兔心内电生理检查及多种心律失常效应的微创方法初探

周志文, 赵莉芳, 曹佳齐, 郑宏超, 丁跃有, 朱 福, 昌 薇

(上海市徐汇区中心医院/复旦大学附属中山医院徐汇医院心内科, 上海 200031)

动物心脏电生理检查与心律失常模型制作，是研究电生理病理生理机制和探索新型治疗途径的重要环节[1]。过去, 动物在体电生理检查，特别是心内电生理检查，常规应用猪或犬等大动物, 操作复杂，工作量大，需较大的人力及物力成本，更需要X线的帮助下方能完成[2]。因此有关动物电生理检查与心律失常模型制作经常受到一定的限制。

本实验探索一种简易的中小型动物在体电生理检查与模型微创技术和方法，可用于心脏电生理研究、药物和医疗器械的研发等。

1 材料与方法

1.1 实验动物及主要材料

普通级新西兰白兔20只，雌雄不限，5～6月龄，体质量2.0～2.5 kg, 由上海市松江区松联实验动物场提供[SCXK(沪)2017-0008]; 在上海交通大学医学院附属新华医院动物实验室饲养并完成实验[SYXK(沪)2013-0106]。心电图仪(Cardiofax S,ECG-1250, Nihon Kohden, 中国); 临床使用的右心室或冠状窦多极电极[强生(中国)投资有限公司，中国]; 电生理刺激仪(苏州市东方电子仪器厂，中国)等。本实验得到上海市徐汇区中心医院医学伦理委员会的批准(编号： 201516)。

1.2 电极放置

按30 mg/kg从耳缘静脉缓慢注射质量分数3%的戊巴比妥溶液将兔全身麻醉后，建立静脉滴注通道。按200 U/kg从静脉注入肝素。将4个别针分别刺入四肢，并与心电图肢体导联相连。心电图仪与个人计算机相连，使心电图可显示于计算机上，以便储存与分析。将颈部手术区的兔毛剃干净后，常规消毒铺巾。

沿正中切开皮肤，分离出左或右侧颈静脉。用手术剪将颈静脉剪开一小口，从剪开的小口处缓慢轻送多极电极，直至有阻力且难以送入为止。此时电极可达右心房或右心室[3]。如右心操作不顺利，或需要利用左心室做电生理检查，则可分离出左或右颈动脉。利用临床使用的桡动脉穿刺针，采用Seldinger 技术穿刺颈动脉，置入5F血管鞘并固定。沿血管鞘将多极电极缓慢直接送至左心室。

在体外，利用临床使用的电极尾线与多极电极相连; 通过电极尾线，多极电极的远端(1和2极)与心脏刺激仪相连，多极电极的次远段或近中端(3和4极)与心电图仪的任意1～2导胸前导联电极相连(图1)。

图1 体外连接示意图

1.3 心脏刺激与心内电极位置的确定

当电极在心脏内时，心电图仪胸前导联则可显示高大且清晰的心房波(A波)和心室波(V波)图型(图2)。此时可以测定起搏阈值。通常情况下，如电极在心脏内，用1～2 mV刺激便可使兔心脏起搏。用起搏阈值的2倍作为基础刺激电压，以大于兔自身心率的频率作为基础刺激频率(S1)。

通过心电图显示的心脏起搏信号可确定电极远端所在的位置。电极远段在心房内，起搏为心房起搏(图3)，电极远段在心室内，起搏则为心室起搏(图4)。如电极不在心脏，一般无法心脏起搏，或起搏阈值明显偏高。此时可将电极缓慢后撤少许，再次缓慢旋转向前送入电极，以达到所需要的部位。在确定电极在合适的位置后固定电极。

1.4 电生理检查方法

确定电极在右心房后，以快速心房S1S1刺激并起搏，起搏停止后至心房自身起搏间期作为窦房结恢复时间(SNRT)[4]。以大于自身频率的最低心房起搏频率作为基础刺激频率及早搏刺激(S2)起始刺激刺激，以每次5 ms递减起行S1S2扫描。以S2刺激后无心房激动信号作为心房不应期(图5)，以引起心房激动信号但无心室激动信号确定房室结前向传导时间(图6)。在完成上述检测后，高频心房刺激，或同时按10 mL/h泵入10 mmol/L乙酰胆碱，以诱发出房颤及房扑[3]。

图2 获得的兔心内膜心电图

图3 心房刺激起搏心电图

图4 测量心室不应期心电图

图5 测量心房不应期心电图

图6 测量房室前向传导不应期心电图

在确定电极在右心室或左心室后，用S1S1及S1S2可测量心室不应期，刺激后无心室激动信号作为心室不应期(图4)。以引起心室信号但无心房起搏信号作为房室结逆向传导时间(图7)。反复S1S1和S1S2甚至S1S2S3等程序刺激，或同时静滴异丙肾上腺素(1 mg加入5%葡萄糖500 mL中，以0.5～1 mL/min速度静脉滴注，使窦性心率较基础心率提高至少30%以上)，以诱导出室性心动过速及性心室颤动。

1.5 术后处理

所有动物实验后, 缝合切开的皮肤, 每日肌肉注射青霉素40万单位连续3 d后应用于其它动物实验。

2 结果

利用20只兔完成了本实验，整个实验1～2 h便可完成。一只兔在实验中因诱发室颤，心肺复苏失败而死亡。其余兔在实验后均存活，饲养至少1个月后参与其它实验研究。

2.1 电极植入及定位

多极电极很容易送入心脏，并均可获得高大清晰的心房和心室心内膜的电位。在无需X线设备的情况下，根据心内膜心电图、心脏刺激与起搏的心电图信号情况，极易明确电极达心房或心室的部位。只有极少数情况下电极难以到达到心脏，甚至直接进入下腔静脉或降主动脉，这时只要将电极退出少许后，再缓慢边旋转边前进，这样电极均可以送到所需的心房或心室部位，成功率几乎可达100%。到达心脏后，心电图可获高大且清晰的心房波 (A)及心室波 (V)(图2)。

2.2 心房电生理检查

通过心房刺激，可以检查SNRT(图3)、心房不应期(图5)、房室结前向传导功能(房室不应期)(图6)。如果配合静滴乙酰胆碱等药物, 心房刺激可成功诱导房颤及房扑(图8), 诱发成功率达95%以上。

2.3 心室电生理检查

通过心室刺激, 可以检查心室不应期(图4)。反复快速心室刺激, 或同时静滴异丙肾上腺素等药物, 可诱导出室性心动过速及心室颤动(图9)，诱发成功率达90%以上。

2.4 房室间的电生理检查

(1)测量房室顺向不应期： 通过心房S1S2刺激并起搏，可测量房室结前向传导功能(房室不应期)(图6); 此参数反映房室结前向传导功能; (2)了解房室间逆向传导状态： 以心室电极作为刺激，以大于自身频率的频率作为S1S1基础刺激频率行心室刺激, 心房电极记录到逆向传导的心房激动信号。每次5 ms递减行S1S1扫描。常规情况下, 在心室刺激引起心室激动, 心房电极可以均看到相应规则的心房激动信号。如果进入房室间逆向传导的不应期,则出现心室刺激后有心室激动信号但没有相应规则的心房激动信号(图7), 表明进入房室间逆向传导不应期。此方法可大致判断房室结的逆向传导的功能。

3 讨论

图7 测量房室逆向传导不应期心电图

图8 房性心律失常诱发心电图

图9 室性心律失常诱发心电图

心脏电生理的研究已有近百年历史。动物在体电生理检查与心律失常模型制作是研究电生理病理生理机制和探索新型治疗途径的重要环节[1-3]。建立利用兔、犬等中、大型实验动物整体模型进行在体心脏电生理研究的基本方法，一方面其体征与人接近，另一方面大动物模型可以紧密结合临床实际，结果易于复制及应用于临床[5]。

近年来，新药特别是心血管系统药物在进入临床前进行心脏安全性评估越来越受到重视。心脏安全性评估一方面是离体的细胞水平，如对离子通道的影响、对细胞电位的变化等, 另一方面是动物在体水平, 如对QT间期的影响, 诱发心律失常等。离体细胞水平的安全检测是模拟动物机体内微环境情况下进行的，细胞水平上的研究结果，受细胞外多种因素的影响，如神经激素等，需要在体动物研究的证明。相比离体细胞水平心脏安全性评估，动物在体水平的心脏安全性研究可更好反映药物对心律失常的影响，能反映离体心脏所不能反映的内容。对于与心律失常密切相关或抗心律失常的药物，动物整体水平的心脏电生理检查非常重要。一些药物常规情况下可能不出现心律失常，但容易在某些情况下诱发心律失常的副作用，这种现象尤其要引起重视。国内外政策规定，要求实施在体动物实验是不可缺少的研究程序。这在人用药品注册技术要求国际协调会(International Conference on Harmonization of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use)中的关于心脏安全评估的S7B文件中做出了明确的规定[6,7]。

对于有关动物在体电生理检查，特别是心内电生理检查的研究, 过去大多用猪、犬等大型动物。虽然利用大动物制作心律失常模型及电生理研究有不少优点, 但是对操作技能要求高，需X线设备帮助下方能完成，且购买、饲养等成本高，难以开展大规模的实验[2,8]。小型动物如大鼠等，其心率较快, 心电图电压低, 不易进行心脏刺激检查。大、小鼠等过小的动物心电生理与人差异较大[9]。因此，从总体上讲，过大或过小的动物电生理检查与心律失常模型制作经常受到一定的限制[5]。

兔是中小型动物，是最早最常用的实验动物之一, 其电生理特性与人基本相似，是心律失常模型的常用动物之一[10,11]。本实验采用微创的方法对兔进行心内电生理检查及心律失常模型制作, 具有以下优势： (1)动物容易获得，成本价格低廉; (2)本模型是心内膜刺激，相比大多用开胸心外膜刺激而行的电生理检查, 更贴近生理情况; (3)本技术不用开胸, 操作简单、方便，大大减少手术步骤, 也减轻对家兔的损伤; (4)实用性强，不需利用X线等大型设备，对心脏进行程序刺激成功率高, 可检测常规心电图不能检查到的内容，电生理检查内容丰富,几乎可包括所有临床常规电生理检查项目，如心房不应期、心室不应期、窦房结及房室结功能等。因此，通过本模型可较全面反映心脏不同部位的电生理状态及差异性影响，还可以用于制作房颤、室速等模型, 且成功率高。此外, 本技术也可用于制作其它模型的基础上再进行电生理检查研究[11]。

总之, 本实验探索的兔心内电生理检查及心律失常模型制作的微创方法, 操作简单, 使用方便, 实用性强，对心脏电生理、药物安全、心律失常等研究有较大价值。