48小時(shí)快速起搏對(duì)老齡犬心房病理性重構(gòu)的影響

麥麥提阿卜杜拉·麥麥提敏 張玲 瓦沙 曹桂秋 曹佳如 湯寶鵬

【摘要】目的?探討48 h快速起搏對(duì)老齡犬心房病理性重構(gòu)的影響。方法?20只純種比格犬根據(jù)年齡及是否行心內(nèi)膜起搏分為成年竇律組、老齡竇律組、成年起搏組和老齡起搏組，模型構(gòu)建成功后行電生理檢查、心臟超聲檢查、心率變異性測(cè)定和透射電鏡檢測(cè)以明確快速起搏誘導(dǎo)的老齡犬心房病理性重構(gòu)。結(jié)果?老齡起搏組的PR間期明顯延長(zhǎng)（P＜0.05），雙側(cè)心房和4條肺靜脈的有效不應(yīng)期顯著縮短（P＜0.05），心房顫動(dòng)（房顫）誘發(fā)率明顯提高（P＜0.05），這些不穩(wěn)定的心房電生理性質(zhì)伴隨左心房擴(kuò)張、左心室收縮末期內(nèi)徑增大（P＜0.05），以及心臟功能下降（P＜0.05）。心率變異性分析顯示相比于年齡增加，快速起搏將增加整體交感神經(jīng)張力（P＜0.05），減小副交感神經(jīng)張力（P＜0.05）。透射電鏡顯示增齡導(dǎo)致心房肌細(xì)胞肌節(jié)拉長(zhǎng)，線粒體膜和嵴形態(tài)明顯改變，老齡和高頻起搏的雙重作用加劇細(xì)胞骨架破壞和線粒體裂解。結(jié)論?快速心房異位活動(dòng)顯著加劇老齡犬心房電重構(gòu)、結(jié)構(gòu)重構(gòu)表征，增加交感神經(jīng)張力，加速心房肌節(jié)破壞和線粒體損傷，促進(jìn)“房顫致房顫”的惡性循環(huán)。

【關(guān)鍵詞】心房顫動(dòng)；老齡；心房重構(gòu)

【DOI】10.16806/j.cnki.issn.1004-3934.2024.02.000

The?Effect Mechanism of 48?hour?Rapid Pacing?on Atrial Pathological Remodeling in Elder Canine

Maimaitimin·Maimaitiabudula1，2，3，ZHANG?Ling1，3，WA Sha 2，CAO Guiqiu2，CAO Jiaru1，3，TANG Baopeng 1，3

（1.Department of Pacing and Electrophysiology，?The First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University，?Urumqi 830054，Xinjiang，China；2.Department of Cardiology，?The First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University，?Urumqi 830054，Xinjiang，China；3.Department of Cardiac Electrophysiology and Remodeling，?The First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University，?Urumqi 830054，Xinjiang，China）

【Abstract】Objective To investigate the effect of 48-hour rapid pacing on the atrial pathological remodeling in the ageing canines. Methods?20 purebred canines were randomized into four groups according to whether receiving the?endocardial atrial pacing or the age exactly as the adult sinus group，?the elder sinus group，?the adult pacing group，?the elder pacing group. The electrophysiological properties，?the cardiac ultrasound，?the heart rate variability?and the transmission electron microscope?were tested after the establishments of atrial fibrillation（AF）?models to figure out the atrial pathological remodeling mediated by rapid pacing.?Results?The PR intervals were enlarged in the elder pacing group，?the bilateral atrial and four pulmonary venous effective refractory period?significantly shortened，?as well as the elevated AF inducibility （P＜0.05）. Such instable electrophysiological parameters were accompanied by the expansive left atrial diameter，the left ventricular systolic diameter?and the decreased ejection fraction（P＜0.05）. From the results of HRV analysis，?we found that rapid pacing can enhance the systemic sympathetic tone and decrease the parasympathetic tone when compared to the ageing groups （P＜0.05）. TEM showed that the myotomes of atrial myocytes are elongated，?and the morphology of mitochondrial membranes and ridges are significantly changed with the increase of age. In addition，?aging combined with rapid pacing could aggravate the cytoskeletal destruction and mitochondrial cleavage under the background of ageing. Conclusion?Rapid ectopic activities could significantly facilitate the “AF begets AF” vicious cycle?by potentially inducing the electrical and structural remodeling in the ageing canines，?increasing the sympathetic tone and accelerating atrial myotome destruction and mitochondrial damage.

【Keywords】Atrial fibrillation；Ageing；Atrial remodeling

心房顫動(dòng)（房顫）是全球最常見心律失常之一，在中國(guó)的發(fā)病率接近2.3%，60歲以上人群患病率可增加4～5倍[1]。老齡房顫人群（年齡≥75）面臨著更高的卒中、死亡風(fēng)險(xiǎn)及更為嚴(yán)峻的綜合管理挑戰(zhàn)[2]。多項(xiàng)研究[3]證實(shí)老齡房顫本身已是患者預(yù)后不良的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，又可與多種病理生理過程如炎癥、自主神經(jīng)系統(tǒng)功能失調(diào)等互為因果，交互影響，加劇臨床不良結(jié)局。自提出“房顫致房顫”理論以來，房顫基質(zhì)便成為心房重構(gòu)、房顫進(jìn)展不可或缺的參與者，包括離子流改變、纖維化、心房炎癥、氧化應(yīng)激等常見的病理生理改變[4]。截至目前，年齡在心房重構(gòu)、房顫進(jìn)展中的病因?qū)W作用仍未得到較好地闡釋，增齡與房顫的交互作用對(duì)心房電生理特性和結(jié)構(gòu)變化的影響仍未知[5]。本研究擬通過快速起搏構(gòu)建老齡和房顫雙重作用的大動(dòng)物模型，并進(jìn)一步研究快速起搏對(duì)老齡條件下心房病理性重構(gòu)的影響。

1?材料與方法

1.1?研究對(duì)象

從新疆醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心購(gòu)買的雄性比格犬作為本研究實(shí)驗(yàn)對(duì)象，經(jīng)新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)后投入使用（批準(zhǔn)號(hào)：IACUC201902-K04），其年齡由專業(yè)獸醫(yī)根據(jù)牙齒、骨骼、毛發(fā)等客觀證據(jù)綜合判定。根據(jù)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物年齡大小及是否行心內(nèi)膜起搏共分為4組，即成年竇律組（年齡1～2歲，n=5）、老齡竇律組（年齡8～9歲，n=5）、成年起搏組（年齡1～2歲，n=5）、老齡起搏組（年齡8～9歲，n=5）。竇律組定義為透視下經(jīng)靜脈途徑行高右心房、右心室及冠狀竇電極植入，但不起搏；起搏組則定義為高右心房心內(nèi)膜起搏48 h。研究嚴(yán)格遵守巴塞爾宣言及美國(guó)國(guó)立研究機(jī)構(gòu)設(shè)立的動(dòng)物管理及護(hù)理指南[6]。

1.2?房顫模型的構(gòu)建及心電圖記錄

所有實(shí)驗(yàn)操作節(jié)點(diǎn)如圖1技術(shù)路線圖所示。房顫模型構(gòu)建前8 h對(duì)每只實(shí)驗(yàn)動(dòng)物禁食、禁水。在麻醉狀態(tài)下進(jìn)行房顫造模，具體過程如下：（1）對(duì)每只比格犬皮下注射1 mL混合麻藥（0.5 mL舒泰50和0.5 mL陸眠寧）進(jìn)行誘導(dǎo)麻醉；（2）使用微量泵持續(xù)泵入3%戊巴比妥鈉（3 mg戊巴比妥鈉溶于100 mL的0.9%生理鹽水中）以進(jìn)行維持麻醉，流速調(diào)整至0.1 mL/12?min；（3）犬仰臥位行氣管插管，使用指夾式血氧探頭監(jiān)測(cè)術(shù)中犬血氧飽和度；（4）行股靜脈處備皮以開放電極插入所需的靜脈入路，選取前肢頭靜脈以插入留置靜脈針，建立術(shù)中補(bǔ)液所需的靜脈通路；（5）使用錦江多導(dǎo)電生理儀記錄麻醉狀態(tài)下的犬心電參數(shù)記錄，應(yīng)用穿刺針穿刺犬股靜脈，送置10極電極入右心房，通過腔內(nèi)電極記錄到的規(guī)整A波判定電極放置位置，并于透視下精確調(diào)整至高右心房位置。選擇S1S1模式（S1S1=100 ms）進(jìn)行連續(xù)的高頻心房刺激以構(gòu)建急性房顫模型，刺激時(shí)長(zhǎng)為48 h。

圖1?技術(shù)路線圖

1.3?心房電生理的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)犬在機(jī)械通氣條件下行左側(cè)開胸術(shù)，充分暴露胸前區(qū)視野后破入心包，使用0號(hào)外科手術(shù)縫合線懸掛心包膜及覆于心臟表面的肺葉制作“心包吊籃”。使用5號(hào)外科手術(shù)縫合線將6個(gè)10極電極分別縫合于4條肺靜脈和左右心房游離壁，使用2倍閾值、脈寬0.5 ms的刺激奪獲各處組織并進(jìn)行心外膜電生理的測(cè)定，測(cè)定參數(shù)包括：左上肺靜脈有效不應(yīng)期（left superior pulmonary vein effective refractory period， LSPVERP）、左下肺靜脈有效不應(yīng)期（left inferior pulmonary vein effective refractory period， LIPVERP）、右上肺靜脈有效不應(yīng)期（right superior pulmonary vein effective refractory period， RSPVERP）、右下肺靜脈有效不應(yīng)期（right inferior pulmonary vein effective refractory period， RIPVERP）、左心房/右心房有效不應(yīng)期（atrial effective period， AERP）和房顫誘發(fā)率。心房有效不應(yīng)期（effective refractory period，ERP）定義為7個(gè)S1刺激后遞減的S2刺激不能奪獲心房的最大刺激間期（S1S1=350?ms）[7]。房顫誘發(fā)率定義為50?ms間期S1S1刺激誘發(fā)10 s條件下的房顫累計(jì)誘發(fā)率，每只實(shí)驗(yàn)動(dòng)物測(cè)定6次。若房顫發(fā)作持續(xù)時(shí)間超過15 min，則進(jìn)行人工復(fù)律。

1.4?心臟超聲評(píng)價(jià)

參考團(tuán)隊(duì)既往工作[8]，一位有經(jīng)驗(yàn)的超聲醫(yī)師通過經(jīng)胸多普勒彩色超聲成像系統(tǒng)對(duì)麻醉狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)犬進(jìn)行心臟結(jié)構(gòu)及功能評(píng)價(jià)，選擇3.5 MHz探頭在標(biāo)準(zhǔn)的心臟四腔切面進(jìn)行測(cè)量，選取4個(gè)心動(dòng)周期進(jìn)行測(cè)量并去平均值，測(cè)量指標(biāo)包括：左心房?jī)?nèi)徑、右心房?jī)?nèi)徑、左心室收縮末期內(nèi)徑、左心室舒張末期內(nèi)徑、左心室射血分?jǐn)?shù)、左心室短軸縮短率。

1.5?自主神經(jīng)張力評(píng)價(jià)

應(yīng)用Powerlab生理記錄儀對(duì)所有實(shí)驗(yàn)犬進(jìn)行時(shí)長(zhǎng)10 min的靜息心率評(píng)價(jià)。心率變異性（heart rate variability，HRV）的評(píng)價(jià)選擇頻域性分析方法，應(yīng)用Labchart分析軟件自動(dòng)分析低頻（LF，0.04～0.15 Hz），高頻（HF，0.15～0.45 Hz）、低頻/高頻以及RR間期變異度（standard diviation of NN intervals，SDNN）等數(shù)據(jù)。

1.6?統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 26.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行描述，不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用中位數(shù)進(jìn)行描述。符合正態(tài)分布的4組間計(jì)數(shù)資料比較選用單因素方差分析，事后檢驗(yàn)選擇Bonferroni校正；不符合正態(tài)分布的4組間計(jì)數(shù)資料比較選用K個(gè)獨(dú)立樣本的非參數(shù)檢驗(yàn)。4組間無序分類資料如房顫誘發(fā)率采用Fisher確切概率法進(jìn)行比較。統(tǒng)計(jì)學(xué)差異被定義為P＜0.05。

2?結(jié)果

2.1不同組間心房電重構(gòu)的比較

如表1所示，靜息狀態(tài)下，4組竇性心律、P波時(shí)限及QRS時(shí)限無顯著差異；與成年竇律組相比，僅老齡竇律組校正的QTc間期有所延長(zhǎng)（P＜0.05）。老齡竇律組PR間期顯著長(zhǎng)于成年竇律組，PR間期在成年起搏組和老齡起搏組中進(jìn)一步增加（P＜0.05）。

為評(píng)價(jià)老齡和房顫雙重作用對(duì)于心房電生理特性的影響，研究者予以6個(gè)不同位置的心外膜電生理測(cè)定進(jìn)行評(píng)價(jià)。如圖2所示，成年竇律組的左心房及右心房心外膜ERP最長(zhǎng)，伴隨增齡或起搏誘導(dǎo)的作用，雙心房ERP縮短，在老齡背景下的快速起搏誘導(dǎo)LAERP和RAEPR進(jìn)一步縮短（P＜0.05）。

相比于右側(cè)肺靜脈ERP在4組中的變化，隨年齡增加或高頻起搏的作用，LSPVERP和LIPVERP顯著縮短，老齡起搏組中的LSPVERP和LIPVERP間期最短（P＜0.05）。當(dāng)高頻起搏聯(lián)合年齡因素共同作用時(shí)，RIPVERP較成年竇律組和老齡竇律組顯著下降（P＜0.05）。此外，RSPVERP僅在老齡起搏組中縮短（P＜0.05），在其余3組中均無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。同心房ERP趨勢(shì)一致，房顫誘發(fā)率在年齡和起搏交互作用下逐漸升高，其中老齡起搏組誘發(fā)率最高（P＜0.05）。

2.2?不同組間心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)的比較

如表2所示，本研究通過心臟超聲評(píng)估4組的心臟結(jié)構(gòu)變化，其中左心房在4組間變化差異最顯著，體現(xiàn)在相比于竇律兩組，成年起搏組和老齡起搏組左心房?jī)?nèi)徑明顯增大，老齡起搏組左心房最大（P＜0.05），而右心房?jī)?nèi)徑在4組間均無差異。對(duì)于心室結(jié)構(gòu)而言，左室收縮末期內(nèi)徑、射血分?jǐn)?shù)以及短軸縮短率僅在老齡起搏組增加（P＜0.05），在其他組的變化未達(dá)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，且左室舒張末期內(nèi)徑在各組間均無變化（P＞0.05）。

2.3?不同組間自主神經(jīng)張力的比較

如圖3所示，反映交感神經(jīng)優(yōu)勢(shì)的LF在4組中存在差異，與成年竇律組或老齡竇律組相比，成年起搏組LF增大，老齡起搏組LF高于成年起搏組（P＜0.05）。代表副交感神經(jīng)優(yōu)勢(shì)的HF在各組間也存在一定的差異，與成年竇律組相比，成年起搏組HF顯著下降，老齡起搏組中HF最低，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。LF/HF是反映交感神經(jīng)張力的一項(xiàng)指標(biāo)，本研究中LF/HF僅在老齡起搏組中增高，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。SDNN作為反映迷走張力的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其在各組中變化趨勢(shì)與HF類似，即相比于成年竇律組和老齡竇律組，成年起搏組和老齡起搏組SDNN顯著下降（P＜0.05）。

2.4?不同組間心房超微結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)

如圖4所示，電鏡低倍鏡的結(jié)果顯示從成年竇律組至老齡起搏組心肌細(xì)胞肌節(jié)長(zhǎng)度持續(xù)延長(zhǎng)，線粒體數(shù)量減少、形態(tài)紊亂。從高倍鏡視圖可見，與成年竇律組相比，老齡竇律組和成年起搏組均出現(xiàn)線粒體嵴紊亂和膜融合，在成年起搏組可見多個(gè)線粒體空泡化以及線粒體自噬小體，而老齡起搏組則出現(xiàn)肌纖維疏松、破損、斷裂、片段化，廣泛的線粒體空泡化、嚴(yán)重的線粒體膜損傷和線粒體解體，與結(jié)構(gòu)水平上的心房擴(kuò)張以及心臟功能下降保持一致，提示著老齡和起搏的雙重作用下心房超微結(jié)構(gòu)重塑進(jìn)一步加劇。

3?討論

臨床上常無法解釋為什么部分患者可在數(shù)十年始終處于陣發(fā)性發(fā)顫狀態(tài)，而具有類似特征的另一部分患者會(huì)在幾個(gè)月內(nèi)會(huì)進(jìn)展為持續(xù)性房顫，房顫基質(zhì)的嚴(yán)重程度可能決定著房顫的嚴(yán)重程度[9]。作為房顫最重要的危險(xiǎn)因素，老齡與房顫的進(jìn)展、負(fù)荷和預(yù)后關(guān)系密切，老齡背景下伴隨與衰老的因果關(guān)聯(lián)。越來越多的證據(jù)表明衰老是老齡房顫的重要特征之一[10]，例如衰老觸發(fā)了房顫的諸多易感介質(zhì)如氧化應(yīng)激反應(yīng)、活性氧產(chǎn)生、端?？s短以及線粒體破壞等[11-12]。且房顫患者的蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果顯示衰老相關(guān)生物標(biāo)志物明顯上升[13]，這些前后呼應(yīng)的證據(jù)提示著老齡狀態(tài)下存在一種特殊心房基質(zhì)以易于房顫的觸發(fā)和維持。根據(jù)“房顫致房顫”的理論依據(jù)，心房起搏時(shí)長(zhǎng)決定著房顫維持時(shí)限[14]，故快速起搏很可能在老齡心房基質(zhì)上加劇更嚴(yán)重的心房病理性重構(gòu)和“房顫致房顫”效應(yīng)。

本研究中，老齡竇律組的PR間期較成年竇律組已有延長(zhǎng)，48 h快速心房起搏進(jìn)一步促進(jìn)PR間期的延長(zhǎng)，這種心電參數(shù)的變化可能對(duì)應(yīng)著心臟結(jié)構(gòu)的變化。在本研究的心臟超聲檢查結(jié)果中，無論是左心房?jī)?nèi)徑、左心室收縮末期內(nèi)徑、射血分?jǐn)?shù)和短軸縮短率均在老齡起搏組中顯著下降，而單純老齡犬中并未出現(xiàn)明顯的心臟結(jié)構(gòu)變化，與既往房顫患者中的觀測(cè)結(jié)果保持一致[15]?？紤]到起搏時(shí)長(zhǎng)僅為48 h，本研究中并未進(jìn)行造模前后心臟結(jié)構(gòu)參數(shù)的比較，且未綜合考慮左心房各個(gè)方向的擴(kuò)大，未采用左心房容積指數(shù)等更為全面的心臟超聲評(píng)估指標(biāo)，因而無法確認(rèn)急性起搏與增齡交互作用下的心房結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)急性期變化。本研究電生理結(jié)果顯示成年起搏犬的異位電活動(dòng)更可能來自于心房和左側(cè)肺靜脈，但老齡和起搏雙重作用的條件下心房和4條肺靜脈ERP顯著縮短，房顫誘發(fā)率相比于其余3組更高。Kirschner Peretz等[16]的一項(xiàng)最新研究揭示年齡相關(guān)的心臟自發(fā)搏動(dòng)和異位活動(dòng)可能與內(nèi)源性cAMP信號(hào)驅(qū)動(dòng)的心房ATP供需失衡有關(guān)，即老齡條件下的心房?jī)A向于ATP供不應(yīng)求的狀態(tài)。本研究的電鏡結(jié)果顯示老齡起搏組相比于老齡竇律組，心房肌細(xì)胞內(nèi)線粒體出現(xiàn)廣泛的破裂和解體，快速起搏所介導(dǎo)的線粒體破壞過度和線粒體功能失調(diào)可能會(huì)增加老齡心房?jī)?nèi)觸發(fā)灶和異位活動(dòng)出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，本研究利用頻域分析的方法首次描記了快速起搏加速老齡狀態(tài)下的犬自主張力失衡，老齡犬在接受48 h快速起搏后出現(xiàn)以交感神經(jīng)張力增高，副交感神經(jīng)張力降低為主的異常神經(jīng)調(diào)控模式，這種異常的自主神經(jīng)張力模式進(jìn)一步加劇老齡和起搏雙重作用下的心房重構(gòu)和房顫易損性[14]。

本研究通過在老齡犬中行48 h快速起搏以模擬老齡房顫發(fā)作的狀態(tài)，揭示了短程持續(xù)的高頻心房刺激會(huì)在老齡心房重構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加劇心房擴(kuò)張、增加左心房及肺靜脈來源的異位活動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，加速心肌細(xì)胞骨架崩解和線粒體損毀，加劇“房顫致房顫”的惡性病理反饋環(huán)。這些初步的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果提示，應(yīng)重視老齡人群中短陣房性心律失常對(duì)遠(yuǎn)期房顫的潛在促發(fā)作用，針對(duì)性采取措施以預(yù)防老齡房顫的發(fā)生發(fā)展。

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收稿日期：2023-06-19