中华急诊医学杂志  2015, Vol. 24 Issue (4): 403-407
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吴彩军, 李春盛, 杨军, 郭志军, 张奕. 窒息心脏骤停动物模型中碳酸氢钠对复苏的影响[J]. 中华急诊医学杂志, 2015, 24(4): 403-407.
Wu Caijun, Li Chunsheng, Yang Jun, Guo Zhijun, Zhang Yi. Effects of sodium bicarbonate on resuscitation in swine model of asphyxia cardiac arrest[J]. Chin J Emerg Med, 2015, 24(4): 403-407.
窒息心脏骤停动物模型中碳酸氢钠对复苏的影响
吴彩军, 李春盛 , 杨军, 郭志军, 张奕    
100020 北京，首都医科大学附属北京朝阳医院急诊科
收稿日期:2014-09-28
通信作者：李春盛，Email：drgaojie@aliyun.com
摘要：目的 研究碳酸氢钠(sodium bicarbonate, SB)在窒息心脏骤停(asphyxiation cardiac arrest, ACA)动物模型中对复苏预后的影响。 方法 32只五指山幼猪随机(随机数方法)平均分成SB组(n=16)和对照组(n=16)，通过在呼吸末堵塞气管插管方法制作窒息型的心脏骤停模型，在成功制作心脏骤停模型后8 min后行标准心肺复苏。SB组在复苏即刻予以SB(1.0 mEq/kg稀释到40 mL)静脉推注，对照组予以40 mL生理盐水静脉推注。比较两组实验动物的自主循环恢复(return of spontaneous circulation, ROSC)率，复苏前和复苏后6 h内血压，心排血量(cardiac output, CO)血液pH值，血清钠离子浓度变化。在基础状态以及复苏后6 h利用正电子发射型计算机断层显像 (positron emission tomography, PET) 测定左心室心肌代谢最大标准化摄取值(the maximum standardized uptake value, SUVmax)。 结果 SB组复苏成功率(10/16)较对照组复苏成功率(8/16)高，6 h生存时间均值SB组较对照组长(3.63±0.76 )h vs. (2.45±0.70)h，但差异均无统计学意义；两组实验动物在复苏前后血清钠离子比较差异无统计学意义；复苏后6 h两组左心室心肌代谢SUVmax比较：SB组较对照组要高(1.32±0.20)vs. (1.10±0.14)，P＝0.035。 结论 窒息心脏骤停在复苏过程中使用SB可能会增加复苏成功率以及改善复苏后心肌代谢，且没有发生高钠血症。
关键词： 窒息     心脏骤停     碳酸氢钠     心肌代谢     正电子发射型计算机断层显像     高钠血症     自主循环恢复     复苏    
Effects of sodium bicarbonate on resuscitation in swine model of asphyxia cardiac arrest
Wu Caijun, Li Chunsheng , Yang Jun, Guo Zhijun, Zhang Yi    
Emergency Department,Beijing Chaoyang Hospital, Capital Medical University, Beijing 100020 China
Corresponding author:Li Chunsheng, Email：lcscyyy@sohu.com
Abstract:Objective To study the effects of sodium bicarbonate (SB) on resuscitation in swine model of asphyxiation cardiac arrest (CA). Methods Thirty-two healthy miniature pigs were randomized (ramdom number) into two groups, the SB group (n=16) and the control group (n=16). Animals in both groups underwent endotracheal tube clamping to induce CA. Once induced, CA left untreated for a period of 8 minutes. At the beginning of initiation of cardiopulmonary resuscitation (CPR), SB (1.0 mEq/kg, diluted to 40 mL) was injected in central venous in SB group and isopyknic normal saline solution was injected in control group. Two minutes following initiation of CPR, defibrillation was attempted until return of spontaneous circulation (ROSC) was achieved or animals died. To assess the SB effects on myocardial metabolism, positron emission tomography (PET) was performed at baseline and 6 after ROSC. To analyze 18F-FDG myocardial uptake identified in PET, the maximum standardized uptake value (SUVmax) was measured. Results ROSC was 10/16 successful in SB group and only 8/16 successful in control group. The average survival time of SB group was (3.63±0.76)h and that of control group was (2.45±0.70)h. Myocardial metabolism imaging using PET demonstrated that myocardial metabolism injuries in control group were more severe than in SB group at 6 h after ROSC and SUVmax was more higher in SB group than in control group (6 hrs after ROSC: 1.32±0.20 vs. 1.10±0.14，P＝0.035). Conclusions In swine model of asphyxiation CA, SB improve the myocardial metabolism and might raise the possibility of ROSC and have no hypernatronemia.
Key words: Asphyxia     Cardiac arrest     Sodium bicarbonate     Myocardial metabolism     Positron emission tomography     Hypernatronemia     Return of spontaneous circulation     Resuscitation    

心脏骤停(cardiac arrest,CA)是临床最危重的心脏急症，在世界范围内发生院外心血管疾病死亡事件中，心脏骤停事件为死亡原因之首。2010年美国心脏病协会心肺复苏和心血管急救指南中碳酸氢钠(sodium bicarbonate,SB)被建议为复苏时不推荐常规使用的药物[1]。心脏骤停和复苏过程中机体组织酸中毒的产生主要是因为心脏停搏期间血流中断和组织的无氧代谢增加，所以酸中毒的程度受CA的时间、复苏过程中胸外按压产生的血流水平和通气氧含量水平的影响[1]。虽然有文献报道复苏过程中使用SB可以增加自主循环恢复(return of spontaneous circulation,ROSC)率与出院存活率[2, 3]，但是对于室颤型的CA，使用SB不能增加室颤型CA动物除颤成功率和存活率，而且有研究提示CA复苏过程中使用SB可产生高钠血症引起高渗血症，与不良预后有关[4, 5, 6, 7]。窒息导致CA与室颤型CA具有病理生理学基础上的差异[8]，在窒息型CA动物模型复苏中使用SB是否存在与室颤型CA动物模型类似的结果尚无明确文献报道。本研究采用气管堵塞窒息方法建立猪CA模型，利用正电子发射型计算机断层显像(positron emission tomography,PET)测定左心室心肌代谢的最大标准化摄取值(the maximum standardized uptake value,SUVmax)，对复苏过程中使用SB的复苏效果及是否存在高钠血症等不良反应进行评估。

1 材料与方法 1.1 研究对象

健康实验用近交系五指山小型猪32只，10～15月，体质量(20±2)kg，雌雄不限，由中国农科院畜牧研究所提供。

1.2 研究方法 1.2.1 实验动物准备

动物术前12 h禁食，可自由饮水。麻醉诱导：肌注氯胺酮10 mg/kg，咪达唑仑0.5 mg/kg以及阿托品0.05 mg/kg。而后将动物平卧位固定于动物实验手术台上，耳缘静脉注射丙泊酚2.5 mg/kg后行经口气管插管，置入直径6.5 F的气管插管并接呼吸机(Servo 900c; Siemens,Berlin,Germany)及CO2 SMO Plus (CO2SMO plus monitor; Respironics Inc,Murrysville,PA)监测呼气末二氧化碳分压(end-tidal CO2,ETCO2)，呼吸机设定吸入氧体积分数21％，通气频率为20次/min，潮气量初次设为15 mL/kg。然后调整呼吸机参数，使ETCO2保持在35～ 40 mmHg(mmHg=0.133 kPa)之间。动物胸前区备皮后粘贴电极片，连接心电监护监测心率变化。麻醉维持阶段，以丙泊酚9 mg/(kg·h)以及芬太尼4 μg/(kg·h)连续静脉泵入[9]，如果实验动物出现心率上升大于120次/min则推注附加剂量的芬太尼1 μg/kg。分离右侧股动脉，将一个直径为5F Pulsiocath PV2014L热敏导管置入并且固定后，连接压力换能器及惠普监护仪连续监测动脉血压变化；分离右侧股静脉，置入直径8 F扩张导引管，放置Swan-Ganz (7F; Edwards Life Sciences,Irvine,CA)漂浮导管至肺动脉，抽取混合静脉血备用。

1.2.2 实验过程与SUVmax值测定

实验置管操作后动物稳定60 min，记录基础心律以及基础血压，抽取基础状态血液标本后随机将32只实验动物分为SB组(n＝16)和对照组(n＝16)。行基础状态的PET (18F-FDG PET/CT,GE Discovery STE,America)检查。为了计算心脏左心室对18F-FDG的摄取值，所有的PET图像在计算机工作站屏幕上进行直接读取并且将左心室进行三维立体选择，直接读取左心室 SUVmax值[10]。实验动物在窒息前先予静脉推注维库溴铵0.2 mg/kg以防止动物在实验中出现喘息样动作，然后在呼吸机呼气末停用呼吸机，断开气管插管连接处，堵塞气管插管并且停用麻醉维持用药，观察实验动物动脉血压值变化，以动脉收缩压低于30 mmHg作为窒息心脏骤停模型成功判断标准。心脏骤停等待非干预时间8 min后(代表心脏骤停患者到达急诊平均需要时间[11])，立即以100%氧气恢复机械通气，SB组在复苏即刻予以SB(1.0 mEq/kg稀释到40 mL)静脉推注，对照组予以40 mL生理盐水静脉推注。同时立即行人工胸外按压，按压频率为100次/min，按压深度为胸廓前后径的1/3，按压和放松周期比例为1∶ 1，使用Q-CPRTM技术监测CPR质量。持续按压2 min作为一个循环，每个循环末分析心电波形，若心电显示室颤波形，则开始电击除颤，除颤能量为4 J/kg(双相指数截断波)。若在CPR 4 min后没有恢复自主循环，则予以肾上腺素(剂量0.02 mg/kg)稀释后静脉推注，并且以20 mL生理盐水冲管，然后继续进行持续按压。每2个循环作为一个复苏周期，依次类推(SB组SB使用仅一次)直至自主循环恢复标准或者动物复苏失败终点。ROSC的标准：主动脉收缩压在60 mmHg以上或平均动脉压＞20 mmHg，并且持续时间超过10 min[12]。如果自复苏开始后30 min实验动物仍未达到ROSC，则认为复苏失败，动物死亡。以惠普多功能监护仪持续监测动脉血压以及心电波形(M1165; Hewlett-Packard Co,Palo Alto,CA)。

1.2.3 实验指标监测

两组成功ROSC的动物在复苏后1、2、4、6 h进行动脉血气分析(含血清钠检测)；并于ROSC后6 h行第二次心脏PET检查并且持续心电监护，心排血量监测。呼吸机辅助通气6 h后，通过结扎动脉的外科方法拔出动脉导管，然后停止使用呼吸机辅助通气，如果ROSC猪自主呼吸稳定(监测舌部的氧饱和度大于97%)则静脉注射阿托品0.2 mg/kg后拔出气管插管，然后将动物移进动物笼内。

1.3 统计学方法

用SPSS 17. 0 统计学软件，用Kaplan-Mele乘积极限法构建生存函数并且使用Log Rank进行检验；两组间不同的ROSC率的比较采用Fisher's 检验；组间变量同时间点的比较使用成组t检验，组内变量重复测量的比较使用单因素重复测量ANOVA 分析。以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果 2.1 模型制作成功率和ROSC例数

两组实验动物基本特征比较以及心脏骤停模型制作成功率和ROSC例数比较，见表 1。

表 1 SB组与对照组动物基本特征与模型CA成功率，ROSC率的比较Table 1 Comparison of CA and ROSC in SB and control groups
组别SB组(n=16) 对照组(n=16) P值
性别(雄/雌)
体质量(kg)
CA模型成功率(%)
ROSC例数		 8/8
20.9±1.4
100
10		 7/9
20.8±1.4
100
8		 0.723
0.677
-
0.476
表选项
2.2 生存分析

两组ROSC五指山小猪采用Kaplan-Meler 乘积极限法进行生存分析，结果SB组生存表均值为(3.63±0.76) h，95%CI：2.13～5.12；对照组(非SB组)生存表均值(2.45±0.70) h，95%CI：1.08～3.82，两组生存函数Log-Rank比较，χ2＝0.625，P＝0. 429，生存函数图见图 1。

图 1 SB组和非SB组(对照组)复苏动物生存时间Kaplan-Meler乘积极限法比较 Fig 1 Survival function analysis of animals after ROSC in the SB group (n=16) and control group (n=16)
图选项
2.3 体征、心排血量、pH值和钠离子变化

两组实验动物基础状态以及ROSC 6 h基本生 命体征、心排血量、pH值以及血清钠离子变化比较，见表 2。

表 2 SB组与对照组不同时点基本生命体征、心排血量、pH值以及血清钠离子变化比较Table 2 Comparison of basic data of CA and ROSC in SB and control groups
指标组别基础状态CPR即刻ROSC 1 hROSC 2 hROSC 4 hROSC 6 h
心率(次/min)SB组104.3±8.20110.4±11.1ab103.4±12.7104.5±12.7106.5±17.0
对照组 103.9±10.1097.8±13.398.5±9.6100.5±14.798.4±15.2
平均动脉压(mmHg)SB组93.2±4.50102.4±8.9ab91.3±7.388.1±9.087.4±9.7a
对照组93.7±5.2093.3±10.687.4±13.885.3±12.388.0±13.1
心排血量(L/min)SB组2.8±0.301.9±0.3ab1.7±0.4a1.6±0.5a1.7±0.4ab
对照组2.9±0.401.7±0.4a1.6±0.5a1.6±0.3a1.5±0.5a
pH值SB组7.41±0.046.93±0.01a7.18±0.04ab7.22±0.07ab7.31±0.05a7.34±0.04a
对照组7.40±0.036.94±0.02a7.14±0.06a7.18±0.11a7.30±0.07a7.32±0.07a
HCO-3(mmol/L)SB组24.7±3.310.7±2.3ab16.7±4.3ab18.4±3.8ab20.7±6.3a22.8±5.6
对照组24.5±2.911.5±1.9a14.7±2.3a15.7±4.3a18.7±5.9a20.7±4.3a
血清钠离子(mmol/L)SB组138.8±4.1138.5±3.6140.8±6.1139.7±5.4139.4±4.9137.6±3.1
对照组137.8±5.1138.1±4.9139.8±6.7140.3±4.8138.7±3.9137.2±4.1

注:组内与基础状态比较,aP＜0.05;组间与相同时间点比较,bP＜0.05

表选项
2.4 18F-FDG的SUVmax值

两组实验动物基础状态和ROSC 6 h左心室对18F-FDG的SUVmax值比较，见表 3，图 2。

表 3 SB组与对照组基础状态及ROSC后6 h左心室18F-FDG的SUVmax值比较Table 3 Comparison of18F-FDG SUVmax in left ventricle in SB group and control groups at base line and ROSC 6 h
SUVmaxSB组对照组P值
基础2.33±0.252.36±0.150.671
ROSC6 h 1.32±0.201.10±0.140.035
表选项
A：基础状态；B：SB组ROSC 6 h PET心脏检查图像；C：对照组ROSC 6 h PET心脏检查图像。A-C 图PET影像中环状高密度区代表心脏的左心室 图 2 实验动物行PET心脏检查图像 Fig 2 Examples of images of porcine cardiac metabolism at 18F-FDG PET
图选项
3 讨论

窒息致CA多采用夹闭气管的方法致动物发生缺氧性心脏骤停，此方法制作CA动物模型相对成熟且制作方便，所需设备较简单，易于掌握操作，可行性强。在病理生理基础上，窒息是由于某种原因导致气道受阻或通气异常，逐渐产生全身各器官组织缺氧，二氧化碳潴留而引起组织细胞代谢障碍、功能紊乱和形态结构损伤，当机体内严重缺氧时，器官和组织会因为缺氧而广泛损伤、坏死，尤其是大脑，最终导致CA，即在CA发生即刻机体内已经出现严重的低氧、高碳酸血症、代谢性酸中毒等病理生理改变[13]。

SB作为临床复苏过程中常涉及使用的药物之一因为尚缺乏足够的循证医学证据证明其在复苏过程中的有效性而被2010年心肺复苏指南列为非常规使用药物。窒息型的CA动物模型存在严重的呼吸性酸中毒和代谢性酸中毒。本研究结果提示在8 min的非干预时间行心肺复苏即刻，动物体内出现严重的酸中毒，这直接决定了心肌细胞内外的严重酸中毒环境。本实验中在复苏即刻给予SB缓冲碱进行机体酸中毒的药物纠正，从ROSC后血液pH以及碳酸氢根血气分析监测结果提示，SB组较对照组均得到了升高。虽然两组实验动物在ROSC上差异无统计学意义，但是SB组绝对复苏成功的动物例数高于对照组。窒息型的CA动物模型中使用SB获益的可能机制包括：机体严重的酸中毒(pH＜7.2)能够明显降低心肌收缩力，抑制心血管系统对儿茶酚胺的反应，SB可以提高pH值[14, 15]；SB与复苏过程中肾上腺素进行联合使用，可以明显提高肾上腺素药效，从而有利于复苏[2, 16]。本研究结果提示两组ROSC后的动物在血流动力学方面进行比较，SB组较对照组在复苏后的早期表现出较高的水平，这就可能与提高了肾上腺素等血管收缩药物体内敏感性有关，而且在复苏过程中使用了SB后并没有发生高钠血症，与先前报道一致[17]，证实了窒息CA动物模型中SB使用的安全性。

细胞代谢活动的存在是心肌细胞存活最可靠的标志，目前认为18F-脱氧葡萄糖正电子发射型计算机断层显像(18F-FDG-PET)是目前判断心肌存活最准确的方法，被称为无创方法检查心肌活性的“金标准”[18]。本研究就是利用PET这一判断心肌细胞是否存活的金标准通过计算左心室的SUVmax值来评估SB对复苏后心肌代谢影响。本研究结果提示，在基础状态相同的状况下，SB组动物在成功ROSC后6 h心肌代谢SUVmax值要明显高于对照组，说明窒息CA动物模型在复苏过程中使用SB可以改善复苏后心肌代谢，这可能与SB减轻了窒息过程中心肌细胞内线粒体损伤和细胞呼吸代谢链损伤有关，从而对复苏后心脏功能障碍恢复具有治疗作用，这也部分的解释了本研究中SB组动物ROSC例数较多的机制[19, 20, 21]。

本研究结果提示，SB提高窒息CA动物模型的ROSC率差异没有统计学意义，但是PET检查结果提示SB改善了窒息型CA动物模型复苏后的心肌代谢而且没有发生高钠血症等严重并发症。虽然研究证实在窒息导致的CA复苏过程中使用SB对复苏后心肌代谢具有保护作用，但是这个结论尚需要大规模的临床对照试验进行进一步证实。

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