希氏-浦肯野系統(tǒng)起搏動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究的現(xiàn)況與展望

胡奕然 金漢 華偉

(1.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 國(guó)家心血管病中心 心血管疾病國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 阜外醫(yī)院心律失常中心，北京100037； 2.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院心臟及大血管病中心，北京 100071； 3.北京大學(xué)第一醫(yī)院心內(nèi)科，北京100034)

希氏-浦肯野(希浦)系統(tǒng)起搏能奪獲心臟固有的傳導(dǎo)系統(tǒng)，保證正常的心室肌電激動(dòng)順序，是目前公認(rèn)最為生理性的起搏方式[1]。最新指南明確了希浦起搏主要包括希氏束起搏(His-bundle pacing，HBP)和左束支起搏(left bundle branch pacing，LBBP)這兩種起搏方式，相比于傳統(tǒng)右心室起搏方式，能獲得更優(yōu)的心室電學(xué)和機(jī)械同步性[2]。近年來(lái)公布的臨床研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，希浦起搏能改善有起搏適應(yīng)證患者的臨床預(yù)后[3-4]。

盡管作為新技術(shù)，希浦系統(tǒng)起搏仍處在起步階段，相關(guān)基礎(chǔ)和臨床研究的證據(jù)仍需不斷夯實(shí)[2]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究是生命科學(xué)研究和發(fā)展重要的基礎(chǔ)和支撐條件，對(duì)深入認(rèn)識(shí)希浦系統(tǒng)起搏，明確起搏治療背后的相關(guān)分子和細(xì)胞學(xué)機(jī)制尤為關(guān)鍵。因此，現(xiàn)就希浦系統(tǒng)解剖學(xué)及電傳導(dǎo)特點(diǎn)，以及希浦起搏動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究的現(xiàn)狀做一綜述。

1 希浦系統(tǒng)解剖及電傳導(dǎo)特點(diǎn)

解剖上看，希氏束分為穿行段和分支段，長(zhǎng)為15～20 mm，起自房室結(jié)遠(yuǎn)端，穿過(guò)中央纖維體后走行在三尖瓣環(huán)室間隔膜部下方，在室間隔肌部上緣分為左、右束支成分[5]。日本學(xué)者通過(guò)對(duì)105例老年人的心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)希氏束的走行大致分為3型：Ⅰ型(46.7%)，最常見(jiàn)，希氏束走行于室間隔膜部下緣，由薄層心肌組織覆蓋，易與周圍心肌組織區(qū)分；Ⅱ型(32.3%)，希氏束與室間隔膜部分離，由較厚的心肌組織覆蓋，難與周圍心肌組織區(qū)分；Ⅲ型(21.0%)，希氏束裸露，走行于心內(nèi)膜下[6]。左束支作為希氏束向下在左心室面發(fā)出的重要傳導(dǎo)束，大多數(shù)情況下以帶狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)于主動(dòng)脈無(wú)冠狀竇和右冠狀竇之間的膜部間隔下方，其主干短粗，隨后分為左前分支及左后分支，走行于室間隔左側(cè)心內(nèi)膜下，呈扇形分布在左心室心內(nèi)膜面形成復(fù)雜的浦肯野纖維網(wǎng)[7]。人和哺乳動(dòng)物在希浦系統(tǒng)解剖和走行方面大致相似(見(jiàn)表1[5-8]和圖1)。從心臟電傳導(dǎo)角度而言，正常房室結(jié)下傳的電激動(dòng)直接激動(dòng)希氏束成分，沿左右束支成分快速下傳，最終到達(dá)心內(nèi)膜下廣泛分布的浦肯野纖維網(wǎng)，保證了左右心室電激動(dòng)的同步性，因此，希浦系統(tǒng)起搏是理論上最為生理性的起搏方式[1，9]。

表1 對(duì)比人和哺乳動(dòng)物的希浦系統(tǒng)解剖及走行特點(diǎn)

注：圖A為1例人尸檢心臟標(biāo)本顯示的左束支及分支[5]，圖B為1例犬心臟的左束支及分支病理染色標(biāo)本[9]，圖C為作者團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室提供的1例利用盧戈氏碘液染色法顯示豬心臟的左束支及分支。Aorta為主動(dòng)脈，R為右冠狀竇，N為無(wú)冠狀竇，LA為左心房，MV為二尖瓣，LBB為左束支，Membranous septum為膜部室間隔，LV為左心室。

2 起搏和電學(xué)參數(shù)研究

自1967年Scherlag等[10]報(bào)道了如何記錄犬希氏束電位的方法學(xué)，HBP一直備受關(guān)注。由于當(dāng)時(shí)理論和實(shí)踐認(rèn)識(shí)上的局限性，加上植入工具有限，早期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)僅限于利用標(biāo)測(cè)導(dǎo)管記錄希氏束電位，并進(jìn)行臨時(shí)起搏以觀察HBP的急性期電學(xué)參數(shù)等情況[11-12]。

隨著技術(shù)的快速發(fā)展和成熟，Amitani等[13]首次開(kāi)展了希氏束區(qū)域植入主動(dòng)起搏導(dǎo)線并完成短期隨訪觀察的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。研究人員選取了6只成年比格犬，利用11 F遞送鞘管塑成J型彎形狀，經(jīng)右頸內(nèi)靜脈途徑送入希氏束區(qū)域，然后借助5 F雙極標(biāo)測(cè)導(dǎo)管尋找到希氏束電位，將主動(dòng)螺旋導(dǎo)線(型號(hào)4068，美國(guó)美敦力公司)成功旋入該指定部位完成犬的HBP。術(shù)中測(cè)得急性期平均起搏閾值為(1.15±0.69)V/0.5 ms，R波感知為(7.28±2.04)mV。隨訪實(shí)驗(yàn)犬2個(gè)月發(fā)現(xiàn)，R波感知保持穩(wěn)定，為(5.63±1.62)mV，但起搏閾值升高至(2.83±1.06)V/0.5 ms。隨后將實(shí)驗(yàn)犬安樂(lè)死后進(jìn)行組織病理學(xué)分析，顯示導(dǎo)線頭端僅有輕微的炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，包括希氏束在內(nèi)的傳導(dǎo)系統(tǒng)均未觀察到明顯的病理學(xué)變化。因此，該動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)了利用主動(dòng)螺旋導(dǎo)線實(shí)施永久性HBP的可行性，并發(fā)現(xiàn)了HBP閾值慢性期升高的特點(diǎn)。

針對(duì)希氏束區(qū)域影像學(xué)不明確以及HBP植入困難等問(wèn)題，Yin等[14]率先嘗試應(yīng)用當(dāng)時(shí)先進(jìn)的心腔內(nèi)超聲心動(dòng)圖(intracardiac echocardiography，ICE)技術(shù)指導(dǎo)犬實(shí)施HBP。研究人員選取了6只成年犬，經(jīng)左頸內(nèi)靜脈途徑送入11 F遞送鞘管作為血管通路，借助ICE(型號(hào)：Acuson Sequoia C256)提供的超聲影像學(xué)信息，將起搏導(dǎo)線送入三尖瓣環(huán)隔葉區(qū)域?qū)嵤〩BP，并完成房室結(jié)消融。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，1只犬完成直接HBP，另外5只犬完成希氏束旁起搏。急性期平均起搏閾值為(3.0±1.0)V/0.5 ms，平均希氏束導(dǎo)線植入時(shí)間為(40±28)min。同時(shí)，研究人員利用ICE直接觀察急性期的血流動(dòng)力學(xué)情況，顯示HBP對(duì)比右心耳起搏在左心室急性期血流動(dòng)力學(xué)方面并無(wú)顯著差異。該動(dòng)物實(shí)驗(yàn)為臨床開(kāi)展ICE指導(dǎo)HBP提供了操作技術(shù)參考及相關(guān)可行性依據(jù)。

由于LBBP植入較HBP更為簡(jiǎn)單，且起搏參數(shù)更為理想，是目前更為關(guān)注的生理性起搏新技術(shù)[15]。為了直接對(duì)比LBBP和HBP的電學(xué)參數(shù)特點(diǎn)，Chen等[16]首次開(kāi)展了LBBP植入的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。對(duì)于3只成年犬，先通過(guò)標(biāo)測(cè)希氏束電位的方法植入HBP導(dǎo)線，然后借助HBP導(dǎo)線作為影像學(xué)標(biāo)識(shí)，利用現(xiàn)有成熟的Select SecureTM系列鞘管(美國(guó)美敦力公司)完成LBBP導(dǎo)線植入。術(shù)中測(cè)試參數(shù)證實(shí)，LBBP的起搏閾值[(0.67±0.15)V/0.4 ms vs (2.30±0.66)V/0.4 ms，P=0.014]和R波感知[(11.33±3.06)mV vs(2.67±0.42)mV，P=0.008]均顯著優(yōu)于HBP。另外，LBBP植入犬的左心室達(dá)峰時(shí)間顯著短于HBP植入犬[(39.67±1.53)ms vs (52.33±3.51)ms，P=0.005]。其次，解剖實(shí)驗(yàn)犬左右心室肌用5%盧戈氏碘液染色法顯示出左束支及其分支結(jié)構(gòu)后，可明確觀察到左束支導(dǎo)線頭端靠近左束支區(qū)域，從解剖病理學(xué)角度進(jìn)一步明確起搏奪獲左束支的證據(jù)。

3 心電生理及電激動(dòng)傳導(dǎo)特點(diǎn)研究

希氏束解剖上主要分為穿行段和分支段，那么起搏不同希氏束部位在心電方面是否有差異，Mattson等[17]開(kāi)展了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)旨在回答上述問(wèn)題。研究人員選取了5只實(shí)驗(yàn)犬，通過(guò)外科手段實(shí)施一種“可視化心臟方法”分離出心臟組織并維持正常的心電活動(dòng)。之后，將4根美敦力3830導(dǎo)線分別植入4個(gè)不同的希氏束區(qū)域：(1)區(qū)域1為冠狀靜脈竇近端；(2)區(qū)域2為前間隔連接處與冠狀靜脈竇之間的中間部位；(3)區(qū)域3為前間隔連接處的近端；(4)區(qū)域4為三尖瓣環(huán)靠近前間隔的心室側(cè)。這4個(gè)區(qū)域囊括了希氏束的近端、穿行段和遠(yuǎn)端部分(圖2)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，區(qū)域1無(wú)法奪獲希氏束。區(qū)域2～4的希氏束奪獲閾值并無(wú)顯著性差異。希氏束近端到遠(yuǎn)端所記錄到的希氏束-心室間期逐漸縮短，且起搏近端能獲得更優(yōu)的起搏QRS波群形態(tài)及相對(duì)更窄的起搏QRS波群時(shí)限。區(qū)域2的選擇性HBP比例最高(80%)，而該比例在區(qū)域3和4分別為25%和50%。最后，對(duì)這4個(gè)區(qū)域進(jìn)行組織病理學(xué)染色發(fā)現(xiàn)，區(qū)域1靠近房室結(jié)，該處絕大部分由纖維束成分構(gòu)成，故起搏該處無(wú)法奪獲傳導(dǎo)系統(tǒng)。而區(qū)域2靠近房室結(jié)遠(yuǎn)端和希氏束近端，故起搏該處能直接奪獲希氏束，且選擇性HBP比例最高。區(qū)域3靠近希氏束遠(yuǎn)端，而區(qū)域4鄰近右束支起始段。綜上，本動(dòng)物實(shí)驗(yàn)揭示了起搏犬不同希氏束區(qū)域與起搏QRS波群形態(tài)之間的關(guān)系，并提示起搏近端希氏束可能獲得更優(yōu)的電激動(dòng)順序。

除了觀察起搏QRS波群形態(tài)及時(shí)限等傳統(tǒng)指標(biāo)評(píng)價(jià)希浦系統(tǒng)起搏的同步性特點(diǎn)，通過(guò)三維電解剖標(biāo)測(cè)技術(shù)能獲得更為準(zhǔn)確的電激動(dòng)順序和傳導(dǎo)時(shí)間。最近，Hirahara等[18]通過(guò)Langendorff技術(shù)分離了7只犬的心臟組織，在高位右心房、希氏束、右心室心尖和左心室游離壁心外膜分別植入起搏導(dǎo)線，利用64極網(wǎng)籃電極和128極襪套電極進(jìn)行犬心內(nèi)外膜高密度標(biāo)測(cè)以對(duì)比竇性心律、HBP、右心室心尖起搏和雙心室起搏的電激動(dòng)順序和傳導(dǎo)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，無(wú)論是選擇性還是非選擇性HBP，在總的激動(dòng)時(shí)間、激動(dòng)順序以及起搏QRS波群時(shí)限方面均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)右心室起搏和雙心室起搏，且與竇性心律相比并無(wú)顯著差異。此外，非選擇性HBP盡管較選擇性HBP有著更寬的起搏QRS波群時(shí)限，但心室整體激動(dòng)順序和時(shí)間對(duì)比，二者并無(wú)顯著性差異。因此，該動(dòng)物實(shí)驗(yàn)從電生理角度進(jìn)一步證實(shí)了HBP能獲得正常的心室電激動(dòng)傳導(dǎo)順序，且優(yōu)于傳統(tǒng)雙心室起搏。此外，Qian等[19]運(yùn)用高密度電解剖標(biāo)測(cè)方法評(píng)估了LBBP的生理性特點(diǎn)。研究者對(duì)于4只實(shí)驗(yàn)豬植入型號(hào)為3830的起搏導(dǎo)線完成LBBP，并利用波士頓科學(xué)公司的64極標(biāo)測(cè)導(dǎo)管分別在竇性心律和LBBP狀態(tài)下完成左心室心內(nèi)膜高密度電激動(dòng)標(biāo)測(cè)。隨后，他們將起搏導(dǎo)線改植入右心室間隔部位，并再次完成標(biāo)測(cè)。結(jié)果顯示，LBBP在左心室整體激動(dòng)時(shí)間方面與竇性心律相比并無(wú)顯著性差異[(109.5±9.9)ms vs (100.3±10.1)ms，P=0.070]，但顯著優(yōu)于傳統(tǒng)右心室間隔部位起搏方式[(109.5±9.9)ms vs (133.0±21.2)ms，P=0.048]。該研究提示，LBBP這項(xiàng)新興的生理性起搏技術(shù)同樣能保證左心室正常的電激動(dòng)和傳導(dǎo)性。

4 左心室收縮順應(yīng)性研究

通過(guò)超聲學(xué)技術(shù)評(píng)價(jià)起搏對(duì)心肌的影響是常用的實(shí)驗(yàn)方法。Zhou等[20]通過(guò)起搏實(shí)驗(yàn)犬心臟的不同部位并觀察相應(yīng)左心室收縮順應(yīng)性特點(diǎn)來(lái)明確最優(yōu)的生理性起搏位點(diǎn)。研究人員選取12只成年犬，通過(guò)右股動(dòng)脈和靜脈途徑送入可控彎電極分別至右心房、希氏束、右心室流出道、右心室心尖處、左心室高位間隔和左心室心尖處，在上述部位至少起搏5 min，每個(gè)部位間隔10 min。同時(shí)，利用超聲二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)收集上述部位起搏后的左心室旋轉(zhuǎn)、左心室扭轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)最高峰時(shí)間、扭轉(zhuǎn)最高峰時(shí)間和扭轉(zhuǎn)同步性指數(shù)等反映左心室收縮順應(yīng)性的指標(biāo)并進(jìn)行對(duì)比。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，相較于起搏前和起搏右心房，起搏希氏束、右心室流出道、右心室心尖處、左心室高位間隔和左心室心尖處均會(huì)顯著降低心尖和心底處的旋轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn)能力，心尖處旋轉(zhuǎn)最高峰時(shí)間、扭轉(zhuǎn)最高峰時(shí)間和扭轉(zhuǎn)同步性指數(shù)值均顯著延長(zhǎng)。然而，起搏希氏束較心室其他部位能獲得相對(duì)更優(yōu)的心底及心尖處心肌旋轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn)的參數(shù)值，并觀察到更高的左心室收縮末期壓力。因此，該動(dòng)物實(shí)驗(yàn)同樣證實(shí)了HBP的生理性，起搏希氏束部位較其他心室部位能獲得更好的左心室機(jī)械順應(yīng)性。

注:圖A為導(dǎo)線植入?yún)^(qū)域1～3位于犬的右心房?jī)?nèi),區(qū)域4位于三類瓣瓣下,圖B～E為通過(guò)Masson染色法在低倍鏡下(1×)觀察起搏導(dǎo)線植入上述四個(gè)部位(箭頭)的組織病理學(xué)特點(diǎn);圖F～I(xiàn)為通過(guò)Mas-son染色法在高倍鏡下(40×)觀察相應(yīng)B～E圖組織切片的黃色框區(qū)域。RA為右心房,RBB為右束支,HB為希氏束,AVN為房室結(jié),Ao為主動(dòng)脈,CS為冠狀竇,IVC為下腔靜脈,LA為左心房,LBB為左束支,LV為左心室,RAA為右心耳,RV為右心室,TV為三尖瓣。

5 小結(jié)與展望

生理性起搏是公認(rèn)的最理想的起搏方式，希浦系統(tǒng)起搏的問(wèn)世激起了心臟起搏領(lǐng)域研究的熱潮[1，8]。就目前而言，所報(bào)道的絕大多數(shù)為臨床研究，而涉及希浦系統(tǒng)起搏的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和基礎(chǔ)研究較為匱乏。盡管國(guó)內(nèi)外學(xué)者在希浦系統(tǒng)起搏動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面已開(kāi)展了關(guān)于起搏電學(xué)參數(shù)、電激動(dòng)和傳導(dǎo)特點(diǎn)以及左心室收縮順應(yīng)性等研究工作，這種新興的起搏方式對(duì)于心室肌細(xì)胞跨膜離子流變化、離子通道及縫隙連接蛋白表達(dá)、心肌能量代謝和細(xì)胞凋亡等方面的影響尚未明確(圖3)。因此，掌握希浦系統(tǒng)的解剖特點(diǎn)，全面了解希浦系統(tǒng)起搏的基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀，并依此合理開(kāi)展希浦系統(tǒng)起搏動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，有望深入認(rèn)識(shí)生理性起搏治療背后的確切分子細(xì)胞學(xué)機(jī)制，為臨床進(jìn)一步優(yōu)化希浦系統(tǒng)起搏植入策略、發(fā)掘新的植入位點(diǎn)以及明確最優(yōu)生理性起搏適應(yīng)證患者提供科學(xué)的理論依據(jù)。