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慢性房颤患者心肌瞬时外向钾通道电流密度变化

2009-02-19李忠稳孔德虎柯道平曾晓荣

中国实用医药 2009年3期
关键词:心房颤动

李忠稳 陈 丽 孔德虎 柯道平 杨 艳 曾晓荣

【摘要】 目的 旨在研究慢性房颤患者心房肌瞬时外向钾通道电流的变化,为房颤机制的阐明提供更多的实验依据。方法 心房肌标本取材于体外循环手术患者右心耳。采用全细胞膜片钳技术研究心房肌瞬时外向钾通道电流密度的变化。结果 慢性心房颤动患者心房肌瞬时外向钾通道电流密度降低,在测试电位-20 mV以上各电位水平时均有显著性差异(n=16,P<0.05)。结论 慢性房颤时瞬时外向钾电流密度降低对房颤的电重构起一定的作用。

【关键词】瞬时外向钾通道;膜片钳;人体心房肌细胞;心房颤动

心房颤动是一种常见的慢性心律失常,60岁以上人群中的发病率为2%~4%,随着人口的老龄化,心房颤动变得更加常见[1]。心房有效不应期的缩短[2-4]和折返环的存在[5-7]在心房颤动中起重要作用。瞬时外向钾通道电流(Ito)是复极早期的主要电流,对于动作电位的形态和调节非常重要,对动作电位时程和有效不应期的改变起重要作用。

本文旨在研究慢性房颤患者心房肌Ito的变化,为阐明心房颤动的机制提供更多的实验依据。

1 资料与方法

1.1 实验对象 随机分为两组:慢性心房颤动组(AF组)和窦性心律组(SR组),AF组6例,SR组10例,患者均来自三级医院,通过χ2检验比较性别、年龄、房颤持续时间、心功能、心脏各腔室直径两组间无显著差异。

1.2 心肌细胞的分离 心肌标本取材于体外循环手术时患者的右心耳,质量50~100 mg。标本采用无钙离子、100%氧饱和的心肌麻痹液保存送往实验室。心肌麻痹液含有(mM):KH2PO450,MgSO48,Adenosine 5,HEPES 10,Glucose 140,Mannitol 100,Taurine 10(pH 7.4)。标本切成小块后用EGTA液清洗脱Ca2+。EGTA液含有(mM):NaCl 137,KH2PO45,MgSO41,Glucose 10,HEPES 5,Taurine 10,EGTA 0.1(pH 7.4)。然后将标本放入含有150 U/ml胶原酶(V型,Sigma)、12.6 U/ml蛋白酶(XXIV型,Sigma)和1 mg/ml 白蛋白(Sigma)的EIM液中,维持35℃,持续冲以100%氧气,消化一段时间。EIM液含有(mM):NaCl 137,KH2PO45,MgSO41,Glucose 10,HEPES 5,Taurine 10(pH 7.4)。之后用不含酶的EIM液洗1 min,去掉上清液,再用只含胶原酶的EIM液消化,直到镜检出现杆状的细胞为止。细胞用KB液保存备用。KB液含有(mM):KCl 20,KH2PO410,Glucose 25,Mannitol 5,Albumin 1,L-Glutamic acid 70,β-hydroxybutyrate 10,Taurine 10,EGTA 10,(pH7.4)。

1.3 Ito记录 选用静止、杆状、横纹清楚的细胞,采用全细胞电压钳制技术记录Ito。玻璃微电极尖端电阻2~4 MΩ。电极内液含有(mM):KCl 20,K-aspartate 110,MgCl21,HEPES 10,EGTA 5,Phosphocreatine 5(pH7.2)。细胞浴液含有(mM):NaCl 136,KCl5.4,CaCL22,MgCl21,NaH2PO40.33,HEPES 5,Glucose 10,CoCl23。电极连接于膜片钳放大器(Axopatch 200B,Axon Instruments),数据通过数模转换器(Digidata 1200,Axon Instruments)连于计算机进行记录与分析。采样频率10 kHz,低通滤波频率2 kHz。形成封接以前把电极电位调至零,吸破细胞膜形成全细胞构型后,补偿串联电阻使其最小化。记录时浴液的温度为22℃~25℃,钳制方案见图1。

1.4 统计学方法 实验结果中计量资料均以均数±标准差(x±s)表示,采用t检验,以P<0.05为差异有统计学意义。数据处理采用SPSS 11.0软件。

2 结果

记录到的电流为四氨基吡啶(4-AP)敏感的电流,2 mM 4-AP可特异性的阻断此电流。通过比较电流密度来排除细胞体积大小的影响,电流密度为电流幅度除以细胞膜电容,单位为pA/pF。细胞膜电容AF组为(44.2±2.1)pF,SR组为(50.2±2.3)pF,组间比较没有显著性差异。Ito电流密度在测试电位-20 mV以上各电位水平时,AF组比SR组小,差异均有统计学意义(P<0.05)(表1,图1)。

3 讨论

Ito是由瞬时外向钾通道介导的,此通道是一种产生外向电流的电压依赖性钾通道。该通道无整流特性、激活迅速、失活快(时间常数10~40 ms)、但活性恢复较慢。激活阈值为-40~-20 mV,通道电流约在激活l0 ms时达到最大幅度,到达峰值的确切时间依赖于测试电位,在更大的去极化电压时到达峰值的时间缩短,Ito能被4-AP特异性阻断,本研究记录到的电流符合这些特点。

流行病学调查指出心房颤动具有自我维持性,房颤的快速心率可以产生心房肌电生理的改变,这些改变又可促进心房颤动的维持[8]。心房颤动的持续时间越长,心房颤动自发转化为窦性心率和电复律后窦性心率的维持越困难。心房颤动的急性期和慢性期心房肌电生理的改变包括:心房动作电位时程缩短、心房有效不应期缩短和不应期离散度增加[9]

有文献报道房颤时L-型钙电流(Ica-L)减少,Ica-L是平台期的主要离子流,其减少可导致动作电位平台期缩短,进而缩短动作电位时程和有效不应期。Ito是复极早期的主要电流,它与0期去极化电流共同形成了动作电位的锋电位,决定动作电位平台期起始的电位高度,影响平台期其它电流的激活,Ito的减少可提高平台期起始的电位高度,延长平台期,因此Ito减少可能是对心房肌动作电位时程和有效不应期缩短的一种补偿,它降低心房肌动作电位时程和有效不应期缩短的程度。这些改变表明Ito电流密度的减少是房颤时电重构的一个因素。

慢性房颤时Ito电流密度降低,这些改变对房颤的电重构起一定的作用。

参考文献

[1] Kannel WB,Wolf PA.Epidemiology of atrial fibrillation.In:Falk RH,Prodrid PJ,eds.Atrial Fibrillation:Mechanism and Management.Raven Press Publishers,1992:81-92.

[2] Kumagai K,Akimitsu S,Kawahira K,et al.Electrophysiological properties in chronic lone atrial fibrillation.Circulation,1991,84:1662-1668.

[3] Ramdat Misier AR,Opthof T,van Hemel NM,et al.Increased dispersion of‘refractorinessin patients with idiopathic paroxysmal atrial fibrillation.J Am Coll Cardiol,1992,19:1531-1535.

[4] Asano Y,Saito J,Yamamoto T,et al.Electrophysiologic determinants of ventricular rate in human atrial fibrillation.J Cardiovasc Electrophysiol,1995,6:343-349.

[5] Botteron GW,Smith JM.Quantitative assessment of the spatial organization of atrial fibrillation in the intact human heart.Circulation,1996,93:513-518.

[6] Konings KTS,Kirchhof CJHJ,Smeets JRLM,et al.High-density mapping of electrically induced atrial fibrillation in humans.Circulation,1994,89:1665-1680.

[7] Brugada J,Gursoy P,Brugada P,et al.Cibenzoline transforms random re-entry into ordered re-entry in the atria.Eur Heart J,1993,14:267-272.

[8] Allessie M,Konings K,Wijffels M.Electrophysiological mechanism of atrial fibrillation.In.DiMarco JP,Prystowsky EN,eds.Atrial Arrhythmias:State of the Artst Armonk.NY:Futura Publishing Co,1995:155-161.

[9] Daoud EG,Bogun F,Goyal R,et al.Effect of atrial fibrillation on atrial refractoriness in humans.Circulation,1996,94:1600-1606.

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