经胸超声心动图是评估心脏骤停猪模型复苏后左心室功能障碍及结构改变的首选诊断方法。
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摘要
摘要
院外心脏骤停的主要原因之一是急性心肌梗死（AMI）。在成功复苏后，约70%的患者因复苏后心肌和脑功能障碍而在出院前死亡。在实验模型中，心脏骤停后的心肌功能障碍表现为左心室（LV）收缩和舒张功能受损，已被描述为可逆性改变，但在与AMI相关的猪心脏骤停模型中，相关数据极为有限。经胸超声心动图是评估心肌功能障碍、结构改变和/或AMI范围的首选诊断方法。在此缺血性心脏骤停的猪模型中，超声心动图检查分别在基线、复苏后2-4小时及96小时进行。在急性期，检查在麻醉且机械通气的猪（体重39.8 ± 0.6 kg）上进行，并持续记录心电图。采集单维和二维、多普勒及组织多普勒图像。测量主动脉和左心房直径、收缩末期和舒张末期左心室壁厚度、舒张末期和收缩末期直径以及缩短分数（SF）。获取心尖部两腔、三腔、四腔和五腔切面图像，计算左心室容积和射血分数。通过节段性室壁运动分析来确定心肌梗死的部位并评估其范围。采用脉冲波多普勒超声心动图从心尖四腔切面记录二尖瓣血流速度，从五腔切面记录主动脉血流速度，以计算左心室心输出量（CO）和每搏输出量（SV）。记录左心室侧壁和室间隔二尖瓣环的组织多普勒成像（TDI）（TDI室间隔和侧壁s'、e'、a'速度）。所有图像采集和测量均依据美国和欧洲超声心动图学会指南的推荐进行。
引言
心脏骤停常在典型胸痛发作数分钟后发生，在某些情况下，这甚至是冠状动脉疾病的首发表现1。事实上，院外心脏骤停的幸存者中有48%在血管造影中显示冠状动脉阻塞2。此外，对于心脏骤停后恢复自主循环（ROSC）的患者，心脏功能障碍是决定其发病率和死亡率的最重要因素之一3。
经胸超声心动图（TTE）是一种无创性诊断和预后评估工具，用于评估患者在恢复自主循环（ROSC）后及随后数天内心肌功能障碍、结构改变和/或急性心肌梗死（AMI）的扩展情况。在猪的实验性缺血性和非缺血性心脏骤停模型中，TTE 常被用于无创性地连续评估心脏收缩 功能、血流动力学状态以及对治疗的反应。2008年，在一项非缺血性猪心脏骤停模型研究中，首次描述了复苏后早期舒张功能障碍的变化，表现为二尖瓣E峰流速与组织多普勒（TDI）e' 速度比值（E/e'）升高，以及二尖瓣E峰与A峰流速比值（E/A）降低4。
本研究描述了在心脏骤停的缺血性猪模型中，通过经胸超声心动图（TTE）在不同时间点评估左心室（LV）结构以及左心室收缩和舒张功能所采用的各种方法学步骤。
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方案
所有涉及动物及其护理的实验程序均符合国家和国际法律法规。本研究已获得米兰大学机构审查委员会及政府机构（意大利卫生部批准号：84/2014-PR）的批准。支持本研究发现的数据可根据合理要求向通讯作者获取。实验模型及超声心动图检查方案示意图详见图1和图2。
1. 动物准备
- 实验前隔夜禁食8小时雄性家猪（体重39.8 ± 0.6 kg），自由饮水。
2. 麻醉诱导与维持，抗生素预防
- 通过肌肉注射氯胺酮（20 mg/kg）诱导全身麻醉，随后静脉注射（iv）异丙酚（2 mg/kg）。通过下颌张力消失、角膜反射消失、肌肉松弛以及需要机械通气来判断麻醉深度是否足够。
- 将导管插入右侧颈静脉，并推进至上腔静脉。
- 通过持续静脉输注异丙酚（4–8 mg/kg/h）维持麻醉。
- 经静脉注射舒芬太尼（0.3 µg/kg），然后注射氨苄西林（1 g）。
3. 机械通气心电图及血流动力学监测
- 放置带套囊的气管导管，使猪通过呼吸机进行机械通气，潮气量为 15 mL/kg，吸入氧浓度（FiO2）为 0.21。
- 调节呼吸频率，并使用红外线二氧化碳监测仪将呼气末二氧化碳分压（EtCO2）维持在 35–40 mmHg 之间。
- 使用电动剃刀剃除猪整个胸部及左腿的毛发（左腿将用于手术插入血管内导管以进行血流动力学监测）。
- 在剃毛后的四肢足部及下腹部放置额面心电图（ECG）电极片，共使用三个 ECG 贴片：两个置于前肢足部，第三个置于腹部左侧。
- 将一根充满液体的导管插入右侧股动脉，用于平均动脉压监测以及动脉血气分析采样，检测指标包括动脉血氧分压（PO2）、二氧化碳分压（PCO2）和 pH 值。
- 从右侧股静脉插入一根 7 F 五腔热稀释导管，送至肺动脉，用于测量右心房压、核心体温和心输出量。
- 从右侧颈总动脉插入一根 5 F 带球囊导管，在血管造影引导下将其推进至主动脉，再进入前降支冠状动脉第一对角支远端。通过注射造影剂确认导管位置正确。
- 从右侧锁骨下静脉插入一根 5 F 起搏导管至右心室（RV），用于诱发心室颤动（VF）。
4. 基线经胸超声心动图检查
注意：平均而言，超声心动图检查需要 20-30 分钟。经胸超声心动图（TTE）使用相控阵多频探头，频率范围为 2.5 至 5 MHz，同时持续记录心电图。至少存储包含三个连续心动周期的图像帧和动态循环图像，用于离线分析。
- 在主动脉水平和左心室（LV）水平获取一维（M型）和二维（2D）超声心动图的短轴与长轴图像，以评估室壁厚度、主动脉、心房及左心室的大小、左心室功能以及节段性室壁运动。
- 获取主动脉水平的二维短轴切面。该切面可显示左心房（LA，底部中央）、主动脉瓣（中央）、右心房（左下）、三尖瓣（左侧）、右心室流出道（上方）和肺动脉瓣（右侧）。将取样线置于主动脉和左心房的中点，记录相应的M型图像。
- 获取胸骨旁长轴切面。该切面可显示主动脉根部和主动脉瓣叶、室间隔、左心室和左心房。主动脉应与室间隔处于同一水平平面并连续延伸；主动脉瓣叶需清晰可见。将探头置于左侧第3或第4肋间隙，探头指示方向朝向右腰部，并微调探头角度，以获得标准化切面。
注意：胸骨旁短轴和长轴切面用于测量主动脉根部宽度及左心房的前后径。M型图像可从主动脉瓣水平的长轴或短轴切面获取（见步骤4.1）。 - 获取乳头肌水平的左心室二维短轴切面。使用乳头肌或腱索水平的短轴切面进行左心室大小测量；在机械通气动物中，相比长轴切面，该方法更容易获得标准化图像。
注意：左心室应呈圆形，且两个乳头肌均需清晰可见。根据惯例，乳头肌分别称为前外侧乳头肌和后内侧乳头肌。若可见二尖瓣瓣叶而右心室游离壁不连续，则图像未标准化。 - 将取样线置于左心室中央，在乳头肌水平记录左心室的M型图像。
- 重复步骤4.1.3和4.1.4，获取左心室亚乳头肌水平和心尖水平的图像。
- 获取心尖四腔切面（AP4CH）。该切面可同时显示左心室（LV）、左心房（LA）、右心室（RV）和右心房（RA），以及二尖瓣、三尖瓣、房间隔和室间隔。将探头置于心尖部（第4肋间隙），探头标记应指向左侧。用于标准化切面的结构是室间隔，其应与超声束平行显示。可通过将探头向内侧或外侧移动实现此效果。
注意：当成像平面未通过真正的左心室心尖时，会发生缩短伪像，导致左心室腔呈斜切面。缩短伪像会低估左心室容积并高估左心室射血分数（LVEF）。通过调整探头位置和/或将其移至较低的肋间隙并向外侧移动，可避免缩短伪像。在体重为33–35 kg的猪中，左心室长径应大于4.8 cm。 - 获取心尖两腔切面（AP2CH）。从AP4CH切面开始，将探头逆时针旋转45–60°；仅应显示左心房和左心室，避免显示室间隔，并确认取样线通过左心房和左心室的中点。
- 获取心尖三腔切面（AP3CH）或心尖长轴切面。从AP4CH切面开始，将探头逆时针旋转45–60°。在AP3CH切面中，可见左心室心尖、前间隔和后外侧左心室节段。其他可见结构包括左心室流出道（LVOT）、左心房和主动脉瓣。
- 获取心尖五腔切面（AP5CH）。从AP4CH切面开始，将探头向前下方倾斜，再向外侧移动，以显示斜位的室间隔、主动脉及左心室流出道、左心室、右心室和双心房。
- 脉冲多普勒（PW）超声心动图
注意：该方法可用于：（1）测量瓣膜跨瓣血流速度、心输出量和每搏输出量；（2）测量时间间隔，如肺动脉加速时间；（3）评估左心室舒张功能。
注意：通过降低或提高脉冲重复频率，可避免混叠现象（当出现新的干扰频率时需提高频率）。- 使用彩色多普勒获取标准化的AP4CH切面，并记录至少三个心动周期的动态图像。
- 将脉冲多普勒取样容积置于二尖瓣瓣叶尖端，使用彩色多普勒使取样线与二尖瓣血流方向垂直，并与左心室长轴对齐。然后切换至脉冲多普勒模式，记录至少三个心动周期。
- 使用彩色多普勒获取标准化的AP5CH切面，并记录至少三个心动周期的动态图像。
- 使用彩色多普勒使取样线与主动脉血流方向垂直。将取样容积向主动脉瓣方向移动，直至血流速度加快。记录至少三个心动周期。
- 使用组织多普勒成像（TDI）：从二维标准化AP4CH切面，采用脉冲波组织多普勒（PW TDI）测量单一节段的心肌纵向峰值速度。
注意：TDI的主要局限性在于其对声束入射角的依赖性。当入射角超过15°时，速度值约被低估4%。
5. 心肌梗死的诱导
- 用0.7 mL空气充胀导管球囊，使其位于左前降支冠状动脉内。通过心电图ST段快速进行性抬高来确认阻塞成功5。
6. 心脏骤停
- 心脏骤停定义为心室颤动发生之时。在阻塞10分钟后，心室颤动可能自发出现；否则应通过起搏导管诱导心室颤动。 1至2毫安交流电输送至右心室心内膜。
- 心室颤动发生后停止通气，并放气球囊导管5.
7. 心肺复苏
- 在未经治疗的心室颤动持续12分钟后，开始心肺复苏（CPR）操作。包括使用机械胸部按压装置进行胸外按压，以及使用氧气进行机械通气（潮气量500 mL，每分钟10次呼吸）。
- 在CPR开始后2分钟及之后每5分钟，通过置于右心房的导管注射肾上腺素（30 µg/kg）。
- 在CPR进行5分钟后，使用除颤器尝试以 150焦耳电击进行除颤。
注意：成功复苏的定义为恢复有组织的心脏节律，并且平均动脉压>60 mmHg5。
8. 心脏骤停后支持性治疗
- 成功复苏后，维持麻醉状态，并充盈左前降支冠状动脉内的球囊。
- 复苏后45分钟，放空球囊并撤出左前降支冠状动脉导管5 （图1）。
- 若未能立即实现复苏，应重新开始心肺复苏，并在下一次除颤前持续进行1分钟。
- 若心室颤动复发，应立即进行除颤治疗。
- 除肾上腺素外，不采用其他支持性措施。
9. 四小时（h）观察
- 成功复苏后，维持麻醉状态。
- 在4小时（短期）观察期间，对动物进行血流动力学监测。
- 保持动物体温在38 ± 0.5 °C。
- 在复苏后2小时和4小时，按照第4节所述步骤重复进行完整的超声心动图检查。
注意：肋骨骨折可能是胸外按压的后果。在此情况下，应轻柔地将探头置于肋间隙进行移动检查。 - 经过4小时观察后，拔除气管插管，并将猪放回笼中。
- 通过肌肉注射（IM）给予布托啡诺（0.1 mg/kg）镇痛，或 根据机构动物护理指南推荐的方法进行处理。
- 随后，通过肌肉注射给予氨苄西林（1 g）。
10. 96小时观察与安乐死
- 在 AMI-心脏骤停-ROSC 96 小时后（中期），对动物重新进行麻醉（步骤 2），以进行超声心动图检查（步骤 4）。持续监测心电图，方法如前所述（步骤 3）。
11. 超声心动图测量
注意：所有记录和测量均应遵循美国和欧洲超声心动图学会指南的建议6,7。通过远程桌面连接将所有超声心动图记录发送至本地数据库进行存储和分析。由对研究分组不知情的心脏病专家对每个变量至少进行三次测量，并取其平均值。
- 测量主动脉和左心房（LA）直径时，采用短轴切面M型超声心动图，在主动脉窦水平，使用前缘至前缘法进行测量。
- 测量左心室流出道（LVOT）直径时，从胸骨旁长轴切面，在主动脉瓣尖下方0.5–1 cm处（近端）进行测量。
- 测量乳头肌水平舒张末期前间隔和后壁厚度时，应在舒张末期测量心肌壁与心腔交界处至心肌壁与心包交界处的距离。
- 左心室射血分数（LVEF）的计算公式为：（左心室舒张末期容积（EDV）－左心室收缩末期容积（ESV））/ LVEDV × 100。舒张末期定义为二尖瓣关闭后的第一帧，或左心室容积最常达到最大的那一帧；收缩末期定义为主动脉瓣关闭后的帧，或心脏容积最小的帧。左心室面积描记应沿心肌与左心室腔之间的边界进行。通过改良的辛普森单平面法，从心尖四腔切面（AP4CH）测量左心室面积并计算左心室容积。
- 在心尖两腔切面（AP2CH）重复步骤11.4，采用双平面辛普森法，结合舒张末期和收缩末期的心尖四腔和两腔切面图像，计算左心室容积和LVEF。
- 脉冲多普勒（PW）测量二尖瓣口血流峰值速度（E速度，cm/s）、A速度（A vel）及E波减速时间（DT），应从二尖瓣血流频谱中获取（图6）。
- 组织多普勒成像（TDI）的收缩期s'速度及舒张期e'和a'速度，应从心尖四腔切面（AP4CH）的室间隔或侧壁瓣环处的TDI频谱图像中测量，并计算冠状动脉闭塞前基线及闭塞后96小时的平均值。
注：E速度与TDI测得的e'速度比值（E/e'，cm/s）是评估舒张功能的指标。正常E/e′比值应≤9或＞15；比值在8–14之间时临床意义未明。 - 每搏输出量（SV）是指每次收缩时从左心室泵出的血量，其计算公式为：SV = π × [LVOT直径/2]2 × LVOT VTI。
- 心输出量（CO，mL/min）是指每分钟通过流出道的血流量，计算公式为：CO = SV × HR。
- 分析左心室节段性运动时，将左心室分为16个节段 （可在短轴切面和/或心尖两腔、三腔、四腔切面中观察）。根据以下标准对每个节段评分：正常运动（1分），表现为正常室壁增厚和运动幅度；运动减弱（2分），表现为室壁增厚和运动幅度减低；无运动（3分），表现为无室壁增厚或运动；矛盾运动（4分），表现为收缩期向外运动或室壁变薄，包括室壁瘤样运动，以及收缩期和舒张期均出现偏心性膨出。采用公式“总评分/16”计算室壁运动评分指数（WMSI）。在正常运动的左心室中，WMSI为1。
12. 统计分析
- 数据以均值 ± 标准误表示。重复测量采用单因素方差分析（one-way ANOVA）及 Tukey 事后检验。*p < 0.05 与基线（BL）比较；§ p < 0.05，AMI-心脏骤停-自主循环恢复后 2 小时与 96 小时比较；# p < 0.05，AMI-心脏骤停-自主循环恢复后 4 小时与 96 小时比较。
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结果
12头猪接受了冠状动脉闭塞，随后进行12分钟心室颤动和5分钟心肺复苏。其中8头猪成功复苏，7头在急性心肌梗死-心脏骤停-自主循环恢复后96小时仍然存活。研究期间不同时间点的所有超声心动图参数汇总见表1。
心率（HR）和收缩期超声心动图参数的变化
与基线（BL）相比，在急性心肌梗死-心脏骤停-自主循环恢复（AMI-cardiac arrest-ROSC）后2小时和4小时，HR显著升高（均值 ± 标准误：分别增加 +64 ± 9 和 +56 ± 12 bpm，p < 0.001 和 p < 0.01），同时左心室收缩末期容积（ESV）也显著增加（分别增加 +15 ± 3 和 +18 ± 4 mL，p < 0.01）；而左心室舒张末期容积（EDV）在各时间点无显著变化。LVEF在BL与2小时及4小时之间的平均差值分别为 -40 ± 4.1 和 -39 ± 4.0 绝对百分点（%）（p < 0.001，两者均显著）（图4）。
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讨论
在急性心肌梗死、心脏骤停与复苏的猪实验模型中，完整的超声心动图检查可提供有关左心室功能演变及左心室结构改变的不同信息，尽管目前文献中已有一些相关数据。5,8在 "纯的" 实验性心脏骤停模型（仅限于诱发性心室颤动）中，心肌功能障碍在自主循环恢复（ROSC）后的最初几天内可发生逆转，但当急性心肌梗死（AMI）为心脏骤停病因时，其后续变化尚不明确。
本研究在猪模型中探讨了急性心肌梗死（AMI）后心脏骤停对左心室（LV）结构、局部运动功能及整体左心室功能的短期和中期影响。在复苏后2小时和4小时，左心室收缩末期容积（ESV）较基线显著增加，左心室射血分数（LVEF）则显著下降。这些结果可归因于中前外侧段和心尖段在AMI后受损，导致无动力/运动障碍性节段的比例达到26%（图3）。
由于ROSC后缺血-再灌注损伤导致的心肌顿抑是众所周知的。Yang ...
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
我们感谢 Judith Bagott 提供的语言编辑帮助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Aquasonic | Parker | - | 超声耦合剂 |
| 成人泡沫 ECG 一次性监测和应激测试，湿性导电胶，无创患者 | Philips | 40493E | 心电图电极 |
| Bellavista 1000 | Bellavista | MB230000 | 带红外二氧化碳监测仪的呼吸机 |
| ComPACS | Medimatic SRL | - | 本地数据库及软件 |
| CX50 | Philips | - | 超声心动图仪 |
| InTube 气管插管 | Intersurgical Ltd | 8040080 | 带套囊气管插管 |
| LUCAS2 | Phisio-Control Inc | - | 机械胸外按压装置 |
| MRx 除颤器 | Philips | - | 除颤器 |
| S5-1 | Philips | - | 相控阵探头 |
| Swan-Ganz 导管 2 腔 5fr | Edwards | 110F5 | 用于冠状动脉闭塞 |
| Swan-Ganz 导管 2 腔 7fr | Edwards | 111F7 | 用于平均动脉压测量 |
| Swan-Ganz 热稀释导管 7fr | Edwards | 131F7 | 用于测量右心房压、核心温度和心输出量 |
参考文献
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