不同心肌保护液对供心移植保护作用的对比研究

                   作者：池一凡, 许慧, 侯文明, 孙忠东, 牛兆倬, 杨铁南 

【关键词】  改良心肌保护液

    摘要：目的 研究改良心肌保护液对短暂常温热缺血供心移植后的保护作用。 方法 18只家猪随机分为3组，对照组（C组）：不缺血下供心低温灌注St.Thomas液后切取，4℃保存4h后行原位心脏移植；热缺血组（W组）：供心灌注低温St.Thomas保护液前常温缺血5min，4℃保存4h后行原位心脏移植；改良心肌保护液组（E组）：供心常温缺血5min后用改良保护液灌注和保存，4℃保存4h后行原位心脏移植。以心脏排出量（CO）、心肌含水率、丙二醛（MDA）和ATP含量、肌钙蛋白I（cTnI）和心脏超微结构作为观察指标。结果  心肌含水率、MDA含量和cTnI含量E组明显低于W组(P<0.05)；CO和ATP含量E组明显高于W组(P<0.05)；E组与C组相比无显著差异(P>0.05)；超微结构，E组损伤较W组明显减轻。结论 改良心肌保护液可有效改善供心因短暂常温热缺血而造成的结构和功能损害。

　　关键词：改良心肌保护液; 热缺血; 心肌保护

　　The Protection Effects of Different Cardioplegiae　on Warm Ischemic Myocardium

　　　Abstract: OBJECTIVE  To evaluate the effects of modified cold cardioplegia on warm ischemic myocardium. METHODS 18 pigs were randomly divided into 3 groups.Control group (C), the donor hearts were arrested and stored for 4 hours preserved by St.Thmoas solution; warm ischemia group (W), the donor hearts had 5 min warm ischemia followed arrested and preserved in 4℃ St.Thomas solution; modified cold cardioplegia group(E), the donor hearts had 5 min warm ischemia followed arrested and were preserved with 4℃ modified cold cardioplegia,and othortopic heart transplantation models were established,respectively.RESULTS Myocardial water content, MDA content,in E goup are lower than W group. CO and ATP content in E goup are higher than W group. The myocardial ultrastructure injury is severe in E and C group than W group.CONCLUSION Modified cold cardioplegia gives more protections for warm ischemia donor heart in structure and function.

　　Key words：modified cold cardioplegia; warm ischemia; myocardial protection

　　心脏移植是终末期心脏疾患的有效方法，供心质量是影响移植成功的重要因素。如何进一步扩大供体心脏的来源，提高供心保存质量，减少供心移植后的再灌注损伤，都是一直在不断研究的热点和方向［1］。本实验以猪原位心脏移植为模型，对供心热缺血及冷保存后的能量、结构与移植再灌注后心脏超微结构问题作进一步研究。

　　1 材料与方法 

　　1.1 实验动物和分组                            

　　家猪18只，雌雄不限。体重50~60kg。供、受体为同窝生、同性别，体重相差<10%，体重大的作为供体。

　　18只家猪随机分为3组，对照组(C，n=6)，灌注4℃Thomas液后切取供心，4℃保存4h；热缺血组（W，n=6）常温阻断主动脉缺血5min后，灌注4℃Thomas液后切取供心，低温保存供心4h；改良心肌保护液组（E组，n=6）：常温阻断主动脉缺血5min后，灌注4℃Thomas液后切取供心，低温保存供心4h；然后各组分别行标准原位心脏移植。

　　体外循环（CPB）预充：每升0.9%生理盐水（NaCl）加入氯化钾（KCl）1mmol/kg,肝素50mg。稀释后如红细胞比积（Hct）<0.250，加血预充。CPB流量2.5~3.5L/min,维持平均动脉压(MAP)60mmHg以上，Hct 0.250左右，肛温30~32℃。停机前Hct 0.300以上，肛温37℃左右。

　　Thomas保护液成分：NaCl 144 mmol，KCl 20 mmol，硫酸镁（MgCl2）16mmol，氯化钙（CaCl2）2.4 mmol，普鲁卡因1.0 mmol，pH 5.5~7.0，渗透压300~320mosmol/L。

　　改良保护液的组成：在Thomas保护液基础上每升保存液中添加以下成分D-甘露醇60mmol，组氨酸30 mmol，谷光甘肽3 mmol，葡萄糖139 mmol，L-精氨酸5g/L作为改良保护液的组成。

　　1.2 观察指标                            

　　1.2.1 供心移植后观察复跳情况、心排量。

　　1.2.2 供心切取即刻、低温保存4h和移植2h后取左心室心肌测定心肌含水率、丙二醛（MDA）(化学比色法，试剂盒由南京建成公司提供)、ATP含量（化学发光法）。

　　1.2.3 供心再灌注后每30min经动脉抽血测定肌钙蛋白I(cTnI)含量:ELISA法(试剂盒由南京强欣公司提供)，按操作步骤测定。

　　1.2.4 心肌超微结构：左心室肌同一部位每组随机选2例取材，切取1mm3全层心肌组织数块，缓冲液冲洗3次，每次15min。1%锇酸作用后固定30min。常规透射电镜样品乙醇梯度脱水、Epon812包埋、超薄切片、醋酸铀和枸橼酸铅染色。JEM-1200EX型透射电镜观察并摄片。

　　1.3 统计学处理                            

　　统计数据用均数±标准差±s表示，组内比较采用χ2检验，SPSS1.0统计软件进行统计学处理，P<0.05差异有显著性。

　　2 结果

　　2.1 供心移植后血流动力学情况                            

　　C组，供心移植后心脏均自动复跳，1例因右心房出血死亡，5例存活大于2h；W组，3例心脏自动复跳，1例不复跳，1例电击复跳后反复室速死亡，3例存活2h；E组，5例心脏自动复跳，1例停机后鱼精蛋白中和时室颤抢救无效死亡，5例存活2h。供心移植后，三组均持续泵入多巴胺4~6μg/(kg.min)，维持心率80~120bpm，心率<80bpm，行心外膜临时起搏。

　　CPB结束后测心排量（CO）。C组为（1.57±0.23）L/min, E组为（1.45±0.17） L/min ,W组为（1.24±0.12）L/min，两组有显著差异（P<0.05），见表1。表1 三组心脏移植后心脏排出量（略）注：E组与W组相比，*P<0.05；E组与C组之间比较P>0.05。

　　2.2 供心组织含水率、MDA、ATP含量                            

　　心肌含水量在供心切取即刻无显著性差异（P>0.05），低温保存4h、心脏移植2h后W组含水量明显较C、E组增高，有显著差异（P<0.05），C组与E组之间无差异（P>0.05），分别见表2~4。表2 三组在不同时点心肌组织含水率（略） 注：E组与W组相比，*P<0.05；E组与C组之间比较P>0.05。表3 三组在不同时点心肌组织MDA含量（略）注：E组与W组相比，*P<0.05；E组与C组之间比较P>0.05。表4  三组在不同时点心肌组织ATP含量(略) 注：E组与W组相比，*P<0.01；E组与C组之间比较P>0.05

　　心肌组织MDA含量在供心切取即刻无显著性差异（P>0.05），低温保存4h、心脏移植2h后W含水量明显较C、E组增高，有显著差异（P<0.05），C组与E组之间无差异（P>0.05）。

　　W组供心切取后即刻ATP含量明显低于C、E组，保存4h和移植后仍明显明显低于C、E组，有显著差异（P<0.05）。

　　2.3 供心移植后血浆cTnI水平                            

　　供心再灌注后2h内各时点，cTnI均高于正常，并呈逐渐升高趋势。再灌注W组同时点均高于C组，且30min后各时点差异有显著性（P<0.05），见表5。 表5 血浆cTnI浓度（略）注：E组与W组相比，*P<0.05，**P<0.01；E组与C组之间比较P>0.05

　　2.4 心肌结构观察                            

　　C组：心肌光镜下心肌细胞形态基本正常，心肌细胞水肿较轻。电镜下肌纤维排列较整齐，线粒体和糖原颗粒丰富。再灌注2h出现细胞轻度肿胀，局部肌丝排列紊乱，线粒体轻度肿胀，少量空泡变性，糖原颗粒尚丰富(图1)。

　　3 讨论

　　供心在热缺血期间，由于底物不能供给、氧的缺乏、线粒体进行无氧代谢、酸中毒抑制糖酵解、线粒体膜改变致脂肪酸转运障碍等，ATP很快被消耗，使心肌各种代谢活动受到限制，心肌细胞，特别是心肌的超微结构随之发生改变。实验证实，当ATP含量下降到缺血前的50%时，心肌细胞从可逆到不可逆损伤［2,3］，出现细胞自溶，肌节、肌丝模糊或溶解，线粒体肿胀，嵴断裂、减少、紊乱，细胞核浓缩、边集，糖原颗粒消失，间质水肿等不可逆损伤现象。

　　本实验结果显示，猪心常温缺血5min，使心肌ATP明显减少；保存4h后ATP降低更明显，均低于无缺血组。同时伴有心肌水肿，心肌细胞结构改变也较对照组明显。再灌注后，cTnI的水平显著升高，再灌注30min至120min各时点均显著高于对照组。W组供心心排量（CO）却低于C组和E组。再灌注2h心肌结构损害进一步加重。由此可见，常温热缺血使心肌细胞的能量代谢紊乱，低温保存以及此后的再灌注进一步加重了心肌能量的消耗，是造成移植后供心早期功能下降的原因之一。

　　Belzet等［2］认为一种成功的器官保护液的组成应满足下列6个要求：（1）减少由于低温保存导致的细胞水肿；（2）防止细胞的酸化作用；（3）防止灌洗保存过程的细胞间隙膨胀。（4）防止氧自由基的损伤，尤其在再灌洗过程中；（5）提供再生高能磷酸化合物的底物；（6）保持细胞内环境的稳定。

　　我们研制的心肌保护液是在全面分析Thomas保护液配方的基础上加以改良的，具有5个更改点：加入甘露醇，适当调整细胞外渗透压，以防止或减少因缺血及低温诱导的细胞水肿，重点加强冠状血管内皮的保护，有利于心功能的恢复［4］；加入适量的腺苷和葡萄糖有利于保存期间及再灌注后能量的再生，实验结果表明，用改良心肌保护液保存ATP含量优于Thomas保护液；加入L-精氨酸，其血管内皮细胞的保护作用及抑制血管平滑肌细胞增生对移植心脏的进行性动脉硬化有一定的抑制作用；加入谷氨酸，促进心肌在缺血再灌注期间ATP的产生，维持心肌细胞的完整性，减轻了细胞水肿，提高了心肌的顺应性及收缩功能［5］。

　　：
                            
　　［1］夏求明，藏旺福. 心脏移植进展［J］. 中华器官移植杂志，1999；20：201-203.
                            
　　［2］Belzet FO, Southard JH.Principles of solid-organ preservation by cole storage［J］. Transplantation, 1988,45:673-675.
                            
　　［3］钟佛添，刘初生，巫国勇，等.供者心脏热缺血后收缩力、三磷酸腺苷、超微结构的关系［J］.胸心血管外科临床杂志，2000，7：28-31.
                            
　　［4］Saitoh Y, Hashimoto M, Ku K, et al. Heart preservation in HTK solution: Role of coronary vasculature in recovery of cardiac function［J］. Ann Thorac Surg, 2000,69:107-112.
                            
　　［5］Ingeborg R, Kober M, Obermaur RP,et al.Comparison of the solution of Brestshneider ,St.Thomas′hospital and the national institutes of health for cardioplegic protection during moderate hypothermic arrest［J］.Eur Surg Res,1998,30:243-251.