超聲引導(dǎo)經(jīng)食道起搏電極定位建立大鼠快速心房起搏房顫模型的實(shí)驗(yàn)研究

景遠(yuǎn)文 李海瑞 黃馳雄 何翔 賓建平

·實(shí)驗(yàn)研究·

超聲引導(dǎo)經(jīng)食道起搏電極定位建立大鼠快速心房起搏房顫模型的實(shí)驗(yàn)研究

景遠(yuǎn)文 李海瑞 黃馳雄 何翔 賓建平

目的 探討應(yīng)用超聲引導(dǎo)經(jīng)食道起搏電極定位建立大鼠快速心房起搏房顫模型的可行性。方法分別應(yīng)用超聲和食道心電圖（心房A波振幅大小和形態(tài)）引導(dǎo)經(jīng)食道起搏電極定位建立大鼠快速心房起搏誘導(dǎo)房顫模型，即為超聲引導(dǎo)定位組（US組）和食道心電圖引導(dǎo)定位組（ECG組），比較兩組的房顫誘導(dǎo)成功率、平均房顫持續(xù)時(shí)間、平均定位耗時(shí)、平均起搏閾值及無(wú)關(guān)肌肉刺激評(píng)分。結(jié)果與ECG組比較，US組房顫誘導(dǎo)成功率高（80%vs.60%），平均定位耗時(shí)短［（2.3±0.5）min vs.（5.3±0.9）min］，平均起搏閾值低［（0.350±0.048）mV vs.（0.570±0.057）mV］，無(wú)關(guān)肌肉刺激評(píng)分?。郏?.79±0.58）vs.（1.32±0.46）分］，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）；兩組平均房顫持續(xù)時(shí)間比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論超聲引導(dǎo)經(jīng)食道起搏電極定位建立大鼠快速心房起搏房顫模型有效、安全。

超聲引導(dǎo)；食道電極；心房起搏，快速；房顫模型；大鼠

目前房顫模型主要在大動(dòng)物（豬、羊、狗等）體內(nèi)建立，但大動(dòng)物價(jià)格高、需要的藥物劑量大，不適用于全新藥物的篩選研究。因此，構(gòu)建小動(dòng)物（大鼠、小鼠）房顫模型具有十分重要的意義?；蛐揎棥⑺幬镒⑸浼翱焖傩姆科鸩墙⑿?dòng)物房顫模型的主要方法［1］，以快速心房起搏最常用，其電極的置入方式包括開(kāi)胸、經(jīng)頸靜脈及經(jīng)食道三種，其中經(jīng)食道置入起搏電極最為無(wú)創(chuàng)、操作簡(jiǎn)單［1-2］。超聲無(wú)創(chuàng)、實(shí)時(shí)，能快速、準(zhǔn)確地提供起搏電極與食道和心房解剖關(guān)系的信息，可以準(zhǔn)確引導(dǎo)經(jīng)食道起搏電極定位。本實(shí)驗(yàn)旨在探討超聲引導(dǎo)經(jīng)食道起搏電極定位建立大鼠心房起搏房顫模型的可行性，并與經(jīng)食道心電圖引導(dǎo)定位進(jìn)行比較。

材料與方法

一、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

SPF級(jí)雄性Sprague Dawley（SD）大鼠40只，體質(zhì)量250～300 g，購(gòu)于南方醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，動(dòng)物許可證號(hào)：SCXK（粵）2015～0005。

二、實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

西門(mén)子Sequoia512彩色多普勒超聲診斷儀；3%戊巴比妥（Sigma Aldrich，美國(guó)）；Power Lab 4/35多導(dǎo)生理記錄儀［埃德儀器國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司］；JL-C2電刺激器（上海嘉龍教儀廠(chǎng)）。

40只大鼠隨機(jī)分為超聲引導(dǎo)定位組20只（US組）和食道心電圖引導(dǎo)定位組20只（ECG組）。兩組大鼠均用3%戊巴比妥（50mg/kg）行腹腔注射誘導(dǎo)麻醉，模型建立過(guò)程中每小時(shí)補(bǔ)充維持量0.1m l/100 g，麻醉過(guò)程中密切觀察大鼠情況，避免麻醉不足或過(guò)量。大鼠左側(cè)胸部備皮，取仰臥位，多導(dǎo)生理記錄儀連續(xù)記錄大鼠體表心電圖（標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ?qū)?lián)）。

US組：經(jīng)大鼠口插入5 F雙極起搏電極，保持起搏電極前端的自然彎曲向前以確保其緊貼左房。使用二維超聲（15L8探頭，頻率7MHz）于胸骨旁左室長(zhǎng)軸切面分別觀察當(dāng)電極前端位于心房上部、中部及下部時(shí)的圖像，同時(shí)保存相應(yīng)部位的食道心電圖，當(dāng)起搏電極位于心房中部時(shí)固定電極，記錄從電極插入至固定的時(shí)間。

ECG組：經(jīng)大鼠口插入5 F雙極起搏電極，保持起搏電極前端的自然彎曲向前以確保其緊貼左房。常規(guī)插入深度約7 cm，根據(jù)大鼠食道心電圖A波形態(tài)作適當(dāng)調(diào)整，當(dāng)A波形態(tài)提示電極位于心房中部時(shí)固定電極，并記錄從電極插入至固定的時(shí)間。判斷電極位置的標(biāo)準(zhǔn)參考經(jīng)食道心電圖A波形態(tài)與振幅［3］：①心房上部以負(fù)向?yàn)橹鳎琎r型；②心房中部為正負(fù)雙向，振幅大，Qr或QR型；③心房下部為正負(fù)雙向或直立，Qr或 QR型。

四、建立大鼠快速心房起搏模型及相關(guān)參數(shù)測(cè)量

待大鼠穩(wěn)定10min后行心房快速起搏，具體參數(shù)如下：①刺激波形為方波；②刺激閾值為0.3～0.6mV（約舒張閾值電壓的2倍），并根據(jù)個(gè)體調(diào)整以確保心房捕獲；③刺激脈沖寬度為6ms；④刺激頻率＞1200次/min；⑤刺激時(shí)間3 h。

心房成功快速起搏標(biāo)準(zhǔn)［4］：正常心房P波消失，被高尖起搏波形所代替；心室率較起搏前明顯加快且RR間期絕對(duì)不整。

分別記錄兩組平均房顫持續(xù)時(shí)間、平均定位耗時(shí)及平均起搏閾值，計(jì)算房顫誘導(dǎo)成功率，并進(jìn)行無(wú)關(guān)肌肉刺激（EMS）評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)［5］：0分，無(wú)皮膚和肌肉抽動(dòng)；1分，僅皮膚輕微抽動(dòng)；2分，膈肌受刺激（呼吸頻率與起搏頻率一致）或前肢抽動(dòng)；3分，全身抽動(dòng)。

五、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

考慮到ADAMS的實(shí)體建模功能不完善，采用Solidworks建立機(jī)械手的三維模型，并通過(guò)與ADAMS的軟件接口，將模型導(dǎo)入至ADAMS。在機(jī)械手的關(guān)節(jié)處添加約束，并觀察各個(gè)關(guān)節(jié)受到的驅(qū)動(dòng)力矩大小。設(shè)定仿真時(shí)間t=30s，步長(zhǎng)為0.01。給定手端標(biāo)記點(diǎn)在笛卡兒空間的軌跡方程為x2+y2=0.9，預(yù)計(jì)該圓所在平面與連桿5坐標(biāo)系的z軸方向垂直。假設(shè)末端執(zhí)行器標(biāo)記點(diǎn)從(0.9，0，0.3)出發(fā)做角速度為0.8rad/s的等速回轉(zhuǎn)。

結(jié)果

一、兩組電極定位情況

US組大鼠于左側(cè)臥位下通過(guò)超聲引導(dǎo)經(jīng)食道起搏電極定位，二維超聲可見(jiàn)電極頭端分別與心房上、中、下部接觸，見(jiàn)圖1；當(dāng)電極位于心房中部時(shí)電極與心房壁接觸較好，此時(shí)心房快速起搏體表心電圖見(jiàn)圖2。

ECG組大鼠經(jīng)食道心電圖引導(dǎo)起搏電極定位，電極在不同部位的食道心電圖見(jiàn)圖3；當(dāng)電極位于心房中部時(shí)A波正負(fù)雙向，振幅大，呈Qr或QR型，此時(shí)心房快速起搏體表心電圖見(jiàn)圖4。

二、兩組房顫誘導(dǎo)成功率、平均房顫持續(xù)時(shí)間、平均定位耗時(shí)、平均起搏閾值及EMS評(píng)分比較

1.兩組均能誘導(dǎo)典型房顫發(fā)作，US組房顫誘導(dǎo)成功率為80%，ECG組房顫誘導(dǎo)成功率為60%，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見(jiàn)圖5，6。

圖1 US組起搏電極位于心房不同部位的二維超聲圖像

圖2 US組電極位于心房中部時(shí)快速起搏心房心電圖

圖3 ECG組起搏電極位于心房不同部位的心電圖

圖4 ECG組電極位于心房中部時(shí)快速起搏心房心電圖

圖5 US組正常及誘導(dǎo)的房顫心電圖

圖6 ECG組正常及誘導(dǎo)的房顫心電圖

2.US組平均房顫持續(xù)時(shí)間為（1.9±0.2）min，ECG組平均房顫持續(xù)時(shí)間為（1.8±0.6）min，兩組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3.US組電極平均定位耗時(shí)為（2.3±0.5）min，ECG組電極平均定位耗時(shí)為（5.3±0.9）min，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

4.US組平均起搏閾值為（0.350±0.048）mV，ECG組平均起搏閾值為（0.570±0.057）mV，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

5.US組平均EMS評(píng)分為（0.79±0.58）分，ECG組平均EMS評(píng)分為（1.32±0.46）分，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

討論

由于大鼠心房相對(duì)較小，不利于房顫折返波形成及維持，故房顫誘導(dǎo)成功率相對(duì)較低［6］。傳統(tǒng)方法通過(guò)應(yīng)用膽堿能藥物或誘導(dǎo)缺氧雖可提高房顫誘導(dǎo)成功率［7］，但這兩種方法均具有較大局限性：膽堿能藥物可影響離子通道功能，不利于抗心律失常藥物的研究［8］；而短暫窒息除可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)動(dòng)物死亡率增高外，亦可引起其病理、生理及血流動(dòng)力學(xué)的改變［9］。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)應(yīng)用經(jīng)食道電極定位誘導(dǎo)大鼠房顫，有望成為一種建立理想的大鼠房顫模型的替代方法。

經(jīng)食道置入起博電極的位置是決定快速心房起搏效果及其相關(guān)副反應(yīng)（如EMS）的最主要因素［10］。研究［5，10］表明，當(dāng)電極位于心房中部時(shí)起搏效果最佳。目前起搏電極的定位主要由經(jīng)食道心電圖指導(dǎo)，當(dāng)A波正負(fù)雙向、振幅大、呈Qr或QR型時(shí)即提示起搏電極位于心房中部［3，5］。但研究［9-10］顯示，在動(dòng)物心電圖監(jiān)護(hù)儀所測(cè)量A波的最大振幅與最小振幅差異較小，僅憑肉眼難以判斷，從而影響判斷起搏電極最佳置入位置的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響起搏效果和模型成功率。超聲能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地提供關(guān)于起搏電極與食道、心房解剖關(guān)系的信息，引導(dǎo)經(jīng)食道起搏電極定位。

本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用超聲引導(dǎo)經(jīng)食道起搏電極定位建立大鼠快速心房起搏房顫模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與ECG組比較，US組房顫誘導(dǎo)成功率明顯提高（60%vs.80%，P＜0.05），但兩組平均房顫持續(xù)時(shí)間無(wú)明顯差異［（1.8±0.6）min vs.（1.9±0.2）min］，這可能與超聲引導(dǎo)經(jīng)食道起搏電極定位更準(zhǔn)確，起搏電極至心房距離縮短有關(guān)。從理論上來(lái)說(shuō)，起搏電極與心房壁的距離決定起搏效果（起搏閾值大小、能否捕獲心房），當(dāng)起搏電極位于最佳起搏位置時(shí)，其能以最低起搏電壓持續(xù)穩(wěn)定地快速起搏心房，從而提高房顫誘導(dǎo)成功率。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，超聲引導(dǎo)經(jīng)食道起搏電極定位可直接觀察電極與心房壁的相對(duì)位置，能確保起搏電極緊貼心房壁中部，從而克服了經(jīng)食道心電圖引導(dǎo)起搏電極定位準(zhǔn)確性不足的缺陷。經(jīng)食道心電圖引導(dǎo)起搏電極定位因其耗時(shí)較長(zhǎng)，且起搏閾值相對(duì)較高，若反復(fù)對(duì)心房進(jìn)行電刺激，有可能在房顫發(fā)生前已引起心房的炎性反應(yīng)或內(nèi)皮損傷，對(duì)于研究房顫并發(fā)癥如心房早期血栓形成可能產(chǎn)生較大的影響。本實(shí)驗(yàn)中US組平均定位耗時(shí)較ECG組更短［（2.3±0.5）min vs.（5.3±0.9）min］，平均起搏閾值更低［（0.350±0.048）mV vs.（0.570±0.057）mV］，平均EMS評(píng)分更低［（0.79±0.58）分vs.（1.32±0.46）分］，兩組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。結(jié)果說(shuō)明超聲引導(dǎo)經(jīng)食道起搏電極定位建立大鼠快速心房起搏房顫模型快速、準(zhǔn)確，減少了對(duì)心房的反復(fù)刺激，對(duì)于研究房顫并發(fā)癥如心房早期血栓形成具有良好的應(yīng)用前景。

綜上所述，與經(jīng)食道心電圖引導(dǎo)定位比較，超聲引導(dǎo)經(jīng)食道起搏電極定位用于建立大鼠快速心房起搏房顫模型更有效和安全。

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Establishmentof atrial fibrillationmodel in rats induced by rapid atrial pacing via ultrasound-guided esophageal pacing catheter placement

JING Yuanwen，LIHairui，HUANGChixiong，HEXiang，BIN Jianping
DepartmentofCardiology，Nanfang Hospital，Southern MedicalUniversity，Guangzhou 510515，China

Objective To investigate the feasibility of ultrasound-guided esophageal pacing catheter placement for establishing atrial fibrillationmodel in rats.Methods Establish atrial fibrillationmodel in rats via rapid atrial pacing with the guidance of ultrasound and esophageal electrocardiogram（atrial A-wave amplitude and form），and the ratswere divided into ultrasound-guided（US）group and esophagealelectrocardiogram-guided（ECG）group，respectively.Then a comparison wasmade between USand ECG group in induced efficacy of atrial fibrillation，mean duration of atrial fibrillation，mean catheter placement time，mean pacing threshold and less extra muscular stimulation.Results Compared with ECG group，ultrasound-guided esophageal pacing catheter placement resulted in higher atrial fibrillation rate（80%vs.60%），shortermean catheter placement time［（2.3±0.5）min vs.（5.3±0.9）min］，lowermean pacing threshold［（0.350±0.048）mV vs.（0.570±0.057）mV］and less extra muscular stimulation［（0.79±0.58）min vs.（1.32±0.46）min］，therewere significantdifferencesamong these indexes（all P＜0.05）. While there was no significant difference ofmean duration of atrial fibrillation between two groups.Conclusion Ultrasoundguided esophagealpacing catheter placementisan effectiveand safemethod for theestablishmentofatrial fibrillationmodel in rats.

Ultrasound-guided；Esophagealelectrode；Atrial pacing，rapid；Atrial fibrillationmodel；Rats

R322；R540.45

A

2016-08-23）

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（81571689）；國(guó)家重大科研儀器設(shè)備研制專(zhuān)項(xiàng)（81227801）

510515廣州市，南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院心內(nèi)科

賓建平，Email：jianpingbin@126.com