KB-R7943对心力衰竭家兔哇巴因诱发心律失常的抑制作用
2014-09-15高亚男赵雷卢志耀封启龙吴博威
高亚男 赵雷 卢志耀 封启龙 吴博威
基础研究
KB-R7943对心力衰竭家兔哇巴因诱发心律失常的抑制作用
高亚男 赵雷 卢志耀 封启龙 吴博威
作者单位:030001 太原市,山西医科大学生理学系,细胞生理学省部共建教育部重点实验室(高亚男、封启龙、吴博威),基础医学院(卢志耀);武汉大学基础医学院(赵雷)
目的 探讨钠-钙交换体抑制剂KB-R7943对哇巴因诱发心衰家兔心律失常的影响。方法40只成年家兔随机分为5组:假手术组、心衰对照组、哇巴因组、哇巴因合并KB-R7943(1 μmol/L)组和哇巴因合并 KB-R7943( 5 μmol/L)组。 心衰组、哇巴因组、哇巴因合并 KB-R7943( 1 μmol/L)组和哇巴因合并 KBR7943(5 μmol/L)组使用主动脉瓣关闭不全联合腹主动脉缩窄的方法建立心衰模型。建模8周后超声检测心功能,并利用Langendorff离体心脏灌流方法检测家兔各项离体心功能指标。灌流哇巴因(5 μmol/L,4 ml)诱发家兔心衰心脏产生心律失常,观察KB-R7943对离体心衰家兔心律失常的影响。结果 ①超声结果显示,与假手术组相比,心衰对照组家兔左室射血分数(LVEF)、短轴缩短率(%FS)均明显降低(P<0.05)。②离体条件下,心衰对照组家兔离体心脏左室发展压(LVDP)、心率(HR)、室内压最大上升速率(+dp/dtmax)、室内压最大下降速率(-dp/dtmax)较假手术组均明显下降(P<0.05)。③哇巴因组1 h内总心律失常(TT)、室速(VT)、室颤(VF)持续时间较心衰对照组明显增加(P<0.05)。④与哇巴因组比较,哇巴因联合应用KB-R7943组 1 h 内 TT、VT 、VF 持续时间明显减短( P<0.05);与 1 μmol/L KB-R7943 相比,5 μmol/L KB-R7943 可使哇巴因诱发TT和VT时间进一步缩短(P<0.05)。结论 钠-钙交换体抑制剂KB-R7943可抑制哇巴因诱发心衰家兔心律失常的持续时间,且较高浓度(5 μmol/L)KB-R7943对哇巴因诱发心衰家兔心律失常的抑制作用更强。
钠-钙交换体; KB-R7943; 心力衰竭; 心律失常; 哇巴因
充血性心力衰竭简称心衰,指由于心室泵血或充盈功能低下,心排血量不能满足机体代谢需要的一类综合征,是多种心血管疾病终末期的表现,是21世纪心血管医生面临的两大挑战之一[1]。随着年龄增长,心力衰竭的患病率显著提高,已成为65岁以上患者住院的重要原因。洋地黄类药物是临床治疗心衰的常用药物,但是因其安全范围很小,用量掌握不当很容易导致药物中毒而诱发心律失常。许多研究表明,洋地黄中毒所致的心律失常与心肌细胞内钙超载密切相关。在心力衰竭时,反向模式的钠-钙交换体(NCX)的激活所介导的钙内流是心肌细胞钙超载的重要机制[2]。有文献报道[3,4],心肌NCX与心肌缺血-再灌注损伤期间发生的钙超载及心律失常有关,抑制NCX可减轻缺血再灌注损伤及其诱发的心律失常。然而,抑制NCX能否减轻洋地黄类药物所致心力衰竭心脏发生的心律失常,迄今鲜有报道。本研究在建立家兔心衰模型的基础上,利用离体心脏灌流系统观察NCX特异性阻断剂KB-R7943对洋地黄药物哇巴因诱发心衰家兔心律失常的影响。
1 材料与方法
1.1 实验动物与分组 成年家兔,体重(2.5±0.1)kg,雌雄不限(山西医科大学实验动物中心提供)。动物随机分为5组:假手术组、心衰对照组、哇巴因组、哇巴因合并KB-R7943(1 μmol/L)组和哇巴因合并KB-R7943(5 μmol/L)组,每组 8 只。
1.2 药品与试剂 KB-R7943、哇巴因(美国SIGMA公司),NaCl、NaH2PO4、MgCl2、CaCl2和KCl(BIO BASIC INC公司),其余试剂均为国产分析纯产品。
1.3 实验仪器 Vivid7 Rro超声检测仪(美国GE公司)、RM6240B生物信号采集处理系统2.0e和YPJ01型压力换能器(成都医疗仪器厂)、HX200一动物呼吸机(成都泰盟科技有限公司)、Langendorff离体心脏灌流装置(ADInstruments公司)、BQ50lJ蠕动泵(保定兰格恒流泵有限公司)、85-2恒温磁力搅拌器、pH计(上海精科公司)、电子天平(德国Sartorius BSA124S)。
1.4 主要溶液配制 台氏液(mmol/L):NaH2PO40.33、glucose 10、MgCl21.0、HEPES 5.0、NaCl 140、CaCl21.8、KCl 5.4,用NaOH调节pH至7.38。哇巴因溶液(5 μmol/L):生理盐水 100 ml、哇巴因(364 μg)。KB-R7943 溶液(500 μmol/L):生理盐水 10 ml、KB-R7943(4.27 mg)。
1.5 心衰模型的制备[5]使用主动脉瓣关闭不全型合并腹主动脉缩窄方法建立心力衰竭模型。家兔称重,3%的戊巴比妥钠30 mg/kg剂量麻醉,无菌条件下手术。暴露出右侧颈动脉,将连接压力换能器充满肝素的4 F导管由右侧颈总动脉切口插入左心室,用力快速捅穿瓣膜数次,当脉压增加幅度>50%时,表明主动脉瓣已有破损。2周后进行腹主动脉缩窄手术。将直径2.42 mm的导管与腹主动脉平行放置,一起结扎后缓慢撤出导管,使腹主动脉直径缩小一半。术后均注射青霉素3 d以防感染。
1.6 超声心动图检测 用小动物专用超声探头,于造模后8周进行检测。超声测量以下指标:室间隔舒张期厚度(IVSd)、室间隔收缩期厚度(IVSs)、左室壁舒张期厚度(LVIDd)、左室壁收缩期厚度(LVIDs)、左室后壁舒张期厚度(LVPWd)、左室后壁收缩期厚度(LVPWs)、左室射血分数(LVEF)和短轴缩短率(FS)。
1.7 离体心脏灌流方法 家兔称重,3%的戊巴比妥钠溶液麻醉,腹腔注射肝素钠1000 IU。开胸迅速取出心脏(主动脉预留1.5 cm用以插管)置于4℃台式液中,修剪后悬挂于Langendorff灌流装置上,以100%氧气饱和台式液恒温(37℃)、恒压(7.35 kPa)灌流心脏。在左心耳下缘剪0.5 cm的切口,将连接压力换能器的乳胶囊泡经切口插入左心室,舒张压调整在 0~10 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)范围内。灌流心脏30 min,各指标稳定后进行实验,观测假手术组和心衰组LVDP、HR、±dp/dtmax。将心电图正负极导线分别贴附于心脏右心耳下缘和心尖处,记录心电图。心衰组用正常台式液灌流以作对照,哇巴因组灌流含5 μmol/L哇巴因的台式液,哇巴因合并KB-R7943组在灌流含5 μmol/L哇巴因的台式液前预先加灌 KB-R7943(1 μmol/L、5 μmol/L),记录1 h内各组心律失常的持续时间。
1.8 统计学方法 实验数据采用SPSS 13.0统计分析软件进行处理。结果以±s表示,组间均数比较用单因素方差分析(ANOVA)。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 实验动物心脏超声检查 与假手术组相比,心衰对照组家兔心脏 IVSd为(3.2±0.4)mm、IVSs(3.7±0.5)mm、LVIDd(21.8±2.1)mm、LVIDs(13.0±2.5)mm、LVPWd(3.5 ±0.4)mm、LVPWs(4.2 ±0.4)mm,均明显增加(P<0.05);EF(8.5±9.7)%、FS(23.0±5.3)%,明显降低(P<0.05)。超声结果显示心力衰竭模型制备成功。见表1,图1。
2.2 家兔离体心脏心功能检测结果 与假手术组相比,心衰组家兔离体心脏LVDP为(32.6±8.4)mm Hg、HR(70.7±15.4)次/min、+dp/dtmax(353.0±30.9)mm Hg/s、-dp/dtmax(276.1±38.6)mm Hg/s,均明显降低(P<0.05),提示心衰兔心室舒张和收缩功能均下降。见表2。
2.3 各组心律失常持续时间比较 心衰组离体心脏给予哇巴因(5 μmol/L、4 ml)后,在 1 h 内总心律失常(TT)时间为(1427.3±77.3)s、室速(VT)时间(254.3±17.8)s、室颤(VF)时间(18.60±7.10)s,与心衰对照组相比均明显增加(P<0.05)。哇巴因联合应用 KB-R7943(1 μmol/L) 组总心律失常时间(766.1±10.3)s、室速时间(167.2±11.9)s、室颤时间(6.80±2.90)s,与单独使用哇巴因组相比均明显缩短(P<0.05)。此外,与 1 μmol/L KB-R7943 组相比,5 μmol/L KB-R7943可使哇巴因诱发总心律失常、室速的持续时间进一步缩短,分别为(343.0±18.9)s和(44.1±18.5)s(P<0.05)。见表 3,图 3。
表1 假手术组、心衰组家兔心脏超声检测结果(±s)
表1 假手术组、心衰组家兔心脏超声检测结果(±s)
注:与假手术组相比,aP<0.05
FS(%)假手术组 8 2.5±0.2 2.9±0.2 14.9±4.1 8.0±2.4 2.5±0.3 3.1±0.4 71.5±9.5 41.0±6.2心衰组 8 3.2±0.4a3.7±0.5a21.8±2.1a13.0±2.5a3.5±0.4a4.2±0.4a48.5±9.7a23.0±5.3a组别 例数 IVSd(mm)IVSs(mm)LVIDd(mm)LVIDs(mm)LVPWd(mm)LVPWs(mm)EF(%)
表2 各组家兔离体心脏心功能检测结果(±s)
表2 各组家兔离体心脏心功能检测结果(±s)
注:与假手术组相比,aP<0.05
-dp/dtmax(mm Hg/s)假手术组 8 80.9±9.9 168.1±13.7 1234.3±156.6 880.0±84.0心衰组 8 32.6±8.4a70.7±15.4a353.0±30.9a276.1±38.6a组别 例数 LVDP(mm Hg)HR(次/min)+dp/dtmax(mm Hg/s)
3 讨论
图1 假手术与心衰模型兔超声心动图
Na+/Ca2+交换体(NCX)是一种重要的双向跨膜转运蛋白,具有正向(钙外排)和反向(钙内流)两种转运模式[6]。NCX具有生电性,正向模式将3个Na+运入细胞伴随着1个Ca2+排出细胞,产生内向电流。当细胞内钙超载时,肌浆网释放钙离子增加,使细胞内钙离子浓度急剧增加[7]。由于细胞内外钙离子浓度的变化,大量激活正向型NCX,由此产生的瞬时内向电流可导致迟后除极(DADS)和触发性心律失常。在心肌细胞中,NCX对胞内钙离子的调控起着很重要的作用。生理状态下NCX活动是心肌细胞钙外排的主要机制之一,以使胞内Ca2+恢复至静息水平。在病理状态下,如缺血/再灌注、心力衰竭,通过反向NCX进入细胞内钙离子可触发肌浆网释放钙离子,引起细胞内钙超载,导致包括心律失常在内的多种心肌病理改变[7,8]。
图2 A 加入哇巴因(5 μmol/L、4 ml)后的心电图B a.加药前 b.早搏 c.室速 d.室颤
图3 KB-R7943对哇巴因诱发心衰家兔心律失常的影响
表3 各组家兔心律失常发生时间的比较(±s)
表3 各组家兔心律失常发生时间的比较(±s)
注:与对照组相比,aP<0.05;与哇巴因组相比,bP<0.05;与哇巴因+KBR7943(1 μmol/L)组比较,cP<0.05
组别 例数 TT(s) VT(s) VF(s)心衰对照组 8 27.5±8.6 10.1±7.4 0.25±0.70哇巴因组(5 μmol/L、4 ml) 8 1427.3±77.3a254.3±17.8a18.60±7.10a哇巴因+KB-R7943(1 μmol/L) 8 766.1±10.3b167.2±11.9b6.80±2.90b哇巴因+KB-R7943(5 μmol/L) 8 343.0±18.9bc44.1±18.5bc3.10±1.80b
本研究表明,给予过量哇巴因后可诱发心衰心脏发生明显的心律失常。关于哇巴因诱发心律失常的机制,目前认为,哇巴因通过抑制钠-钾泵,细胞内Na+蓄积,引起依赖于钠-钙交换反向模式的细胞内钙超载。细胞内钙超载可促进肌浆网振荡性钙释放而产生一种致心律失常的暂时性内流(Transient inward current,ITI)。据报道,ITI的组成可能包括钠-钙交换电流、非选择性阳离子流和钙激活的氯电流[9,10]。本研究选取NCX为靶点,通过抑制其功能,观察抑制NCX对洋地黄中毒性心律失常的影响。结果表明,给予钠-钙交换阻断剂KBR7943后,由过量哇巴因诱发心衰兔的心律失常发生时间明显降低,且加入5 μmol/L KB-R7943,心律失常发生时间要明显少于KB-R7943(1 μmol/L)组。我们推测,这可能与过量哇巴因灌注引起细胞内钙超载后,KB-R7943使舒张期内钙减少,消除了随后的钙振荡引起的心律失常有关[11,12]。
目前关于KB-R7943对洋地黄性心律失常影响的研究仍较少,且多用健康大鼠或豚鼠建立心律失常模型。Watano等[10]用正常豚鼠离体心脏为标本,通过研究发现,给予KB-R7943可对抗哇巴因所诱发的心律失常,并在进一步实验中发现静脉注射KB-R7943可抑制麻醉豚鼠哇巴因中毒所致的心律失常。Satoh等[13]证实,KB-R7943对大鼠心肌中的钙超载也同样有抑制作用。然而,一方面鼠与人种属差异较大;另一方面,与正常心脏相比,心衰状态下多种离子通道(如L-型钙通道、钠钙交换体、钠通道、瞬时外向钾通道等)均发生结构或(和)功能上的适应性改变,这些改变在发挥代偿功能的同时也将成为心衰时各种新的心律失常发生的诱因[14-16]。本实验选用家兔为实验动物,在建立心力衰竭模型的基础上,观察NCX阻断剂KB-R7943对洋地黄性心律失常的影响。与以往研究相比,本研究不同之处在于,首先,本研究使用家兔作为实验动物。与鼠类相比,兔与人种属更接近,从而减小了实验动物与人的种属差异性。其次,本研究在建立心衰模型的基础上,观察了KB-R7943对哇巴因诱发心律失常的影响,这比对健康动物诱发心律失常更符合临床客观实际情况,因而也更具临床实际意义。
综上所述,钠-钙交换体阻断剂KB-R7943可减轻心衰家兔离体心脏哇巴因诱发的心律失常,且较高浓度(5 μmol/L)KB-R7943 较低浓度(1 μmol/L)对心衰家兔哇巴因诱发心律失常的抑制效应更强。本研究为临床使用洋地黄治疗心衰时如何有效预防或减轻其中毒所致心律失常提供了实验依据。
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The inhibitory effect of KB-R7943 on ouabain induced arrhythmia in rabbits with heart failure
GAO Ya-nan*, ZHAO Lei, LU Zhi-yao, et al.*Department of Physiology, Key Laboratory of Cellular Physiology of Shanxi Province and Ministry of Education,Taiyuan 030001,China
Objective To investigate the effect of KB-R7943, a potent inhibitor of the Na+/Ca2+exchanger, on ouabain-induced arrhythmia in heart failure in rabbits.Methods 40 adult rabbits were randomly divided into five groups:sham-operated( sham, n=8), heart failure in the control( HF, n=8), ouabain( n=8), ouabain plus KB-R7943( 1 μmol/L, n=8) and oubain plus KB-R7943( 5 μmol/L, n=8) groups.The heart failure models were established by aortic insufficiency combined with abdominal aorta constriction.Eight weeks after operation,cardiac function were detected using cardiac ultrasound and Langendorff-perfused system both in anaesthetized and in isolated rabbit hearts.Cardiac arrhythmias was induced with ouabain ( 5 μmol/L, 4 ml) and effects of KBR7943 at 1 μmol/L and 5 μmol/L, respectively on ouabain-induced arrhythmia were observed in failing hearts.Results ⑴Compared with the sham group,it was showed that the left ventricular ejection fraction(LVEF)and fractional shortening rate (%FS) in HF group were significantly reduced by ultrasound detection(P<0.05).⑵Compared with sham group, left ventricular developed pressure( LVDP), heart rate( HR), the maximal rising rate of left ventricular pressure( +dp/dtmax) and the maximal falling rate of left ventricular pressure( -dp/dtmax) all decreased in Langendorff-perfused hearts in HF group ( P<0.05). ⑶Duration of the total arrhythmias time( TT),ventricular tachycardia(VT) and ventricular fibrillation(VF) in ouabain group increased significantly than in HF group( P<0.05).⑷Durations of TT, VT and VF decreased significantly in oubain plus KB-R7943 groups when compared with ouabain group ( P<0.05).Compared with 1 μmol/L KB-R7943 group, TT, VT and VF durations were further reduced in 5 μmol/L KB-R7943 group.Conclusion Sodium-calcium exchanger inhibitor KB-R7943 reduces the durations of arrhythmia induced by ouabain in isolated failing hearts in rabbits, and the inhibitory effect of high concentrations( 5 μmol/L) KB-R7943 is stronger.
Na+/Ca2+exchanger; KB-R7943; Heart failure; Arrhythmias; Ouabain
FENG Qi-long, E-mail:fengqilong@163.com
山西省优秀青年学术带头人基金;山西省高校“131”领军人才工程项目基金
封启龙,E-mail:fengqilong@163.com
10.3969/j.issn.1672-5301.2014.05.016
Q95-33;R541.6
A
1672-5301(2014)05-0449-05
2014-01-29)