環(huán)丙沙星對(duì)豚鼠心電圖和乳頭肌動(dòng)作電位的影響

劉芳，李宜培，師瑞紅，陳文超

(河南醫(yī)學(xué)高等專(zhuān)科學(xué)校，鄭州451191)

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環(huán)丙沙星對(duì)豚鼠心電圖和乳頭肌動(dòng)作電位的影響

劉芳，李宜培，師瑞紅，陳文超

(河南醫(yī)學(xué)高等專(zhuān)科學(xué)校，鄭州451191)

目的 觀察環(huán)丙沙星對(duì)豚鼠心電圖和乳頭肌動(dòng)作電位的影響。方法 選擇豚鼠42只，隨機(jī)分為司帕沙星低、中、高劑量組，環(huán)丙沙星低、中、高劑量組及對(duì)照組，每組6只。司帕沙星低、中、高劑量組分別腹腔注射50、100、200 mg/kg的司帕沙星，環(huán)丙沙星低、中、高劑量組分別腹腔注射50、100、200 mg/kg的環(huán)丙沙星，對(duì)照組腹腔注射等量生理鹽水。采用RM-6240軟件記錄各組給藥前及給藥5、10、30 min時(shí)Ⅱ?qū)?lián)心電圖，收集心電圖各參數(shù)，包括HR、P波高度、PR間期、R波高度、QRS波寬度、QT間期和T波高度。另取豚鼠18只，隨機(jī)分為司帕沙星組、環(huán)丙沙星組、對(duì)照組，每組6只，分別剪下右心室乳頭肌后灌流。對(duì)照組采用臺(tái)氏液恒溫、恒速灌流；司帕沙星組臺(tái)式液+司帕沙星灌流，采用累積濃度給藥法依次使藥物終濃度為1、10、100 μmol/L；環(huán)丙沙星組臺(tái)式液+環(huán)丙沙星灌流，采用累積濃度給藥法依次使藥物終濃度為1、10、100 μmol/L。采用RM-6240軟件記錄各組灌流15 min時(shí)的靜息電位(RP)、動(dòng)作電位幅值(APA)、動(dòng)作電位復(fù)極至50%的時(shí)程(APD50)及動(dòng)作電位復(fù)極至90%的時(shí)程(APD90)。結(jié)果 腹腔注射100 mg/kg司帕沙星10、30 min時(shí)，QT間期均較給藥前及對(duì)照組延長(zhǎng)(P均<0.01)；腹腔注射200 mg/kg司帕沙星5、10、30 min時(shí)，QT間期均較給藥前及對(duì)照組延長(zhǎng)(P均<0.01)。腹腔注射200 mg/kg環(huán)丙沙星10、30 min時(shí)，QT間期均較給藥前及對(duì)照組延長(zhǎng)(P均<0.05)。環(huán)丙沙星中、高劑量組延長(zhǎng)QT間期的作用均小于司帕沙星中、高劑量組(P<0.05或<0.01)。灌流液中司帕沙星濃度為1、10、100 μmol/L時(shí)，乳頭肌APD50、APD90與對(duì)照組比較均明顯延長(zhǎng)(P均<0.01)。灌流液中環(huán)丙沙星濃度為100 μmol/L時(shí)，其乳頭肌APD90較對(duì)照組明顯延長(zhǎng)(P<0.01)。100 μmol/L環(huán)丙沙星延長(zhǎng)APD50、APD90的作用均小于100 μmol/L司帕沙星(P均<0.01)。結(jié)論 大劑量環(huán)丙沙星可引起豚鼠乳頭肌動(dòng)作電位時(shí)程延長(zhǎng)，明顯延長(zhǎng)QT間期，具有潛在的心臟毒性。

環(huán)丙沙星；QT間期；乳頭??；動(dòng)作電位；豚鼠

環(huán)丙沙星是第三代人工合成喹諾酮類(lèi)抗菌藥物，廣泛用于各種細(xì)菌感染性疾病[1]，但近年來(lái)其不良反應(yīng)的報(bào)道逐漸增多[2,3]。有報(bào)道認(rèn)為，雖然環(huán)丙沙星導(dǎo)致心臟毒性的概率較低，但發(fā)病突然、猝死率高[4～6]。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于環(huán)丙沙星對(duì)心肌電生理方面的影響鮮見(jiàn)報(bào)道。2014年3～12月，本研究觀察了環(huán)丙沙星的心臟毒性，旨在為其臨床應(yīng)用的安全性提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料 健康成年豚鼠60只，雌雄不拘，體質(zhì)量300～400 g，購(gòu)自河南康達(dá)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司，動(dòng)物許可證號(hào)：SCXK(豫)2011-0001。環(huán)丙沙星、司帕沙星，購(gòu)自大連美侖生物技術(shù)有限公司，用1 mol/L的NaOH配成10 mmol/L的母液，用時(shí)稀釋成需要濃度。烏拉坦，天津市光復(fù)化工精細(xì)研究所。臺(tái)氏液成分(mmol/L)：NaCl 140、KCl 5.4、CaCl22、MgCl21、HEPES 10、Glucose 10，使用前用1 mol/L的NaOH調(diào)整pH至7.4。

1.2 豚鼠心電圖參數(shù)檢測(cè) ①取42只豚鼠隨機(jī)分為對(duì)照組，司帕沙星低、中、高劑量組及環(huán)丙沙星低、中、高劑量組，每組6只。各組均腹腔注射20%烏拉坦(5 mL/kg)麻醉，仰臥位固定。將針形電極插入豚鼠四肢皮下，司帕沙星低、中、高劑量組分別腹腔注射50、100、200 mg/kg的司帕沙星，環(huán)丙沙星低、中、高劑量組分別腹腔注射50、100、200 mg/kg的環(huán)丙沙星，對(duì)照組腹腔注射等量生理鹽水。采用RM-6240軟件記錄各組給藥前及給藥5、10、30 min時(shí)Ⅱ?qū)?lián)心電圖，收集各組心電圖各參數(shù)，包括HR、P波高度、PR間期、R波高度、QRS波寬度、QT間期和T波高度。

1.3 豚鼠乳頭肌動(dòng)作電位參數(shù)檢測(cè) 取豚鼠18只，隨機(jī)分為對(duì)照組、司帕沙星組和環(huán)丙沙星組，每組6只。開(kāi)胸取出各組心臟，剪下右心室乳頭肌，將乳頭肌置于肌槽底部，不銹鋼針固定。對(duì)照組乳頭肌臺(tái)氏液恒溫(35.5 ℃±0.5 ℃)、恒速(4 mL/min)灌流；司帕沙星組臺(tái)式液+司帕沙星灌流，采用累積濃度給藥法依次使藥物終濃度為1、10、100 μmol/L；環(huán)丙沙星組臺(tái)式液+環(huán)丙沙星灌流，采用累積濃度給藥法依次使藥物終濃度為1、10、100 μmol/L。采用刺激頻率為2 Hz、波寬為1 ms、強(qiáng)度為1.5倍閾刺激的方波信號(hào)，雙極起搏電極以場(chǎng)刺激驅(qū)動(dòng)標(biāo)本，產(chǎn)生動(dòng)作電位。采用RM-6240軟件記錄各組灌流15 min時(shí)的靜息電位(RP)、動(dòng)作電位幅值(APA)、動(dòng)作電位復(fù)極至50%的時(shí)程(APD50)及動(dòng)作電位復(fù)極至90%的時(shí)程(APD90)。

2 結(jié)果

2.1 各組心電圖參數(shù)比較 腹腔注射不同濃度司帕沙星時(shí)，心電圖各參數(shù)中僅QT間期出現(xiàn)延長(zhǎng)。腹腔注射100 mg/kg司帕沙星10、30 min時(shí)，QT間期均較給藥前及對(duì)照組延長(zhǎng)(P均<0.01)；腹腔注射200 mg/kg司帕沙星5、10、30 min時(shí)，QT間期均較給藥前及對(duì)照組延長(zhǎng)(P均<0.01)，且豚鼠出現(xiàn)嘔吐、抽搐等中樞中毒癥狀，注射10 min時(shí)有2只豚鼠死亡，注射30 min時(shí)有4只豚鼠死亡。腹腔注射不同濃度環(huán)丙沙星時(shí)，心電圖各指標(biāo)中亦僅QT間期出現(xiàn)延長(zhǎng)。腹腔注射200 mg/kg環(huán)丙沙星10、30 min時(shí)，QT間期均較給藥前及對(duì)照組延長(zhǎng)(P均<0.05)，豚鼠出現(xiàn)煩躁、嘔吐、抽搐等中樞中毒癥狀，或出現(xiàn)室性心律失常，但無(wú)死亡。環(huán)丙沙星中、高劑量組QT間期短于司帕沙星中、高劑量組(P<0.05或P<0.01)。具體結(jié)果見(jiàn)表1及插頁(yè)Ⅰ圖3、4。

表1 各組心電圖QT間期比較

注：與同組給藥前及對(duì)照組同期比較，*P<0.05，△P<0.01；與司帕沙星中劑量組比較，#P<0.05；與司帕沙星高劑量組比較，▲P<0.01。

2.2 各組乳頭肌動(dòng)作電位參數(shù)比較 灌流液中司帕沙星濃度為1、10、100 μmol/L時(shí)，豚鼠乳頭肌APD50和APD90與對(duì)照組比較均明顯延長(zhǎng)(P均<0.01)。灌流液中環(huán)丙沙星濃度為100 μmol/L時(shí)，其乳頭肌APD90較對(duì)照組明顯延長(zhǎng)(P<0.01)。100 μmol/L環(huán)丙沙星延長(zhǎng)APD50和APD90的作用均小于100 μmol/L司帕沙星(P均<0.01)。見(jiàn)表2及圖1、2。

表2 各組乳頭肌動(dòng)作電位參數(shù)比較±s)

注：與對(duì)照組比較，*P<0.01；與100 μmol/L司帕沙星比較，△P<0.05。

注：a為加藥前；b、c 為10、100 μmol/L司帕沙星作用15 min。

圖1 灌流液中加入司帕沙星時(shí)豚鼠乳頭肌動(dòng)作電位時(shí)程(BCL=1 000 ms)

3 討論

近年來(lái)隨著環(huán)丙沙星的廣泛應(yīng)用，其不良反應(yīng)報(bào)道也明顯增多。環(huán)丙沙星的不良反應(yīng)主要包括過(guò)敏反應(yīng)、肝腎功能損害、中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害等。丁仲如等[5]報(bào)道，索他洛爾與環(huán)丙沙星聯(lián)合應(yīng)用可引起尖端扭轉(zhuǎn)型室性心動(dòng)過(guò)速；欒福起等[4]報(bào)道，環(huán)丙沙星可致小兒室性心動(dòng)過(guò)速。但目前鮮見(jiàn)其對(duì)心肌電生理方面不良反應(yīng)的報(bào)道。

注：a為加藥前；b、c 為10、100 μmol/L環(huán)丙沙星作用15 min。

圖2 灌流液中加入環(huán)丙沙星時(shí)豚鼠乳頭肌動(dòng)作電位時(shí)程(BCL=1 000 ms)

司帕沙星是最早報(bào)道可誘發(fā)QT間期延長(zhǎng)及致死性心律失常的氟喹諾酮類(lèi)藥物。喹諾酮類(lèi)藥物的臨床推薦使用劑量為200～400 mg/d[7]，根據(jù)動(dòng)物與人體表面積的折算[8]，本研究選擇50、100、200 mg/kg司帕沙星和環(huán)丙沙星注射于豚鼠腹腔，結(jié)果顯示，腹腔注射50、100 mg/kg環(huán)丙沙星時(shí)，豚鼠QT間期與用藥前比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；注射100 mg/kg司帕沙星后QT間期比用藥前延長(zhǎng)；腹腔注射200 mg/kg環(huán)丙沙星或司帕沙星，豚鼠心電圖QT間期均較用藥前明顯延長(zhǎng)，但環(huán)丙沙星延長(zhǎng)QT間期的作用小于司帕沙星。心電圖QT間期是心室肌去極化和復(fù)極化的總時(shí)間，其中去極化時(shí)間占20%～25%，對(duì)于QRS波時(shí)限正常的QT間期，主要反映心室肌復(fù)極化過(guò)程[9]。上述結(jié)果提示，50、100 mg/kg環(huán)丙沙星臨床應(yīng)用較安全，200 mg/kg環(huán)丙沙星有引起QT間期延長(zhǎng)而致心律失常的風(fēng)險(xiǎn)，與其他臨床報(bào)道[10～12]結(jié)果一致。

本研究對(duì)豚鼠右心室乳頭肌給予含累積濃度為1、10、100 μmol/L環(huán)丙沙星或司帕沙星的臺(tái)式液灌流， 結(jié)果僅100 μmol/L環(huán)丙沙星可延長(zhǎng)APD90， 其余各濃度環(huán)丙沙星對(duì)RP、APA、APD50影響均較?。凰九辽承歉鳚舛冉M對(duì)APD50和APD90均有延長(zhǎng)作用；且100 μmol/L環(huán)丙沙星比100 μmol/L司帕沙星延長(zhǎng)心室肌APD90的作用弱。提示1、10 μmol/L環(huán)丙沙星對(duì)乳頭肌動(dòng)作電位時(shí)程影響較小，僅在100 μmol/L時(shí)才具有延長(zhǎng)APD90的作用。Hagiwara等[13]研究發(fā)現(xiàn)，100 μmol/L的司帕沙星、加替沙星、格帕沙星、莫西沙星分別使動(dòng)作電位時(shí)間延長(zhǎng)41%、31%、24%、25%，而100 μmol/L左氧氟沙星、曲伐沙星、環(huán)丙沙星、吉米沙星不延長(zhǎng)或極少延長(zhǎng)動(dòng)作電位時(shí)間，表明各種氟喹諾酮類(lèi)抗生素使QT間期延長(zhǎng)程度不同[14,15]。心室肌細(xì)胞的復(fù)極化過(guò)程非常復(fù)雜，包括Na+內(nèi)流、K+外流、Ca2+內(nèi)流等離子流動(dòng)。在生理情況下，心肌細(xì)胞APA取決于Na+最大內(nèi)流量，任何影響Na+流動(dòng)的因素均可影響APA。心肌細(xì)胞動(dòng)作電位復(fù)極2期離子流為L(zhǎng)型鈣電流(ICa-L)和延遲整流鉀電流(Ik)，復(fù)極3期的離子流主要為Ik。任何原因引起的ICa-L增強(qiáng)或Ik減弱均可使APD50延長(zhǎng)，Ik減弱可使APD90延長(zhǎng)。在本實(shí)驗(yàn)中，環(huán)丙沙星可延長(zhǎng)豚鼠乳頭肌的APD90，司帕沙星對(duì)APD50和APD90均有延長(zhǎng)作用，提示這兩種藥物可影響復(fù)極化2期和3期的離子流，但目前尚未發(fā)現(xiàn)氟喹諾酮類(lèi)抗菌藥影響ICa的報(bào)道，推測(cè)它們可能是通過(guò)抑制Ik而延長(zhǎng)動(dòng)作電位時(shí)程，但其具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究證實(shí)。本研究觀察到50、100、200 mg/kg環(huán)丙沙星對(duì)RP、APA均無(wú)明顯影響，提示環(huán)丙沙星對(duì)心室肌細(xì)胞的Na+通道無(wú)明顯影響。

綜上所述，環(huán)丙沙星在治療劑量下臨床應(yīng)用較安全，但大劑量應(yīng)用時(shí)可延長(zhǎng)心室肌動(dòng)作電位時(shí)程，有引起QT間期延長(zhǎng)而致心律失常的風(fēng)險(xiǎn)。臨床對(duì)QT間期延長(zhǎng)、心動(dòng)過(guò)緩、低鉀血癥、老年患者以及同時(shí)應(yīng)用其他可能影響QT間期藥物的患者應(yīng)慎用或禁用環(huán)丙沙星等氟喹諾酮類(lèi)藥物[16]。

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Effects of ciprofloxacin on QT interval of electrocardiogram and cardiac action potential in papillary muscles of guinea pigs

LIUFang,LIYipei,SHIRuihong,CHENWenchao

(HenanMedicalCollege,Zhengzhou451191,China)

Objective To observe the effects of ciprofloxacin on electrocardiogram (ECG) and action potential in papillary muscles of guinea pigs, and to investigate the cardio toxicity of ciprofloxacin in order to provide a reference for the safety of clinical application. Methods A total of 42 guinea pigs were randomly divided into 7 groups, with 6 guinea pigs in each group. 50, 100, and 200 mg/kg sparfloxacin were injected intraperitoneally into guinea pigs with the low, medium and high dose groups of sparfloxacin, while the low, middle and high dose ciprofloxacin groups were intraperitoneally injected with 50, 100, and 200 mg/kg ciprofloxacin. The control group was injected intraperitoneally with equal doses of NS. Ⅱ lead ECG were recorded before and after 5, 10, and 30 minutes of intraperitoneal injection by RM-6240 software. The parameters of ECG were measured, including heart rate, P wave height, PR interval, R wave height, QRS wave width, QT interval and T wave height. A total of 18 guinea pigs were cut off the right ventricular papillary muscle and randomly divided into 3 groups, with 6 guinea pigs in each group. The control group was treated with Tyrode′s solution at constant temperature and constant speed. Sparfloxacin was added to the Tyrode′s solution in the sparfloxacin group, and the concentration of sparfloxacin was increased to 1, 10 and 100 μmol/L, respectively. Ciprofloxacin was added to the Tyrode′s solution in ciprofloxacin group, and the final concentration of drug was 1, 10 and 100 μmol/L respectively. The time of resting potential (RP), amplitude of action potential (APA), action potential duration of 50% repolarization (APD50), and action potential duration of 90% repolarization (APD90) of guinea pigs′ papillary muscles were recorded by RM-6240 software after adding drugs in 15 min. Results At 10 and 30 min after injecting 100 mg/kg sparfloxacin, the QT interval of ECG were prolonged significantly, as compared with the data before injection and that of the control group (allP<0.01). After injecting 200 mg/kg sparfloxacin 5, 10, and 30 min, the QT interval of ECG were prolonged significantly, as compared with the data before injection and the control group (allP<0.01). After injecting 200 mg/kg ciprofloxacin 10, and 30 min, the QT interval of ECG were prolonged significantly as compared with the data before injection and that of the control group (allP<0.05). Ciprofloxacin of medium and high dose groups had a lighter prolonged effect on QT interval than sparfloxacin of medium and high dose groups (P<0.05 orP<0.01). When the concentration of sparfloxacin in perfusate were 1, 10, and 100 μmol/L, the APD50and APD90were prolonged significantly as compared with that of the control group (allP<0.01). When the concentration of ciprofloxacin in perfusate was 100 μmol/L, the APD90was prolonged as compared with that of the control group (P<0.01). The effect of 100 μmol/L ciprofloxacin in prolonging APD50as well as APD90was less than that of 100 μmol/L sparfloxacin (allP<0.01). Conclusions When ciprofloxacin is in high dose, it can cause action potential duration prolong in papillary muscles of guinea pigs, as well as elongate QT interval of ECG in guinea pigs, with potential cardiac toxicity.

ciprofloxacin; QT interval; papillary muscles; action potential; guinea pigs

河南省基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目(142300410469)。

劉芳(1976-)，女，副教授，研究方向?yàn)樾呐K電生理。E-mail: sincerelf@163.com

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.40.007

R331.3

A

1002-266X(2016)40-0025-04

2016-05-17)