猪供心离体不停跳保存的体外循环

doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.31.011

摘要/Abstract

摘要：

背景：目前供心保存方法主要是单纯低温保存，安全时限为4~6 h ，不可能长途运送，势必影响组织配型和有效的应用每一颗供心。因此，开展不停跳供心保存方法的研究很有必要。
目的：建立猪供心离体浅低温不停跳保存的体外循环模型，为供心不停跳保存提供实验保障。
方法：取体质量25~30 kg的广西巴马小型猪12头，随机分为2组。实验组取出有完整心包的供心后头臂干插灌注针连接体外循环灌注装置，左心引流，灌注流量60~80 mL/min，使心脏保持跳动8 h。对照组按常规方法摘取供心后用低温UW保护液保存心脏8 h。实验组生理记录仪监测心脏跳动心率及灌注压，保存1~8 h各时点抽取动脉血查血气分析、电解质。两组8 h后取心肌组织行ATP测定和超微结构检查。
结果与结论：①实验组保存跳动8 h的心脏中，有1头猪出现短暂的2∶1下传，其余的都保持完好跳动，②实验组保存跳动期间灌注压没有上升；血气分析pH和BE有逐渐降低的趋势；游离钙离子和钾离子有逐渐升高的趋势。③实验组ATP含量高于对照组(P < 0.05)。④实验组心肌超微结构仅有少数线粒体肿胀，大致接近正常的心肌结构。对照组心肌细胞内外水肿，较多空泡变性。结果提示，利用体外循环装置进行离体不停跳心脏保存是可行的，体外循环管理有其特殊性。

关键词: 心脏保存, 心肌保护, 体外循环, 猪, 不停跳

Abstract:

BACKGROUND: Presently, simple cryopreservation is widely used in preserving donor heart. However, it can not transport for a long distance due to 4-6 hours safe duration, which would affect the effective application of donor heart. Thus, it is necessary to explore methods for heart preservation in a beating state.
OBJECTIVE: To establish a cardiopulmonary bypass model of the heart preservation in a beating state, and to provide a laboratory basis for the beating heart.
METHODS: A total of 12 adult Bama miniature pigs, weighing 25-30 kg, were randomly allocated into 2 groups. In the experimental group, the isolated rat heart were induced warm oxygenated blood by the bypass circuit (blood blow 60-80 mL per minutes), the heart preservation in a beating state for 8 hours. In the control group, heart was preserved in hypothermia UW solution for 8 hours. Physiological recorder was used to observe the changes of beating heart rate and the perfusion pressure. Hourly blood samples were taken for arterial blood gases and serum electrolytes parameter. After 8 hours, ATP and cardiac ultrastructure of donor heart were detected.
RESULTS AND CONCLUSION: ①Transient 2:1 atrioventricular block occurred in a pig, and remained donor hearts were successfully preserved in a beating state in the experimental group. ②During preservation, perfusion pressure was not rising. The value of pH and BE in blood were gradually decreased. The value of serum potassium and serum calcium gradually increased in the experimental group. ③The levels of myocardial ATP in the experimental group was significant greater than the control group (P < 0.05). ④There were few mitochondrion swelling and myocardial ultrastructures were similar to the normal state in the experimental group. However, the myocardium was swelling and vacuolar degeneration could be found in the control group. Preservation donor heart with cardiopulmonary bypass in a beating state is feasible. The cardiopulmonary bypass has its own features.

中图分类号:

R617

黄爱兰，林辉，莫安胜，梁宁，胡彦艳，朱蔚琳. 猪供心离体不停跳保存的体外循环[J]. 中国组织工程研究, 2010, 14(31): 5741-5744.

Huang Ai-lan, Lin Hui,Mo An-sheng, Liang Ning, Hu Yan-yan, Zhu Wei-lin. Cardiopulmonary bypass model of pig heart preservation in a beating state[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2010, 14(31): 5741-5744.

参考文献

引言

材料方法

讨论

心脏不停跳保存是用温血连续灌注心脏，使离体心脏在比较接近生理的情况下维持跳动的保存方法。不停跳心脏保存需借助体外循环技术供给心脏富含养分的氧合血液，必须使灌注液的动脉血气、电解质和其他成分处于正常或者接近正常的范围，心脏才能保持良好跳动。保存期间移植物的高能磷酸化合物水平与移植后器官功能和存活率密切相关^[5-6] ，因此认为保存期间组织ATP含量能反映保存效果。保存期间心脏超微结构保护良好是功能恢复的先决条件，线粒体是生物能量代谢的重要场所，其基质容积的改变直接影响能量代谢状态^[7] ，所以保存期间组织ATP酶活性和心脏超微结构是衡量器官保存效果的重要指标之一。实验认为冠状动脉灌注用的稀释血液中的红细胞具有血液流变学特征^[8-10] 、有缓冲作用还具有氧自由基清除作用，所以不停跳保存心脏血液连续灌注心肌能够更好的保持心肌ATP含量和心肌超微结构，使心脏保持良好跳动。本实验结果与报道结果一致。
在实验组左心室减压是一个不容忽略的问题，左心室的有效灌注压等于主动脉灌注压力减去左心室压力。虽然非工作心脏保存模型左心房已经没有肺静脉回流的血液，但由于冠状动脉的分支可与心腔及心肌窦状隙相通，所以左心房仍可以有积血并在左心室舒张期流入左室。过多的血液聚集不仅可能冲开主动脉瓣，造成气栓，还可增加左心室壁的张力，不利冠脉的灌注。Kissling^[11]认为在固定的主动脉平均压下，前负荷增大导致左室壁压力升高，结果主动脉平均压与左室壁压差值下降，最终冠脉血液流量减少。
心脏不停跳保存的体外循环与常规体外循环不同，首先其为离体，血液只经心脏循环而未经全身体内循环，没有泌尿系统参与调节电解质及酸碱平衡，使灌注液的酸碱和电解质尤为难调。本实验结果提示 pH值和 BE值有逐渐下降的趋势，游离钙离子和钾离子有逐渐升高的趋势。灌注液的酸碱度和电解质是互相影响的，任何一个因素的改变都可能引起其他因素的改变。随着保存时间的推移，代谢酸性物质越来越多，pH和BE值逐渐降低。细胞外酸性物质增多，就通过交换氢离子向细胞内转移，换出细胞内的钾离子和钙离子，所以随着保存时间的延长游离钙离子和钾离子逐渐升高。钾离子随灌注时间的延长而升高还与红细胞的破坏有关。
根据实验结果作者建议体外循环预充液的pH值偏高，而钾离子和钙离子可偏低。本实验的灌注液pH最高取到7.61，钾离子最低浓度取到3.2 mmol/L，游离钙离子最低浓度取到0.45 mmol/L。龙村等^[12]认为体外循环中判断低钾标准往往到低于3.0 mmol/L，过于积极补钾有时会影响心肌复苏，所以在心脏不停跳保存体外循环期间不轻易补钾。
灌注液物质添加问题：除了血液稀释及维持胶体渗透压外，由于心脏离体以后逐渐丧失了激素背景，需要添加肾上腺素，以维持心脏跳动的收缩力，添加过多和过少对心脏都产生影响。实验添加肾上腺素的量是根据Hassanein等^[13]和Aupperle等^[14]的实验用量通过容积比算出。研究证明葡萄糖只有脂肪酸很低或者葡萄糖和胰岛素都很高的状态下才成为心肌的主要能量物质^[15] ，所以离体的心脏只有补给一定的胰岛素心肌细胞才能利用糖。Wang等^[16]认为高浓度葡萄糖和高浓度胰岛素有利于缺血以后心脏功能的恢复。还需添加二磷酸果糖增加糖酵解能量的产生，缺血-再灌注期间使用二磷酸果糖能增加碳水化合物的利用、防止缺血-再灌注诱生的白细胞黏附、降低脂质过氧化物和氧自由基的产生、激活一氧化氮合酶增强红细胞的血液流变学功能、细胞外钙螯合、稳定细胞膜、防止血小板活化。灌注中需添加药用剂量的甲强龙可以延长器官保存的安全时限和提高器官植入后的功能^[17] ，报道糖皮质激素能够阻止围CPB期补体系统经典和旁路途径的活化^[18] 、减少术中和术后炎症因子白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子的释放，增加抗炎细胞因子释放，减轻由细胞因子介导的血管舒张，降低血管通透性，抑制白细胞磷脂酶D活性，有效抑制细胞凋亡，从而减轻全身炎症反应。
体外循环温度控制在32~34 ℃，文献认为在浅低温(31~35 ℃)条件中^[19-20] ，机体代谢降低20%~35%左右，氧离曲线仍在正常水平在70%~80%左右，各种酶促反应能维持在较接近生理的有氧代谢和电解质代谢状态,有利于能量的产生和有效利用以及细胞膜系统的稳定。另外，空跳的心脏需氧量又减少50%~70%。所以浅低温空搏的心脏明显的降低了心肌对氧和营养物质的需要，有利于保护非生理灌注的心脏。降低心肌的代谢就可以降低心脏的灌注流量，降低灌注流量就有利于红细胞的保护。
本实验的灌注流量是60~80 mL/min，小于Hassanein实验所用的冠脉流量(1.0~2.0 mL/g)。灌注压力问题：本实验是离体非工作跳动心脏模型，灌注压力是4.66~8.15 kPa，在本实验中采取比较低的灌注压力，目的是减轻心肌的损伤和红细胞的损伤。Aupperle等^[14]认为5.32~6.65 kPa的灌注压力比10.64~11.97 kPa的灌注压力更加有利于心肌的保护。心脏离体以后血管阻力下降大约50%，过高的灌注压力不仅容易导致心脏水肿还容易引起主动脉瓣关闭不全^[21] 。Kawachi^[22]认为用压力是3.99 kPa的含血灌注液灌注空跳的心脏已经能够提供均衡的血液分配和足够的氧。
心脏不停跳保存有望突破单纯低温保存的安全时限^[13-14] ，心肌保护效果好，但是体外循环要求高尚属摸索阶段，其体外循环部分与常规的体外循环不同，有其特殊性。

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