环丙沙星对豚鼠心电图和乳头肌动作电位的影响

刘芳，李宜培，师瑞红，陈文超

(河南医学高等专科学校，郑州451191)



环丙沙星对豚鼠心电图和乳头肌动作电位的影响

刘芳，李宜培，师瑞红，陈文超

(河南医学高等专科学校，郑州451191)

目的 观察环丙沙星对豚鼠心电图和乳头肌动作电位的影响。方法 选择豚鼠42只，随机分为司帕沙星低、中、高剂量组，环丙沙星低、中、高剂量组及对照组，每组6只。司帕沙星低、中、高剂量组分别腹腔注射50、100、200 mg/kg的司帕沙星，环丙沙星低、中、高剂量组分别腹腔注射50、100、200 mg/kg的环丙沙星，对照组腹腔注射等量生理盐水。采用RM-6240软件记录各组给药前及给药5、10、30 min时Ⅱ导联心电图，收集心电图各参数，包括HR、P波高度、PR间期、R波高度、QRS波宽度、QT间期和T波高度。另取豚鼠18只，随机分为司帕沙星组、环丙沙星组、对照组，每组6只，分别剪下右心室乳头肌后灌流。对照组采用台氏液恒温、恒速灌流；司帕沙星组台式液+司帕沙星灌流，采用累积浓度给药法依次使药物终浓度为1、10、100 μmol/L；环丙沙星组台式液+环丙沙星灌流，采用累积浓度给药法依次使药物终浓度为1、10、100 μmol/L。采用RM-6240软件记录各组灌流15 min时的静息电位(RP)、动作电位幅值(APA)、动作电位复极至50%的时程(APD50)及动作电位复极至90%的时程(APD90)。结果 腹腔注射100 mg/kg司帕沙星10、30 min时，QT间期均较给药前及对照组延长(P均<0.01)；腹腔注射200 mg/kg司帕沙星5、10、30 min时，QT间期均较给药前及对照组延长(P均<0.01)。腹腔注射200 mg/kg环丙沙星10、30 min时，QT间期均较给药前及对照组延长(P均<0.05)。环丙沙星中、高剂量组延长QT间期的作用均小于司帕沙星中、高剂量组(P<0.05或<0.01)。灌流液中司帕沙星浓度为1、10、100 μmol/L时，乳头肌APD50、APD90与对照组比较均明显延长(P均<0.01)。灌流液中环丙沙星浓度为100 μmol/L时，其乳头肌APD90较对照组明显延长(P<0.01)。100 μmol/L环丙沙星延长APD50、APD90的作用均小于100 μmol/L司帕沙星(P均<0.01)。结论 大剂量环丙沙星可引起豚鼠乳头肌动作电位时程延长，明显延长QT间期，具有潜在的心脏毒性。

环丙沙星；QT间期；乳头肌；动作电位；豚鼠

环丙沙星是第三代人工合成喹诺酮类抗菌药物，广泛用于各种细菌感染性疾病[1]，但近年来其不良反应的报道逐渐增多[2,3]。有报道认为，虽然环丙沙星导致心脏毒性的概率较低，但发病突然、猝死率高[4～6]。目前国内关于环丙沙星对心肌电生理方面的影响鲜见报道。2014年3～12月，本研究观察了环丙沙星的心脏毒性，旨在为其临床应用的安全性提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料 健康成年豚鼠60只，雌雄不拘，体质量300～400 g，购自河南康达实验动物有限公司，动物许可证号：SCXK(豫)2011-0001。环丙沙星、司帕沙星，购自大连美仑生物技术有限公司，用1 mol/L的NaOH配成10 mmol/L的母液，用时稀释成需要浓度。乌拉坦，天津市光复化工精细研究所。台氏液成分(mmol/L)：NaCl 140、KCl 5.4、CaCl22、MgCl21、HEPES 10、Glucose 10，使用前用1 mol/L的NaOH调整pH至7.4。

1.2 豚鼠心电图参数检测 ①取42只豚鼠随机分为对照组，司帕沙星低、中、高剂量组及环丙沙星低、中、高剂量组，每组6只。各组均腹腔注射20%乌拉坦(5 mL/kg)麻醉，仰卧位固定。将针形电极插入豚鼠四肢皮下，司帕沙星低、中、高剂量组分别腹腔注射50、100、200 mg/kg的司帕沙星，环丙沙星低、中、高剂量组分别腹腔注射50、100、200 mg/kg的环丙沙星，对照组腹腔注射等量生理盐水。采用RM-6240软件记录各组给药前及给药5、10、30 min时Ⅱ导联心电图，收集各组心电图各参数，包括HR、P波高度、PR间期、R波高度、QRS波宽度、QT间期和T波高度。

1.3 豚鼠乳头肌动作电位参数检测 取豚鼠18只，随机分为对照组、司帕沙星组和环丙沙星组，每组6只。开胸取出各组心脏，剪下右心室乳头肌，将乳头肌置于肌槽底部，不锈钢针固定。对照组乳头肌台氏液恒温(35.5 ℃±0.5 ℃)、恒速(4 mL/min)灌流；司帕沙星组台式液+司帕沙星灌流，采用累积浓度给药法依次使药物终浓度为1、10、100 μmol/L；环丙沙星组台式液+环丙沙星灌流，采用累积浓度给药法依次使药物终浓度为1、10、100 μmol/L。采用刺激频率为2 Hz、波宽为1 ms、强度为1.5倍阈刺激的方波信号，双极起搏电极以场刺激驱动标本，产生动作电位。采用RM-6240软件记录各组灌流15 min时的静息电位(RP)、动作电位幅值(APA)、动作电位复极至50%的时程(APD50)及动作电位复极至90%的时程(APD90)。

2 结果

2.1 各组心电图参数比较 腹腔注射不同浓度司帕沙星时，心电图各参数中仅QT间期出现延长。腹腔注射100 mg/kg司帕沙星10、30 min时，QT间期均较给药前及对照组延长(P均<0.01)；腹腔注射200 mg/kg司帕沙星5、10、30 min时，QT间期均较给药前及对照组延长(P均<0.01)，且豚鼠出现呕吐、抽搐等中枢中毒症状，注射10 min时有2只豚鼠死亡，注射30 min时有4只豚鼠死亡。腹腔注射不同浓度环丙沙星时，心电图各指标中亦仅QT间期出现延长。腹腔注射200 mg/kg环丙沙星10、30 min时，QT间期均较给药前及对照组延长(P均<0.05)，豚鼠出现烦躁、呕吐、抽搐等中枢中毒症状，或出现室性心律失常，但无死亡。环丙沙星中、高剂量组QT间期短于司帕沙星中、高剂量组(P<0.05或P<0.01)。具体结果见表1及插页Ⅰ图3、4。

表1 各组心电图QT间期比较

注：与同组给药前及对照组同期比较，*P<0.05，△P<0.01；与司帕沙星中剂量组比较，#P<0.05；与司帕沙星高剂量组比较，▲P<0.01。

2.2 各组乳头肌动作电位参数比较 灌流液中司帕沙星浓度为1、10、100 μmol/L时，豚鼠乳头肌APD50和APD90与对照组比较均明显延长(P均<0.01)。灌流液中环丙沙星浓度为100 μmol/L时，其乳头肌APD90较对照组明显延长(P<0.01)。100 μmol/L环丙沙星延长APD50和APD90的作用均小于100 μmol/L司帕沙星(P均<0.01)。见表2及图1、2。

表2 各组乳头肌动作电位参数比较±s)

注：与对照组比较，*P<0.01；与100 μmol/L司帕沙星比较，△P<0.05。

注：a为加药前；b、c 为10、100 μmol/L司帕沙星作用15 min。

图1 灌流液中加入司帕沙星时豚鼠乳头肌动作电位时程(BCL=1 000 ms)

3 讨论

近年来随着环丙沙星的广泛应用，其不良反应报道也明显增多。环丙沙星的不良反应主要包括过敏反应、肝肾功能损害、中枢神经系统损害等。丁仲如等[5]报道，索他洛尔与环丙沙星联合应用可引起尖端扭转型室性心动过速；栾福起等[4]报道，环丙沙星可致小儿室性心动过速。但目前鲜见其对心肌电生理方面不良反应的报道。

注：a为加药前；b、c 为10、100 μmol/L环丙沙星作用15 min。

图2 灌流液中加入环丙沙星时豚鼠乳头肌动作电位时程(BCL=1 000 ms)

司帕沙星是最早报道可诱发QT间期延长及致死性心律失常的氟喹诺酮类药物。喹诺酮类药物的临床推荐使用剂量为200～400 mg/d[7]，根据动物与人体表面积的折算[8]，本研究选择50、100、200 mg/kg司帕沙星和环丙沙星注射于豚鼠腹腔，结果显示，腹腔注射50、100 mg/kg环丙沙星时，豚鼠QT间期与用药前比较差异无统计学意义；注射100 mg/kg司帕沙星后QT间期比用药前延长；腹腔注射200 mg/kg环丙沙星或司帕沙星，豚鼠心电图QT间期均较用药前明显延长，但环丙沙星延长QT间期的作用小于司帕沙星。心电图QT间期是心室肌去极化和复极化的总时间，其中去极化时间占20%～25%，对于QRS波时限正常的QT间期，主要反映心室肌复极化过程[9]。上述结果提示，50、100 mg/kg环丙沙星临床应用较安全，200 mg/kg环丙沙星有引起QT间期延长而致心律失常的风险，与其他临床报道[10～12]结果一致。

本研究对豚鼠右心室乳头肌给予含累积浓度为1、10、100 μmol/L环丙沙星或司帕沙星的台式液灌流， 结果仅100 μmol/L环丙沙星可延长APD90， 其余各浓度环丙沙星对RP、APA、APD50影响均较小；司帕沙星各浓度组对APD50和APD90均有延长作用；且100 μmol/L环丙沙星比100 μmol/L司帕沙星延长心室肌APD90的作用弱。提示1、10 μmol/L环丙沙星对乳头肌动作电位时程影响较小，仅在100 μmol/L时才具有延长APD90的作用。Hagiwara等[13]研究发现，100 μmol/L的司帕沙星、加替沙星、格帕沙星、莫西沙星分别使动作电位时间延长41%、31%、24%、25%，而100 μmol/L左氧氟沙星、曲伐沙星、环丙沙星、吉米沙星不延长或极少延长动作电位时间，表明各种氟喹诺酮类抗生素使QT间期延长程度不同[14,15]。心室肌细胞的复极化过程非常复杂，包括Na+内流、K+外流、Ca2+内流等离子流动。在生理情况下，心肌细胞APA取决于Na+最大内流量，任何影响Na+流动的因素均可影响APA。心肌细胞动作电位复极2期离子流为L型钙电流(ICa-L)和延迟整流钾电流(Ik)，复极3期的离子流主要为Ik。任何原因引起的ICa-L增强或Ik减弱均可使APD50延长，Ik减弱可使APD90延长。在本实验中，环丙沙星可延长豚鼠乳头肌的APD90，司帕沙星对APD50和APD90均有延长作用，提示这两种药物可影响复极化2期和3期的离子流，但目前尚未发现氟喹诺酮类抗菌药影响ICa的报道，推测它们可能是通过抑制Ik而延长动作电位时程，但其具体机制还需进一步研究证实。本研究观察到50、100、200 mg/kg环丙沙星对RP、APA均无明显影响，提示环丙沙星对心室肌细胞的Na+通道无明显影响。

综上所述，环丙沙星在治疗剂量下临床应用较安全，但大剂量应用时可延长心室肌动作电位时程，有引起QT间期延长而致心律失常的风险。临床对QT间期延长、心动过缓、低钾血症、老年患者以及同时应用其他可能影响QT间期药物的患者应慎用或禁用环丙沙星等氟喹诺酮类药物[16]。

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Effects of ciprofloxacin on QT interval of electrocardiogram and cardiac action potential in papillary muscles of guinea pigs

LIUFang,LIYipei,SHIRuihong,CHENWenchao

(HenanMedicalCollege,Zhengzhou451191,China)

Objective To observe the effects of ciprofloxacin on electrocardiogram (ECG) and action potential in papillary muscles of guinea pigs, and to investigate the cardio toxicity of ciprofloxacin in order to provide a reference for the safety of clinical application. Methods A total of 42 guinea pigs were randomly divided into 7 groups, with 6 guinea pigs in each group. 50, 100, and 200 mg/kg sparfloxacin were injected intraperitoneally into guinea pigs with the low, medium and high dose groups of sparfloxacin, while the low, middle and high dose ciprofloxacin groups were intraperitoneally injected with 50, 100, and 200 mg/kg ciprofloxacin. The control group was injected intraperitoneally with equal doses of NS. Ⅱ lead ECG were recorded before and after 5, 10, and 30 minutes of intraperitoneal injection by RM-6240 software. The parameters of ECG were measured, including heart rate, P wave height, PR interval, R wave height, QRS wave width, QT interval and T wave height. A total of 18 guinea pigs were cut off the right ventricular papillary muscle and randomly divided into 3 groups, with 6 guinea pigs in each group. The control group was treated with Tyrode′s solution at constant temperature and constant speed. Sparfloxacin was added to the Tyrode′s solution in the sparfloxacin group, and the concentration of sparfloxacin was increased to 1, 10 and 100 μmol/L, respectively. Ciprofloxacin was added to the Tyrode′s solution in ciprofloxacin group, and the final concentration of drug was 1, 10 and 100 μmol/L respectively. The time of resting potential (RP), amplitude of action potential (APA), action potential duration of 50% repolarization (APD50), and action potential duration of 90% repolarization (APD90) of guinea pigs′ papillary muscles were recorded by RM-6240 software after adding drugs in 15 min. Results At 10 and 30 min after injecting 100 mg/kg sparfloxacin, the QT interval of ECG were prolonged significantly, as compared with the data before injection and that of the control group (allP<0.01). After injecting 200 mg/kg sparfloxacin 5, 10, and 30 min, the QT interval of ECG were prolonged significantly, as compared with the data before injection and the control group (allP<0.01). After injecting 200 mg/kg ciprofloxacin 10, and 30 min, the QT interval of ECG were prolonged significantly as compared with the data before injection and that of the control group (allP<0.05). Ciprofloxacin of medium and high dose groups had a lighter prolonged effect on QT interval than sparfloxacin of medium and high dose groups (P<0.05 orP<0.01). When the concentration of sparfloxacin in perfusate were 1, 10, and 100 μmol/L, the APD50and APD90were prolonged significantly as compared with that of the control group (allP<0.01). When the concentration of ciprofloxacin in perfusate was 100 μmol/L, the APD90was prolonged as compared with that of the control group (P<0.01). The effect of 100 μmol/L ciprofloxacin in prolonging APD50as well as APD90was less than that of 100 μmol/L sparfloxacin (allP<0.01). Conclusions When ciprofloxacin is in high dose, it can cause action potential duration prolong in papillary muscles of guinea pigs, as well as elongate QT interval of ECG in guinea pigs, with potential cardiac toxicity.

ciprofloxacin; QT interval; papillary muscles; action potential; guinea pigs

河南省基础与前沿技术研究计划项目(142300410469)。

刘芳(1976-)，女，副教授，研究方向为心脏电生理。E-mail: sincerelf@163.com

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.40.007

R331.3

A

1002-266X(2016)40-0025-04

2016-05-17)