【摘要】 目的 对比研究卡维地洛与美托洛尔对大鼠心肌梗死后血流动力学、左心室功能的影响。方法 建立大鼠急性心肌梗死模型，术后将大鼠随机分为心肌梗死对照组(MI组)，美托洛尔治疗组(B组)，卡维地洛治疗组(C组)，另设假手术组(S组)；各组按观察时点48h和4周再分为：MI组48h组和MI组4周组，B组48h组和B组4周组，C组48h组和C组4周组，S组48h组和S组4周组。B组、C组于术后24h直接灌胃法给药。于术后48h及4周对观察组进行血流动力学测定。结果 ①与S组48h组相比，MI组48h组的主动脉收缩压（SBP）、舒张压（DBP）和平均压（MAP）、左心室收缩压（LVSP）和左心室内压最大上升和下降速率（±dp/dt）均显著降低（P&<0.05或P&<0.01）。②与S组4周组比较，MI组4周组心率、LVSP和±dp/dt显著降低（P&<0.05或P&<0.01），左室舒张末压（LVEDP）则显著升高（P&<0.01），而SBP、DBP和MAP无显著变化。③与MI组48h组相比，C组48h组的SBP、MAP、LVSP、±dp/dt和心率均显著降低（P&<0.05或P&<0.01），LVEDP无显著变化，而B组48h组血流动力学指标差异均无显著性。④与MI组4周组相比，C组4周组SBP、DBP、MAP和LVEDP均显著降低（P&<0.05），而±dp/dt、±dp/dt/LVSP显著升高(P&<0.05或P&<0.01)；而B组4周组LVEDP和心率降低差异有显著性。结论 大鼠心肌梗死后，发生血流动力学异常和左室功能异常。长时间（4周）应用卡维地洛或美托洛尔均能有效降低AMI后大鼠LVEDP，改善血流动力学和左室功能。但在改善左室功能方面卡维地洛更优于美托洛尔。
【关键词】 心肌梗死；大鼠；卡维地洛；美托洛尔；血流动力学
Abstract: Objective To compare of the effects on hemodynamics and left ventricular function in rats after acute myocardial infarction (AMI) between carvedilol and metoprolol. Methods 147 models of AMI in rats were randomly assigned to myocardial infarction control group (MI group)， metoprolol group (group B) and carvedilol group (group C) following the ligation of anterior descending. Sham-operated rats were selected randomly as non-infarction control. According to observation time points， each group was subpided into two groups: MI48h group， MI4W group， B48h group， B4W group， C48h group， C4W group， S48h group， S4W group. Group B received intragastric metoprolol infusion and group C received intragastric carvedilol infusion at 24 hours after ligation. The hemodynamics in each group were measured at 48 hours and 4 weeks after ligation. Results ①MI48h group had decreases in systolic blood pressure (SBP)， diastolic blood pressure (DBP)， mean aortic pressure (MAP)， left ventricular systolic pressure (LVSP) and the maximum rise and decline rate of left ventricular pressure (±dp/dt)， compared with S48h group， there were statistical significant differences (P&<0.05 or P&<0.01).②Compared with S4W group， the heart rate， LVSP and ±dp/dt in MI4W group decreased more significantly (P&<0.05 or P&<0.01)， and left ventricular end diastolic pressure (LVEDP) elevated significantly (P&<0.01)， while SBP， DBP and MAP did not differed appreciably.③ Compared with MI48h group， SBP， MAP， LVSP，±dp/dt and heart rate in C48h group decreased significantly (P&<0.05 or P&<0.01)， while LVEDP remained the same， the hemodynamic indices in B48h group did not differ. ④Compared with MI4W group， SBP， DBP， MAP and LVEDP for C4W group decreased significantly (P&<0.05)， while ±dp/dt， ±dp/dt/LVSP elevated significantly (P&<0.05 or P&<0.01)， and LVEDP and heart rate for B4W group decreased significantly. Conclusion As abnormal hemodynamics and left ventricular function worsened after AMI in rats， long-term (four weeks) use of carvedilol or metoprolol can improve left ventricular function and hemodynamics， but carvedilol is superior to metoprolol in improving left ventricular function.
Key words: myocardial infarction; rats; carvedilol; metoprolol; hemodynamics
急性心肌梗死(AMI)时，心肌坏死和心室重构致使心脏收缩和舒张功能障碍，心脏泵功能衰竭及全身血流动力学异常。β受体阻滞剂通过减慢心率、降低体循环血压和减小心肌收缩力，以降低心肌耗氧量，改善缺血区心肌供氧和需氧的失衡，缩小梗死心肌面积。该类药物降低AMI病死率的疗效已为国内外多项大规模临床研究所证实。卡维地洛是非选择性β受体阻滞剂，并可阻断受体，具有优于其他β受体阻滞剂的血流动力学特点。本研究旨在前瞻性比较卡维地洛和美托洛尔对 AMI后大鼠血流动力学，心室功能的影响，为临床治疗AMI提供用药指导。
1 材料与方法
1.1 动物模型制备、分组及给药 成年雌性Sprague-Dawley（SD）大鼠250只，体重200～265g，购自北京维通华公司。参照Weisman［1］等的方法，结扎左冠状动脉前降支，造成前壁心梗。假手术组大鼠仅在前降支留置一松结，不结扎。术后24h存活的147只以随机法分为心肌梗死(MI)对照组(MI组，n=43)、美托洛尔治疗组（B组，n=42）、卡维地洛治疗组(C组，n=42)，另设假手术组(S组，n=20)；各组按观察时点48h和4周再分为：MI组48h组和MI组4周组，B组48h组和B组4周组，C组48h组和C组4周组，S组48h组和S组4周组。给药方法：大鼠AMI术后24h始给药治疗，B组予美托洛尔［20mg/(kg·d)］，C组予卡维地洛［10mg/(kg·d)］分二次直接灌胃，MI组和S组大鼠则予等量蒸馏水。给药时间相对固定于8：30～10：00am，18：30～20：00pm。
1.2 血流动力学测定 术后48h及4周对相应的观察组进行血流动力学测定。参照Pfeffer［2］等报道的方法，沿正中线切开大鼠颈部皮肤，向右分离皮下组织及颈部肌肉，寻得右侧颈外动脉，加以分离并结扎其近头端；20G静脉小鞘管肝素稀释液充盈，穿刺右颈外动脉，拔除穿刺针，经留置鞘管向动脉内注入肝素稀释液1ml，肝素化抗凝；鞘管尾端经一充满肝素生理盐水的塑料导管与八导生理记录仪的压力换能器相连接。与大气平衡，定标后连续记录大鼠升主动脉收缩压（SBP）、舒张压（DBP）和平均压（MBP）；然后将鞘管逆行送入左心室，连续记录左心室收缩压（LVSP）、左心室收缩末压(LVESP)、左心室舒张末压(LVEDP)，并同步记录心率（HR）、左心室内压上升最大速率（+dp/dt）和左心室内压下降最大速率（-dp/dt），见表1。
表1 获完整血流动力学资料各实验组大鼠数目（略）
1.3 心脏标本的固定和处理 处死大鼠后迅速沿正中线剪开胸骨，打开胸腔，分离升主动脉，结扎弓部，小鞘管头端固定于升主动脉内，尾端经输液管与4％多聚甲醛灌注液瓶相接，向冠状动脉内灌注以固定心脏。肺上再剪一小口，以利灌注液排出，灌注液瓶距大鼠高度1.2m，使灌注压约恒定为11.31kPa（相当于成年大鼠平均动脉舒张压），持续灌注20～30min然后取下心脏，剪除左右心耳及残余大血管，垂直于左室长轴对称于其中点上下，切取厚度为2～3mm的左室截面，置于4％多聚甲醛溶液小瓶中保存，送病理科进行石蜡包埋、备行相关的病理学分析。
1.4 心脏梗死面积测定 将4％多聚甲醛溶液固定的左室截面石蜡包埋，切取5μm厚的横截切面，HE染色后制成病理切片。按Yang等［3］报道的方法，BHEC显微镜－微机彩色图像处理系统分别测定左室截面外周长、内周长及瘢痕组织外周和内周弧长，用下列公式计算梗死面积（％）＝［(瘢痕外周弧长＋瘢痕内周弧长)/（左室截面外周长＋左室截面内周长）］×100％。
1.5 统计学处理 实验计量数据以±s表示，采用SPSS 11.5进行统计学处理，多组比较用方差分析，组间比较用SNK-q检验，率的比较用χ2检验。
2 结果
观察过程中，AMI大鼠术后24h～4周共死亡52只，S组死亡4只。MI组、B组、C组、S组按观察时点48h和4周最终血流动力学资料完整大鼠数分别为11只、13只、11只、11只、9只、15只、8只、8只。
2.1 各组获完整试验指标的大鼠数量及梗死面积情况 MI组、B组及C组大鼠梗死面积组间对比差异无显著性，具有可比性，见表2，表3。
表2 48h各组获完整试验指标的大鼠数量及梗死面积（略）
表3 4周各组获完整试验指标的大鼠数量及梗死面积（略）
2.2 卡维地洛及美托洛尔对AMI大鼠血流动力学的影响 血压(包括SBP、DBP、MAP)在S组于术后48h、4周时差异均无显著性。与S组相比MI组48h组的SBP、DBP、MAP均显著降低(P&<0.05或P&<0.01)，而MI组4周组则无显著变化；提示大鼠AMI后随时间进展，血压有先降低后回升趋势。与MI组48h组相比，B组48h组SBP、DBP、MAP降低差异无显著性，C组48h组SBP、MAP显著降低（P&<0.05或P&<0.01）；与MI组4周组相比，B组4周组SBP、DBP、MAP降低差异无显著性，C组4周组SBP、DBP、MAP显著降低(P均&<0.05)。LVESP在MI组48h组显著低于S组48h组(P&<0.01)，C组48h组显著低于MI组48h组(P&<0.01)；LVESP在MI组4周组显著低于S组4周组，两种药物治疗4周组与MI组4周组相比均未显著降低(P&>0.05)。LVEDP在S组48h组和S组4周组间以及MI组48h组和S组48h组间差异无显著性，在治疗48h组和MI组48h组间亦无显著差别；然而LVEDP在MI组4周组显著高于S组4周组，也显著高于MI组48h组，而B组4周组和C组4周组相比于MI组4周组则均显著降低(P&<0.05或P&<0.01)。提示大鼠AMI后随时间进程LVEDP逐渐升高，而较长时间(4周)美托洛尔、卡维地洛给药后，均能有效防止大鼠AMI后LVEDP的升高。见表4。
2.3 卡维地洛、美托洛尔对AMI大鼠左心室功能的影响 与S组相比，MI组48h组及4周组大鼠的±dp/dt均显著降低(P&<0.05)；而±dp/dt/LVSP、心率则仅在4周时显著降低(P&<0.01或P&<0.05)。提示大鼠AMI后出现左室舒张及收缩功能降低。与MI对照组相比，B组仅4周时心率减少差异有显著性，C组48h组±dp/dt、±dp/dt/LVSP、心率均显著降低，而C组4周组中除心率显著降低外(P&<0.01)，±dp/dt、±dp/dt/LVSP 均显著升高(P&<0.05或P&<0.01)，见表5。
表4 治疗后各组血流动力学变化（略）
与S组48h组比较，a：P&<0.05，b：P&<0.01；与S组4周组比较，e：P&<0.05，f：P&<0.01；与MI组48h组比较，c：P&<0.05，d：P&<0.01；与MI组4周组比较，h：P&<0.05，g：P&<0.01
表5 各组心室功能的变化（略）
与S组48h组比较，a：P&<0.05，b：P&<0.01；与S组4周组比较，i：P&<0.05，h：P&<0.01；与MI组48h组比较，d：P&<0.05，c：P&<0.01；与MI组4周组比较，k：P&<0.05，j：P&<0.01
3 讨论
3.1 AMI对血流动力学的影响 AMI发生后，因心肌受损，受损心肌收缩力下降，受损心肌周围心肌收缩力也下降，心肌总收缩力降低，泵血功能下降，导致动脉压（SBP、DBP、MAP），左室收缩压(LVSP)降低，尤其左室收缩末压降低(LVESP)，左室收缩压降低，导致左室舒张压升高，左室舒张压升高虽可短暂维持每搏心输出量，但因心肌收缩力下降，最后仍不能阻止每搏心输出量的减少，心肌梗死大鼠心输出量减少，心肌收缩末期左室血液蓄积，使心室射血后余血增加，再加上左房收缩挤入的血液，左室在舒张期则必须容纳更多的血液。相应的，左室内径和容积增加，舒张期尤甚，因而左室舒张压尤其LVEDP升高。以上血流动力学的紊乱同时导致神经系统和血管紧张素醛甾酮(RAS)系统激活，儿茶酚胺类物质又对心肌产生毒性作用，造成心肌运动不协调影响整个左室的排血能力。过度的交感神经刺激所致的恶化作用是α和β受体介导的。AMI患者血流动力学改变受梗死面积大小、部位、程度的影响。在本研究中，均为结扎大鼠左冠状动脉前降支，造成前壁心梗。实验各组梗死面积组间对比差异无显著性。结果显示大鼠AMI后48h时血压(包括SBP、DBP、MAP)比S组均显著降低，而在4周时则差异均无显著性，提示大鼠AMI后随时间进展，血压有先降低后回升趋势。这与文献报道的结果一致［4］。原因在于大鼠AMI后早期，由于丧失了大块具有收缩功能的心肌，使心脏泵血功能发生障碍，血压下降的程度与梗死面积密切相关。此后随着梗死区瘢痕愈合，心室扩张和肥厚，通过Starling机制的急慢性代偿作用，使心肌收缩力增加，在心室射血分数减少的情况下使心搏量逐渐增加，有效循环血量得以恢复，从而使血压在下降后又呈上升趋势［5］。心室舒张不全，在心功能指标上表现为LVEDP增加，而-dp/dt下降。本实验结果也表明，AMI组LVEDP和-dp/dt均较假手术组增加，即为心室舒张性能下降的表现。而心肌梗死后，可发挥功能的心肌数量减少，心脏收缩功能下降，表现为LVSP及+dp/dt降低，本实验心梗后血流动力学结果与理论相符。
3.2 β受体阻滞剂的药理作用 β受体阻滞剂已成为AMI治疗的重要组成部分，其降低AMI患者病死率、改善预后的作用已经得到临床及实验研究的证实［6，7］。β受体阻滞剂通过增加迷走神经张力减慢心率、延长房室传导及延长窦房结的恢复时间。从而延长房室结的有效不应期，降低心室活动频率，心率减慢延长了心脏舒张时间，有利于缺血心肌灌注，同时由于心率下降可使血压降低，心脏排血变得较为容易。通过减慢心率，使心肌耗氧量降低，心肌能量储备也得以上升。本实验结果显示，与MI组48h组、4周组相比，B组与C组心率均显著降低（P&<0.05或P&<0.01），同时AMI大鼠在长时间（4周）应用卡维地洛或美托洛尔后，LVEDP均亦显著降低（P&<0.01）。LVEDP是反映左心室舒张末压力的指标，LVEDP升高可引起肺循环淤血、呼吸短促甚至肺水肿。两组用药组显著降低LVEDP，改善血流动力学，与Shan Wei［8］和Heesch［9］报道的结果一致。dp/dt是反映左心室等容期压力最大变化速率的指标，本研究显示，AMI大鼠在卡维地洛治疗4周后可显著提高此值，提示卡维地洛可改善室壁的顺应性，降低心室内舒张压力，从而改善心室收缩和舒张功能。
3.3 美托洛尔与卡维地洛药效比较及二者用药剂量 美托洛尔是选择性β1受体阻滞剂，仅仅阻断β1受体，卡维地洛是第三代β受体阻滞剂，全面阻断β1、β2和α1受体，同时还具有抗氧化、抑制非梗死区胶原沉积和心肌肥厚的作用［8］。卡维地洛的α1受体阻滞特性导致血管扩张，降低全身血管阻力，减轻心脏后负荷，降低左室室壁厚度，增加了左室射血功能(EF)，改善了心功能［10］，故卡维地洛在维持心搏量和降低外周血管阻力方面明显优于美托洛尔。另外，完全肾上腺能受体阻滞剂的特性可以更全面地预防去甲基肾上腺素对心脏的毒性作用。β受体阻滞剂改善左室功能的机制仍不十分清楚，其可能与其［9，11］：①抑制去甲肾上腺素对心肌细胞的毒性作用；②降低心肌细胞耗氧的同时增加其ATP的供给；③增加心肌细胞肌浆网ATP酶的活性，使舒张期泵入肌浆网内的ATP和钙离子增加，从而改善心脏功能有关。总之，卡维地洛特殊的药理特性使其能有效地改善血流动力学各项指标，从而论证了长期应用新的非选择性β受体阻滞剂卡维地洛的有益作用。
此外需要说明的是，本研究中用药根据人和动物用药剂量的换算公式［11］，即大鼠用药剂量=6.25×人的用药剂量，则本研究所用卡维地洛和美托洛尔的剂量对一体重60kg的患者而言分别约为每日95mg及每日190mg，这均已经达到两药临床常用剂量的最大量，因而本结果对指导临床用药亦有一定的实际意义。
参考文献
［1］ Weisman HF， Bush DE， Mannisi JA， et al. Cellular mechanisms of myocardial infarct expansion ［J］. Circulation，1988，78(1):186-201.
［2］ Pfeffer JM， Pfeffer MA， Braunwald E. Influence of chronic captopril therapy on the infarcted left ventricle of the rat ［J］. Circ Res，1985，57(1):84-95.
［3］ Yang YJ， Tang YD， Ruan YM， et al. Comparative effects of carvedilol and losartan alone and in combination for preventing left ventricular remodeling after acute myocardial infarction in rats ［J］. Circ J，2003，67(2):159-162.
［4］ Li H， Simon H， Bocan TM， et al. MMP/TIMP expression in spontaneously hypertensive heart failure rats:the effect of ACE and MMP inhibition ［J］. Cardisovasc Res，2000，46(2):298-306.
［5］ Pfeffer MA， Braunwald E. Ventricular remodeling after MI:experimental observation and clinical implications ［J］. Circulation，1990，81(4):1161-1172.
［6］ Dargie H. Effect of carvedilol on outcome after myocardial infarction in patients with left-ventricular dysfunction:the CAPRICORN randomized trial ［J］. Lancet，2001，357(9266):1385-1390.
［7］ Dargie HJ. Design and methodology of the CAPRICORN trial:a randomized double blind placebo controlled study of the impact of carvedilol on morbidity and mortality in patients with left ventricular dysfunction after myocardial infarction ［J］. Eur J Heart Fail，2000，2(3):325-332.
［8］ Shan Wei， Chow LT， Sanderson JE， et al. Effect of carvedilol in comparison with metoprolol on mycardial collagen postinfarction ［J］. J Am Coll Cardiol，2000，36:276-281.
［9］ Heesch CM， Marcoux L， Hatfield B， et al. Hemodynamic and energetic comparison of bucindolol and metoprolol for the treatment of congestive heart failure ［J］. Am J Cardiol，1995，75(5):360-364.
［10］ Lowes BD， Gill EA， Abraham WT， et al. Effects of carvedilol on left ventricular mass，chambergeometry，and mitral regurgitation in chronic heart failure ［J］. Am J Cardiol，1999，83(8):1201-1205.
［11］ Capomolla S， Febo O， Gnemmi M， et al. β-Blockade therapy in chronic heart failure:diastolic function and mitral regurgitation improvement by carvedilol ［J］. Am Heart J，2000，139(4):596-608.