叹气样呼吸对大鼠心脏停搏时间及复苏后心功能不全的预测价值.doc

叹气样呼吸对大鼠心脏停搏时间及复苏后心功能不全的预测价值.doc 叹气样呼吸对大鼠心脏停搏时间及复苏后心功能不全 的预测价值 DOI:10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2014.06.008 作者单位:315400 浙江省余姚，宁波大学医学院余姚市人民医院急诊科 通信作者:李子龙，Email:lizilong55@vip.sina.com 【摘要】目的 通过大鼠心肺复苏期间叹气样呼吸(gasping)出现的时间及频率，评价其对心脏停搏(cardiac arrest， CA)时间及复苏后心功能不全程度的预测价值。 27只健康SD大鼠，根据CA的时间不同随机分为3组:CA 4 min， CA 6 min和CA 8 min，每组9只。实验采用电刺激法诱导CA，在动物经历不同时间的CA后，各组均进行8 min的心肺复苏，复苏期间动物的gasping信息及复苏效果。在CA前、复苏后1 h、2 h及4 h进行超声心动图检查，评估心输出量、射血分数和心肌做功指数(Tei指数)等心功能指标的变化。结果 在CA 4 min组，gasping的出现最早、频率最高，随着CA时间的延长，gasping的出现推迟、频率下降，且3组间比较差异具有统计学意义。在gasping频繁的CA 4 min组，所有动物在8 min的复苏期间成功复苏，且除颤次数最少，其复苏效果明显好于CA 8 min组，差异具有统计学意义。复苏后的心功能评估中，较好的心输出量、射血分数及Tei指数出现在gasping频繁的CA 4 min组，CA 6 min组次之，CA 8 min组最差，3组间比较具有统计学差 异。结论 心肺复苏期间，gasping出现越早、频率越高，提示较短的CA 时间，并预示较好的复苏成功率及复苏后心功能。 【关键词】心脏停搏;心肺复苏;叹气样呼吸;心功能不全 The value of spontaneous gasping associated with duration of cardiac arrest in predicting post-resuscitation myocardial dysfunction in a rat modelLi Zilong， Xu Jiefeng， Ye Sen， Wang Zhengquan， Chen Guofeng. Department of Emergency Medicine， Yuyao People’s Hospital， Medical School of Ningbo University， Yuyao 315400， China Corresponding author: Li Zilong， Email: lizilong55@vip.sina.com 【Abstract】Objective To analyze the timing and frequency of spontaneous gasping during cardiopulmonary resuscitation in a rat model， and evaluate its value bearing some relation to duration of cardiac arrest (CA) in predicting the severity of post-resuscitation myocardial dysfunction. Methods Twenty-seven healthy Sprague-Dawley rats were randomly(random number) divided into 3 groups according to different durations of CA: CA 4 min (n=9)， CA 6 min (n=9) and CA 8 min (n=9). CA of rats was electrically induced and untreated for 4， 6 or 8 min respectively in the corresponding groups， and then cardiopulmonary resuscitation (CPR) was initiated and continued for 8 min in all animals. The emergence timing and frequency of spontaneous gasping during cardiopulmonary resuscitation and resuscitation outcomes were documented. Myocardial function such as cardiac output， ejection fraction and Tei index was measured by echocardiography prior to CA and at 1 h， 2 h and 4 h post-resuscitation. Results The earliest appearance of gasping with highest frequency was observed in the CA 4 min group during CPR. Gasping appeared later with decreased frequency observed following longer duration of CA. There were statistically significant differences in the timing and frequency of gasping among the 3 groups. In the CA 4 min group with all animals were successfully resuscitated with frequent gasping， 8-min CPR with the least number of defibrillation， which was significantly better than that in the CA 8 min group. During the evaluation of post-resuscitation myocardial function， cardiac output， ejection fraction and myocardial work index (Tei index) were better in the CA 4 min group with frequent gasping， worse in the CA 6 min group and worst in the CA 8 min group， showing statistically significant differences in cardiac function among the 3 groups. Conclusions The spontaneous gasping appeared sooner with higher frequency during cardiopulmonary resuscitation indicated shorter duration of CA， and predicted better success of resuscitation and post-resuscitation myocardial function. 【Key words】Cardiac arrest;Cardiopulmonary resuscitation;Gasping;Myocardial dysfunction 叹气样呼吸(gasping)，是发生在哺乳类动物生命诞生与终止时的一种普遍生理现象[1]。在突发心脏停搏(cardiac arrest， CA)的患者中，gasping的出现被认为是机体自复苏机制的体现，有助于改善重要生命器官的灌注。动物研究显示，CA期间的gasping可以明显改善肺血流和心输出量，每搏输出量可达到CA前的60%，随之动脉压与冠脉灌注压(coronary perfusion pressure， CPP) 显著增加[2]。另有研究发现，CA期间gasping的出现，有助于改善颈动脉血流和脑灌注压，以及降低颅内压[3-4]。然而，在治疗缺失的情况下，gasping主要出现在CA发生后的2,5 min，6 min后将完全消失[5]。而在实际临床工作中，急救人员通常需要至少8min赶到现场，已很难评估患者的gasping及CA时间[6]。本研究中，我们试图捕获心肺复苏期间的gasping信息，分析其出现的时间及频率，探讨其与CA时间、复苏效果及复苏后心功能不全程度的关系。 1 材料与方法 1.1 实验动物及分组 选用健康SD雄性大鼠27只，体质量478,531 g，由美国Harlan公司提供。本研究通过美国南加州大学Weil危重病研究院实验动物管理委员会审批，在Weil研究所进行。根据CA的时间不同，动物被随机(随机数字法)分为如下3组:CA 4 min， CA 6 min和CA 8 min，每组9只。 1.2 动物准备 戊巴比妥钠45 mg/kg腹腔注射麻醉，肢体?导联监测心电图，经口 气管插管，以连接呼气末二氧化碳分压(end-tidal CO2， PETCO2)监护仪(Instrumentation Laboratories， Lexington， USA)及小动物呼吸 Rancho Mirage， USA)。从左股动脉插入PE 50机(Weil Institute， 导管至降主动脉监测血压，左颈外静脉插入PE 50导管到右心房监测房压，右颈外静脉插入诱颤导管。经左股静脉插入温度传感器监测体温，通过灯照维持动物体温在(37.0?0.2) ?。不定期予以肝素盐水2.5 U/mL冲管，戊巴比妥钠10 mg/kg维持麻醉状态。 1.3 动物模型制备 诱颤前15 min，采集动物的基础数据，如血流动力学参数、心功能指标及动脉血气。诱颤前10 min，开始呼吸机辅助通气，初始氧质量分数为21%。经诱颤导管插入诱颤电极至右心室，予以2.7 mA电流诱导室颤，同时停止机械通气。诱颤成功为心电图呈室颤波形，动脉血压显著下降、搏动波形消失。经电极持续放电3 min，以防止大鼠自发转复心律现象。各组动物在经历不同的CA时间后，开始实施心肺复苏。机械胸外按压与机械通气比例设置为2?1，如按压频率200次/min，通气频率100次/min，氧浓度调整为100%。胸外按压深度为下降大鼠胸廓前后径的1/3，以维持CPP在(24?2)mm Hg。心肺复苏8 min后，给予能量2 J的电除颤1,3次，并判断是否自主循环恢复(return of spontaneous circulation， ROSC)。ROSC的标准为出现室上性自主心律伴平均动脉压?60 mm Hg，持续5 min以上[7]。若ROSC未恢复，重新开始心肺复苏30 s后再次除颤。若重复此流程3次后，动物仍未达到ROSC，视为复苏失败。复苏成功的动物观察1 h后氧浓度降至50%，2 h后降至21%，4 h后静脉注射戊巴比妥 钠150 mg/kg予以安乐死。 1.4 观察指标 整个实验过程中，使用WINDAQ软件(DATAQ， Akron， USA)持续监测动物的血流动力学参数如心率、动脉血压及右心房压，PETCO2及体温。心肺复苏期间，密切观察动物的gasping信息，记录每组动物的复苏效果。在CA前与复苏后1 h、2 h及4 h使用超声机(Philips Heathcare， Endover， USA)进行超声心动图检查，评估心输出量、射血分数和心肌做功指数(Tei指数)等心功能指标的变化。在CA前与复苏后4 h抽取动脉血，使用血气分析仪(Nova Biomedical Corporation， Waltham， USA)检测动脉血气与乳酸水平。 1.5 统计学方法 使用SPSS 18.0统计软件进行统计学分析。正态分布的计量资料以均数?标准差(x?s)示，进行方差分析和Bonferroni事后检验。非正态分布的计量资料以中位数与四分位间距表示，进行Kruskal-Wallis检验。计数资料的比较如ROSC，进行卡方检验。以P<0.05为差异具有统计学意义。 2 结果 2.1 各组大鼠的基本情况及复苏期间的CPP CA前，各组动物的体质量、血流动力学参数、PETCO2、血乳酸水平及心功能指标等基础特征，组间差异均无统计学意义，见表1、4。心肺复苏期间，机械胸外按压产生的CPP，3组间差异无统计学意义，见表2。 2.2 各组动物复苏期间的gasping比较 复苏期间的gasping信息见图1，可见呼吸波形改变，血压明显升高，PETCO2和心房压轻度升高。心肺复苏期间，CA 4 min组的动物最早观察到gasping，其频率亦高于另外两组，统计分析显示组间差异具有统计学意义(P<0.01)。与CA 8 min组相比，CA 6 min组的动物gasping时间亦显著提前，频率明显增加，组间比较差异具有统计学意义(P<0.01)，表3。 图1 心肺复苏期间的叹气样呼吸 Fig 1 Spontaneous gasping during cardiopulmonary resuscitation 2.3 各组动物的复苏效果比较 在gasping频繁的CA 4 min组9只大鼠全部复苏成功，CA 6 min组和CA 8 min组各有7只大鼠复苏成功，组间比较差异无统计学意义。与另外两组相比，CA 4 min组的动物复苏时间最短，除颤次数最少，与CA 8 min组相比差异具有统计学意义(P<0.05)。CA 6 min组的复苏时间及除颤次数亦优于CA 8 min组，但组间比较差异无统计学意义(表3)。 2.4 各组动物的复苏后心功能比较 复苏后的4h观察中，超声显示所有动物均存在明显的心功能不全，与基础心功能状态相比差异具有统计学意义(P<0.01)。然而，在gasping频繁的CA 4 min组，动物的心输出量、射血分数及Tei指数等心功能指标明显优于另两组，组间差异具有统计学意义(P<0.05)。CA 6 min组的心功能检测结果亦明显优于CA 8 min组，比较差异具有统计学意义(P<0.05)，见表4。 3 讨论 1973年gasping被定义为突然的、生硬的、短暂的呼吸活动，随之常 有较长时间的呼吸停止[8]。此后，Lumsden[9]进一步发现gasping的呼吸调节中枢位于脑干的延髓尾部。CA期间，机体通过延髓触发gasping，促进静脉回流及血流前进，进而改善重要器官的灌注。然而，当机体血供停止一定的时间后，大脑的能量耗竭，机体的自复苏方式――gasping将消失。早期的临床调查研究显示，在目击的院外CA中，高达55%的患者存在gasping的自复苏现象[10]。最近的临床分析发现，伴有gasping的CA患者的出院存活率高达28%，而未出现gasping的患者存活率只有8%[11]。然而，很多患者发生CA时没有目击者，或是错过gasping的评估时机，急救人员赶到现场时已无法观察到gasping及判断CA的时间。心肺复苏期间，机体的循环功能得以支持，大脑的灌注得到部分改善，或许能重新触发gasping现象。在我们的研究中，8 min的心肺复苏实施期间，所有动物均重新出现gasping。而且，CA时间越短，gasping出现的时间越早，持续的频率越高。这可能因为CA的时间与延髓的损伤程度成正相关，经历较短时间CA打击后的延髓在得以心肺复苏的循环支持后，可以更早及更多地触发gasping。同时，这一结果提示复苏期间的gasping时机与频率可以间接预测CA的时间。 早期的动物研究，也已发现复苏期间gasping的存在。最初，Noc等[12]在大鼠的CA模型中发现复苏成功的大鼠在复苏期间的gasping频率明显高于复苏失败的大鼠，而且有助于升高PO2及降低PCO2。接着，他们在猪的CA模型中发现复苏期间的gasping可产生5L以上的分钟通气量，同样有助于改善PO2及复苏成功率[13]。然而，他们的动物模型只设定4 min的CA，而在当前的研究中，我们设定不同的CA时间来评估gasping 信息与大鼠复苏结局之间的关系。复苏期间，相同的呼吸机参数及胸外按压条件被实施，组间一致的CPP被达到。因此在复苏治疗干预一致的情况下，我们同样观察到大鼠的复苏效果与gasping相关，而且复苏期间gasping出现越早，频率越高，有助于提高复苏成功率，以及降低复苏时间与除颤次数的需求。 目前，普遍认为CA的病理损伤机制表现为，早期阶段的缺血损伤，以及复苏成功后的再灌注损伤。而且，CA患者的预后主要与心脑器官的缺血-再灌注损伤程度有关。临床调查研究显示，院外CA患者住院期间的死亡原因分析中，67.7%归因于复苏后脑损伤，23.1%与复苏后心功能不全有关[14]。此外，心功能不全成为复苏后患者早期死亡的主要原因，表现为持续的低血压、严重的室性心律失常及再发的CA等。最初，Tang等[15]发现大鼠复苏后的2 min就可观察到心功能的下降，复苏后20 min已出现严重的心功能不全，而且舒张与收缩功能不全并存。接着，Kern[16]等利用猪的CA模型，在复苏后30 min同样发现左室收缩与舒张功能的显著下降，这种心功能损伤一直持续到复苏后5 h，在复苏后24 h可观察到心功能部分恢复，至48 h时完全恢复。这种严重但可逆的复苏后心功能不全，也已在相关的临床研究中观察到[17]。在本研究中，笔者同样观察到复苏后全心功能不全的存在，而且复苏后4 h的观察中，所有动物的心功能一直明显差于基础心功能状态。不过，笔者发现心肺复苏期间gasping的时机及频率与复苏后心功能呈正相关，而且在gasping出现最早、频率最高的CA 4 min组，心输出量、射血分数及Tei指数等心功能指标在复苏后4 h的观察期间已开始恢复。这一结果，可能是因为高频率的gasping 更多地增加复苏期间心脏的灌注以及随之而来的较好的复苏结局，有利于 降低复苏后的心功能损伤。 该研究存在如下不足。首先，并未分析每个gasping的时长与幅度， 但是从图1的gasping信息中，可以观察到gasping期间CPP与PETCO2 的增加程度与gasping的时长及幅度相关。不过，在该研究中gasping的 出现时机与频率已能很好地预测CA时间、复苏效果及复苏后心功能损伤 程度，而且更利于在临床应用。其次，心肺复苏期间实施机械通气，可能 造成大鼠的gasping信息部分隐藏在机械呼吸波形中，而且可能干扰大鼠 的自主gasping。 参考文献 [1]Guntheroth WG， Kawabori I. 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