心房纤颤模型电生理及病理学的研究

作者                         作者单位

马涛     第四军医大学西京医院心血管外科中心，陕西 西安 710033

周更须   第四军医大学西京医院心血管外科中心，陕西 西安 710033

蔡振杰   第四军医大学西京医院心血管外科中心，陕西 西安 710033

谭琛     第四军医大学西京医院心血管外科中心，陕西 西安 710033

王毅     第四军医大学西京医院心血管外科中心，陕西 西安 710033

阮骊韬　　第四军医大学西京医院心血管外科中心，陕西 西安 710033

【Abstract】 AIM: To establish a new animal model of atrial fibrillation(Af) by operation,and to observe the electrophysiological and pathological changes of its atria. METHODS: A specially selfdesigned hook was introduced into the left atrium of 25 mongrel dogs from the left superior pulmonary vein, and partial chordae endings of mitral valve were transected to produce moderate mitral regurgitation. Echocardiagraphic and electrophysiological study was performed every 2 weeks within 12 weeks postoperatively and Af was induced by burst pacing. Specimens were taken from the atrial myocardium of 11 dogs and observed by using special staining 10 weeks after operation. RESULTS: Anteroposterior dimension of left atrium increased significantly 2 weeks after operation[(22.7±2.3) mm vs (20.4±3.1) mm, P<0.05]. P wave duration in lead Ⅱ of surface electrocardiography increased from (48.7±8.8) ms to (61.0±5.1) ms (P<0.01), and effective refractory period of high right atrium(HRAERP) decreased from (133.3±14.9) ms to (102.7±11.0) ms (P<0.01). Af lasting more than 5 minutes was induced in 80%(8/10)dogs 12 weeks after operation. The changes of myocardium in left atria of experimental group was obvious, and the chief manifestations consisted of hypertrophy, myofibrillar changes,and interstitial fibrosis. CONCLUSION: This model of Af proves to be reliable, reproducible.After operation, the left atrium of animals dilates, HRAERP decreases, P wave duration increases. Mycardial hypertrophy and interstitial fibrosis lead to alteration of impulse conduction and changes of myocardial electrophsiological properties.

【Keywords】 atrial fibrillation; disease models, animal; dogs; electrophysiology; pathology; echocardiography

0 引言

心房纤颤是临床上比较常见的心律失常,并随年龄而递增,其治疗尚不能令人满意,治疗效果的提高有赖于对其发生机制的深入了解，考虑到我国患者Af的主要病因是风湿性瓣膜病，为更好地研究及治疗心房纤颤,我们应用外科手术方法建立了犬二尖瓣关闭不全的实验心房纤颤模型，并对其进行了电生理和病理学观察.

1 材料和方法

1.1 材料 选用25只成年杂种犬,雌雄不限,体质量14～21 kg. 实验犬术前饮食、大小便无异常，皮毛光亮，反应灵敏. 经心脏超声及心电图检查排除疾病犬. 氯胺酮(10 mg/kg)肌注诱导，戊巴比妥钠(25 mg/kg)静注维持麻醉，插管接呼吸机，监测心电图及血压，术中静滴先锋霉素V(100 mg/kg)用于抗感染.

左侧第4肋间切口开胸，左侧上、下肺静脉各缝置荷包缝线，左下肺静脉置入左房测压管，随时监测左房压力. 左上肺静脉置入自制金属钩刀，采用不锈钢制造腱索钩刀，总长22 cm，刀柄10 cm. 钩刀头端为直径3 mm的未闭合的圆形结构，内部中央锋利，钩端及其他部分圆钝. 腱索钩刀切断部分二尖瓣腱索,当左房压由2～4 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)升至12～14 mmHg时,退出金属钩刀及左房测压管. 膈神经前切开心包，分别于高位右房、右房下部、左心耳各缝置起博导线一对，导线移出胸腔经皮下由后颈部皮肤引出. 冲洗心包及胸腔，关胸. 安置胸腔闭式引流24～48 h,术后补液3 d，用先锋霉素V(100 mg/kg)抗感染3 d.

1.2 方法

1.2.1 超声心动图检查 术后12 wk内每2 wk行超声心动图检查1次，观察左室长轴及心尖四腔切面，记录左房收缩期前后径及面积，右房收缩期横径及长径和二尖瓣返流面积.

1.2.2 电生理检查及诱发Af 术后12 wk内，与术后3 d及每间隔2 wk分别行体表心电图及心内电生理检查. 在6导体表心电图上，测量并记录Ⅱ导联的3个心动周期P波时限，取平均值作为反映房内传导时间的指标. 将心房3组电极连接多导生理记录仪，记录窦性心律时各部位心房电图，右房上部电图到右房下部电图的时间为右房内传导时间. 经高位右房电极行程序刺激，测定高位右房有效不应期. 每次电生理检查结束后经高位右房电极给与Burst刺激，脉宽15 ms，强度为2倍于起搏阈值，间期200 ms，100 ms各1次，持续20 s. 诊断标准： 自发心房纤颤或诱发心房纤颤持续5 min以上为阳性.

1.2.3 心房肌病理学检查 术后10 wk随机选取11只实验犬(其中诱发出Af实验犬6只)，正中开胸，切取左、右心房5 mm×5 mm组织快，中性甲醛缓冲液固定，石蜡包埋，沿房壁纵横切面两个方向分别切片，厚度为4 μm，形HE染色、VG染色(Van Gieson氏苦味酸和酸性品红法)、Masson氏结缔组织三和染色法染色. 同样随机选取未经实验健康犬8只，行同样处理作为对照. 每一心房肌标本选取2张高质量切片，放大400倍，随机选取心房肌细胞50个，横断面上直接应用测量目镜测量直径大小，纵断面上量取胞核位于中央部位的心房肌细胞直径. 间质结缔组织采用形态定量测量，在透明胶片上制作含有100个点的正方型测量栅格，每一心房肌标本选取高质量切片1张，放大800倍，随机选择5个视野并摄像. 将制作好的测量栅格叠放于照片上，累加在纤维结缔组织轮廓内的点数，那么间质纤维结缔组织的体密度就为间质纤维结缔组织点数与全部测量栅格点数的比值.

统计学处理： 计量资料以x±s表示，组内比较用配对t检验，组间比较用方差分析进行统计学处理;计数资料用百分率表示，率的比较用χ2检验或Fisher法，P<0.05为差异有统计学意义.

2 结果

实验犬术后观察12 wk，术后1 d因急性左心衰竭死亡1只，术后第5 wk因切口及严重胸腔感染死亡2只，术后第9 wk因便血、腹泻死亡1只. 所有存活实验犬均行超声心动图检查，因条件限制，术后3 d，2 wk，4 wk仅分别对12，12，15只实验犬进行了电生理检查.

2.1 二尖瓣返流情况及心房大小的变化 术后2 wk二尖瓣返流束面积为(2.58±0.94) cm2，与左房面积的比值为0.45±0.08. 术后2 wk左房前后径增加，术后4 wk左房面积增加，P<0.05;右房横径术后2 wk亦增加，术后4 wk恢复正常，右房长径无变化(表1).

表1 手术前后左、右心房直径和面积的变化(略)

aP<0.05 vs术前.

2.2 电生理检查及Af诱发情况 体表心电图Ⅱ导联P波时限和右房内传导时间术后4 wk较术后3 d延长，P<0.01. 高位右房有效不应期术后4 wk缩短(P<0.01). Af诱发率术后4 wk增高，术后12 wk为80%(8/10，表2).

表2 术后不同时期电生理指标的观察(略)

aP<0.01 vs 3/7 wk. RACT: 右房内传导时间; HRAERP: 高位右房有效不应期.

2.3 光学显微镜观察及分析结果 实验犬左心房心肌细胞失去正常有规则的排列，极向紊乱;细胞间纤维结缔组织增多，心肌细胞代偿性肥大;有胞质染色浅淡，胞核周围排列少量肌原纤维的心肌细胞出现(变性消亡细胞). 正常对照组左心房心肌细胞直径小于实验组(P<0.01);间质结缔组织含量亦低(P<0.01). 诱发出Af犬与未诱发出Af犬心房肌细胞直径和间质纤维结缔组织含量无统计学差别. 右心房两组间各指标无统计学差别(P>0.05,表3).

表3 左、右心房心肌细胞直径及纤维结缔组织含量测量(略)

aP<0.05 vs对照. D: 心肌细胞直径; F: 结缔组织含量; Af: 房颤.

3 讨论

心房纤颤动物模型的制备方法有多种,如Morillo等[1]应用导管电极置于右房行4 wk快速起搏建立心房纤颤模型;Page等[2]设计了造成无菌性心包炎的房颤模型;Nabih等[3]通过心导管造成细小冠状动脉心房支栓塞,而后予以快速起搏诱发房颤. 以上各种方法都是由临床观察而设计的模型方案,有很大的局限性. Verheule等[4]设计的破坏二尖瓣腱索造成二尖瓣关闭不全的心房纤颤模型,与瓣膜病引起心房肥大发生心房纤颤有对应性,但所需设备复杂. 本模型建立方法主要针对国内风湿性心脏病伴发心房纤颤的疾病状况,其病理基础有极大的相似性,不破坏心房、室壁的完整结构,减少了影响因素. 术后电生理检查发现随着时间延长心房内传导时间延长，高位右房有效不应期缩短，与李莉等[5]报道的风湿性心脏病Af患者电生理变化相似. 在破坏二尖瓣腱索中因是盲操作,返流量难以精确控制,在大量动物保证情况下,亦可根据返流量精确分组研究.

光学显微镜观察左心房心肌细胞肥大、心肌肌原纤维的形态改变、间质纤维化为主要的病理形态学变化. 产生心肌肥大的具体机制Meerson[6]认为是心肌纤维张力增加的刺激，由肥大改变的心肌细胞由于分别处于不同的阶段，细胞器发展不均衡，从而造成电兴奋在心肌组织内传导不均，易于折返的形成. 心肌间质纤维结缔组织明显增加，细胞间的端对端、侧对侧连接结构被分割，心肌组织电兴奋在不同方向传导阻尼增加，各向异构传导不均匀性增强，冲动传导速率差异明显[7]. 房内折返机制得到了实验及临床实践证实是心房纤颤的可能机制，Spach等[8-9]发现折返机制与胞膜电生理特性差异及形态学复杂结构有关. 实验犬心肌病理形态改变形成了潜在的病理基础. 我们的结果显示右房超声及病理改变不明显，与Boyden等[10]的实验结果相符，实验模型中右房电生理改变与病理改变的关系及右房在心律紊乱发生中是否有作用?起何作用?还有待进一步研究.

本实验方法临床模拟性好，诱发率高，术后易存活，可靠且简单易行，为研究心房纤颤的良好实验模型.

【参考文献】

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

[2] Page PL,Plumb VJ,Okumura K,et al.A new model of atrial flutter[J].J Am Coll Cardiol,1986，8:872-879.

[3] Nabih MA,Prcevski P,Fromm BS,et al.Effect of ibutilide,a new class Ⅲ agent,on sustained atrial fibrillation in a canine model of acute ischemia and myocardial dysfunction induced by microembolization[J].PACE,1993，16(10):1975-1983.

[4] Verheule S,Wilson E,Banthia S,et al.Directiondependent conduction abnormalities in a canine model of atrial fibrillation due to chronic atrial dilatation[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2004，287:H634-H644.

[5] 李 莉,汪增炜,张宝仁,等.风湿性心脏病心房纤颤电生理机制的研究[J].中国心脏起搏与心电生理杂志,1996，10(2):78-82.

[6] Meerson FZ.The myocardium in hyperfunction,hypertrophy and heart failure[J].Circ Res,1969，25(Suppl I):1.

[7] Ausma J, van der Velden HM, Lenders MH, et al. Reverse structural and gapjunctional remodeling after prolonged atrial fibrillation in the goat[J]. Circulation, 2003，107:2051-2058.

[8] Spach MS,Dolber PC,Heidlage JF.Interaction of inhomogeneities of repolarization with anistropic propagation in dog atria[J].Circ Res,1989，65:1612-1631.

[9] Staffitz JE,Kanter HL,Gveen KG,et al.Tissuespecific determinants of anisotropic conduction velocity in canine atrial and ventricular myocardium[J].Circ Res,1994，74:1065-1070.

[10] Boyden PA,Tilley LP,Feroglio JJ,et al.Atrial enlargement can cause arrhythmias without altering transmembrance potentials[J]. Am J Cardiol,1980，45:426-432.