5/6腎切除致大鼠慢性腎衰竭模型對(duì)心房電生理特性的影響

馬 嵋， 汪惠才， 魏 琴， 楊 寧， 張 玲

(新疆醫(yī)科大學(xué)1第一附屬醫(yī)院外科手術(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室， 2動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心， 3第一附屬醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)研究院， 烏魯木齊 830011)

慢性腎臟病(chronic kidney disease, CKD)是一個(gè)公認(rèn)的全球性公共衛(wèi)生問題，影響范圍廣泛[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì),全球患有CKD的成年人近5億，且隨著年齡增大而增多[2-3]。全球每年因CKD死亡的人數(shù)已超過數(shù)十萬，隨著時(shí)間的推移，CKD的死亡率呈逐年上升的趨勢(shì)，而心源性猝死是CKD患者發(fā)生死亡的重要原因[4]。CKD人群中，發(fā)生心源性猝死的風(fēng)險(xiǎn)是正常人群的4～20倍，且隨著腎小球?yàn)V過率(glomerular filtration rate，GFR)的下降，CKD患者心血管死亡率隨之上升，而心律失常所造成的心血管死亡事件更為嚴(yán)重[5]。心房顫動(dòng)(atrialfibrillation, AF)是CKD患者中最常見的心律失常，近25%的CKD患者會(huì)合并AF[6-7]。CKD本身可致心臟結(jié)構(gòu)重構(gòu)，使CKD患者更容易發(fā)生AF。同時(shí)，AF的存在也會(huì)加速CKD的進(jìn)展，二者在疾病的進(jìn)展過程中相互影響[8]。CKD是AF發(fā)生的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，隨著腎小球?yàn)V過率的降低，AF的發(fā)生率增加[9]。同樣，AF的存在也增加CKD患者的死亡風(fēng)險(xiǎn)，在一項(xiàng)慢性腎功能不全隊(duì)列研究中的亞組分析顯示，AF的發(fā)生使終末期腎臟疾病進(jìn)展的風(fēng)險(xiǎn)增加了一倍[10]。在動(dòng)物研究中，關(guān)于CKD的研究較少。已有動(dòng)物研究結(jié)果顯示，CKD易發(fā)生早期后除極及發(fā)生室性心動(dòng)過速[11-12]，但CKD患者發(fā)生房性心律失常的心電生理機(jī)制尚不清楚。本研究擬構(gòu)建5/6腎切除CKD大鼠模型，探討CKD大鼠的心房心電生理特性的變化。

1 資料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物選取SPF級(jí)雄性SD大鼠30只，8周齡，體重250～300 g，由新疆醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。所有實(shí)驗(yàn)方案均由新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院動(dòng)物倫理管理委員會(huì)批準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)過程均符合《動(dòng)物管理和使用指南》的要求。實(shí)驗(yàn)環(huán)境在新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。

1.2 5/6腎切除CKD模型的建立按照文獻(xiàn)[13-14]中的方法，大鼠適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后通過隨機(jī)數(shù)字表法隨機(jī)分為對(duì)照組(control組)與腎衰組(CKD組)，各15只。手術(shù)時(shí)使用2%戊巴比妥鈉(40 mg/kg)腹腔注射麻醉。control組大鼠麻醉成功后，備皮、取俯臥位固定，0.5%碘伏消毒皮膚，于大鼠背部正中3 cm切口，分離皮下筋膜，拉鉤牽拉皮膚左背中下1/3旁正中1.5 cm 行縱切口2 cm，暴露左腎，鈍性分離腎包膜；右腎暴露和腎包膜分離方法同左腎，不作手術(shù)切除。CKD組手術(shù)方法同control組，切除左腎上下極各1/3的組織，保留腎上腺，使用止血紗布進(jìn)行止血后放回腹腔，結(jié)扎右側(cè)腎蒂，切除全部右腎，止血后逐層縫合皮膚，術(shù)后肌肉注射青霉素20萬單位，預(yù)防感染，制備成5/6腎切除腎衰大鼠模型。

1.3 血清指標(biāo)的測(cè)定所有大鼠麻醉后，分別于手術(shù)前、手術(shù)后6周經(jīng)內(nèi)眥靜脈采集血液樣本，通過生化儀測(cè)定各組肌酐、尿素氮含量。

1.4 超聲心動(dòng)圖所有大鼠麻醉后，分別于手術(shù)前、手術(shù)后6周進(jìn)行經(jīng)胸心臟超聲檢查。分別測(cè)量室間隔收縮末期厚度(inter-ventricular septum end-stolic thickness,IVSs)、室間隔舒張期厚度(interventricular septum diastolic thickness,IVSd)、左心室后壁厚度(left ventricular posterior wall diameter,LVPWd)、左室舒張期左室容積(left ventricular diastolic diameter,LVIDd)、左心房內(nèi)徑(left atrial diameter,LAD)、左室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction，LVEF)，上述指標(biāo)均測(cè)量4個(gè)心動(dòng)周期后，取其平均值。

1.5 心率、血壓的測(cè)定所有大鼠麻醉后對(duì)手術(shù)前、手術(shù)后6周進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)肢體導(dǎo)聯(lián)心電圖測(cè)量，測(cè)量其心率的變化。在6周時(shí)暴露大鼠頸動(dòng)脈，通過頸動(dòng)脈采用LEAD7000電生理儀(中國，四川錦江電子)測(cè)量血壓。

1.6 心房有效不應(yīng)期(atrium effective refractory period，AERP)、房顫誘發(fā)率的測(cè)定所有大鼠于手術(shù)前、手術(shù)后6周采用LEAD7000電生理儀(中國，四川錦江電子)進(jìn)行測(cè)定。采用S1S2 遞減刺激測(cè)量心房有效不應(yīng)期，S1∶S2=8∶1，連續(xù)測(cè)量3次，取其平均值；AF誘發(fā)率的測(cè)定通過Burst刺激法完成，其刺激時(shí)間5 s，頻率20 Hz，4倍舒張期閾值電壓，分別給予3次。并記錄刺激后非持續(xù)性或持續(xù)性心律失常的誘發(fā)情況。

2 結(jié)果

2.1 動(dòng)物模型制備的一般情況本實(shí)驗(yàn)使用動(dòng)物30只,動(dòng)物成活數(shù)量為24只,實(shí)驗(yàn)過程中死亡6只。本實(shí)驗(yàn)顯示，CKD組大鼠體重增長緩慢，食欲差，活動(dòng)較對(duì)照組減少。

2.2 兩組大鼠血清生化檢測(cè)結(jié)果的比較所有動(dòng)物采集術(shù)前及術(shù)后6周后的靜脈血，進(jìn)行尿素氮(UREA)，肌酐(Cre/Cre-P)的檢測(cè)。結(jié)果顯示，control組6周后的UREA、Cre/Cre-P水平與術(shù)前比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；CKD組6周后的UREA、Cre/Cre-P較術(shù)前均顯著增加，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見表1。

表1 兩組大鼠血清生化檢測(cè)結(jié)果的比較

2.3 兩組大鼠體重、心臟重量、心臟/體重比值、殘余腎重量的比較針對(duì)兩組大鼠6周后體重、心臟重量、心臟/體重比值、殘余腎重進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，兩組術(shù)前體質(zhì)量一致，6周后CKD組體質(zhì)量與control組比較顯著降低，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)；CKD組心臟重量、心臟/體質(zhì)量比值、殘余腎重量與control組比較顯著升高，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)，見表2。

表2 兩組大鼠體重、心臟重量、心臟/體重比值，殘余腎重量的比較

2.4 兩組大鼠超聲心動(dòng)圖結(jié)果比較與control組比較，CKD組室間隔收縮末期厚度(IVSs)、室間隔舒張期厚度(IVSd)均顯著增加,左室后壁厚度顯著增加，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)；左心房內(nèi)徑增大，但左室射血分?jǐn)?shù)無顯著變化，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見圖1。

注：a，IVSd為室間隔收縮末期厚度/mm; b, IVSs為室間隔舒張期厚度/mm; c, LVPWd為左室后壁厚度; d, LVIDd為左室舒張期左室容積; e, LVEF為左室射血分?jǐn)?shù)； f, LAD為左房內(nèi)徑。與control組比較， *P<0.01。

2.5 兩組大鼠心率、血壓結(jié)果的比較血流動(dòng)力學(xué)測(cè)量結(jié)果顯示，5/6腎切除6周后，CKD組心率、收縮壓及舒張壓與control組比較均顯著增加，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)，見表3。

表3 兩組大鼠心率、血壓的比較

2.6 兩組大鼠AERP及房顫誘發(fā)率的比較兩組大鼠心電生理檢查結(jié)果顯示，與control組比較，CKD組心房有效不應(yīng)期顯著縮短，AF誘發(fā)率顯著增加，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)，見表4、圖2。

表4 兩組大鼠AERP、房顫誘發(fā)率的比較

注：control 組burst刺激后為竇性心律；CKD組burst刺激后為AF心律。

3 討論

本研究評(píng)估了5/6腎切除對(duì)大鼠一般情況、腎臟功能的影響。在接受5/6腎切除6周后，大鼠攝食減少，體質(zhì)量增加緩慢，出現(xiàn)高血壓、尿素氮、肌酐增加，殘余腎代償性顯著增大甚至重于對(duì)照組的單側(cè)腎臟，但仍無法代償腎臟的功能，這些是CKD的主要特征。5/6腎切除作為CKD的經(jīng)典模型和已有的研究結(jié)果一致，證明造模成功[13-15]。

CKD患者尿毒癥毒素增加，包括硫酸吲哚酚、p-甲酚、硫酸脂、甲狀旁腺激素、尿酸等。已有的研究顯示，尿毒癥毒素可能通過促進(jìn)心肌細(xì)胞纖維化，誘發(fā)AF[16]。CKD患者常伴有鈣磷紊亂，從而使心肌細(xì)胞的自律性、興奮性及傳導(dǎo)性異常，引起AF。而需要透析的患者，常伴高血鉀、低血鉀都會(huì)引起心肌細(xì)胞自律性和興奮性的改變，誘發(fā)AF的發(fā)生。本研究，雖證實(shí)了CKD大鼠AF誘發(fā)率顯著增加但尚缺乏心肌纖維化的驗(yàn)證。本研究結(jié)果顯示，CKD大鼠心率顯著增快，血壓增高，而這些都是交感神經(jīng)興奮性增高的體現(xiàn)，而心臟超聲結(jié)果顯示，CKD引發(fā)了射血分?jǐn)?shù)保留的心衰以左房，左室內(nèi)徑增大，室間隔及左室后壁增厚為主。心臟重量增加，心臟重量/體重比增大，都從組織學(xué)進(jìn)一步驗(yàn)證了CKD大鼠心臟的變化結(jié)果和心臟超聲結(jié)果一致。CKD的病理生理過程中，交感神經(jīng)興奮，腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)激活已有研究顯示，隨CKD的進(jìn)展，RAAS活性增加，血壓的鈉敏感性增加，血管內(nèi)皮功能失調(diào)及動(dòng)脈僵硬度增加，動(dòng)脈血壓升高。進(jìn)而引起左心負(fù)荷增大，左室肥厚，心房壓增加進(jìn)而心房增大和重塑[17]，進(jìn)而促進(jìn)了AF的發(fā)生。一項(xiàng)納入341 CKD患者的研究顯示在隨訪7.4年間CKD患者心率變異性降低[18]。交感激活是房顫的重要誘發(fā)和維持機(jī)制。腎臟去神經(jīng)支配后，交感神經(jīng)活動(dòng)降低，房顫發(fā)生減少，證明腎交感神經(jīng)活動(dòng)在房顫中的關(guān)鍵作用。CKD患者腎損傷引起的自主神經(jīng)紊亂，主要表現(xiàn)為交感激活、迷走抑制，參與了房顫的發(fā)生發(fā)展。增強(qiáng)的交感神經(jīng)主要通過增加細(xì)胞內(nèi)鈣濃度,增加心臟的自律性和觸發(fā)活動(dòng)[19]。

綜上所述，CKD與房顫有諸多共同危險(xiǎn)因素，如高齡、高血壓、電解質(zhì)紊亂、心力衰竭等[20-22]，同時(shí)合并有共同的病理、生理機(jī)制，如交感神經(jīng)激活[23]、RAAS異常激活、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、組織纖維化及CKD的血液動(dòng)力學(xué)紊亂等,這些機(jī)制相互作用,共同促進(jìn)了房顫的發(fā)生和維持。