2结果


2.1 MEA记录两组犬LAA、RAA组织块FAPD


LAA和RAA组织片FAPD的图形类似于正置/倒置的心房肌动作电位图形。对照组心脏电激动各通道同步,连续5 min记录,无论是LAA和RAA节律在同一只犬完全一致,节律齐,频率(156.44±8.88)次/分左右。48 h AF组LAA组织电活动节律绝对不齐,频率(185.22±25.62)次/分,较对照组频率(156.44±8.88)次/分快(P<0.01),RAA组织电活动节律绝对不齐,频率(102.39±16)次/分,较对照组(156.44±8.88)次/分频率慢(P<0.01)(图4)。

图4对照组和AF组场电位时程和局部放电频率的比较Note:Compared with the control group,*P<0.05,**P<0.01


48 h AF组LAA组织电压(458.33±26.73)μV较对照组(740.55±18.93)μV明显降低(P<0.01),48 h AF组LAA组织场电位时程(45.28±8.59)ms较对照组(70.77±6.98)ms缩短(P<0.01)。


48 h AF组RAA组织电压(504.83±39.93)ms较对照组(840.56±18.93)ms明显降低(P<0.01),48 h AF组RAA组织场电位时程(61.78±7.1)ms较对照组(75.83±7.63)ms缩短(P<0.01)。


对照组LAA,RAA搏动频率一致,搏动频率匀齐,AF组LAA,RAA组织片搏动频率绝对不齐,较对照组频率明显增加(图5)。


2.2 MEA记录两组犬LAA,RAA组织块电激动传导顺序


从左下至右、至右上的同步记录心电信号中记录到波形变化明显的心耳肌组织块早、中和晚的场电位信号,表明了电激动的传导顺序。可见对照组LAA的电激动传导大致从左下角向右向上缓慢而递减传导,电压逐渐减小,呈梯度改变。48 h AF组LAA电激动的场电位原始图,可见激动频率明显增加并紊乱,节律绝对不齐,场电位信号在传导过程中,电压发生明显的改变,电压梯度样改变消失,呈高低不等改变,表明电激动传导方向不一致,电压互相抵消导致电压梯度样改变消失(图6,彩插5)。

图5对照组和实验组LAA和RAA放电频率,电压和Fpdur的比较Note:Compared with the control group,*P<0.05,**P<0.01

图6对照组和AF组激动传导顺序


3讨论


以往对于犬心脏电生理特性的研究,主要采用经典的膜片钳技术研究离子通道和离子流的特性,但其仅限于单细胞水平,无法进行细胞与细胞之间的相互作用和联系、心肌细胞的传导功能活动的调节研究,且是损伤性研究,不适于进行长时程监测记录。MEA标测技术,是60位点同步记录、非侵入性记录组织动作电位的新技术,该技术直接反映与电极接触部位心肌细胞的电生理活动,突破了单、双极动作电位记录技术不能有效反映细胞间电信号传导的信息的缺点,是一种非损伤性细胞外记录膜电位变化的新方法,可多部位(60电极)、非损伤、长程记录,已广泛用于脑切片、神经元网络、神经细胞、心肌细胞的电生理活动的研究,突破了单、双极动作电位记录技术不能有效反映细胞间电信号传导的信息,且心脏组织片电活动较单个心肌细胞更接近生理状态,用这种方法研究犬心耳组织片电生理活动及兴奋的传导,目前尚无报道。


3.1 MEA记录对照组和AF组犬LAA和RAA场电位的放电频率和节律


本研究应用MEA技术记录离体对照组和48 h AF组犬离体LAA和RAA的FAPD的结果显示,对照组同一只犬的离体LAA和RAA的搏动一致。虽无肉眼可见的机械收缩,但可以在MEA中记录出其组织放电,其放电频率为(156.44±8.88)次/分,和正常杂种犬麻醉状态下的心率相似,心律匀齐。


48 h AF组各犬LAA和RAA的心律绝对不齐,同一只犬LAA和RAA的心率也不一致,且心律绝对不齐,并发现LAA的放电频率(185.22±25.62)次/分,RAA的放电频率(102.39±16)次/分,LAA的放电频率比对照组快,RAA的放电频率比对照组慢。在体48 h AF犬模型,当高右房刺激停止后,AF立即终止,不能维持,为何将组织分别取下后,已脱离了窦房结的控制,反而自发维持AF了呢?是否由于48 h 600次/分的快速起搏造成的心耳的电重构已造成心耳内潜在起搏点自律性增高,紊乱,但尚未能和从高位右后上方的窦房结传来的冲动相抗衡,因此当起搏停止时,并未能表现出AF,而心耳部确实在高频颤动,而被大的向左前下的向量所抵消,致使我们未能发现?


3.2 MEA记录AF组和对照组犬LAA和RAA场电位的电压


无论是对照组还是AF组均为RAA比LAA电压高,且AF组LAA和RAA的电压较对照组明显降低。鉴于在体时右耳的解剖位置靠右、后、上,右房右耳较早除极,心脏整体的除极方向和其自身除极的方向一致,在心电向量图上也表现为环体向前向下,而在心电图的机理上也有右房大表现为P波的电压增高,说明右房大小和P波呈正相关。而LAA除极方向几乎和除极方向垂直,故其更大程度表现为时限,而不表现为电压。正常左房除极向量方向是指向左后偏下,LAA为左右心房最终除极的部位,而心脏的整体除极方向为左前下,LAA更多反映心房最终除极时限,因此在对照组犬的LAA比RAA电压小。而在48 h AF组,由于高右房局灶激动,形成折返,造成左右房颤动样传导,由于每个单个的折返环小,电压低,且方向不一,在同一个方向上形成大的合力,故造成AF组LAA和RAA的较对照组电压降低。


3.3 MEA记录AF组和对照组犬LAA和RAA fpdur


无论是对照组还是AF组均为RAA比LAA场电位时程长,且AF组的LAA和RAA场电位时程均较对照组明显降低,组织的场电位时程和单细胞动作电位相对应,因此场电位时程缩短反应组织中单个细胞的动作电位时限缩短,在AF动物模型和临床AF病人中,心房有效不应期的明显缩短是最典型的电生理特性,MEA检测到场电位时程的缩短与AF时心房肌细胞动作电位时程及心房有效不应期电生理指标缩短具有对应性和同步性。因此我们的研究提示:MEA技术可以用于AF后心房电重塑及心脏组织块电激动传导特性的研究,可以为AF电重塑的检测提供了新的、有效的手段。应用MEA检测记录组织块电激动传导顺序发现电激动在传导过程中电压发生明显的改变,电压梯度减小甚至消失,呈高低不等改变,这种改变是因为电激动在传导过程中方向各异引起电压相互抵消,导致电压高低不等。由此说明MEA技术不仅能直观反映心肌组织块场电位的改变,而且能反映心肌传导的各向异性,是传导异常性心律失常机制研究的可靠途径。


快速起搏高右房48 h后使心房肌代偿性肥厚、排列方向紊乱及心肌纤维化等一系列心房结构的变化—心房结构性重塑,导致心房肌电活动局部传导延迟和各向异性传导,心房肌电活动的各向异性传导可提高AF的发生率,更易导致AF的发生。


本实验应用的组织片多电极同步记录及分析方法,为研究离体心脏生理和病理状态心肌组织兴奋性及传导提供了有效的新方法,并可能为心脏的传导异常相关的心律失常的机制研究以及药物干预研究提供一定的方法学,特别在心房肌的电传导上,MEA技术能直观反映心房肌传导的各向异性,可以作为检测心肌传导异质性的可靠的、有效的检测手段。


微电极阵列应用于心脏的传导异常相关的心律失常的机制研究(一)

微电极阵列应用于心脏的传导异常相关的心律失常的机制研究(二)