家兔高鉀血癥心電生理機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究

1、 家兔高鉀血癥心電生理機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究姜恒1 劉鴻2 劉伯夫 2（成都醫(yī)學(xué)院： 1檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)院輸血教研室； 2 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)系 四川 成都 610083）【摘要】目的 觀察家兔高鉀血癥心電生理特征，研究家兔高鉀血癥對心臟的毒性作用機(jī)制。方法 先記錄家兔正常的心電圖特征及血鉀濃度，再分別輸注l%、4%、10%KCl溶液（2ml/kg）復(fù)制高鉀血癥模型，觀察家兔心電生理的變化特征，記錄輸鉀前后血鉀濃度、吸光度、心率、心電圖異常率及各指標(biāo)之間的變化關(guān)系。結(jié)果 實(shí)驗(yàn)組輸鉀前后血鉀濃度、吸光度、心率、心電圖異常率、心電圖各波形時(shí)限及振幅差異有顯著變化（P0.05），隨著輸鉀濃度增高發(fā)生高血鉀時(shí)間縮短差

2、異具有顯著性（P0.05），實(shí)驗(yàn)家兔血鉀濃度與心電圖診斷高血鉀癥的一致性良好（P0.01），在ROC曲線上心電圖變異率診斷水平（P0.01）最高，其次為血鉀濃度（P0.05）,血鉀濃度與心電圖變異率高度相關(guān)（P0.05)。結(jié)論 實(shí)驗(yàn)家兔高血鉀癥心電生理機(jī)制的研究對臨床急性高血鉀癥的鑒別診斷、及時(shí)治療有重要參考價(jià)值。【關(guān)鍵詞】高血鉀癥；家兔；心電生理 中圖分類號：R-322；G424.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼: BThe experimental study of cardiac electrophysiological mechanisms of hyperkalemia in RabbitLIU Hon

3、g1； JIANG Heng2；LIU Bo-fu1 （1 Department of Clinical Medicine School of Basic Medical; 2 Department of Blood transfusion;Chengdu medical college Chengdu 610083, China)【Abstract】Objective to study the toxic mechanisms of hyperkalemia on the heart in rabbit,by observing the cardiac electrophysiologica

4、l characteristics of hyperkalemia in rabbit. Method record the normal ECG characteristics and serum potassium concentration in rabbit, then copy hyperkalemia model by the infusion of l%, 4%, 10% KCl solution (2ml/kg), observe the changes of cardiac electrophysiology characteristics in rabbit, record

5、 serum potassium concentration ,absorbance, heart rate, abnormal rate of ECG and the change in the relationship between the various indicators before and after the injection of potassium solution .Result the differences about the serum potassium concentration ,absorbance, heart rate, abnormal rate o

6、f ECG, the period and amplitude of ECG waveform , the change in the relationship between the various indicators in the experimental groups were significant variation (P 0.05), the difference about the period shorted of hyperkalemia was significant (P 0.05)with the input potassium concentration incre

7、asing , the consistency between serum potassium and ECG diagnosis of hyperkalemia in experimental rabbit was good (P 0.01 ),The diagnosis of hyperkalemia in rabbit by abnormal rate of ECG was best (P 0.01), by serum potassium concentration (P 0.05) , there is a high Correlation between serum potassi

8、um and abnormal rate of ECG (P 0.05) and a low Correlation between serum potassium and heart rate (P 0.05)。1.2實(shí)驗(yàn)器材 兔臺、嬰兒秤、注射器（5ml2）、頭皮針、BL-420生物信號采集系統(tǒng)（成都泰盟科技有限公司）、動物手術(shù)器械全套、50l微量移液器及吸頭、輸液裝置2套、動脈導(dǎo)管、靜脈導(dǎo)管、氣管插管各1套、心電針形電極722S分光光度計(jì)、離心機(jī)、絲線（1# 、7#）、試管架、5ml試管若干等。1.3藥品與試劑 1.5%戊巴比妥鈉溶液（2ml/kg）；l%、4%、10%KCl溶液及0.9

9、%Nacl（2ml/kg）均為實(shí)驗(yàn)室自配。1.4操作方法 I、四組家兔稱重后常規(guī)麻醉及插管，測正常血鉀濃度；以標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)連接至BL-420生物信號采集系統(tǒng)的通道并描記心電描記；通過頸外靜脈和輸液裝置，I、四組家兔通過耳緣靜脈分別以1ml/min緩慢靜脈注射0.9%Nacl、1%KCl溶液、4%KCl溶液、10%KCl溶液（2ml/mg），每隔5分鐘再推注同等劑量注射液，并對各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測，出現(xiàn)典型高血鉀癥心電圖特征后停止注射 1。1.5觀察指標(biāo) I、四組的家兔血清鉀濃度及吸光度、心率、心電圖各波形持續(xù)時(shí)間及振幅變化，心電圖變異率即實(shí)時(shí)觀測的心電圖在時(shí)限與振幅方面與正常心電圖的差異性，制表分別填

10、寫好。1.6統(tǒng)計(jì)學(xué)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用表示，使用SPSS15.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，計(jì)量資料采用多樣本均數(shù)的兩兩比較Dunnett-t 檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料采用等級資料的兩樣本比較用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)；診斷試驗(yàn)的一致性采用Kappa值檢驗(yàn)；兩變量之間的關(guān)系用線性相關(guān)分析, 并對相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。2結(jié)果2.1 對照組（I組）輸鉀前后血鉀濃度、吸光度、心率、心電圖異常率、心電圖各波形時(shí)限及振幅無顯著變化；實(shí)驗(yàn)組（、組）輸鉀前后血鉀濃度、吸光度、心率、心電圖異常率、心電圖各波形時(shí)限及振幅差異有顯著變化（見表1，2，3），較為明顯的表現(xiàn)是心電圖變化為QRS波變寬，ST段上移，PR間期延長，T波高聳，S

11、波增深，說明快速滴注滴注高濃度氯化鉀可致家兔發(fā)生急性高鉀血癥；且隨著輸鉀濃度的不斷升高發(fā)生高血鉀時(shí)間縮短差異具有顯著性，部分家兔出現(xiàn)明顯的心律失常和室顫（表4）；實(shí)驗(yàn)家兔血鉀濃度與心電圖診斷高血鉀癥的一致性良好(表5)，提示在實(shí)驗(yàn)動物高血鉀模型中利用血鉀濃度與心電圖的觀測指標(biāo)診斷高血鉀癥一致性較好。表1 家兔實(shí)驗(yàn)高血鉀癥前后的觀測各指標(biāo)（）I組組組組前后前后前后前后血鉀濃度2.7590.3122.6780.3202.6600.3404.1000.3232.8500.3126.6200.4202.5480.3308.4300.350吸光度0.6660.0150.6450.0120.6420.02

12、01.5200.0280.6720.0181.6070.0320.6660.0151.7580.035心率268502655226854320552705416845256389825心電圖變異率2.20.33.50.52.40.242.80.32.30.475.80.22.50.398.80.2注：(標(biāo)準(zhǔn)管吸光度1.207 標(biāo)準(zhǔn)濃度5.00mmol/L）從表1可知，、組內(nèi)實(shí)驗(yàn)前后采用配對t檢驗(yàn)，組間實(shí)驗(yàn)前后比較采用Dunnett-t 檢驗(yàn)：（實(shí)驗(yàn)家兔輸鉀前后組內(nèi)和組間的血鉀濃度、吸光度、心率及心電圖異常率輸鉀前后差異具有顯著性：P005)； P001）。表2 家兔實(shí)驗(yàn)高血鉀癥時(shí)心電圖各波時(shí)限

13、觀測值（）I組組組組前后前后前后前后P波(s)0.0310.0030.0350.0050.0330.0030.0340.0030.0320.0030.0380.0020.0320.0030.0420.002PR間期（s）0.0560.0050.0540.0060.0530.0050.0410.0040.0540.0050.0940.0070.0550.0050.1000.007#QT間期（s）0.1340.0100.1330.0120.1350.0110.1120.0130.1360.0100.1860.0140.1370.0100.1900.014#QRS波（s）0.0450.0020.04

14、80.0030.0460.0040.0550.0020.0430.0020.0800.0030.0490.0020.1200.003#ST段（s）0.0420.0060.0430.0050.0440.0050.0470.0060.0410.0060.0570.0050.0430.0060.0640.005T波（s）0.0650.004#0.0620.0030.0630.0050.0750.0030.0630.0040.1080.0060.0630.0040.1550.006#從表2可知，、組內(nèi)實(shí)驗(yàn)前后采用配對t檢驗(yàn)，組間實(shí)驗(yàn)前后比較采用Dunnett-t 檢驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)家兔輸鉀前后組內(nèi)和組間的PR

15、間期、QT間期、QRS波、T波及ST段時(shí)限差異具有顯著性（P005，#P001；#P001）。表3 家兔實(shí)驗(yàn)前后心電圖各波形振幅（電壓）波動情況（）I組組組組前后前后前后前后P波（mV）0.0350.0200.0340.0210.0330.0220.0420.0210.0350.0200.0660.018#0.0350.0200.0880.018#Q波（mV）0.0700.0120.0720.0140.0710.0120.0950.0120.0690.0120.1100.0420.0700.0120.1300.042#R波（mV）0.2850.0350.2790.0320.2780.0350.

16、1680.0370.2840.0350.1450.038#0.2250.0340.1200.033#S波（mV）0.1830.0380.1780.0320.1820.0340.2100.0330.1820.0380.2120.0330.1830.0380.2200.031#T波（mV）0.1480.0320.1450.0330.1470.0330.2180.033#0.1510.0320.3250.019#0.1480.0320.4100.020#從表3可知，、組內(nèi)實(shí)驗(yàn)前后采用配對t檢驗(yàn)，組間實(shí)驗(yàn)前后比較采用Dunnett-t 檢驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)家兔輸鉀前后組內(nèi)和組間的PR間期、QT間期、QRS波、T

17、波及ST段振幅（電壓）差異具有顯著性（P005，#P001；#P001）。表4 家兔高血鉀癥時(shí)體征癥狀及解救后恢復(fù)情況（）例數(shù)（n）T(min)快速增高型例數(shù)（n）緩慢增高型例數(shù)（n）室撲、室顫心肌收縮力減弱室性心動過速傳導(dǎo)延遲心臟停搏I(xiàn)組10-00000組10 8.350.2534210組106.380.3125201組104.500.2034111注：與組相比，（P0.05）表5 血鉀濃度與心電圖診斷高血鉀癥的一致性比較 心電圖診斷 血鉀濃度診斷總計(jì)（n）重度中度輕度正常重度9 3 1013中度 2 2 4311輕度 1 2 3 4 10正常 0 1 0 5 6 總計(jì)（n）12 8 8 1

18、2 40從表5可知，Kappa=0.724，P0.01，血鉀濃度與心電圖診斷高血鉀癥的結(jié)果一致性良好。2.2 通過血鉀濃度、心率及心電圖變異率診斷實(shí)驗(yàn)家兔高血鉀癥的ROC曲線（圖1），心電圖變異率診斷的ROC曲線下面積為0.826，與0.5相比差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.0010.01），血鉀濃度診斷的ROC曲線下面積為0.729， 與0.5相比差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.0150.05），且心電圖變異率診斷水平最高，其次為血鉀濃度，而心率診斷水平最差。實(shí)驗(yàn)家兔心電圖變異率隨時(shí)間的增加首先表現(xiàn)出緩慢性漸升，到達(dá)一定時(shí)間后呈快速性升高，提示臨床醫(yī)生及時(shí)鑒別診斷高血鉀，預(yù)防危重病情發(fā)生（圖2）。血

19、鉀濃度與心電圖變異率高度相關(guān)（r=0.865，雙側(cè)Pearson檢驗(yàn)P0.05），心率與血鉀濃度相關(guān)系數(shù)r為0.526，R2=0.277，表示血鉀濃度變化中的27.7%可由心率來解釋（圖3），雖與之相關(guān)，但相關(guān)性不大，此外由圖可見隨著血鉀濃度的輕度升高，心率也會進(jìn)行性加快。圖1 實(shí)驗(yàn)家兔高鉀血癥診斷的ROC曲線圖2 實(shí)驗(yàn)家兔心電圖變異率在不同組別下隨時(shí)間的變化關(guān)系圖3 血鉀濃度與心率和心電圖變異率之間的變化關(guān)系 3討論3.1輕度高血鉀癥典型的心電圖表現(xiàn)為高尖篷帳樣毒性T波，特征是雙支對稱，基底變窄。QRS波增寬初始，形態(tài)與正常血鉀相似，當(dāng)后期QRS波呈現(xiàn)寬大或畸形的QRS波，提示心室內(nèi)激動順序

20、發(fā)生變化。在實(shí)驗(yàn)中高血鉀導(dǎo)致QRS波間期和QT間期顯著延長時(shí)2，ST波融合，使得QT-QRS較正常時(shí)縮短。高血鉀引起室內(nèi)傳導(dǎo)進(jìn)行性延長時(shí)，心電圖QRS波可成類右束支阻滯或左束支阻滯圖形，但一般為非特異性增寬，在臨床上多以心電向量圖輔助心電圖鑒別；高血鉀影響整個(gè)環(huán)體，而束支阻滯僅影響環(huán)體中段和末斷。在高血鉀癥心電圖中偶爾也會出現(xiàn)梗死樣Q波伴ST波抬高，易誤診為心肌梗死，在臨床上應(yīng)注意鑒別。此外，輕度高血鉀癥有時(shí)可觀察到PR間期及QT輕度縮短，國內(nèi)外的研究中，在體和離體實(shí)驗(yàn)均證實(shí)該濃度血鉀可加速房室結(jié)傳導(dǎo)系統(tǒng)的傳導(dǎo)，但機(jī)制尚未完全闡明，目前仍存在爭議3。筆者認(rèn)為當(dāng)細(xì)胞外K+濃度輕度快速升高時(shí)，一方

21、面由于膜電位迅速上升而閾電位改變緩慢，膜電位與閾電位水平靠近，起搏閾值暫時(shí)性下降，而發(fā)生輕度去極化，細(xì)胞興奮性升高；而另一方面使動作電位0期去極化速度和幅度均降低，傳導(dǎo)速度減慢，使得局部電擴(kuò)布衰竭；因此，結(jié)合心電圖顯示進(jìn)而推測此濃度時(shí)心肌細(xì)胞興奮性升高效應(yīng)高于傳導(dǎo)性降低效應(yīng)，但在臨床上血鉀濃度逐漸升高時(shí)由于時(shí)程較短易被忽略，故應(yīng)當(dāng)引起臨床醫(yī)師的重視，以便及時(shí)處理，避免加重高血鉀的進(jìn)程。當(dāng)細(xì)胞外K+濃度明顯升高時(shí)，血鉀對心臟的電生理效應(yīng)是抑制興奮和傳導(dǎo)，膜電位明顯減小伴起搏閾值增加，部分鈉通道失活興奮性降低且伴傳導(dǎo)性進(jìn)行性降低，繼而PR（心房部分鈉通道失活興奮性降低且伴傳導(dǎo)性進(jìn)行性降低）間期和Q

22、T（心室傳導(dǎo)性進(jìn)行性降低）間期明顯延長。3.2高血鉀癥對竇房結(jié)和房室結(jié)影響較小，而心房肌對K+特別敏感，心房去極化受抑制，心電圖P波振幅進(jìn)行性降低，變寬低平，最終P波消失，此時(shí)竇房結(jié)沖動繞過優(yōu)勢傳導(dǎo)通路而通過心房特化纖維通路（房間束）傳導(dǎo)至心室，K+濃度漸進(jìn)升高5，心室去極化受到抑制，心電圖表現(xiàn)為寬大或畸形的QRS波伴“帳篷樣毒性T波”，且?guī)缀蹩偸鞘疑闲园槭覂?nèi)傳導(dǎo)障礙，酷似加速的室性逸搏心律，易誤診為室性心動過速，在動物模型中高血鉀誘發(fā)的心律失常多為頻率緩慢、P波消失及非特異性寬QRS波，多提示此為交界性心律或竇性心律伴室內(nèi)傳導(dǎo)延遲所致的寬QRS波，但研究中也偶現(xiàn)快速心律，尚不能排除真性室性心

23、動過速，應(yīng)考慮為高血鉀癥特征性心電圖“竇室傳導(dǎo)” 6；而人類高血鉀癥多為頻率過快且多伴有機(jī)體代謝紊亂，在臨床上真性自主心律較單純高鉀血癥動物模型多見，多提示此為交界性心律或竇性心律伴差異性QRS波，因此臨床醫(yī)生應(yīng)更多的考慮為真性“室性心動過速”。 3.3在本文所述的實(shí)驗(yàn)動物中，心電圖變異率與血鉀濃度關(guān)聯(lián)性極高，高血鉀的臨床癥狀常無特異性，而心電圖T波高尖呈帳篷狀為高血鉀所特征性改變7。但在臨床上，心電圖變異率與血鉀濃度關(guān)聯(lián)性普遍偏低，表現(xiàn)為血清鉀濃度雖已升高，但心電圖上無T波高尖等明顯高鉀血癥改變。主要原因是血清鉀測定不能及時(shí)反映心肌細(xì)胞內(nèi)鉀的含量，此時(shí)血鉀的改變尚未超過心肌細(xì)胞的代償能力，心

24、肌細(xì)胞可通過內(nèi)部調(diào)節(jié)，維持細(xì)胞內(nèi)外鉀比值的變化，所以雖有血清鉀升高但心電圖無高血鉀表現(xiàn)8，稱為假性高血鉀 ，此種情況多見于大面積心肌梗死、重癥心肌炎、急性溶血性貧血、擠壓綜合征、大面積燒傷。由于血清鉀反映的是細(xì)胞外液鉀的濃度，高血鉀心電圖改變是細(xì)胞內(nèi)鉀含量升高所致，且在臨床上患者血鉀濃度受多種代謝因素的影響，所以心電圖對假性高血鉀的鑒別比血清鉀測定更為準(zhǔn)確。 3.4隨著血鉀濃度的進(jìn)一步增高，遠(yuǎn)端心室的普肯耶纖維網(wǎng)絡(luò)因受高鉀抑制而出現(xiàn)心臟停搏，而此時(shí)仍有沖動抵達(dá)普肯耶纖維網(wǎng)絡(luò)，因此，電傳導(dǎo)的中斷發(fā)生在浦肯耶-心室肌纖維連接處。在實(shí)驗(yàn)中將10%K+濃度造模引發(fā)家兔停搏的心臟取出后9，可見自發(fā)性慢節(jié)

25、律波“滾動”式傳至心臟表面且偶伴U波出現(xiàn)，提示心臟不同部位通過時(shí)發(fā)生除極和復(fù)極；在QRS波起始處Q波間期很少發(fā)生延緩以及心臟停搏后仍有沖動傳導(dǎo)至浦肯野纖維10，提示浦肯野纖維對高血鉀較心肌作用不敏感。3.5在高血鉀癥家兔模型中，當(dāng)血鉀濃度大于10mmol/L時(shí)，RR間期開始變得不規(guī)整。寬大的QRS波與P波無關(guān)（此時(shí)多已難鑒別），此時(shí)易誤診為室性心律失常，但希氏束電圖可見每個(gè)QRS波前有H波3，應(yīng)為加速的交界性逸搏心律。而人類高血鉀可抑制主導(dǎo)起搏點(diǎn)而加速次級起搏點(diǎn)。有時(shí)可見R-R間期呈現(xiàn)典型文氏周期波動，在臨床上多提示進(jìn)行性房室結(jié)傳導(dǎo)阻滯。一些研究證實(shí)極高濃度水平的血鉀癥可出現(xiàn)房室傳導(dǎo)功能衰退，

26、竇室傳導(dǎo)消失。當(dāng)機(jī)體血鉀濃度急劇增高時(shí)，如果出現(xiàn)心房內(nèi)和心室內(nèi)傳導(dǎo)阻滯以及QRS波振幅降低、S波增寬，提示血鉀濃度已達(dá)10mmol/L，如不積極控制和治療，傳導(dǎo)性進(jìn)行性降低，傳導(dǎo)阻滯加重，誘發(fā)異位起搏點(diǎn)及異位心律，同時(shí)有效不應(yīng)期下降11，因而易形成興奮折返并進(jìn)而引起包括心室纖維顫動在內(nèi)的心律失常。嚴(yán)重高鉀血癥時(shí)可因重度傳導(dǎo)阻滯或心肌興奮性消失而引起心搏驟停12?？傊哐浀呐R床癥狀無特異表現(xiàn)，一旦發(fā)生危害極重，因心電圖檢查方便，易普及，結(jié)果迅速，故在臨床診斷高血鉀癥時(shí)應(yīng)用較多，必要時(shí)也應(yīng)聯(lián)合血鉀濃度及心率等多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行觀測，綜合指標(biāo)的觀測對預(yù)后的判斷及臨床治療有很好的指導(dǎo)作用，對提高高血鉀癥

27、診斷的準(zhǔn)確率有著重要臨床意義。參考文獻(xiàn)1金春華.機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)M北京：科學(xué)出版社，2006：341-3422Juurlink DN, Mamdani MM, Lee DS, et al.Rates of hyperkalemia after publication of the Randomized Aldactone Evaluation Study.N Engl J Med. 2004 Aug 5;351(6):543-51.3Freeman K, Feldman JA, Mitchell P, et al. Effects of presentation and electrocardiogram on time to treatment of hyperkalemia. Acad Emerg Med. 2008 Mar;15(3):239-49.4Raebel MA, Smith ML, Saylor G, et al.The positive predictive value of a hyperkalemia diagnosis in auto