高频超声心动图观察高钾血症对兔心脏结构及功能的影响

【摘要】  目的 应用高频超声心动图观察高钾血症时兔心脏结构及功能的变化，探讨血钾升高与心脏功能变化的相关性，并以此评价超声心动图用于测定兔高钾血症模型心脏功能的可行性。方法 10只兔子通过耳缘静脉滴注5%KCl制作高钾动物模型。分别于制模前及滴注后10、20、30min进行常规超声心动图检查，观察心脏形态及功能变化并监测血钾浓度。结果 血钾浓度(5.7±0.6)mmol/L时，兔心腔大小无明显差异，心功能略增强(P<0.05)，血钾浓度升高至(8.6±0.4)mmol/L时，心腔轻度扩大，心功能下降(P<0.05)，当血钾浓度升高至(12.5±0.3)mmol/L，兔心腔迅速增大，心功能显著降低，与制模前有显著差异(P<0.01)。结论 高频超声心动图可以用于评价急性高钾血症时兔心脏结构及功能的一系列变化，为临床提供可靠的理论及实验依据。

【关键词】  高钾血症; 超声心动描记术;心脏功能;兔

Effects of hyperkalemia on cardiac structure and function of rabbit by echocardiography

　　LU Min,XU Rong,WANG Ying-chun.Jiading Central Hospital,Shanghai 201800,China

　　 Objective To evaluate the real-time echocardiography applied to observe the changes of the heart structure and function of the experimental rabbits induced by hyperkalemia, and to explore the correlation between the degree of hyperkalemia and the changes of the heart.Methods The rabbit model of acute hyperkalemia was established by intravenous infusion of 5% potassium choride solution. The cardiac morphology and function of the experimental models were studied by echocardiography before infusion and 10 min, 20 min, 30 min after infusion, and the serum potassium concentration was measured at each time point. Results The serum potassium concentration began to increase at 10 min, while the cardiac morphology and the cardiac function showed little change. Then, with the increasing of the serum potassium concentration, the heart function showed downward trend. 30 min after infusion, with the serum potassium concentration of (12.5±0.3)mmol/L, the rabbits heart dilated rapidly, and its function decreased significantly.Conclusion The echocardiography provides a convenient and reliable method for monitoring the changes of the heart of experimental rabbit during the increasing process of serum potassium concentration.

　　[Key words] hyperkalemia;echocardiography;cardiac function; rabbit

　　高钾血症是临床上多种疾病并发的一种常见病理生理过程，血钾升高的最大危害是心肌毒性，可导致患者心律失常甚至心脏停搏危及生命[1]。本实验通过静脉滴注高浓度KCl溶液制备兔高钾血症模型，应用超声心动图动态监测心脏结构及收缩、舒张功能的变化，以期揭示急性高钾血症对兔心脏结构及功能的影响。

　　1 材料和方法

　　1.1 实验动物 实验兔10只，雌雄不拘，体重2.2kg，平均(2.2+0.25)kg，由上海宝牧实验动物饲养中心提供。随机分成正常对照组2只、高钾组8只。

　　1.2 实验仪器 采用ESAOTE-MYLAB70型彩色超声诊断仪，线阵高频探头频率为5～10MHz。

　　1.3 模型制作 通过耳缘静脉缓慢滴注5%KCl，流速为15滴/min，建立高钾模型。分别于制模前及滴注期间(10min，20min，30min)各检查1次常规超声心动图并抽血检测血钾浓度。

　　1.4 超声心动图检查 选择常规胸骨旁左室长轴切面，M型超声取样线置于二尖瓣瓣环下1cm，分别测量左室收缩末期内径(LVSD)、左室舒张末期内径(LVDD)，见图1、心率(HR)，并计算左室射血分数(EF%)及左室短轴缩短率(FS%)，每个指标测量3次，取平均值。

　　图1 实验前：兔心脏左室收缩末期内径(LVSD)、左室舒张末期内径(LVDD)1.5 统计学处理 数据均以(〖x〗±s)表示，采用SPSS 13.0统计软件进行分析。组间比较采用单因素方差分析(ANVOA)，参数间相关性用直线相关分析。

　　2 结果

　　2.1 根据《兔实验手册》[2]，兔正常血钾浓度为3.3～4.1mmol/L 在实验中，我们将血钾浓度大于或等于4.2mmol/L作为兔高钾血症诊断标准。超声心动图监测不同时期、不同血钾浓度的兔心脏结构及功能数据如表1所示，心动图见图2～4。

　　图2 滴钾10min,心脏内径增大，心功能略增强图3 滴钾20min，心脏增大，心功能降低EF降低图4 滴钾30min：左室收缩末期及舒张末期内径明显增大，EF，FS下降2.2 与制模前比较，兔心脏结构及功能随血钾升高而变化 血钾浓度轻度升高至(5.7±0.6)mmol/L时，兔心腔变化不明显，心功能略增强，血钾浓度升高至(8.6±0.4)mmol/L，兔心腔稍增大，心功能下降，当血钾升高至(12.5±0.3)mmol/L时，兔心腔迅速扩大，心功能明显降低。

　　2.3 当血钾浓度升高到(12.5±0.3)mmol/L，心腔迅速扩大，心率明显减慢，心功能降低，若此时改变实验条件，心脏仍可恢复正常，如继续滴钾，3min左右兔死亡。

　　3 讨论

　　高钾对心肌细胞兴奋性具有双重性作用[3]。轻度高血钾时，膜内外钾浓度差减少，静息期细胞内K+外流减少，静息电位负值减小，故心肌兴奋性增高。当血钾显著升高时，由于静息电位小，快钠通道大部或全部失活，心肌细胞兴奋性降低，可能导致心肌细胞搏动明显减缓甚至停止。表1 兔高钾血症模型制作前后超声心动图各项参数变化注：与高血钾模型制作前比较，*P<0.05，#P<0.01

　　本实验显示，血钾轻度升高到(5.7±0.6)mmol/L时，心腔结构变化非常细微，但心率比实验前增快，心功能略增强。结果表明，高钾早期，血钾浓度升高引起机体的改变，心脏通过自身的调节来适应，而且有很强的代偿能力。大鼠实验证明，血浆K+浓度的显著增高能使血浆肾上腺素水平升高[6]。它可使心肌收缩能力增强，每搏输出量增加，以克服收缩期射血阻力，维持正常的心脏泵血机能。 随着血钾浓度不断升高，静息电位减小，失活的钠通道逐渐增多，导致0相去极化速度和幅度下降，使得心肌传导性降低。文献报道，高钾血症对心肌及传导系统具有抑制作用，所致的心律失常主要表现为窦性心动过缓和多个部位的传导阻滞，包括房室阻滞和心室内阻滞[5]。高血钾诱发心律失常，从而导致心室壁各部位心肌舒缩不同步，造成心室壁收缩和舒张不协调，心室喷射向量的合力降低或/和方向偏移，使每搏输出量减少，从而影响射血分数。故血钾升高至(8.6±0.4)mmol/L时，EF、FS呈下降趋势，其与血钾浓度均有良好的相关性，是较敏感的心肌功能指标。 当血钾升高至(12.5±0.3)mmol/L，表现为心腔迅速扩大，EF亦降至(38.8±9.4)%，较正常时显著降低，室壁运动弥漫性减弱，HR明显降低，说明室壁收缩能力下降，心脏泵血明显降低。国内文献提示，血钾增高易导致细胞外酸中毒，减弱心肌的收缩力，降低心肌和外周血管对交感神经和儿茶酚胺的反应，使心输出量减少，造成心衰[7]。此外，高钾可增加冠状动脉的收缩，使冠状动脉微循环血供降低，心脏的供氧减少，心肌能量代谢障碍，最终导致心肌细胞收缩能力降低[8]。心输出量的减少，导致左室舒张末期容量增大，当心室肌收缩能力下降，不足以克服负荷增加所增大的室壁应力时，心脏失代偿，心腔发生扩张。心肌电生理研究表明，高钾血症时，心肌细胞外K+浓度增高，抑制了Ca2+内流，细胞内Ca2+浓度减少，使心肌兴奋-收缩耦联障碍，导致心肌细胞收缩能力降低，心脏失去了机械活动而使心腔扩大[4]。这与我们观察到的兔心脏结构变化是一致的。综上所述，应用超声心动图高频探头可清晰显示兔正常的心内结构，并可实时观察血钾浓度的升高引起兔心脏结构和功能的改变，因此，高频超声心动图可以用于评价急性高钾血症时兔心脏结构及功能的一系列变化。实验显示，兔心脏对血钾升高的代偿能力很强，但如果超过一定程度，心脏结构和收缩功能出现明显变化，并可出现严重心律失常和猝死，造成不可逆的心肌损伤，提示我们对早期高钾人群给予足够重视。 需要指出的是，严重高钾可抑制心脏收缩，并迅速导致心力衰竭，但此过程不是单一K+的作用，而是多种离子共同作用产生电解质紊乱和酸碱平衡失调的结果，对此，有待于日后进一步研究。

【参考文献】
  　1 李俊贤，闫鲲，雷军荣 ，等.高钾血症致心律失常临床分析,第四军医大学学报，2002，23(2)：2-3.

　　2 Ivor Harris.The laboratory rabbit. Anzccart News,1994, 7(4):1-8.

　　3 洪丽.血钾对心肌细胞电生理的影响.临床心电学杂志,2006,(15):323-324.

　　4 冯为新.病理生理学.第3版.北京：人民卫生出版社，1991:40-43.

　　5 崔红,王希良,孙玲.50例高钾血症致心律失常的临床心电图分析.实用心电学杂志，2004,13(2):61.

　　6 金惠铭. 病理生理学.第6版.北京：人民卫生出版社，2008：33-37.

　　7 刘润.老年人高钾血症致心力衰竭加重一例.临床误诊误治,2009,22(3):26-27.

　　8 Li SK, Long C, Cheng BC, et al. Protective effects of high potassium solution in the relaxation process of endothelium in porcine coronary arteries. Chinese Journal of Clinical Rehabilitation,2004,(8):1798-1801.