24h快速起搏右心房致心房肌电重构和结构重构的研究

24h快速起搏右心房致心房肌电重构和结构重构的研究
孙娟;张玲;侯月梅
【摘要】目的探讨兔24 h快速心房起搏(rapid atrial pacing,RAP)对心房肌电重构(electrical remodeling,ER)和结构重构的影响.方法由新疆医科大学动物实验中心提供一级质量标准的成年新西兰大白兔24只,体质量2.5~3 kg,雌雄不拘.随机分为两组:假手术组和模型组,每组各12只.假手术组兔仅植入起搏电极,不行高位右心房快速起搏刺激.模型组兔经颈内静脉将电极置入右心房.以600次/min行RAP,同时分析模型组在0、8、12、24 h 4个时间点的心房有效不应期(atrial effective refractory period,AERP),24 h RAP后,迅速开胸取心脏,剪下右心房和左上肺静脉,经HE染色和Masson染色行组织学观察.结果假手术组在不同基础刺激周长作用下和时间点AERP无显著改变(P>0.05).模型组在起搏P8、P12和P24后,与P0相比,AERP200明显缩短(P<0.05);与P0相比,AERP150在起搏P8 、P12和P24后明显缩短(P<0.05).假手术组心房肌的HE染色肌纤维呈纵行排列,横纹清楚;模型组肌纤维走行方向各异,间隙较大,横纹不清,胞浆空泡化,细胞肿胀.Masson染色结果显示,假手术组胶原纤维为蓝绿色,少量分布于肌纤维之间;模型组大量胶原纤维相互连接成网状,排列紊乱.结论心房颤动(AF)时心房电重构(ER)以AERP缩短为特点.AF后的右心房出现细胞肥大、纤维结缔组织增生等病理改变.
【期刊名称】《新疆医科大学学报》
【年(卷),期】2012(035)012
【总页数】7页(P1579-1584,1589)
【关键词】心房颤动;心房快速起搏;电重构;结构重构;Masson染色
【作者】孙娟;张玲;侯月梅
【作者单位】新疆医科大学第一附属医院心律失常实验室,乌鲁木齐,830054;新疆医科大学第一附属医院心律失常实验室,乌鲁木齐,830054;新疆医科大学第一附属医院心律失常实验室,乌鲁木齐,830054
【正文语种】中文
【中图分类】R332
心房颤动(atrial fibrillation, AF)是一种临床常见的心律失常，在人群中总的发病率为1%，并随着年龄增长而升高，AF的发病率由30岁人群中的0.55%增长为80岁人群中的10%[1-2]。

AF本身引起的并发症严重威胁人类健康。

尽管对AF 的病理生理研究已经非常广泛，但AF的发生机制仍然存在诸多的问题亟待解决。

1995年Wijffels提出的AF电重构(electrical remodeling, ER) 解释了很多AF的临床现象。

ER是指在快速心率作用下，心房有效不应期(atrial effective refractory period, AERP)缩短及其AERP频率适应不良。

胞浆内钙超载是心房ER 的显著特征[3]。

在对心房ER不断深入的研究中，人们发现，AF转复为窦性心律后，心房的电生理特性很快恢复到正常状态，而心房收缩功能却需几周甚至数月才能恢复正常。

一些研究表明，心房肌细胞在AF期间发生了非常明显的结构变化，即发生了结构重构(structural remodeling，SR)[4-5]。

心房纤颤或快速心房起搏可诱导心房结构改变。

临床上AF多见于心房扩大的患者，而且心房扩大的患者不易复律或复律后不易维持，这些临床特征提示心房结构改变可能在AF的发生与维持中起重要的作用。

本研究在建立24 h RAP兔右心房致AF的基础上，研究RAP 兔的右心房组织的ER和SR的变化，揭示ER和SR在AF发生和维持中的作用。

1 材料与方法
1.1 实验动物与分组由新疆医科大学动物实验中心提供一级质量标准的成年新西兰大白兔24只，体质量
2.5～3 kg，雌雄不拘[许可证号：SCXK(新)2003-001]。

实验设计及实施均经过新疆医科大学第一附属医院动物伦理委员会的审核批准。

实验动物随机分为两组，每组12只。

假手术组仅植入起搏电极，不行高位右心房快速起搏刺激。

模型组植入起搏电极，行高位右心房快速起搏刺激，起搏频率 600 次/min，分P0、P8、P12、P24 4个时间点记录相关实验数据。

1.2 实验器械和仪器手术器械：备皮刀，止血钳，组织剪，开胸器，电生理材料包括穿刺针、6F动脉鞘管、4极电极(电极间距2 mm，Cordis Webster 公司)。

实验设备：HELLER Cardio-2000电生理仪(德国)，DF-3A型心脏电生理刺激仪(苏州中国东方电子仪器厂，中国)，LEAD-2000电生理仪(四川锦江电子科技有限公司，中国)。

1.3 快速心房起搏(rapid atrial pacing, RAP)模型制作[6] 用3%戊巴比妥钠30 mg/kg经兔耳缘静脉注射麻醉后，静脉推注肝素1 000 U抗凝。

将兔仰位固定于兔台上，气管插管，呼吸机辅助呼吸，调节氧流量4～6 L/min，潮气量为10 mL/kg，呼吸压力0～2 kPa。

将手术台尾部抬高30°，颈部正中切口，分离右侧颈内静脉并切开，近头端结扎。

应用LEAD-2000电生理仪(四川锦江电子科技有限公司)在心内电图和体表心电图监测下置入1根4F两极电极(电极间距2 mm)至右心房做记录电极。

以心内电生理图出现高大A波小V波为理想记录图，固定电极导管。

采用连续单刺激模式进行24 h RAP，起搏频率 600 次/min，脉宽 0.5 ms，强度 4 V。

假手术组仅植入起搏电极，不行高位快速右心房起搏刺激。

AF定义为心房无序的电活动，心电图表现为P波消失，代之以大小不等间隔不均，形态不一的 f 波，频率 450～600次/ min，RR间期不等，持续 10 s 以上。

记录起搏诱发AF后的心电图及心内电生理图。

1.4 心房有效不应期(atrial effective refractory period，AERP)的测量应用LEAD-2000电生理仪，以高出窦性心率10%～20%频率起搏，脉宽0.5 ms，测
定起搏阈值。

以起搏阈值2倍为输出电压分别测定S1S1为200 ms和150 ms时心房有效不应期(AERP200、AERP150)。

测量方法：用S1S2反扫(8∶1，步长5 ms)，以不能下传心房最长的S1S2间期为AERP。

分别重复测3次的平均值为AERP200和AERP150。

模型组以600次/min 的固定频率进行RAP，分别于4
个时间点P0、P8、P12 和P24起搏。

1.5 标本采集和病理形态学观察在起搏24 h停止实验后，给予静脉注射3%戊巴
比妥钠溶液大于标准麻醉剂量的3倍，然后采用无菌技术开胸，取出心脏。

用冷
盐水冲洗后取标本。

分别取假手术组和模型组8、12、24 h兔的右心耳(right atrial appendage，RAA)组织进行病理形态学观察，HE 和Masson染色组织[(1 mm×3 mm)～(1 mm×5 mm)]用10%福尔马林固定，经过石蜡包埋切片，室温
下放置备用。

透射电镜标本(1 mm×1 mm)用2.5%戊二醛固定。

光镜观察到特殊
染色图像，Masson染色结果胶原纤维呈现绿色或蓝色，细胞核呈现灰黑或灰蓝色，肌肉和胞质红细胞呈现红色。

1.6 统计学处理用SPSS13.0软件进行统计学分析。

计量资料用均数±标准差表示，组间比较采用重复测量资料方差分析，检验水准α=0.05。

2 结果
2.1 模型制作完成情况模型组在实验进行到4 h和8 h时2只新西兰大白兔因肝
素用量不足在电极高频刺激后出现心房血栓形成致动物死亡。

在模型制作初始阶段1只动物死于电极尖端穿透心房游离壁心脏破裂而死。

其余实验动物均在实验时间完成实验检查。

各组死亡动物均补充同数量及同质量动物。

2.2 右心房波和快速起搏图形对应于体表II导联的心房波出现高大A波小V波，
确定电极完全进入右心房(图1)。

600次/min 的快速刺激后，体表导联心电图显
示，P波消失，RR间期不等，停止刺激即刻恢复窦性心律(图1～3)。

图1 兔右心房心内电生理图
图2 兔心内电生理记录的RAP致AF图形(600次/min)
图3 兔AF模型建立后右心房AERP测量
Ⅱ：体表导联； HRA：高右房
2.3 AERP变化情况假手术组在不同基础刺激周长作用下各时间段AERP差异无显著改变(P>0.05)。

模型组在起搏P8、P12和P24后，与P0相比，AERP200明
显缩短(P<0.05)；与P0相比，AERP150在P24后明显缩短(P<0.05)(表1)。

表1 两组实验动各时间段不同基础刺激周长作用下AERP比较组别P0P8P12P24
假手术组AERP200102.50±7.0798.75±7.44100.00±6.54110.88±6.12
AERP15091.25±6.4188.75±7.4495.63±9.0490.63±7.76模型组
AERP20093.75±7.9081.88±5.30*81.25±7.44*82.50±8.02*
AERP15087.50±5.9885.63±9.8080.63±9.4376.88±10.67*
注：与P0比较， *P<0.05。

2.4 右心房组织病理形态学观察 (1)HE染色光镜下特点:假手术组右心房心肌细胞
结构完整，排列整齐，被少量的间质组织包绕；细胞核大而清晰，规则的纤维网充填于整个心肌细胞；间质内成纤维细胞形状规则，数量适中。

模型组兔心房肌组织的HE染色发现增大心房的心肌细胞排列紊乱，拉长呈波纹状；细胞核大小不甚规则，核异型明显，细胞内可见肌纤维断裂；心肌纤维之间连接组织积聚，心肌细胞之间的间隔增宽。

兔心房组织形态改变在RAP 8 h已经出现，到24 h变化显著，见图4。

(2)Masson染色光镜下特点:假手术组肌纤维为红色，胶原纤维为蓝绿色，
少量分布于心肌纤维之间，胶原组织分布均匀，相邻细胞的胶原纤维网完好。

模型组胶原纤维呈现蓝色，细胞核呈现灰蓝色，肌肉和胞质红细胞呈现红色，大量胶原纤维相互连接成网状，排列紊乱。

模型组RAP 4 h，心肌胶原纤维组织开始增加，在RAP 24 h纤维化程度明显增加，见图4、5。

P0
P4
P8
P12
P24图4 右心房不同时间段各实验组HE染色(×400)
P0
P4
P8
P12
P24 图5 右心房不同时间段各实验组Masson染色(×400)
3 讨论
Sticherling等[7]报道，RAP引起的电生理变化和人类AF及其他动物AF模型的
电生理改变一致。

因此RAP模型很适合被应用于研究AF的发生和相关电生理、
分子生物学等机制。

目前已针对AF的发病机制成功建立疾病模型，如充血性心衰模型、二尖瓣关闭不全模型等。

本研究利用兔建立RAP模型，结果证实此模型能
模拟AF发生早期的电生理改变，引起AERP的缩短和AERP频率适应性下降。

实验稳定可靠，重复性好，成功地建立了慢性AF动物模型，为进一步研究AF的发
生机理提供了可靠的实验依据。

AERP缩短、胞浆内钙超载是心房ER的显著特征。

Wijfells等[8]进行的山羊模型
实验研究发现AF发作的头部24 h内心房不应期显著缩短，AF发作持续长时间的
倾向与有效不应期进行性缩短有关，该现象称为电生理重构。

AF时心房不应期的
生理性频率适应性缺如，或于较慢的频率起搏时有效不应期缩短。

心房ER的产生与心房的快速激动及持续时间有关。

Sticherling等[7]发现10 min的快速起搏即
可引起AERP的缩短，在起搏停止后的短时间内恢复。

Wood等[9]的研究认为，
心房不应期的缩短程度随AF的持续进行性加重。

AERP的缩短不仅与AF的诱发
率增高相关，而且与AF的持续时间密切相关。

本研究结果显示，假手术组在不同基础刺激周长作用下和时间点AERP没有显著改变；模型组在起搏P8和P24后，与P0相比，AERP200分别缩短了11 ms和12 ms；AERP150在起搏P8和P24后分别缩短了11 ms和13 ms。

提示，在RAP 8 h后AERP缩短，即开始出现ER，AERP的缩短和RAP持续的时间相关，随着时间增加，AERP缩短程度明显，呈进行性加重。

临床上可以观察到AF有自我保持的趋势，<24 h的AF，药物和
电复律的成功率高，持续时间≥24 h的AF，转复和维持窦性心律的难度增加，阵发性AF有转为慢性持续性AF的趋势。

心房ER理论可以对此进行很好地解释。

AF的持续发作需要有多发子波折返的存在，折返波的波长为不应期与传导速度的
乘积，而心房ER的存在，导致心房ERP缩短及传导速度减慢，波长缩短，使得
心房所能容纳的子波数目增多，再加上不应期离散度的增加以及频率适应性的下降，从而使AF更易形成与维持。

1995年Morillo等[10]在其RAP(>6 w)的犬模型中，首次描述了心房肌细胞的超微结构改变。

这种改变与慢性心室肌缺血心肌冬眠时的改变非常相似，细胞表型均朝胚胎表型发展，呈现适应不良的去分化(dedifferention)状态。

其后许多学者对
此进行了深入研究。

AF诱发的心房肌细胞结构改变，连接蛋白改变和间质纤维化
是引起传导速率异常的关键因素。

心房内小的、局灶的传导延迟可以形成更多的微小折返，有利于AF持续。

但因为连接蛋白通常要下调至40%时才可能影响到心
房的传导速率，因此间质纤维化可能在介导心房传导异常的病理过程中发挥着更为
重要的作用。

AF诱发显著的心房肌细胞电生理特性改变，并可进行性改变心房组
织的结构，结果是心房扩大及间质纤维化[11-13]，利于形成和维持折返子波的心
房基质，促进AF的持续化。

显著纤维化是AF动物模型的主要特点。

本研究对兔
心房肌组织的HE染色发现增大心房的心肌细胞排列紊乱；细胞核大小不甚规则，核异型明显，细胞内可见肌纤维断裂；心肌纤维之间连接组织积聚，使心肌细胞之间的间隔增宽。

本研究进一步显示，兔心房组织形态改变在RAP 8 h已经出现，
到24 h变化显著。

心肌间质显著的纤维化可导致心肌细胞间的结构及电活动改变，引起心房不应期离散度增大或导致局部心肌电活动传导异常，使激动传导减慢、路径曲折，从而促进AF的发生和维持。

因此心房SR为AF的发生和维持提供了良
好的基质。

AF心肌显著特征是心肌间质纤维化，AF患者不仅心肌细胞之间，而且心房传导束也有明显纤维化征象。

间质纤维化可导致电传导不均一，有助于局部传导阻滞或折返，还可造成心房肌细胞间联接如缝隙连接蛋白分布的改变，也将影响心肌细胞间信号的传导[14]。

本研究中Masson染色发现，模型组大量胶原纤维
相互连接成网状，排列紊乱。

模型组RAP 4 h，心肌胶原纤维组织开始增加，在RAP 24 h纤维化程度明显增加。

Xu等[15]报道，通过对心房不同部位的光镜分析均发现心房肌细胞扩大，表现为肌原纤维的损耗随着AF的持续呈进行性加重，心房间质纤维化干扰了心房局部兴奋或冲动的传导，引起不连续的冲动传导以及传导的空间分布离散，导致房内传导的不均一性，易于形成折返，有利于AF的发作和维持，为AF的发生提供了病理基础。

总之，AF的发病机制十分复杂，目前研究虽然取得了相当进展，但并未完全阐明。

SR诸多方面对稳定AF的确切作用尚在研究中，心房纤维化是AF的诱因还是AF
的结果尚不清楚。

对AF患者心房纤维化的分子基础的深入了解将会对AF治疗产
生重要的影响。

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