孫津津，張海濤，王俊華，李 利，黃叢春，王建昌，崔 麗，徐先榮

(空軍特色醫(yī)學(xué)中心： 1心血管內(nèi)科， 2超聲科， 3醫(yī)研部， 4睡眠醫(yī)學(xué)科， 5航空航天眩暈診療研究中心，北京 100142)

房間隔缺損(atrial septal defect，ASD)是成人最常見(jiàn)的先天性心臟病，其中繼發(fā)孔型ASD最常見(jiàn)，首選治療方法是經(jīng)導(dǎo)管ASD封堵術(shù)[1-3]。該方法在普通人群中的有效性和安全性已經(jīng)得到公認(rèn)。飛行人員盡管經(jīng)過(guò)嚴(yán)格醫(yī)學(xué)選拔，但國(guó)內(nèi)外均有飛行員罹患ASD的案例[4-6]。一般情況下，ASD患者的血流在心房水平存在由左向右分流，殲擊機(jī)飛行員若患ASD則在緊張、咳嗽、瓦爾薩瓦動(dòng)作、抗荷動(dòng)作或加壓呼吸等特殊情況下，可導(dǎo)致血流雙向分流甚至由右向左分流，易發(fā)生反常性栓塞[7-8]。較大的缺損可能使未經(jīng)肺循環(huán)的靜脈血再次進(jìn)入體循環(huán)，加重高空缺氧的程度，若同時(shí)發(fā)生高空迅速減壓，這種結(jié)構(gòu)異常為減壓后的靜脈氣栓進(jìn)入動(dòng)脈系統(tǒng)提供了可能性。因此，對(duì)患ASD的殲擊機(jī)飛行員應(yīng)更積極地進(jìn)行介入封堵治療[9-12]。但殲擊機(jī)飛行員存在反復(fù)高載荷暴露，而對(duì)治療后封堵器在航空環(huán)境下的穩(wěn)定性和安全性尚未有客觀(guān)評(píng)價(jià)。本研究通過(guò)制作ASD封堵術(shù)動(dòng)物模型，觀(guān)察反復(fù)高正加速度(+Gz)暴露對(duì)植入封堵器后心臟的影響，為飛行人員ASD醫(yī)學(xué)鑒定提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

健康雄性西藏小型豬(由中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供)12頭，6～8個(gè)月齡，體質(zhì)量19～22 kg，研究方案經(jīng)中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院動(dòng)物倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(許可證號(hào)：2010-1-20-125ZD)。

1.2 方法

1.2.1 ASD動(dòng)物模型制備 將動(dòng)物隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，每組各6頭。實(shí)驗(yàn)組全麻后固定，連接心電監(jiān)護(hù)。應(yīng)用Seldinger法穿刺左頸靜脈和右股靜脈，置入6F鞘管。通過(guò)頸靜脈入路送入十極電極至冠狀靜脈竇內(nèi)，協(xié)助定位房間隔。通過(guò)右股靜脈沿導(dǎo)絲送入房間隔穿刺鞘套管，在X線(xiàn)透視下送入房間隔穿刺針行房間隔穿刺，對(duì)比劑造影證實(shí)穿刺成功，送入長(zhǎng)導(dǎo)絲至左房，沿導(dǎo)絲將5 mm×20 mm擴(kuò)張球囊準(zhǔn)確定位，以12 160 mmHg的壓力持續(xù)20 s擴(kuò)張房間隔穿刺部位數(shù)次，退出球囊，經(jīng)胸超聲證實(shí)存在3 mm左右的中央型缺損，縫合皮膚穿刺部位。

1.2.2 介入封堵動(dòng)物模型建立 ASD動(dòng)物制備1周后經(jīng)股靜脈入路，將鎳鈦記憶合金封堵器固定于輸送桿頂端，通過(guò)輸送鞘管，沿導(dǎo)絲先送至缺損房間隔的左房中部，回撤鞘管使左房側(cè)傘面張開(kāi)，然后回拉封堵器至存在適當(dāng)張力后釋放右房側(cè)傘面，確定封堵器位置良好后，釋放封堵器。退出鞘管，縫合皮膚穿刺部位。

1.2.3 動(dòng)物+Gz暴露 介入封堵動(dòng)物模型制作6個(gè)月后，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組均進(jìn)行離心機(jī)實(shí)驗(yàn)，將小型豬豎直放入特制圓柱形鋁筒(筒高80 cm，直徑35 cm，筒底裝有緩沖軟墊)，固定于離心機(jī)座椅上，以模擬飛行狀態(tài)下人類(lèi)體位。暴露條件為5 Gz/60 s 1次，7 Gz/60 s 3次，9 Gz/60 s 1次，11 Gz/30 s 1次，G值增長(zhǎng)率為1 G/s，每次加載間隔5 min。在+Gz暴露前、中、后記錄心電圖，同步觀(guān)察動(dòng)物狀態(tài)；+Gz暴露前后行經(jīng)胸心臟超聲檢查；取+Gz暴露前及暴露后4、24 h頸靜脈血，測(cè)定血漿肌酸激酶同工酶(creatine kinase MB isoenzyme，CK-MB)、肌鈣蛋白I/T(troponin I/T，TnI/T)、腦鈉肽(brain natriuretic peptide，BNP)、C-反應(yīng)蛋白(C-reactive protein，CRP)。

1.2.4 房間隔封堵器復(fù)合體拉伸實(shí)驗(yàn) +Gz暴露24 h處死動(dòng)物，取出心臟，實(shí)驗(yàn)組分離取出房間隔封堵器復(fù)合體，37 ℃環(huán)境下，將復(fù)合體組織塊固定于動(dòng)態(tài)試驗(yàn)機(jī)，連接仿真平臺(tái)RBT-6s200P電腦系統(tǒng)，以1 mm/min的速度牽拉，自動(dòng)記錄牽拉力、長(zhǎng)度拉力曲線(xiàn)和疲勞斷裂力。

2 結(jié)果

2.1 心電圖及心臟超聲變化

實(shí)驗(yàn)組行封堵術(shù)后經(jīng)胸超聲顯示，植入的封堵器位置良好。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組在高+Gz重復(fù)暴露中，心電圖均出現(xiàn)心率明顯加快、 P波和T波尖聳、下壁和前壁導(dǎo)聯(lián)S波加深、竇性心律不齊等改變，至暴露后0.5 h心電圖完全恢復(fù)。對(duì)比暴露前后心電圖沒(méi)有明顯變化。兩組+Gz暴露前后心臟超聲各項(xiàng)參數(shù)比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；兩組間比較，各項(xiàng)參數(shù)+Gz暴露前后的變化亦無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表1)。

表1 +Gz暴露前后兩組動(dòng)物心臟超聲指標(biāo)的變化

2.2 +Gz暴露前后血漿CK-MB、TnI/T、BNP、CRP變化

與+Gz暴露前相比，+Gz暴露后不論是實(shí)驗(yàn)組還是對(duì)照組,血漿CK-MB、TnI/T、BNP、CRP水平均明顯升高(P<0.05)；與暴露后4 h相比，暴露后24 h血漿CK-MB、TnI/T、BNP、CRP水平明顯下降(P<0.05)，但仍顯著高于+Gz暴露前水平(P<0.05)。+Gz暴露后4、24 h，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組血漿的CK-MB、TnI/T、BNP、CRP水平均無(wú)顯著性差異(P>0.05，表2)。

表2 +Gz暴露前后兩組血漿肌酸激酶同工酶、肌鈣蛋白Ⅰ/T、腦鈉肽和C-反應(yīng)蛋白的變化

aP<0.05vs同組內(nèi)+Gz暴露前，cP<0.05vs同組內(nèi)+Gz暴露后4 h。

2.3 組織病理學(xué)改變

大體解剖觀(guān)察，實(shí)驗(yàn)組封堵器完好、無(wú)移位，心肌周?chē)M織無(wú)充血、淤血、水腫、壞死等表現(xiàn)(圖1)。光鏡觀(guān)察，心肌細(xì)胞排列整齊、完整，未見(jiàn)壞死；封堵器周?chē)@纖維結(jié)締組織，表面可見(jiàn)單層內(nèi)皮細(xì)胞覆蓋(圖2)，形成房間隔封堵器復(fù)合體。

A：心臟；B：右房面；C：左房面。圖1 +Gz暴露后實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物心臟大體觀(guān)察

A：封堵器連接部位的房間隔組織(HE ×200)；B：封堵器內(nèi)部組織(HE ×100)。圖2 +Gz暴露后實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物心肌組織顯微鏡下觀(guān)察

2.4 房間隔封堵器復(fù)合體拉伸實(shí)驗(yàn)

對(duì)6個(gè)房間隔封堵器復(fù)合體進(jìn)行單向拉伸實(shí)驗(yàn)，樣本與夾具滑脫之前，均未發(fā)生封堵器與組織連接部位損傷、撕裂和脫位，其中1個(gè)樣本與夾具相連部位出現(xiàn)撕裂，而非封堵器與組織連接部位，其余5個(gè)樣本因拉伸過(guò)程中發(fā)生夾具滑動(dòng)而中止實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中精確測(cè)得封堵器直徑5 mm，質(zhì)量0.07 g，復(fù)合體質(zhì)量5.24～7.02(6.07±0.60)g，實(shí)驗(yàn)終止時(shí)應(yīng)力為18.94～29.37(22.56±3.89)N。以最大質(zhì)量11 g估算封堵器在加速度暴露中所承受的慣性離心力(復(fù)合體質(zhì)量按最大值7.02 g估計(jì))：F=ma=7.02×10-3×11×0.98≈0.076 N。

房間隔封堵器復(fù)合體組織應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)顯示，房間隔封堵器復(fù)合體作為一個(gè)整體仍具有超彈性材料的特點(diǎn)。在復(fù)合體所受的垂直應(yīng)力達(dá)30.4 N時(shí)，夾具發(fā)生了移位滑動(dòng)，但未發(fā)生組織損傷和斷裂(圖3)。

圖3 房間隔封堵器復(fù)合體組織應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)

3 討論

當(dāng)殲擊機(jī)做盤(pán)旋、筋斗、俯沖改出等特技動(dòng)作時(shí)，飛行員頭向圓心，受到足向頭的持續(xù)性+Gz作用，產(chǎn)生頭向足的慣性離心力，使血液向下半身轉(zhuǎn)移，同時(shí)心臟、大血管等器官向骨盆方向移位，并發(fā)生變形。當(dāng)房間隔植入封堵器后+Gz也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生同樣的作用。豬的心臟大小、形態(tài)、房間隔形態(tài)和位置與人類(lèi)非常相似，是動(dòng)物模型最理想的選擇。本研究制作了小型豬ASD模型，并經(jīng)股靜脈入路成功植入封堵器，行封堵術(shù)前、后心電圖未見(jiàn)明顯變化，心臟超聲顯示植入的封堵器位置良好，表明ASD封堵造模成功[13-14]，且手術(shù)未對(duì)心臟功能和其他結(jié)構(gòu)造成明顯影響。

加速度暴露對(duì)機(jī)體心臟存在不良影響。研究顯示，高G值應(yīng)激可能對(duì)心臟的組織細(xì)胞代謝和功能、心肌超微結(jié)構(gòu)、心臟功能等造成一定的影響[15]。其中心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)方面，高G值可導(dǎo)致心律失常，特別是室性期收縮的發(fā)生，但心律失常的發(fā)生多為一過(guò)性和可逆性[16]。封堵術(shù)最常見(jiàn)的術(shù)后并發(fā)癥為心律失常，表現(xiàn)形式與缺損部位、封堵器放置等有關(guān)[17]。本研究造模成功后未出現(xiàn)心律失常，高+Gz暴露過(guò)程中，心電圖在加速度的上升階段心率加快，P波高尖、S波加深、T波尖聳、竇性心律不齊等改變，隨著重復(fù)加載，心電圖改變明顯好轉(zhuǎn)，+Gz暴露后心電圖完全恢復(fù)，呈現(xiàn)可逆性改變，始終未發(fā)現(xiàn)缺血性ST-T動(dòng)態(tài)改變及持續(xù)性心律失常。說(shuō)明本模型封堵器植入后并不增加航空環(huán)境下心律失常的發(fā)生率。且經(jīng)胸心臟超聲證實(shí)高+Gz暴露對(duì)心臟形態(tài)結(jié)構(gòu)和心臟泵血功能的總體影響較小。

心肌標(biāo)志物的檢測(cè)結(jié)果顯示，持續(xù)高+Gz暴露后4、24 h，實(shí)驗(yàn)組及對(duì)照組動(dòng)物血漿CK-MB、TnI/T、BNP、CRP均較暴露前有顯著升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，可能與加速度作用下應(yīng)激增加、交感興奮、心肌缺血缺氧等有關(guān)，與既往類(lèi)似研究結(jié)果一致[18-19]。同時(shí)，暴露后24 h上述指標(biāo)較暴露后4 h有顯著下降，表明心肌損害為一過(guò)性。暴露后4 h上述指標(biāo)兩組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，暴露后24 h兩組間差異也無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，提示植入房間隔封堵器并沒(méi)有進(jìn)一步加重心肌損傷。

封堵器植入6個(gè)月大體解剖觀(guān)察，實(shí)驗(yàn)組封堵器完好、無(wú)移位，周?chē)募〗M織無(wú)充血、淤血、水腫、壞死等表現(xiàn)，形成了房間隔封堵器復(fù)合體，表明封堵器與周?chē)M織相容性良好，重復(fù)高+Gz值未引起封堵器及周?chē)募〗M織的移位、損傷和脫落，具有較好的穩(wěn)定性。 在加速度作用下，組織器官所受應(yīng)力大小與受力范圍密切相關(guān)，受力范圍越大，承受應(yīng)力越小，變形移位程度越輕，損傷可能性越小[20]；封堵器植入已形成了房間隔封堵器復(fù)合體，受力面積明顯增大，可耐受更高的慣性離心力。力學(xué)效應(yīng)的結(jié)果和程度與受力部位也有很大關(guān)系，當(dāng)+Gz值較高時(shí)，心臟和大血管會(huì)變形移位，在X線(xiàn)片上顯現(xiàn)出心臟影像拉長(zhǎng)，主動(dòng)脈弓加長(zhǎng)，心臟右緣變平、橫徑顯著縮短，左心室輪廓縮小，這種改變隨著加速度加載的終止逐漸復(fù)原，表明心肌具有黏彈性質(zhì)，其拉伸應(yīng)力隨拉伸速度的增大而略有增大[21]。房間隔封堵器復(fù)合體可簡(jiǎn)化為一種均一的軟組織，由拉伸實(shí)驗(yàn)繪制的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)可知，房間隔封堵器復(fù)合體具有超彈性體的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)終止時(shí)應(yīng)力最高達(dá)30.4 N也未發(fā)生周?chē)M織損傷、撕裂及封堵器脫落，推測(cè)造成封堵器脫落的應(yīng)力應(yīng)高于30.4 N，這個(gè)數(shù)值明顯高于封堵器瞬間所受的0.076 N的理論離心力值。在現(xiàn)實(shí)情況下，應(yīng)將房間隔封堵器復(fù)合體與心臟作為一個(gè)整體看待，在胸腔和心臟的緩沖作用下，+Gz作用時(shí)，整個(gè)復(fù)合體所承受的離心力比理論計(jì)算值更小，說(shuō)明在高達(dá)+11 Gz載荷下，房間隔封堵器復(fù)合體仍然是安全的，不會(huì)發(fā)生脫位、損傷或撕裂。

綜上所述，本研究通過(guò)對(duì)房間隔封堵術(shù)動(dòng)物模型在重復(fù)高+Gz條件下的心電、心臟結(jié)構(gòu)和功能、心肌標(biāo)志物及其房間隔封堵器復(fù)合體力學(xué)特點(diǎn)等進(jìn)行觀(guān)察評(píng)價(jià)，證明了在模擬殲擊機(jī)+Gz暴露下，復(fù)合體的穩(wěn)固性和動(dòng)物的耐受性良好，從而為殲擊機(jī)飛行員ASD封堵術(shù)后的飛行適應(yīng)性評(píng)價(jià)和特許飛行鑒定提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。