高频左心房起搏制作兔慢性房颤模型及电生理特性研究

　　【摘要】 建立兔左心房高频起搏心房颤动(AF)动物模型，并进行电生理特性研究。 【方法】 16只健康新西兰兔随机分为：对照组和起搏组两组。两组均在左心房外膜缝合固定一起搏电极，起搏组以1 000 min-1的频率进行高频起搏;对照组不起搏。采用心外膜程序起搏技术测定心房肌的电生理特性。 【结果】 ①起搏组3周后房颤诱发率87.5%，与对照组比较统计学有差异(P < 0.01)，其中持续性AF 3/8例;②起搏组经心外膜程序起搏，在高频刺激1 h、1周、3周后心房有效不应期(ERPA)均缩短，与对照组比较有显著统计学差异(P < 0.01);③频率适应性方面，起搏组表现为频率适应不良，在3周时最明显，与对照组比有统计学意义(P < 0.05);④起搏组3周后P波时限比对照组延长，但两者比较无统计学差别(P﹥0.05);⑤起搏组1 h至3周，ERPA缩短、相对不应期(RRPA)延长，与对照组比较统计学有差异(P < 0.01)、早搏刺激的心房间传导时间(IACD)延长，与对照组比较统计学上无差别(P﹥0.05)。【结论】 兔左心房高频起搏能有效建立慢性AF动物模型;主要电生理改变有：ERPA缩短、频率适应不良、P波时限延长。

　　【关键词】 心房刺激; 心房颤动; 动物模型; 心房电生理特性

　　Induction of Atrial Fibrillation by Left Atrial High-Frequency Pacing and Investigationof Electrophysiological Characteristics of Atrial in Rabbits　　LIU Li-juan， ZHENG Dong-dan， LI Shu-bing， PAN De-mao， WANG Qiang， ZHANG Wei1， GAO Xiu-ren　　1. Department of Cardiology; 2. Department of Emergency，Huangpu Hospital， The First Affiliated Hospitalof Sun Yat-Sen University， Guangzhou 510700， China　　Abstract： 【Objective】 To establish the model of atrial fibrillation (AF) by high-frequency pacing and explore the atrial electrophysiological characters in rabbits. 【Methods】 Sixteen rabbits were randomly divided into pacing group and control group. A pacing electricity pole was fixed under the adventitia of left atrium in all experiment animals. The pacing group was stimulated in a frequency of 1 000 bpm and the control group underwent without pacing stimulation. The technique of programmed stimulating was used to measure electrophysiological indexes of atrial in the groups. 【Results】 ①87.5% of the animals in pacing group suffered from AF under 3 weeks high frequency pacing， which was significantly higher than that of control group (P < 0.01). Permanent AF was found in 3 out of 8 cases. ②Atrial effective refractory period (ERPA) was statistically shortened in the pacing group comparing to the control group after 1 hour， 1 week and 3 weeks stimulating (P < 0.01， respectively). ③The pacing group showed a significantly poor performance of frequency adaptability comparing to the control group after 3 weeks stimulating (P < 0.05). ④The P-wave interval was longer in pacing group than that of the control group after 3 weeks pacing， but no significantly different was found (P > 0.05). ⑤ERPA was obviously shortened and RRPA was significantly prolonged in the pacing group after 1 hour to 3 weeks stimulating (P < 0.01)， but there was no difference significantly in inter-atrial conduction defect (IACD) between the two groups (P﹥0.05). 【Conclusions】 The animal model of chronic atrial fibrillation could be successfully established by high frequency pacing of atrial in rabbits. The apparent electrophysiological changes of this model include： the frequency inadaptability， shortening of ERPA and extension of P-wave interval.

　　Key words： artrial stimulation; atrial fibrillation; animal model; artrial electrophysiological charactoristics

　　2 结　果

　　2.1 两组在不同时间段程序刺激后AF的诱发情况

　　起搏组3周后房颤诱发率87.5%，与对照组比较统计学上有差异(P < 0.01); 3周后起搏组共发生房颤7例，其中持续性房颤3例(表1)。

　　2.2 两组在不同PCL状况下ERP的变化情况

　　对照组在手术后各时间段ERPA均无变化。起搏组在起搏1 h后、1周后、3周后ERPA均缩短，与对照组比较差异有统计学意义(表2)。

　　2.3 频率适应性的改变与时间的关系

　　起搏组起搏后频率适应性变化情况：①起搏前：当S1 S1为200 ms时测得ERPA为(115 ± 8)ms，当S1 S1为120 ms时ERPA为(99 ± 8)ms，两者的差值为(16 ± 5)ms;②起搏1 h两者的差值为(14 ± 8)ms;③起搏1周后两者的差值减为(14 ± 4)ms;④起搏3周后两者的差值减为(10 ± 7)ms， 提示随着起搏时间的延长，频率的适应性下降，与对照组比较差异有统计学意义(P < 0.05)。

　　2.4 两组起搏3周后P波时限

　　起搏组与对照组在起搏3周后的P波时限分别为(39.3 ± 1.8)ms、(35.5 ± 7.3)ms。两组差异无统计学意义(P > 0.05)。

　　2.5 起搏组起搏3周后心房组织的病理变化

　　起搏组病理检查显示3周后心房肌细胞坏死，心肌间质纤维化(图1)。

　　2.6 两组在不同时间段IACD、TRP、RRP、ERP的比较

　　两组在PCL200(ms)时不同时间段IACD、TRP、RRP、ERP的比较见表3。

　　2.7 兔持续性房颤心电图

　　家兔持续性房颤心电图(走纸速度50 mm/s)，P 波消失，代之f波，RR间期绝对不等，房颤率500 min-1(图2)。

　　3 讨论

　　心房颤动是21世纪人类面临的重大心血管疾病。心房颤动治疗效果的提高有赖于对其电生理机制的深入了解[3]。研究发现，局灶性异位搏动是触发房颤的重要机制之一。乌头碱和起搏诱发的心房颤动动物模型支持心房颤动的局灶机制[4]。Morillo等[5]，对大型动物采用高频率刺激心房，可有效地诱发出心房颤动，初步证明了电刺激诱发房颤的可行性，但仍存在着诸多问题有待改进。既往的心房颤动动物模型主要在大动物如狗、羊、猪身上制作，原因是该模型需要较大的折返环为基础。但由于大型动物模型花费相对多、费时长等，限制了它的广泛应用[6-7]。而小型动物因为心房面积小，较难形成多个折返波，导致房颤诱发率低。此外，以往AF模型制作都采用右心房起搏，存在着诱发成功率偏低的不足，电生理参数的测定也仅仅限于右心房，对左心房的参数测定很少。业已证明，起源于肺静脉的肌袖性心律失常机制是当今认识心房颤动发生的主要机制之一，也为当今肺静脉口环形消融治疗心房颤动提供强有力的理论依据。由此提示，起搏包括肺静脉在内的左心房，促使其重构、纤维化所制作的动物模型可能更易于诱发心房颤动的发生与维持。

　　本研究在小型动物(兔子)身上，运用1 000 min-1的频率起搏兔的左心房，制作心房颤动的模型，取得了良好的效果，电起搏3周房颤的诱发成功率高达87.5%，与对照组比较差别有统计学意义。此外，本研究结果还发现：①起搏组在起搏1 h、1周、3周后心房有效不应期(ERPA)均呈有意义的缩短，提示电刺激改变了房颤的基质，影响心房的传导特性;②起搏组随着起搏时间的延长，频率的适应性下降是本组实验动物的另一特征。

　　心房颤动的发生与离子通道重构、电重构、乃至组织重构有着密切的联系，心房的结构重构在AF的进展中起着非常重要的作用[8]，是AF发生和发展的核心环节。研究提示，部分结构重构是不可逆的，由于结构重构的存在影响心房肌的传导性和不应期，促进了AF发生和维持[9]。不难理解，各种心脏疾病条件下心房肌细胞间的纤维化和脂肪化所致的结构重构，是折返激动和不稳定性的电学基础，参与了AF的发生和维持。研究提示，心房肌纤维化程度越高，心房肌电生理特性改变越明显[10-11]。本研究通过1 000 min-1起搏左心房，在诱发AF的3周内，起搏组显示频率适应不良现象及ERPA缩短;此外，起搏3周后代表心房大体传导时间的P波在起搏组显示一定程度的增宽，但未达到统计学差异。概括起来，本动物模型的特点包括：频率适应不良，有效不应期的缩短，相对不应期的延长，房间传导时间(IACD)有一定的延长。可能的解释原因是：①早期有效不应期的缩短、相对不应期的延长可能是高频电刺激后，交感神经的持续兴奋以及RAS系统的激活，心肌离子通道重塑与电重塑后的一部分体现;此外，该组动物的电学改变也可能与持续的心率变化所引起的心肌不应期的的变化有关，事实上也属离子通道重构的表现之一。②随着时间推移，心肌间质纤维化明显，本研究病理检查也证实3周后心房肌细胞坏死，心肌间质纤维化。由此导致了心房扩大、收缩功能的损害，传导通路的迂回曲折，传导的减慢，房内传导不均一性等结构重塑。提示在这一时间窗内，结构重塑支配着电重塑，也为3周后持续的电学改变提供形态学的基础。

　　本研究左心房起搏1 h即出现心房频率适应性不良，显示ERPA缩短，说明以1 000 min-1这种频率作为兔左心房起搏的原发刺激能较快引起了心房电重构并导致房颤。有研究报道证实左心房游离壁起搏较右心耳起搏更能使心房不应期离散度明显增加[12]，提示心房不应期离散度的增加在房颤发生占有重要的地位。因此左心房、肺静脉高频率刺激较右心房易于诱发心房颤动。本模型采用左心房高频起搏，左右心房不应期离散度增大，利于心房颤动的诱发和维持。

　　本研究采用1 000 min-1高频左心房起搏，持续3周时间，成功的建立兔慢性房颤模型，但诱发成功率87.5%仍非理想目标，仍有待深入探索与改进。

　　【参考文献】

　　[1]Go AS， Hylek EM， Phillips KA， et al. Prevalence of diagnosed atrial fibrillation in adults： national implications for rhythm management and stroke prevention： the AnTicoagulation and Risk Facors in Atrial Fibrillation(ATRIA) Study [J]. JAMA 2001， 285(18)： 2370-2375.

　　[2]Avitall B， Urbonas A， Urboniene D， et al. Linear lesions provide protection from atrial fibrillation induction with rapid atrial pacing[J]. J Cardiovasc Electrophysiol， 2002， 13 (5)： 455-462.

　　[3]高修仁，刘思明，马 虹，等. 阵发性心房颤动者心房内及房室结电生理特性 [J]. 中山医科大学学报，2001， 22(1)： 51-53.

　　[4]Sherf D， Schaffer AI， Blumfeld S. Mechanism of flutter and fibrillation [J]. AMA Arch Intern Med， 1953， 91(3)： 333-352.

　　[5]Morillo CA， Klein GJ， Jones DL， et al. Chronic rapid atrial pacing： structural， functional， and electrophysiological chracteristics of a new model of sustained atrial fibrillation [J]. Circulation， 1995， 91 (5)： 1588-1595.

　　[6]Friedrichs GS. Experimental models of atrial fibrillation /flutter [J]. J Pharmacol Toxicol Methods， 2000， 43 (2)： 117-123.

　　[7]Wakimoto H， Maguire CT， Kovoor P， et al. Induction of atrial tachycardia and fibrillation in the mouse heart[J]. Cardiovasc Res， 2001， 50(3)： 463-473.

　　[8]Yue Li， Li Sheng， Weimin Li， et al. Probucol attenuates atrial structural remodeling in prolonged pacing-induced atrial fibrillation in dogs [J].Biochemical and Biophysical Research Communications， 2009， 381(2)： 198-203.

　　[9]J Ausma， H. Van der Velden， M.H. Lenders， et al. Partial recovery fr

　　om structural atrial remodeling after prolonged atrial fibrillation [J]. Circulation， 2001， 104 (Suppl. II)： 74-77.

　　[10]Sanders P， Morton JB， Davidson NC， et al. Electrical remodeling of the atria in congestive heart failure： Electrophysiological and electroanatomic mapping in humans [J]. Circulation， 2003， 108(12)： 1461-1468.

　　[11]Christophe B， Walter G， Liliane L， et al. Mechanisms of the of the L-type Ca2+ current downregulation in rat atrial myocytes during heart failure [J]. Circ Res， 2001， 89(7)： 607-613.

　　[12]Ramanna H， Hauer RN， Wittkampf FH， et al. Identification of the substrate of atrial vulnerability in patients with idiopathic atrial fibrillation [J]. Circulation， 2000， 101(9)： 995-1001.