高頻起搏犬房顫模型心房重塑及竇房結和房室結功能的變化*

劉麗娟，姚鳳娟，彭龍云，李嘉翔，盧貴華，勞妙嬋，陳宣蘭，吳素華△，高修仁△

心房纖顫(atrial fibrillation，AF;簡稱房顫)的發生率隨著年齡的增長而增大，50歲人群患病率0.5%，80歲的人群患病率接近10%［1］。目前我國正處人口老齡化的時期，AF將成為危害人類健康與生命安全的重要疾病之一。Wijffels等［2］發現AF一旦發生便可促進自身維持，心房纖維化等結構重塑可導致AF維持，這在轉基因TX鼠(MHC-TGFcys33ser transgenic mice)已經得到證實［3］。竇房結(sinoatrial node，SAN)和房室結 (atrioventricular node，AVN)對于心率以及房顫時心室率的控制至關重要。AF不僅伴隨著顯著的心房電生理和結構的重塑［4］，且經常并發病態竇房結綜合征［5-6］。臨床上竇房結疾病也較易伴隨AF發生，即所謂的“慢-快綜合征”。長期的AF患者心室率有逐漸減慢的趨勢［7］，動物實驗也證實陣發性AF早期階段心室率往往偏快，當AF持續后心室率趨于減慢［8］。雙側的頸迷走刺激可導致竇房結和房室結功能異常［9］。來自人類的數據顯示［5，10-11］，AF 成功射頻消融后竇房結功能顯著改善［6］，部分快-慢綜合征射頻消融治療后可免于人工心臟起搏器安裝。房顫以及持續、快速心房頻率對竇房結及房室結功能的影響程度如何值得探討。然而目前尚缺乏高頻起搏誘發房顫發生并影響竇房結和房室結功能的相關電生理研究。

材料和方法

1 動物

健康比格犬15只，分成起搏組(P組，n=9)和對照組(N組，n=6)，月齡10～15個月，體重12～16 kg。2組雌雄比例、體重等均無顯著差異。犬只購于高要市康達動物科技有限公司，飼養于中山大學醫學部動物實驗中心，所有動物均按照美國國立衛生研究院制定的實驗動物護理及使用指南給予人性化管理，所有研究過程均通過中山大學醫學部動物實驗管理委員會準入批準。

2 動物模型制備

采用戊巴比妥鈉(30 mg/kg)腹腔麻醉后，耳緣靜脈滴入青霉素1.6×106U。以后根據動物的反應(呼吸、瞼膜反射等)每15～40 min靜脈追加戊巴比妥鈉60～90 mg。氣管插管接呼吸機，通氣量4.2 L/min，潮氣量 0.3 L/min，頻率 16 min－1。四肢連接心電圖機，手術過程心電監測。實驗犬取右側臥位，胸部、頸部皮膚備皮消毒。選擇左胸第5肋間，作長約5 cm橫向切口，逐層分離皮膚、皮下組織、肌肉、肋間外肌、肋間內肌、胸膜壁層、胸膜臟層、打開心包，制作心包吊床暴露左心耳，將起搏導線縫合于左心耳根部心外膜處，用調搏儀調定到能滿意起搏后，固定心外膜起搏導線。檢查心包、胸腔沒有出血，逐層關閉到胸壁，胸腔抽氣后再縫合皮下組織、皮膚。在頸部做一4 cm×3 cm囊袋，將實驗用埋藏式高頻率心臟起搏器(中科院提供，起搏方式 AOO，起搏頻率400 min－1)植入囊袋。將心臟起搏電極尾端經皮下隧道與埋藏式高頻心臟起搏器相連。假手術對照組采用相同方法縫合起搏電極，而電極不與脈沖發生器相連。術后給予慶大霉素3 d，爾后予以連續起搏4周，起搏模式AOO(固定頻率心房起搏)，脈沖頻率400 min－1。心電圖檢測實驗犬為2∶1下傳，心室率200 min－1。

3 體表心電圖

術前及術后第1、7、14、21、28 d 分別描記 1 次心電圖，心電圖胸前導聯可置于家兔背部，遠離起搏器并盡量與脈沖發生方向垂直，以避免起搏信號的干擾。心電圖記錄對照組和房顫組起搏前后的起搏狀態，并用磁鐵控制起搏器脈沖的發放，觀察有無自發性房顫的形成。測量Ⅱ導聯的3個心動周期P波時限，取均值作為反映房內傳導時間的指標。

4 電生理檢查

所有比格犬均在植入起搏器前及起搏4周后行電生理檢查，使用DF-5A型心臟電生理程控刺激儀(蘇州東方電子儀器廠)測量房室結不應期(atrioventricular node effective refractory period，AVERP)、心房有效不應期(atrial effective refractory period，AERP)、竇房結恢復時間(sinus node recovery time，SNRT)和校正的竇房結恢復時間(corrected SNRT，cSNRT)。AERP分別以3個基本周期(S1=350、300和250 ms)在竇性心律下進行測量，S2從200 ms開始以10 ms遞減反向掃描刺激法，8個S1刺激后引入1個S2刺激，刺激延遲1 s。AERP被定義為不能引起心房激動的最長S1S2間期。AVERP被定義為不能引起心室激動的最長S1S2間期。電刺激輸出設為舒張期閾值的2倍。重復相同的S1S2刺激各3次。若起搏犬發生陣發性AF，則待其恢復竇性心律時測量。測定過程發生AF則終止AF后再測定。AF終止利用心臟電生理刺激儀給予早搏刺激或超速起搏抑制方法復律，也可用鉗夾心房等方法予以復律。

SAN功能測定［9］:通過左心房電極給予快速遞增的起搏周期(200、250、300和350 ms)刺激心房測量SNRT和cSNRT來評估。SNRT測定采用程序刺激的 S1S1，基本周期(S1=350、300、250 和200 ms)，輸出脈寬2 ms，刺激強度為2倍舒張期閾值。起搏刺激持續2 min然后短暫停頓并與下一次起搏間隔2 min。SNRT定義為最后的心房起搏波到自發的竇性搏動的時間。cSNRT測定定義為SNRT減去平均竇性周期長度。AVN功能通過測量以下參數評估:(1)出現文氏房室傳導阻滯的起搏周期長度(以10 ms步長遞增的起搏);(2)S1S2刺激后不能引起心室激動的最長S1S2間期。

5 心房顫動的誘發和持續時間

以停止起搏器輸出后自發出現AF超過5 s，定義為自發性AF。若未出現自發性AF，給予程序刺激(S1S2)或Burst刺激誘發AF。Burst刺激使用基礎刺激周長為100 ms，刺激強度為2倍舒張期閾值的猝發刺激，連續刺激30 s，重復3次。程序刺激誘發大于15 min的不規則心房重復反應定義為持續性AF，AF持續時間＜15 min并且能夠自行終止者為非持續性或陣發性AF［12］。通過程序刺激或Burst刺激成功誘發持續性AF的犬數量與該實驗組完成的實驗犬程序刺激或Burst刺激次數的比值定義為持續性AF的誘發率。

6 心臟超聲檢查

起搏前、起搏2周和起搏4周，超聲評價左右心房直徑和左心室收縮功能。實驗犬予30 mg/kg戊巴比妥鈉腹腔麻醉后，用Vivid 7 Dimension彩色多普勒超聲診斷儀(美國通用電氣公司)7S探頭測量以下指標:主動脈內徑(aorta dimension，AO)、左房前后徑(left atrial anteroposterior diameter，LAap)、左房上下徑(left atrium superoinferior diameter，LAsi)、左房左右徑(left atrial left-right diameter，LAlr)、右房上下徑(right atrium superoinferior diameter，RAsi)、右房左右徑(right atrial left-right diameter，RAlr)、左室舒張末內徑(left ventricular end-diastolic diameter，LVEDD)、右室舒張末內徑(right ventricular end-diastolic diameter，RVEDD)、肺動脈內徑(pulmonary artery diameter，PAD)和射血分數(ejection fraction，EF)。

7 統計學處理

采用SPSS 19.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差(mean±SD)表示，兩組間的均數比較用t檢驗，實驗組內前后比較采用配對t檢驗。率的比較采用卡方檢驗。以P＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

1 起搏后心電生理的改變

1.1 對心房傳導的影響 P組和N組在起搏4周后P波時限分別為(42.00±4.24)ms和(38.50±3.21)ms，PA間期分別為(116.66±20.00)ms和(101.66±16.02)ms，組間比較均無顯著差異(P＞0.05)，見表1。

表1 P波時限和PA間期的改變Table 1.The changes of P-wave duration and PA interval(ms.Mean±SD)

1.2 起搏刺激對AERP的影響 起搏4周后在基本起搏周期(250 ms、300 ms和350 ms)時的AERP分別為(134.46±21.30)ms(P＜0.05 vs group N)、(126.66±10.00)ms(P＜0.01 vs group N)和(132.44±21.54)ms(P＜0.05 vs group N)。P組在起搏4周后AERP在不同起搏周期較N組均有縮短，見圖1。

1.3 起搏刺激對SNRT和cSNRT的影響 P組4周后在 S1S1 250 min－1、300 min－1和 350 min－1時SNRT均有延長，分別是(495.56±103.33)ms、(476.66±60.00)ms和(451.11±41.37)ms;在S1S1 350 min－1時SNRT延長更明顯，與對照組比較有顯著差異(P＜0.05)，與起搏前比較有顯著差異(P ＜0.01)。4周后 CSNRT在 S1S1 200 min－1、250 min－1、300 min－1和 350 min－1均有延長，分別是(116.67 ±12.24)ms、(117.78 ±12.28)ms、(114.33±9.63)ms和(115.44±8.24)ms，但是 S1S1 350 min－1時更明顯，與對照組以及起搏前比較均有顯著差異(P＜0.01)，見圖2。

Figure 1.The changes of atrial effective refractory period(AERP)at different pacing cycle lengths(PCL).Mean± SD.＊＊P ＜ 0.01 vs before pacing(0 week);#P ＜0.05，##P＜0.01 vs group N.圖1 不同起搏周期下心房有效不應期的改變

Figure 2.The changes of sinoatrial node recovery time(SNRT)and corrected sinus node recovery time(cSNRT).*P ＜0.05，＊＊P ＜0.01 vs before pacing(0 week);#P＜0.05，##P＜0.01 vs group N.圖2 不同起搏周期下竇房結恢復時間和校正恢復時間的改變

1.4 起搏對房室結文氏點和AVERP的影響 與對照組比較，P組4周后房室結文氏點延長［由(328.33 ±24.01)min－1至(294.44 ±26.03)min－1，P＜0.01);4周后在起博周期250 ms、300 ms和350 ms時對照組 AVERP分別為(166.66±5.16)ms、(156.66±8.16)ms和(160.00±0.00)ms，起搏組分別為(181.11±6.01)ms、(171.11±7.82)ms和(167.78±4.41)ms，與對照組比較均表現為延長，有顯著差異(P＜0.01)，見表2和圖3。

表2 房室結文氏點的改變Table 2.The changes of atrioventricular nodal Wenckebach point(min－1.Mean ± SD)

Figure 3.The changes of atrioventricular node effective refractory period(AVERP)at different PCL.Meam ±SD.＊＊P ＜0.01 vs before pacing(0 week);##P ＜0.01 vs group N.圖3 起搏前后不同起搏周長房室結不應期的改變

1.5 S1S2和Burst刺激對房顫誘發情況的影響 4周后起搏組9只犬給予不同周期S1S2刺激36例次，共誘發11例次陣發性AF，對照組6只犬給予S1S2刺激24例次，共誘發1例次陣發性AF，2組比較有統計學差異(P＜0.05);起搏組Burst刺激27例次，共誘發15例次陣發性AF，12例次持續性AF，對照組Burst刺激18例次，共誘發6例次陣發性AF，0例次持續性AF。起搏組4周后S1S2刺激誘發的陣發性AF和Burst刺激誘發的持續性AF與對照組比較均有顯著差異(P＜0.05，P＜0.01);起搏組第2周2只犬發生自發性AF，4周后持續性AF的發生率高，總的AF誘發率達100%，見表3。

表3 起搏后房顫的誘發情況Table 3.Incidence rates of atrial fibrillation after pacing

1.6 起搏心電圖和房顫心電圖 Burst 600 min－1誘發的比格犬呈持續性AF心電圖(走紙速度50 mm/s)，P波消失，代之以f波，RR間期絕對不等，心室率500 min－1，見圖4:高頻起搏時的心電圖見圖5，起搏頻率 400 min－1，2∶1 下傳，心室率 200 min－1。

Figure 4.Cardiogram of permanent AF at Burst 600 min－1(50 mm/s).圖4 Burst 600 min－1條件下誘發的持續性心電圖

Figure 5.Cardiogram of high-rate pacing of atrium(50 mm/s).圖5 心房起搏心電圖

2 起搏后心臟超聲的改變

P組2周后心臟超聲顯示左心房前后和上下、左右徑都有明顯增大，分別為(24.56±3.68)mm(P＜0.05)、(27.33±2.87)mm(P＜0.01)和(28.22±3.90)mm(P＜0.05)，右心房上下徑增大(23.44±1.67)mm(P＜0.05)，見圖6。2組左心室大小沒有統計學意義的改變(數據未提供)。

討 論

AF電學機制與解剖機制一直是研究的熱門課題［12-13］。穩定的實驗動物模型是深入研究AF電生理基礎。本研究通過犬開胸手術置左心房心外膜電極，以400 min－1電脈沖持續起搏左房4周，建立穩定的AF模型，本研究的主要發現有:(1)4周后起搏組陣發性AF和持續性AF的誘發率與對照組比較均有統計學差異(分別P＜0.05，P＜0.01)，第4周AF誘發率達100%。(2)起搏組4周后ERPA在不同基本起搏周期(250 ms、300 ms和350 ms)時均較對照組縮短(P＜0.05);房室結文氏點較對照組顯著延長(P＜0.05);起搏組2周后心臟超聲顯示左心房各徑線明顯增大(P＜0.01)，右心房上下徑增大(P＜0.05)。(3)起搏4周后SNRT和cSNRT均延長(P＜0.01)。

Figure 6.The changes of the echocardiography of atrium.LAap:left atrial anteroposterior diameter;LAsi:left atrium superoinferior diameter;LAlr:left atrial left-right diameter;RAsi:right atrium superoinferior diameter;RAlr:right atrial left-right diameter.Mean±SD.*P＜0.05 vs before pacing(0 week);#P＜0.05，##P＜0.01 vs group N.圖6 起搏后心房的超聲改變

業已證明，AERP縮短是AF發生與維持的主要電生理基礎之一，本研究經高頻心房起搏4周后出現的AERP縮短與AF的基本電生理異常相吻合，提示高頻持續電起搏所引起的心房電重塑主要表現為AERP縮短，傾向于AF的發生。基礎研究證明，超快延遲整流鉀電流(IKur)的激活使得AERP縮短，有助AF的發生，目前，IKur阻斷劑治療AF正在進行3期臨床研究中［14］。至于高頻持續刺激引起的這種電重塑后的電學上的變化在AF發生中所占比重有多大仍屬未知，因為我們的研究還發現起搏一段時間后顯示左心房各徑線的增大和右心房上下徑的增大這一事實，這是解剖重塑的結果。臨床上，心房的擴大是AF發生、發展、維持的獨立危險因素。在快速心率的介導下，到底心房肌的ERP縮短與心房的擴大孰先孰后、孰輕孰重仍是未來研究的課題。

生理狀況下AVN具有遞減性傳導的特性，是AVN頻率濾過作用的電生理基礎，病理情況下也是AVN傳導功能降低的重要指標之一。人類AF發作時心房率高達300～600 min－1，如果所有心房激動都下傳至心室會導致室顫乃至猝死。由于有AVN遞減傳導功能，多數的心房激動被AVN阻滯從而限制了過快心室率的發生。臨床上，AVN是控制AF心室率的靶點，包括藥物治療和射頻消融［15］。這些室率控制方法的目的是使更多的心房沖動被AVN阻滯，確保心室率減慢［15］。Zhang 等［8］報道了長期AF后AVN電重塑并出現心室率自發降低這一現象。我們的研究結果提示持續快速心房起搏引起了AVN電重塑，表現為AVN文氏點不應期和房室結有效不應期延長。有證據表明持續快速心房刺激后AVN周圍纖維化和脂肪浸潤增加。研究［16］證實G蛋白偶聯的受體在調節心臟的自動節律性方面起重要作用，自主神經系統通過G蛋白偶聯的受體對心臟的自動節律調節有強大的作用，這些受體包括β腎上腺素能受體和毒蕈堿受體，而這些受體都位于特殊的心臟傳導系統如SAN和AVN。快速心房起搏是否通過G蛋白偶聯的受體介導SAN和AVN的重塑有待進一步研究。

實踐中，常常可觀察到快速型AF終止后出現的緩慢竇性心律或交界性逸搏心律甚至出現暈厥癥狀，臨床上稱“心動過速-心動過緩綜合征”，經AF射頻消融后緩慢心律失常不再發生。研究證明AF是導致心動過速-心動過緩綜合癥患者SAN功能障礙的原因之一［17］。然而具體機制尚不清楚。本研究犬起搏4周后SNRT和cSNRT均較對照組延長(P＜0.01)。既往的動物實驗和臨床實驗數據均證實持續的AF將導致SAN重塑［18-20］，表現為竇房結恢復時間延長。Elvan等［19］在慢性起搏誘導的狗AF模型中，最初認識到房性心律失常可能會導致SAN功能障礙。Hadian等［20］證實短時間的快速心房起搏(10～15 min)也可導致SAN重塑。狗持續的快速心房起搏(＞2 weeks)和慢性AF出現SAN功能紊亂，表現為竇房結恢復時間延長和固有心率降低［19］。AF患者給予射頻消融后SAN功能可以得到改善，提示心動過速誘導 SAN重塑［21］。快速起搏導致的SAN、AVN功能異常在給予神經節消融后功能恢復［9］。雖然導致SAN功能不全及室上性心律失常之間關聯的機制尚未完全闡明，有研究發現AF患者SAN病變的進展與心動過緩時不應期異質性有關［22］。可能與SAN、AVN周圍組織傳導阻滯有關，陣發性AF可能抑制SAN功能造成長期竇性暫停。因此臨床上應認識到此現象是部分可逆的，通過AF消融治療可以避免心臟起搏器植入術［21］。

深入研究發現AF終止后SAN和AVN電生理特性可逐漸恢復至正常，但心房的收縮功能卻沒有恢復，提示在AF中，除了電重塑外，心房發生了結構重塑［23-25］，表現為肌溶解、心肌死亡、心房纖維化和心房的擴大。目前已經證實AF與左心房擴大相關，左心房的擴大可能是AF持續的結果，同時左心房擴大導致或者部分導致AF發生或者維持。因為心房擴大可能增加AF時心房對藥物或者電轉復的不應性，以及血栓形成的風險。心房間質纖維化是心房的結構重構的一個共同特點。早期的干預心房擴大即使對于無癥狀AF都被認為是有價值的治療策略。

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