2023, Vol. 32
2. 首都医科大学附属北京朝阳医院急诊科，北京 100020;
3. 首都医科大学附属北京友谊医院急诊科，北京 100050
2. Department of Emergency Medicine, Beijing Chaoyang Hospital, Capital Medical University, Beijing 100020, China;
3. Department of Emergency Medicine, Beijing Friendship Hospital, Capital Medical University, Beijing 100050, China
心室颤动(ventricular fibrillation，VF)是成年人绝大多数突发心脏骤停(cardiac arrest, CA)的类型[1]，而除颤是终止VF发作最有效的治疗手段[2]。24 h内自发2次或2次以上的VF，为室颤风暴[3-4]，临床上需要紧急治疗，表现为VF反复发作，需要反复多次电击。反复室颤致CA，不能及时除颤成功，会造成机体缺氧缺血，最终导致机体脏器发生不可逆的严重障碍[5]。
临床上反复VF及电击除颤，对机体酸碱平衡及电解质的影响尚未明确，本实验旨在应用猪VF模型，探讨手动除颤(manual defibrillation，MD)和自动体外除颤(automated external defibrillator, AED)对机体酸解平衡及电解质的影响。
1 材料与方法 1.1 动物准备健康北京长白猪16头，雌雄不限，月龄2~3个月，体重(32.0±2.5) kg，购自国家实验动物主管部门颁发的《实验动物许可证》的单位。实验猪术前12 h禁食、2 h禁水。先给与肌注咪达唑仑20 mg，后耳缘静脉推注丙泊酚1 mg/kg实施诱导麻醉，之后应用戊巴比妥钠8 mg/(kg·h)静脉泵入维持麻醉。
麻醉诱导后实施气管切开，置入6.5 F直径的气管切开套管，然后联接呼吸机(Drager Evita 4呼吸机，德尔格公司，德国)，通气频率为12次/min，潮气量设为15 mL/kg，PEEP 5 cmH2O (1 cmH2O=0.098 kPa)，吸入氧体积分数为21%，维持呼气末二氧化碳分压(ETCO2)于35~40 mmHg (1 mmHg=0.133 kPa)。
连接多功能监测仪(HP-M1165，美国惠普公司，美国)，监测Ⅱ导联心电图及血氧饱和度。左侧股静脉置入7 F鞘管, 放置临时起搏电极直至右心室，用于诱发VF及静脉抽血。经右侧股动脉留置5 F热敏动脉导管监测动脉压及抽取动脉血，左侧颈内静脉放置深静脉导管，连接PiCCO监测仪(Pulsion Medical Systems, 慕尼黑，德国)，监测平均动脉压(mean arterial pressure，MAP)及心率(heart rate，HR)，以热稀释法测量心输出量(cardiac output, CO)。
1.2 诱发室颤及电除颤动物造模成功后，稳定30 min，然后记录VF前(基础状态)的血流动力学参数。置入右心室起搏电极，连接程医用程控刺激仪(GY-600A，中国开封华南仪器有限公司，中国)，采用心内膜电刺激诱发VF[6]。VF的判断标准：动脉压迅速下降，心电图显示VF波形。VF期间停止机械通气。
应用随机数字表法将动物分为手动除颤(MD)或自动体外除颤(AED)组，每组8只。MD组：诱发VF成功15 s后，立即应用飞利浦除颤监护仪(Efficia DFM100，飞利浦金科威(深圳)有限公司，中国)进行除颤，首次除颤选择150 J (双相波，除颤仪推荐首次能量)，如果一次除颤未能成功，则给予胸外按压，频率为100次/ min，深度为胸廓前后径的1/3，并使胸廓充分回弹[7]，期间继续呼吸机通气。胸外按压2 min后给予200 J电击除颤，若仍未恢复自主循环(return of spontaneous circulation, ROSC)，之后依次进行更多200 J除颤，如果6次除颤未成功，则宣布实验动物死亡。AED组：VF 15 s后，选择除颤仪AED模式，按语音提示进行操作，如需除颤，则进行电击；如AED不建议电击，则按其提示进行胸外按压，2 min后AED行心电分析，如发现ROSC，则除颤成功；如未能ROSC，则按其提示依次进行上述步骤6次。
ROSC的标准是：血压恢复，主动脉收缩压≥ 50 mmHg或脉压 > 20 mmHg，持续时间超过1 min[8]。
1.3 重复诱发室颤当实验动物首次除颤成功后，给与实施严密监护并持续输注生理盐水20 mL/kg，维持液体平衡。实验动物血压、HR稳定0.5 h后，再次诱发VF及除颤，重复上述实验过程5次。
两组动物在胸外按压及除颤过程中均未给与肾上腺素、多巴胺等血管活性药物。当第5次诱发VF并除颤成功0.5 h后取血，然后静脉注射过量麻醉剂及氯化钾实施安乐死。
1.4 数据采集、分析记录实验动物致颤次数，每组动物VF的首次除颤成功率及总除颤成功率；记录基础状态及每次除颤成功后30 min时MAP、HR及CO血流动力学参数，并抽取动脉血。利用GEM Premier 3000血气分析仪(美国IL实验仪器公司，美国) 检测pH、HCO3-、血钾、血钠、乳酸(lactic acid，Lac)。抽取静脉血测定肌红蛋白(myoglobin, MYO)，心肌肌钙蛋白(cardiac troponin I, CTNI)及肌酸激酶同工酶-MB (creatine kinase isoenzyme-MB, CK-MB)。
1.5 统计学方法所有数据应用SPSS 21.0软件进行分析处理。符合正态分布的计量资料以均数±标准差(x±s)表示，两组间体重比较采用成组t检验。对时间点连续变量，如血气分析指标、血流动力学参数和心肌酶学指标采用重复测量的方差分析，组间比较采用Bonferroni矫正。计数资料如动物性别、首次除颤成功率采用例数(百分比)的形式描述，采用χ2检验或连续校正或Fisher确切概率法。以P < 0.05为差异有统计学意义。
2 结果 2.1 动物基本特征及致颤成功率MD组动物与AED组动物性别比较，差异无统计学意义(雌/雄，6/2 vs. 5/3，χ2=0.00，P=1.0)；体重比较差异无统计学意义[(31.9±2.0) vs.(32.8±2.3)，t=-0.808，P=0.43]。MD组动物致颤40次，成功40次，致颤成功率100%，AED组动物致颤40次，成功40次，致颤成功率100%，两组比较差异无统计学意义。
2.2 除颤成功率及存活率16只动物共进行83次电击除颤，均成功达到ROSC。MD组共放电42次，1次放电即成功除颤为38次，首次除颤成功率为95.0%；AED组共放电41次，1次放电即成功除颤为39次，首次除颤成功率为97.5%，首次除颤成功率两组之间差异无统计学意义(P =0.68)。MD组动物都成功诱发5次VF，并除颤成功，总复苏存活率8/8；AED实验猪都成功诱发5次VF，并除颤成功，总复苏存活率8/8，复苏存活率之间差异无统计学意义。
2.3 反复室颤及除颤对血流动力学的影响表 1示两组动物在反复致颤、除颤后HR和MAP未见明显波动；CO与基础状态相比出现下降趋势，但重复测量方差分析结果表明下降程度差异无统计学意义(P均 > 0.05)。MD组与AED组动物的MAP、HR及CO指标在各相同测量时间点比较，差异无统计学意义(P均 > 0.05)。
| 指标 | 基础状态 | VF 1 | VF 2 | VF 3 | VF 4 | VF 5 |
| 平均动脉(mmHg) | ||||||
| MD | 112±21 | 115±28 | 115±22 | 121±23 | 128±16 | 125±9 |
| AED | 123±14 | 116±12 | 121±18 | 129±12 | 123±13 | 122±14 |
| 心排血量(L/min) | ||||||
| MD | 4.37±0.73 | 4.07±0.71 | 3.75±0.52 | 3.44±0.47 | 3.29±0.73 | 3.21±0.85 |
| AED | 4.39±0.82 | 4.34±0.90 | 4.19±0.68 | 3.87±0.50 | 3.61±0.41 | 3.48±0.60 |
| 心率(次/min) | ||||||
| MD | 119±24 | 126±21 | 117±31 | 112±30 | 116±28 | 112±24 |
| AED | 116±7 | 119±26 | 122±17 | 118±14 | 117±21 | 125±20 |
| 注：VF为心室颤动；MD为手动除颤；AED为自动体外除颤 | ||||||
表 2示两组动物在各测量时间点的动脉血pH、HCO3-、血钠、Lac与各自基础状态比较，均差异无统计学意义(P > 0.05)；MD和AED组动物在相同测量时间点pH、HCO3-、血钾、血钠及Lac比较，差异无统计学意义(P均 > 0.05)。MD组实验动物血钾在VF 2、VF 3、VF 4及VF 5时间点与基础状态比较，差异有统计学意义(P均 < 0.05)；AED组实验猪血钾在VF 1、VF 3、VF 4及VF 5时间点与基础状态比较，差异有统计学意义(P均 < 0.05)。
| 指标 | 基础状态 | VF 1 | VF 2 | VF 3 | VF 4 | VF 5 |
| pH值 | ||||||
| MD | 7.40±0.05 | 7.38±0.04 | 7.39±0.07 | 7.38±0.04 | 7.40±0.05 | 7.37±0.03 |
| AED | 7.42±0.06 | 7.40±0.03 | 7.41±0.03 | 7.40±0.04 | 7.39±0.03 | 7.39±0.04 |
| HCO3-(mmol/L) | ||||||
| MD | 25.5±1.4 | 24.1±1.9 | 24.5±1.4 | 24.5±2.0 | 24.9±1.8 | 24.9±1.7 |
| AED | 24.5±2.0 | 25.6±1.7 | 24.9±2.2 | 23.7±1.9 | 23.9±2.0 | 24.2±2.1 |
| 血钾(mmol/L) | ||||||
| MD | 4.30±0.71 | 3.46±0.32 | 3.20±0.27a | 3.39±0.30a | 3.35±0.26a | 3.40±0.33a |
| AED | 4.44±0.61 | 3.43±0.31b | 3.49±0.55 | 3.48±0.25b | 3.30±0.26b | 3.33±0.43c |
| 血钠(mmol/L) | ||||||
| MD | 138.5±4.0 | 138.6±2.0 | 138.6±2.9 | 137.6±3.7 | 138.4±3.5 | 139.8±3.9 |
| AED | 140.0±2.6 | 141.0±4.3 | 139.1±2.2 | 139.1±4.3 | 138.6±3.4 | 138.0±3.8 |
| 乳酸(mmol/L) | ||||||
| MD | 0.89±0.44 | 0.84±0.35 | 0.94±0.30 | 0.96±0.58 | 1.06±0.41 | 1.14±0.32 |
| AED | 0.86±0.38 | 0.85±0.31 | 0.99±0.2 | 0.97±0.30 | 0.93±0.28 | 1.01±0.21 |
| 注：VF为心室颤动；MD为手动除颤；AED为自动体外除颤；与基础状态比较，MD组，aP < 0.05；AED组，bP < 0.05，cP < 0.01 | ||||||
表 3示两组动物在各测量时间点的静脉血MYO、CK-MB及cTNI与各自基础状态比较，差异无统计学意义(P均 > 0.05)；两组动物静脉血MYO、CK-MB及cTNI在相同测量时间点各自比较，差异均无统计学意义(P均 > 0.05)。
| 指标 | 基础状态 | VF 1 | VF 2 | VF 3 | VF 4 | VF 5 |
| MYO(ng/L) | ||||||
| MD | 2785.1±428.3 | 2943.2±313.3 | 2962.8±288.9 | 28125±286.9 | 2703.8±339.9 | 2613.1±163.1 |
| AED | 2724.8±486.6 | 2814.6±491.5 | 2724.1±594.8 | 2671.4±407.5 | 2650.8±398.1 | 2720.8±546.1 |
| CK-MB (U/L) | ||||||
| MD | 64.04±5.87 | 62.67±6.09 | 60.90±7.05 | 59.87±7.80 | 63.26±7.85 | 56.98±9.22 |
| AED | 61.40±8.52 | 65.52±8.11 | 62.21±8.11 | 64.10±8.17 | 61.90±8.23 | 66.59±9.85 |
| cTNI(ng/L) | ||||||
| MD | 250.4±30.9 | 246.3±26.2 | 248.4±22.6 | 236.5±34.9 | 240.6±20.6 | 222.1±22.0 |
| AED | 226.4±24.1 | 213.1±48.1 | 252.6±25.2 | 257.9±43.1 | 250.5±13.4 | 242.7±56.2 |
| 注：MYO为肌红蛋白; CK-MB为肌酸激酶同工酶-MB; cTNI为心肌肌钙蛋白I；VF为心室颤动；MD为手动除颤；AED为自动体外除颤 | ||||||
无论是院外还是院内，致命VF发生后及时成功除颤是患者存活的关键环节之一。本实验研究表明，对于猪VF模型，手动及AED均能够有效地、安全终止VF反复发作，早期多次成功除颤实验猪有良好的存活率。
VF引起CA后机体酸碱平衡紊乱主要是组织酸中毒，其产生的主要机制是长时间血流中断引起的组织缺血缺氧及无氧代谢增加，其程度受CA时间长短，VF时是否及时成功除颤及胸外按压质量等因素影响[9]。
研究表明[10]早期Lac和pH值是体外心肺复苏患者预后的独立危险因素。本研究表明反复VF致CA，及时除颤成功后两组动物在各测量时间点的动脉血pH、HCO3-、血钠、Lac与各自基础状态相比，差异无统计学意义(P均 > 0.05)；MD和AED组动物在相同测量时间点pH、HCO3-、血钾、血钠及Lac比较，差异无统计学意义(P均 > 0.05)。上述结果表明反复VF，无论应用手动或AED及时电击成功，尽早恢复全身血流灌注，对于ROSC恢复30 min时实验猪酸碱平衡无显著影响，提示早期有效除颤是避免CA后酸碱平衡紊乱的重要措施。
本实验结果发现MD组动物血钾在VF 2、VF 3、VF 4及VF 5时间点与基础状态相比，差异有统计学意义(P均 < 0.05)；AED组动物血钾在VF 1、VF 3、VF 4及VF 5时间点与基础状态相比，差异有统计学意义(P均 < 0.05)，提示多次诱发VF及电击可致血钾显著减低。
有临床研究[11]报到院外CA实施心肺复苏后约1/2的患者出现低钾血症。另有研究[12]报道：10例正常血钾患者，在电生理检查中诱发室速/室颤，成功电复律后，血清钾在15 min内出现下降。实验研究[13]表明室速/室颤狗模型血清钾从(3.7±0.3)mmol/L显著降至复苏45 min后(3.2 ±0.5)mmol/L，而血糖和胰岛素升高，且在45 min达高峰，3 h后血钾、胰岛素、血糖均恢复至复苏前水平。室颤复苏后出现低钾，其机制可能与CA应激，交感神经激活[6, 14-15]，升高胰岛素和血糖，导致细胞外钾离子转移到胞内有关[13]。
动物模型表明单一的低钾血症并不增加室颤的易感性[16]，但应用异丙肾上腺素刺激交感神经兴奋的实验大鼠合并低钾血症可以诱发室颤，增加室颤易感性[17]。本研究表明反复VF致CA，多次电击成功后，与基础状态相比血钾发生明显下降，MD组最低降至(3.20±0.27) mmol/L，AED组最低降至(3.30±0.26) mmol/L，与上述研究结果一致[12-13]。低钾血症是室颤风暴的重要诱因之一[4]。因此本研究提示临床上反复室颤及除颤的患者，应关注发生低钾血症，必要时给与及时纠正。
本实验结果表明，反复VF与除颤对于猪的MAP、HR血流动力学参数影响是有限的，CO虽有下降趋势，但差异没有统计学意义。本实验中无论MD或AED除颤，均未发现反复VF与除颤对心肌酶学有非常显著的影响。上述结果提示对于反复VF，及时成功除颤对心肌损伤及心功能影响是有限的，与既往的报道[18-19]基本一致，但随着除颤次数的进一步增加及复苏后观察时间的延长，其对于血流动力学及心功能的影响尚待进一步明确。
本次实验选择猪作为动物模型，主要基于猪的心脏解剖和心血管功能等生理方面与人类较为类似[20]，但临床上室颤风暴患者，往往合并器质性心脏病等疾病，因此本研究结果是否适用于合并基础心脏病患者，尚需临床验证进一步明确。
另外本研究中为了实现对两组实验动物干预处理具有可比性，采取动物血压、心率稳定0.5 h后，再次诱发VF及除颤，这与临床上室颤风暴发作时间的不确定性并不能完全一致，能否与临床实际工作相符，也有待于进一步的研究和论证。
利益冲突 所有作者声明无利益冲突
作者贡献声明 李杰宾：直接参与、实验操作、采集数据、收集数据及整理、论文撰写；武军元：实验操作、采集数据、统计学分析、获取研究经费；李春盛：研究设计、技术与材料支持、论文修改、对文章的知识性内容批评性审阅、研究经费获取
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