作前后进行静脉血NT-proBNP水平动态观察，发现术后2周NT-proBNP开始逐渐升高，术后4周NT-proBNP水平明显升高，停止起搏后逐渐下降，证实持续性心动过速引起心力衰竭。

病理显示心肌细胞肿胀，部分发生空泡样变性，肌纤维减少，间质血管扩张充血，炎细胞浸润，心肌细胞变性，心房心室组织明显纤维增生，证实心动过速导致心肌细胞水平重构，心肌病模型建立成功。

在本实验过程中我们发现，实验猪术后随访过程中先尝试从耳缘静脉和股静脉取血均不易成功。后尝试从腹壁静脉和颈静脉抽血，成功率较高，而且取血量能满足实验需要，提示腹壁静脉为实验猪多次取血的较好的方便途径。

综上所述通过快速起搏右心房建立心动过性心肌病模型实验方法简单、材料易获得，成功率高、重复性好，可通过调整起搏部位和起搏频率、起搏持续时间，复制出不同程度心功能损伤，用来研究慢性心衰不同阶段的病理生理改变、分子生物学特性、神经内分泌变化以及药物干预[14]，这也是我们下一步的工作思路。