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【摘要】目的通过动物实验观察心脏起搏电极的电性能和病理形态学变化,以供临床应用时参考。方法将一对电极导线植入犬的右室心尖部后,定期测量电极的电参数和心功能,3个月后处死犬,进行形态和光镜病理检查。结果碳电极的起搏阈值和感知等电性能优于Elgiloy电极,且其组织反应小；两根电极导线植入后对心功能和三尖瓣关闭无明显影响;电极头与心肌组织间可见包绕性纤维团块,以纤维结缔组织增生和肉芽组织形成为主,伴少许浆细胞、单核细胞和淋巴细胞浸润。部分电极导线与腱索和三尖瓣环形成粘连。结论良好电性能的电极刺激阈值低,感知功能好,局部组织反应轻,有利于保护心功能;由于电极头与心肌间形成纤维包绕团块,故电极如需拔除,需应用专门器械。
Electrical performance and pathologic alteration of endocardial pacing lead electrode in dogs and its clinical significanceSUN Weixin,MA Yi,LAN Yanping,et al.Xi′an Medical University,Xi′an 710061
【Abstract】ObjectiveTo investigate the electrical performance and pathologic alterations of endocardial pacing lead electrodes in dogs and to evaluate their clinical significace.MethodsThe pacing threshold and sensing function were measured 1,2,3,4,6,8,10,and 12 weeks after both carbon and Elgiloy endocardial electrode leads were implanted into dogs right ventricular apex.The dogs were sacrificed 3 months after electrode implantation,and the local pathologic alterations were assessed both macroscopically and microscopically.ResultsAfter paired electrode leads implantation,neither cardiac malfunction nor tricuspid valve incompetency was observed in spite of that some fibrous adhesion occurred at the lead to chordae tendineae and tricuspid leaflet.There was fibrous encapsulation formed around the elctrode.Microscopically,it was fibrosis and granulomatous formation with minor plasma cell and lymphocyte infiltration.Lower stimulating threshold,better sensing function and milder tissue reaction were encountered at the carbon electrode than the Elgiloy electrode.ConclusionHigh quality electrode,which can result in lower pacing threshold,better sensing function and milder local tissue reaction,should be recommended for clinical use.Due to the presence of local fibrous encapsulation and adhesion,special devices should be used to extract a chronic lead if necessary.
【Key words】Endocardial electrode leadPathologyCardiac function
心脏起搏电极导线的基本功能是作为刺激电极将脉冲发生器的电脉冲传送至心肌,刺激心肌收缩,称起搏功能，和作为感知电极将心肌激动的电信号感知回传至感知放大器,控制起搏脉冲发放,称感知功能。心脏起搏电极导线完成起搏和感知功能,除了要求电极导线具有良好的电性能外,电极导线植入后电极头与心肌组织产生的病理形态学变化也具有重要意义［1,2］。本组总结动物实验的观察结果,探讨起搏电极导线临床应用中的一些问题,以供参考。
资料和方法
1.实验对象
体重13～20 kg的杂种犬,雌雄不限,要求体格较强健,术前心功能正常,共26只。经反复分组实验(n=20),为解决个体差异而改用成对实验法(n=6),即在每条犬的右室同时植入两条不同电极导线,进行电性能及病理学对比观察。
2.电极导线及植入方法
用1 ml/kg戊巴比妥钠全身麻醉后,分别从左、右大隐静脉插入自制的碳电极和Elgiloy电极［2］(均为柱-半球形,直径2.3 mm,表面积14.5 mm2,引线电阻25 Ω),至右室心尖部两个相近部位。电极尾部与特制测量装置(一电极片和硅橡胶套)连接并埋植于犬大腿内侧皮下,备测量和刺激用。
3.慢性阈值和感知功能等电性能测试
术后1、2、3、4、6、8、10和12周进行测量。用5号尖端导电侧面绝缘的注射针头,经皮穿刺至植入于皮下的电极片上,用Medtronic 5 300起搏分析仪进行起搏阈值测试;由测知的心内电图R波衰减率计算感知功能［2］。
4.病理形态学观察
最后一次电性能测试后将犬处死,先肉眼观察形态改变,并取电极植入处局部心肌组织送病理切片和光镜观察。
5.心功能观察
观察犬的饮食、活动、精神状态和有无水肿,并于犬处死前用右心导管测量右心系统压力变化(RVEDP,RVP,RAP等),以探求两条电极导线是否对三尖瓣关闭有影响。
结果
本研究的碳电极电性能有关结果已另有报道［2,3］,心脏起搏电极导线植入后的电性能、组织形态学变化和心功能结果如下。
1.电性能测试结果
碳电极和Elgiloy电极的急性起搏阈值分别为(0.47±0.12) V/0.5 ms和(0.67±0.11) V/0.5 ms (P＜0.05),12周慢性阈值分别为(0.92±0.06) V/0.5 ms和(2.24±0.10) V/0.5 ms (P＜0.01),提示碳电极明显优于Elgiloy电极,且碳电极的急性期阈值升高比Elgiloy电极小,感知的R波衰减率也明显小,分别为(23.1±7.0)%和(6.7±6.1)% (P＜0.05)。提示碳电极比Elgiloy电极具有较好的电性能。
2.形态和光镜观察结果
电极导线植入后3个月处死犬,无右室肥厚,电极周围的肌小梁和心内膜形成牢固包绕着电极的纤维组织和内膜增生性团块,用1 kg重的持续拉力不能拔出电极导线。部分电极导线除电极头固定外,电极导线与乳头肌腱索和/或三尖瓣叶形成不同程度粘连固定(图1)。
图1两条起搏电极植入后3个月，处死动物并从右室心尖部切开右心室壁，所见两条电极在右室心尖部被心内膜结缔组织增生包绕固定。5号犬(A)包绕增生组织厚1.5 mm，导管与腱索处有轻微粘连；8号犬(B)增生团块厚2 mm，导管与腱索，三尖瓣环多处粘连(箭头)电极头与心内膜形成的包绕性团块为结缔组织增生和肉芽形成的纤维组织块,光镜可见少量浆细胞、单核细胞和淋巴细胞浸润,肉芽组织形成,结缔组织增生(图2),其增生层的厚度1.5～2 mm;在同一条犬,Elgiloy电极引起的结缔组织增生和肉芽组织较碳电极为重。电极导线周围有很薄(0.04～0.2 mm)的一层纤维膜包绕。
图2为犬处死后，起搏电极附近的心内膜下组织病理切片光镜观察A：为HE染色，10×10倍；B：为10×40倍，可见电极处心内膜及附近的心肌内有少量浆细胞，单核细胞和淋巴细胞浸润，伴肉芽组织形成和结缔组织增生3.电极周围组织增生团块和两根电极导线对心功能的影响
全部26只犬未见明显心功能不全表现,但从心内膜组织增生团块看,如果严重,会对心肌的舒缩功能有一定的影响。6只成对电极导线实验犬的右室舒张末压,右房压均在正常范围(图3),提示右室内二条电极导线对三尖瓣关闭功能未见明显影响。
图3动物处死前右室至右房连续测压图，四导联同步记录由上至下分别为体表心电图Ⅱ，连续压P1和P2(滤波)及dp/dt；标压40 mmHg。说明右室末压和右房压＜10 mmHg，无右心压力增高和三尖瓣关闭不全
讨论
1.低阈值起搏和电极导线电性能的临床意义
心脏起搏电极导线是脉冲发生器与心肌组织之间的连接和纽带,是起搏系统的重要组成部分。作为刺激电极为了降低起搏能量阈值,要求电极头面积越小越好。面积小,局部电流密度大,能量阈值低。目前临床应用的低阈值起搏电极如激素电极和Fractal电极均具有良好的电性能。激素电极是应用最广泛的慢性低阈值起搏电极,可低达(0.5～0.8)V/(0.5～0.2) ms［4,5］,按2倍电压或电流阈值和3倍脉宽阈值,则可程控为1.0 V/0.5 ms达安全起搏［6］,而国内学者单纯观察Medtronic激素电极,认为1.6 V/2～3倍脉宽阈值(0.18～0.36 ms)比0.8 V/3～4倍脉宽阈值更安全,且耗电更低［7］,从而延长了起搏器寿命。新近临床应用Fractal(分枝状)电极导线［8］和自动夺获起搏,也实现了低阈值起搏。
低能量起搏不仅节省电能,延长电池使用寿命,同时可减轻电极周围结缔组织增生［1,9］,无疑较小的电极周围心肌组织团块对心功能的影响也较小。
2.电极头植入处心肌病理形态学改变与电极导线移位和拔除
