《局部给药跨室壁氯化钾单相动作电位记录电极的研制.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《局部给药跨室壁氯化钾单相动作电位记录电极的研制.pdf（5页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、研制与开发 局部给药跨室壁氯化钾单相动作电位记录电极的研制 刘福元 曾秋棠 毛奕 李裕舒 曹林生 刘晓飞 毛晓波 摘要 目的 研制局部给药跨室壁氯化钾单相动作电位 （MAP） 记录电极 （KCl MAP 电极） ， 探讨模拟在体犬交 感神经不均一的致心律失常机制。方法 由 5F 动脉鞘管和 0. 2 mm 的绝缘银丝， 组构成 3 对 MAP 记录电极， 鞘芯 腔内注入含 30%氯化钾琼脂糖凝胶即制成 KCl MAP 电极。用自制的电极记录犬左室前壁跨室壁 MAP， 观察局部 异丙肾上腺素对三层心肌细胞动作电位时程 （APD） 及跨室壁复极离散度 （TDR） 的影响和心律失常的诱发情况。 结果
2、 KCl MAP 电极能稳定记录三层心肌 MAP 120 min 以上， 随时间的延长动作电位振幅逐渐降低但不影响复极 特性的分析； 局部给予异丙肾上腺素 （10 -5 mg/ ml） 能显著降低中层心肌细胞的 APD90（ 236. 9 3. 8 ms vs 226. 3 3. 0 ms） 和 TDR （35. 7 4. 8 ms vs 24. 9 3. 9 ms） ， 中层心肌细胞易于诱发早期后除极及触发活动并引起室性心律 失常。结论 KCl MAP 电极可理想地用于跨室壁心肌复极特性的研究； 异丙肾上腺素降低正常犬的 TDR， 其诱发 室性心律失常的机制与后除极和触发活动有关。 关键词
3、电生理方法学； 单相动作电位； 电极， 氯化钾； 复极离散度； 交感神经 中图分类号 R331. 3 +8 文献标识码 A 文章编号 1007 -2659 （2006） 01 -0053 -05 作者单位： 华中科技大学同济医学院附属协和医院心血管病研究所 心内科 （湖北武汉 430022） 作者简介： 刘福元 （1965 - ） ， 男 （汉族） ， 湖北洪湖市人， 副主任医师， 博士研究生， 主要研究方向为冠心病介入治疗和临床心脏电生理。 现在工作单位湖北省襄樊市第一人民医院心血管内科。 通讯作者： 曾秋棠 Researches on potassium chloride transmur
4、al recording electrode of monophasic action potential with local admin- istration of agents. LIU Fu-yuan，ZENG Qiu-tang，MAO Yi， LI Yu-shu， CAO Lin-sheng， LIU Xiao-fei， MAO Xiao-bo. Cardiovascular Research Institute，Union Hospital ， Tongji Medical College，Huazhong University of Science and Technolo- g
5、y ， Wuhan 430022 ，China Corresponding author： ZENG Qiu-tang Abstract Objective To design a kind of monophasic action potential （MAP）recording electrode（KCl MAP elec- trode）which has the capability of local agent administration and to probe into the arrhythmogenic mechanism of sympathetic heterogenei
6、ty of canine in vivo. Methods The KCl MAP electrode with three pair of electrodes was made up of 5F arterial sheath and insulated silver thread（0. 2mm in diameter） ，and the low melting point agarose gel containing 30% of potassi- um chloride was immitted into the core of the sheath. Transmural MAP o
7、f canine in vivo was recorded with the self-made KCl MAP electrode；the impact of local Isoprenaline on action potential duration （APD）of three layer myocardium，trans- mural dispersion of repolarization （TDR）and the inducing of ventricular arrhythmia were researched. Results Transmural MAP could be r
8、ecorded by the KCl MAP electrode more than 120 minutes with the amplitude of action potential （APA）de- creasing gradually but the analysis of the repolarization character not being affected. The APD of mid-myocardial （236. 9 3. 8 ms vs 226. 3 3. 0 ms）and TDR（35. 7 4. 8 ms vs 24. 9 3. 9 ms）were decre
9、ased remarkably by Isoprenaline （10 -5 mg/ ml） . Ventricular arrhythmia induced by early after-depolarization and triggered activity was prone to incurred at mid-myocardial. Conclusions It is an ideal method for the KCl MAP electrode to be applied to the researches of transmu- ral repolarization；TDR
10、 could be decreased by Isoprenaline and the mechanism of ventricular arrhythmia incurred by Isopre- naline is related to after-depolarization and triggered activity. Chinese Journal of Cardiac Pacing and Electrophysiology， 2006， 20 （1） ： 53 57 Key words Electrophysiological methodology； Monophasic a
11、ction potential； Electrode， potassium chloride； Dispersion of repolarization； Sympathetic 1991 年 Sicouri 和 Antzelevitch 等 1首次发现具 有独特电生理特性的犬中层心室肌细胞 （mid-myo- cardial，Mid） ， 并提出心肌电异质性的概念， 近年来 心肌细胞电生理研究进展主要集中在 Mid 的细胞电 生理和离子通道的研究上。已证实 M 细胞的电生 理特性尤其是其复极过程不同于心外膜 （epicardi- um， Epi） 和心内膜 （endocardium， End
12、o） 心肌细胞， 对 35 中国心脏起搏与心电生理杂志 2006 年第 20 卷第 1 期 其电生理特性的研究多采用离体标本和单个细胞； 在体心肌因受神经体液调节及心肌细胞间网络属性 的影响， 使得离体与在体实验结果不尽相同， 必须考 虑多细胞过程 2， 3在心律失常中的作用。对在体实 验动物三层心肌电活动不均一性的研究尚缺乏较理 想的可长时间稳定记录跨室壁单相动作电位 （MAP） 的电极。本研究旨在设计研制可同步记录 在体犬三层心肌 MAP 且具有局部给药功能的 KCl MAP 电极， 为在体犬跨室壁复极不均一性与室性心 律失常机制的研究提供较理想的技术手段。 1 材料与方法 1. 1 KC
13、l MAP 电极的制作 取 5F 动脉鞘管截短至 10 14 mm， 直径 0. 2 mm 银丝 （中国医药集团上海化学试剂公司） 用环氧酯漆 （F 级， 耐 500 V 电压） 绝缘， 如图 1 组装成 3 对 MAP 记录电极， 图中左侧电极导线穿行在鞘管与鞘芯之间， 作为记录电极接负极； 右侧电极导线从鞘芯中间穿出， 作为 参考电极接正极。在参考电极一侧开以直径 0. 8 mm 小孔， 使鞘芯与鞘管外相通。各电极顶端刮去 0. 5 mm 绝缘层， 并 向鞘尾端弯曲成 1 mm 的倒钩。鞘芯腔内注入含 30% 氯化 钾 （武汉滨湖双鹤药业有限责任公司） 的低熔点琼脂糖凝胶 （上海生工生物工
14、程公司） ， 削平鞘管外凝胶； 鞘的两端用环 氧树脂 （江西省赣西化工厂宜春泛亚化工有限公司） 封闭。 组装后相邻电极对之间的距离为 5 7 mm， 每对记录电极与 参考电极顶端之间相距 1. 8 2 mm。药物可由三通经鞘管 与鞘芯之间的间隙注入局部心肌组织。 图 1 可局部给药氯化钾单相动作电位记录电极示意图 1.2 实验动物的准备和电极的放置 健康杂种家犬 （华中 科技大学同济医学院实验动物中心提供 ） 18 只， 雌雄不拘， 体重 13. 15 1. 48 （11 16. 5）kg， 20% 氨基甲酸乙酯 （上海 山浦化工有限公司） 5 ml/ kg 静脉麻醉。气管切开，NEW- PO
15、RT E200 型呼吸机通气， 调整呼吸机参数维持血气在正常 范围。分离、 切开右侧股动脉、 股静脉， 分别插入 7F 动脉鞘 管用于监测动脉血压、 放置右室心尖部起搏电极、 静脉输液 和取血监测动脉血气、 静脉血电解质。前正中切口开胸， 剪 开心包、 缝制心包吊床， 于左室前壁避开血管区选择两处电 极放入部位， 相距 10 mm 左右， 用注射器负压下垂直试穿心 室壁， 有回血时深度为拟放入电极处的室壁厚度。Seldinger 法在试穿点各放入导引钢丝一条， 5F 鞘芯扩张后同时拔出 钢丝和鞘芯， 选取合适长度的 KCl MAP 电极沿穿刺部位放 入， 插入心腔有落空感后稍回提， 电极小钩即
16、可牢固嵌入心 肌组织内； 另一部位放置同样制作但不含氯化钾的电极。依 据文献通过心内膜接触电极 4同步记录 MAP。经静脉输液 维持血压、 血电解质浓度在正常范围。 1. 3 MAP 的记录 各电极导线通过转线盒连接 GY-6328 三十二道电生理仪 （华南医电） ； 采集心电信号经过 10 倍增 益、 0. 01 Hz 高通滤过、 1 000 Hz 低通滤过； 采样频率 6 000 Bit/ s， 经数模 （A/ D） 转换后磁光盘及随机硬盘存储以备脱机 分析。8 只犬用于观察 MAP 时程和振幅的变化， 10 只犬用 于研究局部注射异丙肾上腺素 （Isoprenaline，Iso） 前后跨
17、室 壁 MAP 变化及室性心律失常。40%甲醛消融窦房结产生交 界性逸搏心律， 心率稳定后经 KCl MAP 电极的三通局部给 予 Iso （浓度从10 -7 mg/ ml 开始， 每10 倍浓度分级递增， 每次 0. 5 ml 在 3 min 内匀速注入， 直至产生室性心律失常） 。同 步记录体表心电图和股动脉血压。备用除颤器 （Hewlett- Packard Company） 。试验结束后弹簧秤测量拔出 KCl MAP 电极所需外力， 解剖心脏测量穿刺部位心室壁厚度。跨室壁 复极离散度 （TDR） 的测量和计算方法： 以三层心肌最早除极 时间点为起点， 测量 MAP 振幅复极到 90%
18、的最早时间点与 最晚时间点的水平距离， 即 MAPmax - MAPmin， 单位 ms。 1.4 统计学方法 通过 SPSS12. 0 统计软件包进行数据分 析。计量资料用 -x s 表示， 采用配对 t 检验、 配伍资料单因 素方差分析和相关分析， 以 P 0. 05） ； 与电极放入时比较， 60 和 120 min 时 APA 有明显的降低 （P 0. 05） ， 但明显缩短 Mid APD50和 APD90（P 0. 05） ； TDR 在 用药后明显降低 （P 0. 05） ， 用药前后 APA 没有明 显的改变。见表 2。递增 Iso 浓度， 在 10 -6 10 -4 mg/
19、ml 浓度范围内 10 只犬全部诱发出室性心律失 常 室性早搏 （简称室早） 、 室性心动过速 （简称室 速） 、 尖端扭转性室速或心室颤动 。部分室速起源 于 Mid 的早期后除极 （EAD） ， 连续的触发活动引起 室速， 见图 5。 表 2 局部 Iso （10 -5mg/ ml） 对 APD、 APA 和 TDR 的影响 （- x s， n =10） 类别 Endo-Sub APD50（ms） APD90（ms）APA （mV） Mid APD50（ms） APD90（ms）APA （mV） Epi-Sub APD50（ms） APD90（ms）APA （mV） TDR （ms） Is
20、o 前 191.1 2.7216.9 3.812.4 0.3200.1 2.7236.9 3.812.3 0.3185.3 6.0201.0 2.512.5 0.435.7 4.8 Iso 后 190.3 2.8213.3 2.912.2 0.2197.3 2.8226.3 3.0*12.3 0.2186.5 2.8201.4 2.512.6 0.3 24.9 3.9* 注： 与 Iso 前比较， P 0.05， *P 0.01 3 讨论 记录 MAP 已有 120 多年的历史。1882 年 Bur- don-Sauderson 和 Page 5首先在蛙心脏记录到 MAP。 1951 年 Ho
21、ffman 等 6用吸附电极记录到 MAP 与微 电极记录的跨膜动作电位的复极过程相似。此后代 替吸附电极的接触 （加压） 电极扩大了 MAP 的应用 范围。但这些电极只限于记录心内膜或心外膜表面 的 MAP， 不能了解存在跨室壁电异质性的中层心肌 的复极情况。国内外对三层心肌电生理特性的研究 多数采用离体灌注标本和单个心肌细胞， 由于在体 心肌受神经体液调节及心肌细胞间网络属性的影 响， 使得离体与在体实验结果不尽相同， 必须考虑多 细胞过程在心律失常中的作用。 55 中国心脏起搏与心电生理杂志 2006 年第 20 卷第 1 期 图 4 局部应用 Iso 对 TDR 的影响 图 5 局部
22、Iso 诱发的室速 箭头所指为起源于 Mid 的 EAD MAP 电极所记录的心电信号类似于跨膜动作 电位， 其原理尚未完全明了， 根据“Franz” 假说 7， 8 目前认为是一种 “边界电流” 。MAP 电极通过某种 损伤方式引起其周围局部心肌一定程度的去极化 （ -30 -20 mV 左右） ， 由于这一跨膜电位下钠通 道的失活， 这群心肌细胞相对于周围正常心肌细胞 处于已固定的 “冻结” 电位， 由于心肌细胞中这些去 极化的区域或部分不再参与周边正常细胞的周期性 去极化和复极活动， 这个通常无法得到的恒定电位 就可作为参照。未受损伤影响的电极周围心肌细胞 存在随时间而变化的电位改变，
23、于是在两个电极周 围心肌细胞群之间的电位差即可产生 “边界电流” ， 这一 “边界电流” 在电极导管尖端毗邻区就形成了 电压升降的电场， 而电极尖端就将这些场电压变化 记录下来， 这就形成了 MAP。这种局部去极化可以 通过加压 9、 吸附6或氯化钾10等方法来产生。 Weissenburger 等 11报道使局部心肌暴露于氯化钾 环境， 分别在多部位记录到心室肌 MAP。本研究设 计制作的可局部给药 KCl MAP 电极， 通过溶入琼脂 糖凝胶中的氯化钾缓慢弥散产生局部心肌去极化， 所记录的 MAP 信号稳定可持续 2 h 以上， 与 Zhou 等 12所报道相似， 与普通心内膜接触电极相比
24、较， 记录 MAP 的图像特征相似， 虽然随时间延长 APA 逐渐降低但并不影响对复极过程的分析， 可能与心 肌组织正常的血流灌注和代谢降低了局部氯化钾的 浓度有关； 与同样制作的不含氯化钾电极所记录 MAP 对照进一步证实这种损伤电流是氯化钾引起 而不是非特异性机械损伤所致。借助于 Seldinger 技术电极置入方便可靠； 拔出电极需用 180 300 g 的外力， 说明通过 6 个小倒钩固定电极是牢固可行 的， 并且实验过程中没有电极的脱落和置入电极部 位的明显出血； 所具有的局部给药功能可用于模拟 局部交感神经张力增加引起心律失常机制的研究。 近年的电生理研究的重要进展之一是确定了心
25、脏内在神经支配和电重构中神经芽生的重要性， 在 对损伤应答反应中交感神经分布的异质性有较高的 致心律失常作用 13。Shimizu 和 Antzelevitch14报道 楔形灌注心肌标本建立的各种长 QT （LQT） 模型中 Iso 对 TDR、 QT 和 APD90影响各不相同。Iso 能延长 LQT1 模型的 QT 和 M 细胞的 APD90， 但缩短 Epi 和 Endo 的 APD90， 引起 TDR 的持久增加； 在 LQT2 模 型中 Iso 先延长然后缩短 M 细胞的 APD90， 但总是 缩短 Epi 的 APD90， 结果短暂性的增加 TDR； 在 LQT3 模型中 Iso
26、始终缩短三层心肌细胞的 APD90， 结果持续稳定地降低 TDR。说明三层心肌细胞固 有的电异质性和不同的离子通道状态决定了 Iso 效 应的差异。本研究消融犬窦房结后局部给予 Iso 可 使 Mid 的 APD90和 TDR 均有所降低， 而 Epi-Sub 与 Endo-Sub 的 APD90无明显变化。诱发室早和非持续 性室速的最低局部 Iso 浓度为 10 -6 10 -4 mg/ ml。 起源于 Mid 细胞的 EAD 和自律性升高可能为局部 Iso 诱发心律失常的机制之一， 特别是室早后 EAD 振幅更大、 时间更早， 连续的 EAD 可引起室速。实 验中所诱发的室性心律失常持续时
27、间短， 大都可自 行终止， 说明在正常心脏局部交感神经引起的心律 失常为一过性自律性升高和 EAD， 蜕变为持续性室 速和心室颤动还需具备其它形成折返的条件 （如与 复极不均一增加有关的传导延缓、 单向阻滞等） 。 本研究所制作的 KCl MAP 电极取材价廉容易， 电极放置简便稳定， 记录 MAP 信号理想， 特别是具 有局部给药功能， 为 MAP 的记录及室性心律失常的 研究提供了很好的方法， 可用于某些电生理现象的 探讨、 药物抗心律失常作用机理及药物的致心律失 常机制等方面的研究。需要说明的是， 这种电极仅 适应于在体和离体的动物实验而不能用于人体临床 电生理研究， 是为不足之处。 参
28、考文献 1 Sicouri S，Antzelevitch C. A subpopulation of cells with unique electrophysiological properties in the deep subepicardium of the ca- nine ventricle J . The M cell. Circ Res， 1991， 68： 1 729 65 局部给药跨室壁氯化钾单相动作电位记录电极的研制 2 刘中民， 张代富. 心律失常的分子研究. 见： 刘中民， 张代富主译： 分子心脏病学 M . 北京： 人民卫生出版社， 2002.283 3 Spach
29、 MS. Alignment of myocardial cells and its role in the gene- sis of cardiac arrythmias J . Pacing Clin Electrophysiol， 1990， 13： 1 535 4 Spear JF，Moore EN. Modulation of arrhythmias by isoproterenol in a rabbit heart model of d-sotalol-induced long Q-T intervals J . Am J Physiol Heart Circ Physiol，
30、2000， 279： H15 5 Burdon-Sauderson J， Page FJM . On the time-relations of the excita- tory progress in the ventricle of the frog J . J Physiol（Lond） ， 1882， 2： 385 6 Hoffman BF，Cranefield PF，Lepeschkin E，et al. Comparison of cardiac monophasic action potentials recorded by intracellular and suction e
31、lectrodes J . Am J Physiol， 1959， 196： 1 297 7 Franz MR. Current status of monophasic action potential recording： theories，measurements and interpretations J . Cardiovasc Res， 1999， 41： 25 8 李翠兰， 胡大一. 单相动作电位技术及其临床应用 J . 中国心 脏起搏与心电生理杂志， 2002， 16 （5） ： 326 9 Franz MR，Chin MC，Sharkey HR，et al. A new si
32、ngle catheter technique for simultaneous measurement of action potential duration and refractory period in vivo J . J Am Coll Cardiol， 1990， 16： 878 10 Nesterenko VV，Weissenburger J. Experimental evidence for re-in- terpretation of basis for the monophasic action potential：A new technique with large
33、 amplitude and stable transmural signals J . Circulation， 1995， 92：I-299 11 Weissenburger J，Nesterenko VV，Antzelevitch C. Transmural het- erogeneity of ventricular repolarization under baseline and long QT conditions in the canine heart in vivo：torsades de pointes develops with halothane but not pen
34、tobarbital anesthesia J . J Cardiovasc Electrophysiol， 2000， 11： 290 12 Zhou X，Huang J，Ideker RE. Transmural recording of monophasic action potentials J . Am J Physiol Heart Circ Physiol， 2002， 282： H855 13 Verrier RL，Antzelevitch C. Autonomic aspects of arrhythmogene- sis：The enduring and the new J
35、 . Curr Opin Cardiol， 2004， 19： 2 14 Shimizu W， Antzelevitch C. Differential effects of beta-adrenergic agonists and antagonists in LQT1，LQT2 and LQT3 models of the long QT syndrome J . J Am Coll Cardiol， 2000， 35： 778 （2005 -08 -08 收稿） （向晋涛编辑） Circulation 的一个创举 AHA 的机关刊物 Circulation 创刊于 1950 年， 正是心
36、血管病发病率迅速增长之时。开始只是供少数心血管医生阅读的刊 物， 如今已成为全球性心血管医学的传媒， 订阅者 22 000 份， 另有网络版 10 000 订户。在 70 余种心血管期刊中， 影响因子居 首位。 它的通讯作者的国籍反映了 Circulation 是个全球刊物。最近 12 个月收到的来稿 6 976 篇中， 2 985 （45%） 来自欧洲， 欧洲 来稿中接受刊出者占 10%。最近 12 个月 Circulation 发表的文章中， 出自欧洲作者之手者占 30%。 一个期刊不但需要一流的来稿， 还需要高水平的审稿同行。Circulation 的声望因它的审稿系统而大大地升高。由于
37、现代 科学的全球化， 我们不能仅依赖本国的审稿者。最近 12 个月， 为 Circulation 独立审稿的专家达 4 058 位， 其中 1 234 （30%） 属 欧洲专家， 113 篇术评中 17 篇出自欧洲专家之手。 这些数据提示， 与许多欧洲科学家和医生常有的认识不同， Circulation 真的也是欧洲专家的期刊。欧洲专家在它的内容 的质量上都有重大贡献， 所以在主编 Jesseph Loscalzo 的倡议下， AHA 决定设 Circulation 的欧洲版本。 有人会提出， 这有违当代的全球化趋向， 但这并非重新设区域性学术， 审稿过程和文章的发表照旧， 但地区性气息在医学
38、 上仍具有重要性， 因为不同的国家、 不同的经济及医疗保健制度需要不同的论据。 其中的一个例子是埋藏式心脏转复除颤器 （ICD） 、 虽然所有医生都掌握同样的一些论据， 但美国、 西班牙和英国就有很大的 不同。文化、 行政管理、 经济和个人的因素影响着临床试验的实施和落实， 提出价值问题时， 学术以外的种种因子就显得重要。 在经费、 管理和伦理方面， 欧洲亦与美国大不相同， 欧洲之内， 不同区域亦如此。欧盟有一个科学规划， 但并没有一个像 美国的 NIH 那样的机构。科研经费亦不同， 某些国家级的学术团体能很有效地提供基金， 但有些国家的科学家只能主要依赖 工业， 学术系统是科学过程中一个很重
39、要的元素， 不同国家互不相同， 这影响到希望投身于心血管医学中来的年青的科学家 和医生。伦理、 文化等领域无疑都有影响。 从历史看， 欧洲在心血管学中做出了重要贡献。Andress Vasdius、 William Harueg、 John Hunter 都是欧洲人， 他们建立了心 脏解剖学； Willian Witering 和 Thomasl Brunton 创建了心血管药理学， 没有 Willem Eimthere 和 Thomas Lewis， 今日心电图就不可 能成为常规诊断方法。瑞典工程师创立超声心动图， Werner Forss mann 发明心导管， Ake Senning 发
40、明起搏器、 Andreas Gruntzig 发明经皮球囊冠状动脉成形术， 这些都是欧洲对心脏学的贡献。今日欧洲心脏学仍然是许多有影响力的科学家的家园， 每年 举办非常成功的年会。 基于上述， 主编和欧洲编辑十分自豪地回顾欧洲的辉煌业绩。2006 年开始 Keith Barnard， 英国的一个很有经验的内科大 夫和医生作家、 记者， 将与欧洲编者一道， 每期为 Circulation 提供特写、 欧洲的临床医生、 科学家和科研工作者从欧洲的角度提 供评伦， Circulation 仍一如既往地发表心血管方面的一流学术资料， 但反映欧洲视角。 （Lusche TF. Circulation， 112： . 余国膺 摘译） 75 中国心脏起搏与心电生理杂志 2006 年第 20 卷第 1 期