心房颤动动物模型
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[摘要] 动物模型可模拟机体的疾病状态，使研究者得以明确疾病的病理生理学机制。心房颤动(房颤)困扰了临床医生和基础研究者数十年。房颤动物模型的发展将极大有助于对房颤机制的研究。作者简述了几种房颤动物模型，这些模型可用来研究房颤发生和维持的机制，也可用来评估抗房颤药物的疗效。
[关键词] 心房颤动;动物模型
Animal models of atrial fibrillation
JIN Qing-feng
(Department of Cardiology，Tongji Hospital，Tongji University，Shanghai200065，China)
Abstract:Animal models that simulate disease status are tools for investigators to understand the mechanism re-sponsible for pathophysiological conditions.The development of animal models for the study of atrial fibrillation，to which clinicians and researchers dedicated themself for decades，will facilitate the investigation of the disorder.This review describes a variety of animal models utilized for the investigation of initiation and maintenance mechanisms of atrial fibrillation，as well as models used to evaluate the efficacy of agents for atrial fibrillation.
Key words:atrial fibrillation;animal model
心房颤动(房颤)是临床上最常见、最难治的心律失常，它的电生理机制尚处于争议之中。目前多认为，房颤可能有多种类型，不同类型房颤的机制可能不同，相应在治疗上也会有区别。研究房颤的发病机制和治疗手段，需要根据不同起因建立稳定的、重复性好的且病理生理过程可以模拟临床情况的房颤动物模型，其必备特征[1] 是:(1)模型应与临床观测的房颤相似，即具有结构和功能两方面的异常;(2)模型应能被诱导出房颤并能维持，房颤不会自行终止而干预手段能有效中止房颤;(3)模型应能恢复并维持正常窦性心律。作者对多种多样的房颤动物模型作一综述。
1 手术致房颤模型
1.1 解剖损伤房颤模型
其理论基础是房颤的折返学说:一个或多个冲动在一个闭合环路中单向循环传导。此类房颤模型的建立就是将传导冲动的组织周围给予阻断而形成闭合环路。Frame等[2] 引入外科的“Y”型切开术，切口横贯上下腔静脉，“Y”型侧支由右心房延至右心耳。此术需充分暴露自上腔静脉至下腔静脉间的心肌。夹持此间心肌并做线型切口接着缝合。同法在右心房至右心耳间做一线型切口，两切口连接便成一“Y”型。电极置于心房表面，触发刺激诱导房颤。
1.2 无菌性心包炎房颤模型Page等[3]
认为弥漫性无菌性心包炎导致的心房炎症易罹患房颤。将麻醉犬开胸，用三对不锈钢金属线电极缝合在预定的右心房位点，暴露心脏，在心房表面撒上大量无菌滑石粉后，缠上一薄层纱布。术后愈合过程中，给予期前刺激或者给予10～30s快速递增的心房刺激便能诱导出房颤。术后4d内，房颤易引出。术后7d房颤诱导率便降至五分之一弱。
1.3 二尖瓣返流房颤模型
Mitchell等[4] 通过一种改良的外科手术而建立了此种房颤模型。方法如下:麻醉犬，将一带有2mm金属钩的导管置于其左室底部和前壁。圈住二尖瓣腱索并迅速提拉剥离，造成二尖瓣破损。重复上述过程直至肺动脉楔压达到5mmHg(1mmHg=0.133kPa)，或者 记录楔入压时出现V波。此术式有效地造成了二尖瓣返流。随后将与植入性起搏器相连的起搏电极置于右心房。接下去的6周内给予640次·min-1 的程序性起搏刺激，强度为2～3倍于起搏阈值，记录前24h给予120次·min -1 的起搏率。记录结果，16只犬中有15只出现持续性房颤。此模型病理基础与风湿性心脏病有极大相似性，不破坏房室壁的完整结构。但是，在破坏二尖瓣腱索中因是盲操作，返流量难以精确控制。
2 电刺激致房颤模型
Morillo等[5] 通过起搏诱导出慢性房颤模型，并造成房性心肌病。他们经静脉把电极置于犬的右心耳，以400次·min-1 的起搏率起搏6周，发现82%的犬发生持续性房颤，而且双侧心房均发生心肌病变。病变犬仍可恢复窦性心律。
荷兰Maastricht心血管研究所Allessie等[6] 在清醒状态的山羊身上诱导出了一种精确的慢性房颤模型。将一体外自动除颤器连接在羊身上，除颤器持续记录左房心电图。当测到心房无颤动时，装置自动给予触发刺激(50Hz，2ms持续时间，4倍阈值)，重新诱导出持续性房颤。几天后(有的动物需要2周时间)，房颤持续且无需电刺激维持。他们应用此模型来研究Ⅰ和Ⅲ型抗心律失常药，发现ⅠA、ⅠC和Ⅲ型抗心律失常药能使67%～92%的羊恢复窦性心律，恢复后71%～100%的羊很容易重新被诱导出房颤。他们认为:房颤再诱导成功率的高低与研究选择药物的失效与否有关，再诱导心律失常的机制与立即转复正常窦性心律的机制不同。Lin等[7] 在兰德瑞斯猪的右心耳处植入起搏装置，以600次·min-1 的频率起搏6周，91%的猪发生持续性房颤(超过24h)。Thomas等[8] 将永久性心房与心室起搏器分别置入犬右心耳和心室，心房起搏率为600次·min-1 ，心室起搏率为100次·min-1 ，起搏6周获得房颤动物模型。Derick等[9] 将起搏器的两电极置于成年母羊的右房，另一电极置于右室，给予快速心房起搏4周，间歇6d为1个周期，连续3个周期，他们发现随着起搏时期的延长，房颤越来越易被诱出(1、2、3个月比较，P<0.05)。
3 迷走神经刺激致房颤模型
Hayashi等[10] 用麻醉犬来研究吡西卡尼(Pilsicain-ide)和MS.551尼非卡兰(nifekalant)终止房颤的功效。他们建立了“迷走神经性房颤模型”，每只犬颈迷走神经均被分离、固定和切断。接下来将铁氟龙涂层金属电极置于神经的心脏末端，这样便能刺激传出神经。锁骨下的袢状神经节同样被分离切除。在持续双侧迷走刺激时，给予90～120ms周期的心房触发刺激便能诱导出房颤。6只犬中静注吡西卡尼均能终止房颤。8只犬中静注MS.551能终止6只犬的房颤。
4 化学药物致房颤模型
4.1 氯化铯房颤模型
氯化铯能阻断内向整流钾通道，延长心室复极。Satoh等[11] 在麻醉犬心房诱导出早期后除极的模型，产生的快速性心律失常类似于心房的尖端扭转型室速。将浓度为0.05～0.25mM.ml氯化铯加入窦房结动脉。9只犬中6只产生房性心动过速并转为房颤。此类模型诱导出的多行房性心动过速与尖端扭转型室速有一些类似特征。此房颤模型的缺陷是当心房缺血时可能影响实验结果，因为窦房结动脉可能部分闭塞，从而使得药物无法发挥药效。
4.2 酒精房颤模型
Anadon等[12] 建立了酒精诱导房颤动物模型。麻醉猪，两处静脉分别连续滴入酒精，直至体内酒精浓度达到0.15和0.275g·L-1 。多极导管置于右心房，输入酒精前和酒精浓度达到预定浓度时分别给予心房刺激。抽血样本以明确酒精浓度与诱导房性心律失常类别的相关性。研究发现，当第一阶段酒精浓度较低[(0.169±0.45)g·L-1 ]时，房颤诱导率大大增加，9只猪中8只产生房颤(无房扑)。当继续增加酒精浓度[(0.284±0.85)g·L-1 ]时，房扑被迅速引出，5只产生房扑，3只产生房颤。
4.3 乙酰胆碱房颤模型
诱发房颤的机制如下:(1)缩短心房有效不应期(ERP)，从而容易形成折返环。因为房颤折返环的大小取决于心房ERP与可连续激动的心房肌群的关系，ERP越长，折返环路越长，则参加折返所需的心房肌群越多;相应的ERP缩短，参加折返所需的心房肌群就少，相对增加了心房可容纳子波的数目。(2)降低了窦房结自律性，相对增加了异位起搏点的自律性，使窦房结对异位兴奋的抑制作用减弱。杨诏旭等[13] 用成年 健康犬10只，分别在右心耳、上腔静脉与右房交界处缝置一对电极，连接程序刺激仪。分离右股静脉插管后接微量泵作持续静脉注射乙酰胆碱(ACH)用。他们发现在给ACH前，所有犬都未能通过心房触发刺激诱导出持续性房颤，逐渐增大ACH的剂量之后，通过心房触发刺激诱发出房颤的时间逐渐延长。当ACH增加到一定剂量，有1只犬不需诱发即可出现持续性房颤，10只犬均可以通过心房触发刺激诱发出持续性房颤。
5 转基因鼠房颤模型
转基因鼠模型已经成为研究许多疾病发生机制的有效工具。转基因小鼠的引入曾使得一些室性心律失常如长QT综合征与Brugada综合征的研究取得突破性进展。在房颤方面，由于缺乏明确的致房颤基因、鼠心房过小(难容纳多折返环)及对转基因模型表现型研究手段的匮乏(如心房心电生理学记录)等，很少有相关的模型报道。
Hagendorff等[14] 报道了转基因Cx40小鼠模型，发现小鼠心室无心电生理异常，但窦房结恢复时间延长，心房传导速率减慢，易发生房性心律失常。他们还发现，Cx40纯合转基因小鼠体表心电图P波延长，为22.4～26.0ms，而野生对照组和杂合子转基因模型分别为16.7～17.9ms和16.8～18.5ms。他们在8只纯合Cx40鼠中用触发刺激诱导5只出现房性心律失常，而在野生对照组中未引出。Verheule等[15] 将多根电极置于此小鼠模型心房表面来直接记录心房传导速率，他们发现纯合小鼠的心房传导速率与杂合和野生对照相比下降30%，而杂合和野生型传导速率无显著差异。由于Cx40在小鼠体内分布与人类相似，此模型可研究人体Cx40与房颤的近似关系。Kovoor等[16] 利用转基因技术建立了IK.Ach通道敲除型小鼠模型，14只野生小鼠中应用卡巴胆碱后10只发生房颤[(5.7±11)min]，而基因敲除小鼠中不能被诱发出心房颤动，有力地证明了IK.Ach通道在小鼠心房颤动发生中的关键作用。
Hong等[17] 发现了引起心脏紊乱的蛋白(junctin)的功能。junctin是一个重要的内膜蛋白，在心肌和骨骼肌的肌浆网上与理阿诺碱受体(RyR)和肌钙蛋白结合，可以影响心肌的收缩和舒张。转基因小鼠心脏表达junctin的量是正常小鼠的24～29倍，结果发现转基因小鼠心肌细胞中RyR浓度下调。L.Ca2+ 电流密度增大和动作电位时程延长，造成小鼠左心室和右心房增大、心动过缓、心房颤动和心肌重构等改变。
最近，Verheule等[18] 通过转基因技术建立了转化生长因子TGF.β1 小鼠模型。他们发现，在此小鼠模型中，心房均发生纤维化，而心室无改变，触发刺激在29只小鼠中诱导出房颤14只，而野生型小鼠均未诱导出。与野生小鼠相比，突变小鼠右房心电传导速率大大降低，而左房传导速率变化不大，但其心电传导紊乱。膜片钳记录动作电位无变化。他们认为选择性心房纤维化导致了房颤的易激性。随着电生理技术的发展，以及我们对致房性心律失常基因了解的深入，转基因鼠模型势必为房性心律失常开创崭新的研究领域。
6 总结
本综述简述了数种房颤模型以及研究者探究各种模型房颤发生、维持和终止可能的机制，但是临床上房颤的发生机制不应是单一的，不能希望用一种房颤模型模拟出临床上种类众多的房颤。我们可对不同房颤模型进行关于房颤共性的研究，同时也可对相应原因的房颤作一些个性的研究。随着实验模型的建立朝着符合人体病理生理学方向的发展，以及新的房颤致病基因的发现，我们对房颤机制的认知必定大大改进，从而可能有更有效的治疗策略应用于临床。
[参考文献]
[1]NATTEL S，BOURNE G，TALAJIC M，et al.Insights into mecha-nisms of antiarrhythmic drug action from experimental models of at-rial fibrillation[J].J Cardiovasc Electrophysiol，1997，8:469.480.
[2]FRAME L H，PAGE R L，HOFFMAN B F，et al.Atrial reentry around an anatomic barrier with a partially refractory excitable gap.A canine model of atrial flutter[J].Circ Res，1986，58:495.511.
[3]PAGE P L，PLUMB V J，OKUMURA K，et al.A new animal modelof atrial flutter[J].J Am Coll Cardiol，1986，8:872.879.
[4]MITCHELL M A，McRURY I D，HAINES D E，et al.Linear atrial ablations in a canine model of chronic atrial fibrillation:morphologi-cal and electrophysiological observations[J].Circulation，1998，97:1176.1185.
[5]MORILLO C A，KLEIN G J，JONES D L，et al.Chronic rapid atrial pacing.Structural，functional，and electrophysiological characteris-tics of a new model of sustained atrial fibrillation[J].Circulation，1995，91:1588.1595.
[6]ALLESSIE M A，WIJFFELS M C，KIRCHHOF C J，et al.Experi- mental models of arrhythmias:toys or truth[J].Eur Heart J，1994，15A:2.8.
[7]LIN J L，LAI L P，LIN C S，et al.Electrophysiological mapping and histological examinations of the swine atrium with sustained(>or=24h)atrial fibrillation:a suitable animal model for studying human atrial fibrillation[J].Cardiology，2003，99:78.84.
[8]THOMAS H，EVERETT I V，SANDER VERHEULE，et al.Left at-rial dilatation resulting from chronic mitral regurgitation decreases [J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2004，286:H2452.H2460.
[9]DERICK M T，SIMON P F，ANDREW P W，et al.Repetitive4.week periods of atrial electrical remodeling promote stability of atri-al fibrillation[J].Circulation，2004，109:1434.1439.
[10]HAYASHI H，FUJIKI A，TANI M，et al.Different effects of class Ic andⅢantiarrhythmic drugs on vagotonic atrial fibrillation in the canine heart[J].J Cardiovasc Pharmacol，1998，31:101.107.
[11]SATOH T，ZIPES D P.Cesium-induced atrial tachycardia degen-erating into atrial fibrillation in dogs:atrial torsades de pointes?[J].J Cardiovasc Electrophysiol，1998，9:970.975.
[12]ANADON M J，ALMENDRAL J，GONZALEZ P，et al.Alcohol concentration determines the type of atrial arrhythmia induced in a porcine model of acute alcoholic intoxication[J].PACE，1996，19:1962.1967.
[13]杨诏旭，蔡振杰，王跃民，等.乙酰胆碱诱发犬急性心房颤动模型的研究[J].心脏杂志，2002，14:195.198.
[14]HAGENDORFF A，SCHUMACHER B，KIRCHHOFF S，et al.Conduction disturbances and increased atrial vulnerability in Con-nexin40-deficient mice analyzed by transesophageal stimulation [J].Circulation，1999，99:1508.1515.
[15]VERHEULE S，VAN BATENBURG C A，COENJAERTS F E，et al.Cardiac conduction abnormalities in mice lacking the gap junc-tion protein connexin40[J].J Cardiovasc Electrophysiol，1999，10:1380.1389.
[16]KOVOOR P，WICKMAN K，MAGUIRE C T，et al.Evaluation of
the role ofⅠin atrial fibrillation using a mouse knockout model
[J].J Am Coll Cardiol，2001，37:2136.2143.
[17]HONG C S，CHO M C，KWAK Y G，et al.Cardiac remodeling and atrial fibrillation in transgenic mice overexpressing junction [J].FASEB J，2002，16:1310.1312.
[18]VERHEULE S，SATO T，EVERETT T，et al.Increased vulnera-
bility to atrial fibrillation in transgenic mice with selective atrial fi-brosis caused by overexpression of TGF.β1 [J].Circ Res，2004，94:1458.1465.
(同济大学附属同济医院心内科，上海 200065)
[基金项目] 国家自然科学基金资助项目(39900060);上海市曙光计划基金资助项目(SKW0103)。
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