家兔高钾血症心电生理机制的实验研究

1、 家兔高钾血症心电生理机制的实验研究姜恒1 刘鸿2 刘伯夫 2（成都医学院： 1检验医学院输血教研室； 2 基础医学院临床医学系 四川 成都 610083）【摘要】目的 观察家兔高钾血症心电生理特征，研究家兔高钾血症对心脏的毒性作用机制。方法 先记录家兔正常的心电图特征及血钾浓度，再分别输注l%、4%、10%KCl溶液（2ml/kg）复制高钾血症模型，观察家兔心电生理的变化特征，记录输钾前后血钾浓度、吸光度、心率、心电图异常率及各指标之间的变化关系。结果 实验组输钾前后血钾浓度、吸光度、心率、心电图异常率、心电图各波形时限及振幅差异有显著变化（P0.05），随着输钾浓度增高发生高血钾时间缩短差

2、异具有显著性（P0.05），实验家兔血钾浓度与心电图诊断高血钾症的一致性良好（P0.01），在ROC曲线上心电图变异率诊断水平（P0.01）最高，其次为血钾浓度（P0.05）,血钾浓度与心电图变异率高度相关（P0.05)。结论 实验家兔高血钾症心电生理机制的研究对临床急性高血钾症的鉴别诊断、及时治疗有重要参考价值。【关键词】高血钾症；家兔；心电生理 中图分类号：R-322；G424.1文献标识码: 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实验器材 兔台、婴儿秤、注射器（5ml2）、头皮针、BL-420生物信号采集系统（成都泰盟科技有限公司）、动物手术器械全套、50l微量移液器及吸头、输液装置2套、动脉导管、静脉导管、气管插管各1套、心电针形电极722S分光光度计、离心机、丝线（1# 、7#）、试管架、5ml试管若干等。1.3药品与试剂 1.5%戊巴比妥钠溶液（2ml/kg）；l%、4%、10%KCl溶液及0.9

9、%Nacl（2ml/kg）均为实验室自配。1.4操作方法 I、四组家兔称重后常规麻醉及插管，测正常血钾浓度；以标准导联连接至BL-420生物信号采集系统的通道并描记心电描记；通过颈外静脉和输液装置，I、四组家兔通过耳缘静脉分别以1ml/min缓慢静脉注射0.9%Nacl、1%KCl溶液、4%KCl溶液、10%KCl溶液（2ml/mg），每隔5分钟再推注同等剂量注射液，并对各项指标实时监测，出现典型高血钾症心电图特征后停止注射 1。1.5观察指标 I、四组的家兔血清钾浓度及吸光度、心率、心电图各波形持续时间及振幅变化，心电图变异率即实时观测的心电图在时限与振幅方面与正常心电图的差异性，制表分别填

10、写好。1.6统计学处理实验数据用表示，使用SPSS15.0 统计软件进行分析，计量资料采用多样本均数的两两比较Dunnett-t 检验，计数资料采用等级资料的两样本比较用Wilcoxon秩和检验；诊断试验的一致性采用Kappa值检验；两变量之间的关系用线性相关分析, 并对相关系数进行显著性检验。2结果2.1 对照组（I组）输钾前后血钾浓度、吸光度、心率、心电图异常率、心电图各波形时限及振幅无显著变化；实验组（、组）输钾前后血钾浓度、吸光度、心率、心电图异常率、心电图各波形时限及振幅差异有显著变化（见表1，2，3），较为明显的表现是心电图变化为QRS波变宽，ST段上移，PR间期延长，T波高耸，S

11、波增深，说明快速滴注滴注高浓度氯化钾可致家兔发生急性高钾血症；且随着输钾浓度的不断升高发生高血钾时间缩短差异具有显著性，部分家兔出现明显的心律失常和室颤（表4）；实验家兔血钾浓度与心电图诊断高血钾症的一致性良好(表5)，提示在实验动物高血钾模型中利用血钾浓度与心电图的观测指标诊断高血钾症一致性较好。表1 家兔实验高血钾症前后的观测各指标（）I组组组组前后前后前后前后血钾浓度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心电图变异率2.20.33.50.52.40.242.80.32.30.475.80.22.50.398.80.2注：(标准管吸光度1.207 标准浓度5.00mmol/L）从表1可知，、组内实验前后采用配对t检验，组间实验前后比较采用Dunnett-t 检验：（实验家兔输钾前后组内和组间的血钾浓度、吸光度、心率及心电图异常率输钾前后差异具有显著性：P005)； P001）。表2 家兔实验高血钾症时心电图各波时限

13、观测值（）I组组组组前后前后前后前后P波(s)0.0310.0030.0350.0050.0330.0030.0340.0030.0320.0030.0380.0020.0320.0030.0420.002PR间期（s）0.0560.0050.0540.0060.0530.0050.0410.0040.0540.0050.0940.0070.0550.0050.1000.007#QT间期（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#从表2可知，、组内实验前后采用配对t检验，组间实验前后比较采用Dunnett-t 检验：实验家兔输钾前后组内和组间的PR

15、间期、QT间期、QRS波、T波及ST段时限差异具有显著性（P005，#P001；#P001）。表3 家兔实验前后心电图各波形振幅（电压）波动情况（）I组组组组前后前后前后前后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#从表3可知，、组内实验前后采用配对t检验，组间实验前后比较采用Dunnett-t 检验：实验家兔输钾前后组内和组间的PR间期、QT间期、QRS波、T

17、波及ST段振幅（电压）差异具有显著性（P005，#P001；#P001）。表4 家兔高血钾症时体征症状及解救后恢复情况（）例数（n）T(min)快速增高型例数（n）缓慢增高型例数（n）室扑、室颤心肌收缩力减弱室性心动过速传导延迟心脏停搏I组10-00000组10 8.350.2534210组106.380.3125201组104.500.2034111注：与组相比，（P0.05）表5 血钾浓度与心电图诊断高血钾症的一致性比较 心电图诊断 血钾浓度诊断总计（n）重度中度轻度正常重度9 3 1013中度 2 2 4311轻度 1 2 3 4 10正常 0 1 0 5 6 总计（n）12 8 8 1

18、2 40从表5可知，Kappa=0.724，P0.01，血钾浓度与心电图诊断高血钾症的结果一致性良好。2.2 通过血钾浓度、心率及心电图变异率诊断实验家兔高血钾症的ROC曲线（图1），心电图变异率诊断的ROC曲线下面积为0.826，与0.5相比差异具有统计学意义（P=0.0010.01），血钾浓度诊断的ROC曲线下面积为0.729， 与0.5相比差异具有统计学意义（P=0.0150.05），且心电图变异率诊断水平最高，其次为血钾浓度，而心率诊断水平最差。实验家兔心电图变异率随时间的增加首先表现出缓慢性渐升，到达一定时间后呈快速性升高，提示临床医生及时鉴别诊断高血钾，预防危重病情发生（图2）。血

19、钾浓度与心电图变异率高度相关（r=0.865，双侧Pearson检验P0.05），心率与血钾浓度相关系数r为0.526，R2=0.277，表示血钾浓度变化中的27.7%可由心率来解释（图3），虽与之相关，但相关性不大，此外由图可见随着血钾浓度的轻度升高，心率也会进行性加快。图1 实验家兔高钾血症诊断的ROC曲线图2 实验家兔心电图变异率在不同组别下随时间的变化关系图3 血钾浓度与心率和心电图变异率之间的变化关系 3讨论3.1轻度高血钾症典型的心电图表现为高尖篷帐样毒性T波，特征是双支对称，基底变窄。QRS波增宽初始，形态与正常血钾相似，当后期QRS波呈现宽大或畸形的QRS波，提示心室内激动顺序

20、发生变化。在实验中高血钾导致QRS波间期和QT间期显著延长时2，ST波融合，使得QT-QRS较正常时缩短。高血钾引起室内传导进行性延长时，心电图QRS波可成类右束支阻滞或左束支阻滞图形，但一般为非特异性增宽，在临床上多以心电向量图辅助心电图鉴别；高血钾影响整个环体，而束支阻滞仅影响环体中段和末断。在高血钾症心电图中偶尔也会出现梗死样Q波伴ST波抬高，易误诊为心肌梗死，在临床上应注意鉴别。此外，轻度高血钾症有时可观察到PR间期及QT轻度缩短，国内外的研究中，在体和离体实验均证实该浓度血钾可加速房室结传导系统的传导，但机制尚未完全阐明，目前仍存在争议3。笔者认为当细胞外K+浓度轻度快速升高时，一方

21、面由于膜电位迅速上升而阈电位改变缓慢，膜电位与阈电位水平靠近，起搏阈值暂时性下降，而发生轻度去极化，细胞兴奋性升高；而另一方面使动作电位0期去极化速度和幅度均降低，传导速度减慢，使得局部电扩布衰竭；因此，结合心电图显示进而推测此浓度时心肌细胞兴奋性升高效应高于传导性降低效应，但在临床上血钾浓度逐渐升高时由于时程较短易被忽略，故应当引起临床医师的重视，以便及时处理，避免加重高血钾的进程。当细胞外K+浓度明显升高时，血钾对心脏的电生理效应是抑制兴奋和传导，膜电位明显减小伴起搏阈值增加，部分钠通道失活兴奋性降低且伴传导性进行性降低，继而PR（心房部分钠通道失活兴奋性降低且伴传导性进行性降低）间期和Q

22、T（心室传导性进行性降低）间期明显延长。3.2高血钾症对窦房结和房室结影响较小，而心房肌对K+特别敏感，心房去极化受抑制，心电图P波振幅进行性降低，变宽低平，最终P波消失，此时窦房结冲动绕过优势传导通路而通过心房特化纤维通路（房间束）传导至心室，K+浓度渐进升高5，心室去极化受到抑制，心电图表现为宽大或畸形的QRS波伴“帐篷样毒性T波”，且几乎总是室上性伴室内传导障碍，酷似加速的室性逸搏心律，易误诊为室性心动过速，在动物模型中高血钾诱发的心律失常多为频率缓慢、P波消失及非特异性宽QRS波，多提示此为交界性心律或窦性心律伴室内传导延迟所致的宽QRS波，但研究中也偶现快速心律，尚不能排除真性室性心

23、动过速，应考虑为高血钾症特征性心电图“窦室传导” 6；而人类高血钾症多为频率过快且多伴有机体代谢紊乱，在临床上真性自主心律较单纯高钾血症动物模型多见，多提示此为交界性心律或窦性心律伴差异性QRS波，因此临床医生应更多的考虑为真性“室性心动过速”。 3.3在本文所述的实验动物中，心电图变异率与血钾浓度关联性极高，高血钾的临床症状常无特异性，而心电图T波高尖呈帐篷状为高血钾所特征性改变7。但在临床上，心电图变异率与血钾浓度关联性普遍偏低，表现为血清钾浓度虽已升高，但心电图上无T波高尖等明显高钾血症改变。主要原因是血清钾测定不能及时反映心肌细胞内钾的含量，此时血钾的改变尚未超过心肌细胞的代偿能力，心

24、肌细胞可通过内部调节，维持细胞内外钾比值的变化，所以虽有血清钾升高但心电图无高血钾表现8，称为假性高血钾 ，此种情况多见于大面积心肌梗死、重症心肌炎、急性溶血性贫血、挤压综合征、大面积烧伤。由于血清钾反映的是细胞外液钾的浓度，高血钾心电图改变是细胞内钾含量升高所致，且在临床上患者血钾浓度受多种代谢因素的影响，所以心电图对假性高血钾的鉴别比血清钾测定更为准确。 3.4随着血钾浓度的进一步增高，远端心室的普肯耶纤维网络因受高钾抑制而出现心脏停搏，而此时仍有冲动抵达普肯耶纤维网络，因此，电传导的中断发生在浦肯耶-心室肌纤维连接处。在实验中将10%K+浓度造模引发家兔停搏的心脏取出后9，可见自发性慢节

25、律波“滚动”式传至心脏表面且偶伴U波出现，提示心脏不同部位通过时发生除极和复极；在QRS波起始处Q波间期很少发生延缓以及心脏停搏后仍有冲动传导至浦肯野纤维10，提示浦肯野纤维对高血钾较心肌作用不敏感。3.5在高血钾症家兔模型中，当血钾浓度大于10mmol/L时，RR间期开始变得不规整。宽大的QRS波与P波无关（此时多已难鉴别），此时易误诊为室性心律失常，但希氏束电图可见每个QRS波前有H波3，应为加速的交界性逸搏心律。而人类高血钾可抑制主导起搏点而加速次级起搏点。有时可见R-R间期呈现典型文氏周期波动，在临床上多提示进行性房室结传导阻滞。一些研究证实极高浓度水平的血钾症可出现房室传导功能衰退，

26、窦室传导消失。当机体血钾浓度急剧增高时，如果出现心房内和心室内传导阻滞以及QRS波振幅降低、S波增宽，提示血钾浓度已达10mmol/L，如不积极控制和治疗，传导性进行性降低，传导阻滞加重，诱发异位起搏点及异位心律，同时有效不应期下降11，因而易形成兴奋折返并进而引起包括心室纤维颤动在内的心律失常。严重高钾血症时可因重度传导阻滞或心肌兴奋性消失而引起心搏骤停12。总之，高血钾的临床症状无特异表现，一旦发生危害极重，因心电图检查方便，易普及，结果迅速，故在临床诊断高血钾症时应用较多，必要时也应联合血钾浓度及心率等多个指标进行观测，综合指标的观测对预后的判断及临床治疗有很好的指导作用，对提高高血钾症

27、诊断的准确率有着重要临床意义。参考文献1金春华.机能实验学M北京：科学出版社，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