慢性心力衰竭兔心室结构重构对心电生理功能产生的影响及意义

安晓霞 贺梅年 何秀英

(1.青海省第五人民医院功能科，西宁 810000)(2.青海市第五人民医院健康管理科，西宁 810000)

慢性心力衰竭(chronic heart failure，CHF)是各种心脏病的终末阶段[1]。Johnson等[2]报道，CHF发生后，心室壁负荷加重，刺激交感神经异常激活，导致异常增长的肾素、血管紧张素及醛固酮体液因子超出自身调节能力。随着疾病的进展，引起心肌组织纤维化改变，进而诱发弥漫性坏死、心室兴奋-收缩偶联丧失、心腔增大和发生心室结构重组。以上症状导致心脏功能下降，心脏供血不足，阻碍心室动作电位传递，心室肌细胞电不均一性，跨室壁离散度增加进而引起折返性室性心律失常(ventricular arrhythmias，VA)。因此，CHF诱导的心室肌结构重组导致心室收缩舒张功能降低是VA发生的基础[3-4]。只是，相关结构重构的特征以及其心电生理功能异常尚未完全明晰。本研究通过异丙肾上腺素(isoproterenol，ISO)诱导新西兰兔CHF模型，对心电生理功能指标进行观察。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1动物模型制备与分组：普通级雄性新西兰兔32只，体质量1 500～2 000 g，购自武汉大学医学部实验动物中心，实验动物生产许可证号：SYXK(鄂)2019-0004。

1.1.2仪器与试剂：病理图像数字分析系统(NIH Image 1.6)；透射电子扫描显微镜(H-600)；超薄切片机(LKB-V，Bromma)；超声检测仪(Pundit Lab)；16导电生理记录仪(PowerLab)；电生理记录和分析模块(BIOPAC)；心脏刺激仪器(EPS320)；异丙肾上腺素(ISO)、戊巴比妥钠、肝素钠、醋酸双氧铀等试剂分别购自Sigma和北京化学试剂研究所有限责任公司，均为分析纯。

1.2 方法

1.2.1造模及分组：32只新西兰兔饲养于实验动物中心(SPF级动物室)1～2周后，随机分为对照组(n=15)和CHF组(n=17)。CHF组造模方法及成功标准参考张飞飞等[5]，采用经兔耳静脉注射一次ISO，剂量是：0.3 mg/kg，连续注射21 d，制备CHF模型，最终造模成功15只。超声检查显示，室间隔及心室侧壁均出现不同程度运动减弱、心腔扩大和射血分数显著下降；心电图提示心率减慢、PR和QT间期均延长、ST段下移等改变，提示心衰模型成功。对照组给予相同剂量的0.9%生理盐水(手术时3只实验兔死亡，余12只纳入本研究)。经上述处理后，继续饲喂24周，温度控制在25～27 ℃，相对湿度40%～70%，换气次数12次/h，明暗照明周期为12 h/12 h，并自由进食及饮水。

1.2.2超声心电图检查实验兔心功能变化：以3%戊巴比妥钠溶液(60 mg/kg)腹腔注射麻醉，随后将两组实验兔背卧固定于实验动物台上，温控电热毯将动物的体温维持在37 ℃，备皮及剃除胸前长毛并消毒，行二维超声及M型超声检查。对实验动物的检查均由同一位影像科技师操作，采用将超声探头贴于兔胸壁处，图像深度3.0～5.0 cm，探头频率7.5 MHz。观察心功能主要指标：左心室射血分数(LVEF)、主动脉最大流速(Avmax)、左心室舒张末期内径(LVEDd)、左心室收缩末期内径(LVESD)、左室短轴缩短率 (LVFS)和室间隔厚度(IVST)，左心室舒张末期容积(LVEDV)和左心室收缩末期容积(LVESV)。取5个心动周期的平均值。

1.2.3心电图监测实验兔电生理变化：两组实验兔经超声心电图检查完后，剃除四肢毛，待安静后用16导电生理记录仪记录0.5 h模拟条件下的肢体Ⅱ导联心电图，信号采样率：1 kHz，连续记录时间：2 h，使用Chart 7.0 软件对图像资料进行分析，测量和分析ECG-Ⅱ连续10个P-QRS波群，取各主要参数平均值比较。观察主要参数：心率(HR)、PR 间期、QT间期及ST段。

1.2.4实验兔心电活动离散度和VA诱发：3% 戊巴比妥(300 mg/kg)麻醉成功后开胸，完全暴露心脏，剪开心包膜，将接触式双电极(铂金)放置于靠近心尖的左心室前壁位置，记录心室的单相动作电位。采用程序化电刺激法检测不同BCL的心室有效不应期(ERP)。采用刺激双电极(铂金)置于右心室心外膜，刺激心脏起搏，刺激方波：2 ms，刺激强度：两倍舒张阈值，按8∶1的S1S2程控刺激法观察BCL，BCL时的 S1S2分别为150 ms和200 ms，S1S2偶联间期分别从各自的BCL开始，以5 ms步长反扫递减，直到S2无法诱发心室刺激，该时刻的S1S2偶联间期为心室ERP(ERP150和ERP200)。将心电信号存于计算机中，用自带的分析软件进行测量和分析。观察指标包括BCL为150 ms和200 ms的ERP150和ERP200及其ERP离散度(dERP)，即dERP150和dERP200。测定ERP后，采用短阵快速刺激法，刺激波宽为2 ms，BCL从150 ms开始诱发VA，用自带的软件分析诱发VA的BCL和诱发率。

1.3 统计学处理

2 结果

2.1 心脏超声心动图检测主要指标变化

与对照组相比，CHF组兔的LVEF、LVFS及Avmax显著下降，LVEDd和LVESD明显延长，IVST变薄，LVEDV和LVESV明显增大，P<0.01。见表1所列。

表1 心脏超声心动图检测主要指标变化

2.2 心电图检测主要参数比较

与对照组相比， CHF组HR明显减慢，PR间期和QT间期显著延长，ST段明显下移，差异极显著(P<0.01)，见表2所列。

表2 心电图检测主要参数比较

2.3 心室肌组织ERP和VA诱发相关指标调查

与对照组相比，CHF组实验兔ERP150和ERP200显著延长(P<0.01)，且dERP150和dERP200显著增大(P<0.01)，诱发VA的BCL明显延长(P<0.01)，VA诱发率明显高于对照组(P<0.01)，见表3所列。

表3 心室肌组织ERP和VA诱发相关指标比较

3 讨论

CHF是由多种原因引起的心肌排血量下降的一种病理状态[6]，主要后果是诱发心脏和血液循环系统中儿茶酚胺类物质大量释放，心率增快及血压升高，心力衰竭加重，最终引起心功能失代偿[7-8]。本研究通过对新西兰兔长期大剂量注射ISO进行CHF模型制备，运用无创超声心动图方法检测发现CHF兔LVEDd和LVESD均明显延长，LVEF与LVFS显著降低，IVST变薄，LVEDV和LVESD均显著增大，Avmax显著下降。通过超声心动图对实验动物的心功能进行评价是CHF病理生理研究的基础，本研究显示CHF兔的心室腔显著增大、室壁变薄、心脏泵血能力降低，进而出现显著的心衰倾向[9-10]。

CHF兔心室严重扩张，LVEF降低诱发心脏收缩功能下降，心脏泵血功能减弱，最终必然会出现心脏电生理重构[11-12]。结果提示CHF兔出现严重心率减慢，PR和QT间期显著延长，ST段抬高明显，预示CHF兔的心室在完全扩大后，其心电冲动传导时间延长，电重构形成，最终发生心脏代偿性改变[13]。从检测到的CHF兔心室动作电位上也出现了电重构表现，主要为动作电位幅度下降，自动除极放缓，舒张速率水平下降，复极化过程中各时间段均明显延长，上述这些异常说明CHF导致了动作电位恢复减慢，心脏传导心电冲动和做功能力下降。虽然动作电位时间(APD)延长，为回血及输血提供时间，然而由于动作电位最大上升速度下降，短暂的心搏输出量无法维持心脏的正常功能，而是为VA中碎波发生和传递提供了时间和途径，增加了异位搏动占主导地位的机会，导致折返性VA发生率上升[14]。因此，CHF心脏被诱发VA所需BCL明显延长，诱发率明显加大，表明在动作电位传导很慢的CHF兔心脏，在低强度的刺激下就能够诱导VA的发生，甚至危及生命。

综上所述，CHF兔心室结构发生明显重构，心室电生理异常改变，二者相互作用，使折返性VA诱发率增加。