文摘

保护心肌灌注在手术过程中尤为重要的风险增加患者围手术期并发症,如糖尿病。挥发性麻醉剂,如七氟烷cardiodepressive效果和可能加重心血管并发症。我们调查的影响,七氟醚在前驱糖尿病的大鼠心肌灌注和心肌功能。老鼠被喂食了西方饮食(WD;)或控制饮食(CD;8周和接受(对比)超声心动图来确定灌注和功能在基线和七氟醚暴露。心肌灌注微血管的估计是基于产品灌装速度和血容量。WD-feeding导致前驱糖尿病的表型特点是肥胖、高胰岛素血症,高脂血症,葡萄糖耐受不良和高血糖。在基线,WD-feeding CD-feeding相比,心肌灌注和心肌收缩功能受损。七氟醚增加了暴露的健康大鼠微血管灌注速度没有改变心肌灌注,但收缩功能受损。在前驱糖尿病的老鼠,七氟醚也不影响心肌灌注;然而,它进一步收缩功能受损。食源性前驱糖尿病与大鼠心肌灌注和心肌功能受损。虽然七氟醚进一步收缩功能受损,但这并不影响心肌灌注在前驱糖尿病的老鼠。七氟醚麻醉我们的研究表明,导致心肌灌注和心肌功能分开,无论代谢状态。

1。介绍

心肌灌注心肌功能的关系决定了心肌能量供应和需求之间的平衡。在手术期间,维持心肌氧平衡是挑战。外在因素,如麻醉和手术压力和内在因素,如代谢疾病疾病,影响心肌氧供应和消费。这种改变平衡可能会增加心脏的脆弱性的氧气供给和需求不匹配和顺向缺血1,2]。

挥发性麻醉药七氟醚产生直接作用于心脏和循环,危及围手术期心肌功能和血流动力学的稳定。七氟醚具有血管舒张性能,减少冠状动脉血管阻力(3)和灌注压力(4,5]。我们表明,七氟醚并不影响心肌血流量在心血管健康的病人,心肌流储备下降时(6]。然而动物研究表明,七氟烷灌注压力保持不变时,增加冠脉血流量在狗7]在孤立的老鼠心脏冠状动脉流量,减少储备(5]。相比之下,七氟醚降低血压,减少心肌血流量在健康大鼠(8,狗9),和猪(10]。

七氟醚产生对比效应在心肌灌注在健康的条件下,其通过影响可能更丰富的代谢疾病患者的疾病,如2型糖尿病(T2DM)病人体内。T2DM病人更容易患冠状动脉疾病(11),会增加心血管并发症率主要非心脏手术后(12]。因为心肌基质代谢和心肌氧平衡改变在2型糖尿病(13),心肌灌注的规定在这些患者在术中情况下尤为重要,如低灌注。我们之前发现心肌灌注,但不是心肌功能,是保存在葡萄糖不能容忍老鼠充血14),而其他人则显示糖尿病胰岛素抵抗患者的心肌灌注缺陷(15,16)和2型糖尿病患者餐后状态(17,18]。的数量研究七氟醚麻醉时关注心肌灌注在主题与代谢疾病疾病不过是有限的。我们最近表明,七氟醚降低T2DM病人心肌血流量也较低的趋势观察血管扩张的能力(19]。综上所述,这些数据显示,anesthesia-related改变心肌灌注和心肌功能可能更显著的代谢疾病疾病的存在。

因此,本研究的目的是探讨七氟醚麻醉的附加效应在食源性前驱糖尿病的大鼠心肌灌注和心肌功能。我们假设七氟醚麻醉的影响更丰富的代谢疾病疾病从而围手术期心肌灌注和心肌功能的监管挑战。

2。材料和方法

2.1。动物和实验装置

本研究进行了严格按照欧洲公约保护脊椎动物用于实验和其他科学目的。所有实验机构批准的VU大学动物保健和使用委员会(许可证号码麻醉法12-04)和执行符合现代动物研究指南(20.]。所有手术S-Ketamine和安定麻醉下进行,和所有正在努力减少痛苦。

研究分为两个部分:(1)描述的西方饮食喂养引起的表型和(2)测量心肌灌注和心肌功能基线条件和七氟醚暴露。第一部分的研究是在一群执行16雄性Wistar鼠(基线体重:g;查尔斯河实验室、法国),受到西方饮食结合蔗糖水(20%)(WD,)或控制饮食(CD,)。经过8周的饮食暴露,老鼠接受口服葡萄糖耐量试验。老鼠牺牲后6小时禁食时期被斩首和树干血液收集等离子决定。

这项研究的第二部分包括36个雄性Wistar鼠(体重g;查尔斯河实验室、法国)暴露在CD ()或WD (如上所述。8周后,大鼠接受(对比)超声心动图在基线条件和七氟醚(2.0%)5分钟后曝光。

所有的老鼠被安置在一个温控室(20°C;40 - 60%湿度)下12/12 h光/暗周期从6.00点。体重和热量摄取每周测定。

2.2。饮食

CD (Teklad 2016,哈伦,霍斯特,荷兰)由千卡20%的蛋白质,9%千卡脂肪、碳水化合物和74%千卡(1804千卡/公斤淀粉,200千卡/公斤糖),而WD (D12451,研究饮食,新布伦瑞克,新泽西州)由千卡20%的蛋白质,45%千卡脂肪、碳水化合物和35%千卡(291千卡/公斤淀粉,691千卡/公斤糖)与20%蔗糖水(800千卡/公斤),完全包含3300千卡/公斤和4857千卡/公斤乳糜泻和WD蔗糖水,分别。

第1部分

2.3。口服葡萄糖耐量试验

在第一部分的研究中,清醒大鼠禁食过夜了口服葡萄糖负荷(2克/公斤体重)。血糖测量精度从尾出血Xceed血糖监测系统(英国MediSense)(0)和15日之前30、60、90和120分钟后葡萄糖摄取。在相同的时间点,血浆胰岛素(LINCO研究,圣查尔斯,密苏里州)水平测定如前所述[14,21]。

2.4。血液和血浆的测量

等离子体使用microcentrifugation比容水平测定。血浆葡萄糖水平(Abcam、剑桥、马),血浆胰岛素(LINCO研究,圣查尔斯,密苏里州)、血浆游离脂肪酸(WAKO NEFA-HR, WAKO纯化学工业,大阪,日本),血浆甘油三酯(σ,圣路易斯,密苏里州)和血浆高密度脂蛋白胆固醇和低密度脂蛋白/ VLDL (Abcam、剑桥、MA)水平测定从树干的血液如前所述13,14,21,22]。

第2部分

2.5。手术

老鼠的第二部分研究麻醉在125毫克/公斤S-Ketamine(接受、辉瑞、荷兰)和4毫克/公斤安定(Centrafarm、荷兰)腹腔内。气管插管和肺机械通风(呼气末正压通气的,1 - 2厘米₂O;呼吸速率,~ 65次/分钟;潮汐卷,~ 10毫升/公斤)富氧空气(40%啊₂/ 60% N₂)。麻醉是由连续注入50 mg / kg / h S-Ketamine和1.3毫克/公斤/小时通过尾静脉注射地西泮静脉。呼吸速率调整保持pH值和在生理范围内的二氧化碳分压。体温保持稳定(°C)用温水底部加热垫。

一根导管放置在正确的颈静脉注入对比剂。左侧颈动脉插管取血样,血液气体分析(ABL50辐射计,哥本哈根,丹麦),和测量动脉血压(Safedraw传感器取血样,氩医疗器械,德克萨斯州,美国)。动脉血压、心电图和心率不断记录使用PowerLab软件(PowerLab 8/35,图7.0;ADInstruments企业有限公司、城堡山、澳大利亚)。动脉血压是根据以下公式计算:。速度压力乘积(RPP)计算产品的心率和收缩压和被用来估计心肌需氧量。

2.6。微泡造影剂的各种准备

微气泡是由perfluorobutane气体和稳定的单层distearoyl磷脂酰胆碱和硬脂酸挂钩。1,2-Distearoyl -sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC;两代情极性脂质,阿拉巴马州,美国)和聚氧乙烯硬脂酸(PEG40;σ,圣路易斯,密苏里州,美国)溶解在甘油(10毫克/毫升)和用(鲜美FS200,鲜美超声学有限公司苏塞克斯英国)在40 kHz的氛围perfluorobutane (F2化工有限公司,兰开夏郡,英国)和瓶动摇在4500 rpm Vialmix(美国马萨诸塞州百时美施贵宝医学影像)。随着气体分散在水相,形成的微气泡,稳定的自组装脂质/表面活性剂单分子层。刚让泡沫然后洗两次去除过度DSPC PEG40和冷藏储存在密封的瓶perfluorobutane气氛。Multisizer 3库尔特计数器(美国贝克曼库尔特公司、迈阿密、FL)被用来测量粒度分布以及粒子的数量。泡沫的平均浓度和粒子范围在1到10之间μm。微气泡被稀释的浓度脱气氯化钠。

2.7。心肌对比超声心动图

手术后(对比)超声心动图表现来确定心肌功能和灌注在基线条件和七氟醚(2%)5分钟后曝光。对比超声心动图进行使用西门子(ACUSON红杉512)配有14 MHz线性阵列换能器(13,14]。微气泡被不断注入到颈静脉率为300μL / min使用专用注射器泵(Vueject、Bracco SA、瑞士)。微灌注两分钟后,灌注图像从左心室的烈度衰减视图。

声功率低机械指数(MI)(0.20)被用于微检测的动态范围50分贝。灌注序列由心脏周期约10低糜的成像,紧随其后的是一阵声功率高(1.8米)的全面对比销毁。随后,平均20心脏周期的低糜图像获得允许在心肌对比补给。所有数据都存储为离线分析。

2.8。心肌对比超声心动图分析

专门设计的软件被用于分析估计的灌注(Matlab, 7.10, R2010A MathWorks公司。马萨诸塞州,美国)(6,14]。对于每一个心动周期,感兴趣的区域被吸引在收缩末期帧后壁的烈度衰减视图左心室。微泡破坏后心肌信号强度从帧修正为背景噪音减去第一帧的信号强度在微泡破坏()。这些强度被安装()微血管血容量的计算和微血管灌注速度,对应于毛细管血液汇率。灌注的估计计算的产物和(23]。

2.9。超声心动图

心肌收缩功能测定与超声心动图(13,14]。简而言之,左心室(LV)维度在end-systole (ES)和end-diastole (ED)测定在M -(运动)模式下的胸骨旁的极震区乳头肌水平的看法。LV收缩功能是由部分缩短(FS)和部分区域变化(FAC),计算的方程:和。所有参数是至少有三个心脏收缩周期长度的平均值。

2.10。统计分析

数据分析使用Graphpad Prism 5.0(美国拉霍亚)和平均数±标准差。组之间的比较(CD与WD)使用一个学生进行以及,而七氟醚与双向方差分析测试的效果与Bonferroni事后测试。被认为是具有统计学意义。

3所示。结果

3.1。西方饮食喂养导致前驱糖尿病的表现型

西方饮食喂养8周导致轻微的2型糖尿病与肥胖表型(前驱糖尿病的),轻度高血糖、高胰岛素血症、高脂血症(表1),葡萄糖耐受不良(图1)。心脏和肝脏重量和附睾的perirenal脂肪垫在西方饮食大鼠相比显著增加控制。此外,心率、收缩压、舒张压和平均动脉压保持不变(表1)。

3.2。在前驱糖尿病的大鼠心肌灌注和心肌收缩功能受损

与健康对照组相比,西方饮食喂养倾向于减少微血管灌装速度()和显著降低微血管血流量(),这导致显著减少灌注(图的估计2)。

西方饮食喂养显著增加收缩末期腔直径和舒张壁厚但不影响舒张腔直径和壁厚控制老鼠(表相比在收缩2)。部分缩短和部分区域变化显著减少在西方饮食大鼠与对照组相比,表明收缩功能受损(图3)。

3.3。七氟醚进一步收缩功能受损而不是在前驱糖尿病的大鼠心肌灌注

血压、心率和产物压力明显下降速率5分钟后的七氟醚暴露和显著恢复后5分钟冲刷时期,没有差异饮食组(图4)。

基线条件相比,七氟醚减少微血管灌注速度()和倾向于微血管血流量增加,(在控制),而这在西方饮食动物观察缺席。总的来说,这导致了不变估计灌注的饮食组(图2)。

七氟醚另外增加收缩末期腔直径在西方饮食的老鼠相比基线条件,导致进一步收缩功能受损西方饮食的老鼠相比,控制老鼠(图3)。

4所示。讨论

在目前的研究中,我们调查了七氟醚麻醉的效果在西方饮食大鼠心肌灌注和心肌收缩功能。我们发现,短期西方饮食喂养导致轻微的2型糖尿病患者表型(前驱糖尿病),这是与心肌灌注和心肌收缩功能受损有关。七氟醚对心肌灌注的影响没有额外的健康和前驱糖尿病的老鼠,虽然它在健康的老鼠心脏收缩功能受损,甚至进一步收缩功能受损前驱糖尿病的老鼠。这些结果表明,七氟醚导致心肌灌注和心肌功能分开,无论代谢状态。

在这项研究中一个有趣的发现是,都是降低糖尿病大鼠心肌灌注和心肌功能与健康对照组相比。以前,我们发现心肌灌注和心肌功能的影响在高脂肪食源性葡萄糖不宽容的老鼠相比,健康对照组(14]。在目前研究老鼠被暴露于更严重的西方饮食,导致更加明显干扰代谢疾病状态的老鼠。此外,它曾表明,减少心肌血流储备的程度在急性高血糖相关的胰岛素抵抗的严重程度(24]。总的来说,这些结果表明,损伤的心肌灌注和糖尿病的严重程度有关。

在手术过程中,心肌能量供应和需求之间的平衡是受到外在因素如麻醉剂。挥发性麻醉药七氟醚产生对比效果在健康动物心肌灌注和主题。先前已经表明,七氟醚不改变健康大鼠的心肌血流量(25)和心血管健康的病人(6]相对于清醒状态。相比之下,其他描述心肌血流量减少健康老鼠在全身麻醉下α氯醛糖(8),狗与戊巴比妥麻醉和芬太尼9),和醒着的猪10]。目前的研究表明,七氟醚并不影响心肌灌注,尽管降低动脉血压、心脏频率,速度压力产品健康的老鼠。心肌灌注保持不变时,七氟醚减少微血管灌装速度()和微血管血流量增加()。毛细管的微血管灌注速度是一个参数汇率提供估计的速度通过毛细血管红细胞,虽然微血管血流量表明营养和交换的表面积与耗氧量。我们的观察与以前相比之下表现我们组在心血管健康受试者的研究,我们表明,七氟醚心肌血流量降低,增加微血管灌注速度(6]。一个可能的机制来解释这些差异可以派生心率物种间的差异。我们发现心率下降,而在健康受试者心率的增加了(6]。然而,也减少了8)或不变(25)心率在健康老鼠七氟醚暴露时被发现。除了物种变异和使用不同的实验技术(23通用麻醉剂),政府可以解释观测到的对比,因为这可能会明显改变血流动力学与清醒状态。本研究所有老鼠主要是镇静S-ketamine和安定,因为它不是可行的执行对比超声心动图在清醒大鼠。S-ketamine和安定也有内在cardiodepressive效应(26,27),这可能会模糊七氟醚对心肌功能的直接影响。然而,尽管一些麻醉剂的使用,心肌功能仅略受影响,而心肌灌注仍不受影响。综上所述,七氟醚麻醉虽然略心肌功能受损,心肌灌注并不是影响健康的老鼠。

保护心肌灌注在手术过程中尤为重要的风险增加患者围手术期心脏并发症,如糖尿病。最近,我们的团队表明,七氟醚心肌灌注减少2型糖尿病患者与健康对照组相比。此外,我们观察到一个较低的趋势endothelium-independent血管舒张能力七氟醚麻醉在2型糖尿病患者,而endothelium-dependent血管舒张没有影响(19]。我们目前的结果表明,七氟醚cardiodepressive效应较强,在前驱糖尿病的老鼠,而心肌灌注仍不受影响。有趣的是,收缩功能部分恢复当七氟醚被撤回(未公开的数据)。在生理情况下,心肌血流量和功能是平衡28]。在我们的前驱糖尿病的老鼠,心肌灌注和心肌功能下降。然而,七氟醚麻醉期间,心肌灌注维持,而心肌功能进一步降低前驱糖尿病的老鼠。这个解偶联的灌注和函数表明,尽管增加微血管血流量和降低微血管灌装速度,心肌功能无法维持。此外,它应该记住七氟醚S-Ketamine之上的研究的影响和安定麻醉。然而,这些代理的cardiodepressive影响不解释我们的发现。

5。结论

总之,七氟醚麻醉维持心肌灌注,而它在健康的老鼠心脏收缩功能受损,甚至进一步收缩功能受损前驱糖尿病的老鼠。七氟醚麻醉我们的研究表明,解开心肌功能和心肌灌注,无论代谢状态。这解偶联可能增加心脏的脆弱性的氧气供给和需求不匹配和顺向缺血手术。

利益冲突

没有利益冲突,金融或否则,由作者声明。

确认

这项工作是在青年科学家基金项目的支持下,荷兰麻醉医师协会(后)和临床奖学金,ZonMW奖学金荷兰科学研究组织(ZonMW)。