運動性心房顫動兔模型的建立
袁斗，譚琛，姚建民，李丹，黃思慧，徐威
【摘要】目的 建立由運動誘發(fā)的心房顫動（房顫）動物模型并評價其效果。方法 24只成年健康新西蘭大耳白兔，分為對照組（n=8）、中強度組（n=8）、高強度組（n=8）。對照組不進行任何訓(xùn)練， 中強度組和高強度組采用兔實驗跑臺不同強度運動，每天1 h或一次性力竭（不足1 h），每周5 d，持續(xù)12周（**周為適應(yīng)性訓(xùn)練）。于運動前、運動后8周、12周通過超聲心動圖檢測各組兔心房大??；運動結(jié)束后，24只兔采用離體心臟Langendorff系統(tǒng)進行灌流，行心房早搏程序刺激（S1S2）誘發(fā)房顫，記錄房顫的誘發(fā)率。結(jié)果 與對照組比較，中強度組和高強度組左、右房前后徑在運動訓(xùn)練8周后均增加，12周后也增加，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P均＜0.05）。與中強度組比較，高強度組左、右房前后徑在運動訓(xùn)練8周后均增加，12周后也增加，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P均＜0.05）。與對照組比較，中強度組（45% vs. 60%）和高強度組（45% vs. 90%）房顫發(fā)生率增加，差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P均＜0.01）。結(jié)論 長期高強度的跑臺運動訓(xùn)練可使兔心房內(nèi)徑增加，房顫的誘發(fā)率增加。
【關(guān)鍵詞】兔；耐力運動；心房內(nèi)徑；心房顫動
心房顫動（房顫）為臨床上*常見的快速型心律失常之一，目前其發(fā)生機制還未完全闡明。規(guī)律適度的體力運動有益于身體健康，而與同齡非運動員相比，長期高強度鍛煉的運動員卻容易發(fā)生心律失常、甚至心源性猝死[1]。Karjalainen 等[2]研究指出，與正常對照組相比，耐力訓(xùn)練組房顫的發(fā)生率增加。由于訓(xùn)練強度與房顫發(fā)生的相關(guān)性不明確，使受訓(xùn)者無法科學(xué)的控制訓(xùn)練強度。同時，耐力訓(xùn)練導(dǎo)致房顫的機制尚未明了， 因此無法研制出針對靶點的房顫****。本研究擬建立耐力運動相關(guān)的房顫動物模型，用于運動相關(guān)性房顫的研究.
材料與方法
1.1 兔跑臺的制備 跑臺整體采用平面式設(shè)計（如圖1），總體積405L（長150 cm*寬90 cm*高30 cm）；采用整體化大跑道（長150 cm*寬90 cm）保持運動的同步性，內(nèi)置支架隔離成4 跑道（長150 cm*寬22 cm）；跑道尾部一個防夾式電刺激金屬桿叢，可提供電刺激（電流0.05~4 mA），僅在兔子停留超過3 s才開始放電，同時也可提供光、聲刺激。跑臺角度為全自動可調(diào)式（0~35°），跑道速度整體控制（0~0.67m/s）。兔跑臺由北京智鼠多寶生物科技有限公司制作。
1.2 動物運動模型的制備 實驗動物采用24只成年健康新西蘭大耳白兔，體重2.5~3.0kg，雌雄不限， 由北京海淀興旺實驗動物養(yǎng)殖場提供。適應(yīng)性喂養(yǎng)7 d后， 將實驗兔隨機分為對照組（ n = 8 ）、中強度組（ n = 8 ）、高強度組（n=8）。對照組籠內(nèi)生活，自由飲食，不進行任何訓(xùn)練。中強度組和高強度組采用兔實驗跑臺運動，每天1 h[3,4]或一次性力竭（不足1 h），每周5 d，持續(xù)12周（**周為適應(yīng)性訓(xùn)練）。中強度：坡度0度，速度0.25 m/s；高強度：坡度0 度，速度0.5 m/s。
1.3 心房內(nèi)徑的測量 適應(yīng)性喂養(yǎng)7 d后，**檢測各組兔左、右心房大小，之后分別于訓(xùn)練完成后第8、12周，再次檢測，一共3次。用0.5%wu***經(jīng)耳緣靜脈麻醉后，胸部備皮，取左側(cè)臥位， 采用IE33型（飛利浦，荷蘭）心臟彩超檢測儀經(jīng)胸超聲檢測，留取標(biāo)準(zhǔn)心動周期的心尖四腔切面（如圖2）進行分析，測量左、右心房前后徑。
1.4 實驗?zāi)Ｐ蜏?zhǔn)備 訓(xùn)練目標(biāo)完成后，各組實驗兔， 用3 % wu***經(jīng)耳緣靜脈麻醉后， 開胸取出心臟，在溫度37°C、速度20 ml/min下行Langendorff經(jīng)主動脈逆向灌流，灌流液為改良的rebs-Henseleit緩沖液（單位：mmol/L；NaCl：118，KCl：2.8，KH PO ：1.2，CaCL ：2.5，MgSO4：0.5，丙酮酸：2.0，葡萄糖：5.5，Na2EDTA：0.57，NaHCO3：25）。于右心耳置入雙極特氟龍涂層的起搏導(dǎo)線，基礎(chǔ)頻率3.3Hz， 電刺激脈沖脈寬3 ms，刺激電壓幅度是起搏閾值的3倍以下，應(yīng)用心臟期前刺激法（S1S2）誘導(dǎo)房顫。每次刺激重復(fù)5次，記錄房顫（S1S2刺激后心電圖跟隨出現(xiàn)快速而不規(guī)則心房激動，同時心室也呈不規(guī)則反應(yīng)并持續(xù)1000 ms以上）誘發(fā)的次數(shù)，若出現(xiàn)持續(xù)性房顫（持續(xù)時間大于1 min）使用Grass-S88X型刺激儀（Astro-Med公司，美國）給予Burst刺激終止。采用具備Wilson 終端的模擬的非接觸式12導(dǎo)聯(lián)心電圖記錄系統(tǒng)（Harvard Apparatus公司，美國）采集心電信號，并經(jīng)Biopac心電放大系統(tǒng)（Harvard Apparatus 公司，美國）處理后存儲于計算機。
1.5 統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行分析，計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，組間比較采用方差分析；計數(shù)資料采用例數(shù)（百分比）表示，組間比較采用卡方檢驗。以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。
2 結(jié)果
2.1 運動訓(xùn)練情況 兔跑臺可同時訓(xùn)練4只實驗兔，節(jié)省了大量時間。本研究共納入40只實驗兔，*終篩選出24只實驗兔接受耐力訓(xùn)練，中強度組13只、高強度組11只，中、高強度組各有8 只完成整個耐力訓(xùn)練過程。
2.2 各組大鼠心房前后徑 與對照組比較，中強度組和高強度組左、右房前后徑在運動訓(xùn)練8周后均增加，12周后也增加，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P 均＜0.05）。與中強度組比較，高強度組左、右房前后徑在運動訓(xùn)練8周后均增加，12周后也增加，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P均＜0.05）（表1）。
房顫誘發(fā)情況 訓(xùn)練12周后，經(jīng)心房程序刺激誘發(fā)房顫心電圖如圖3。與對照組比較，中強度組（45% vs. 60%）和高強度組（45% vs. 90%）房顫發(fā)生率增加，差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P均＜0.01）（表2）。
圖3 S1S2刺激誘發(fā)房顫心電圖
3 討論
自19世紀(jì)末瑞典醫(yī)生Henschen提出運動心臟概念后，許多研究證實了運動員有心臟肥大和心功能改變，又稱為運動員心臟綜合癥（athletic heart syndrome）。近年來多項研究[5-7]均證實接受長時間、高強度的耐力訓(xùn)練后房顫發(fā)生率明顯增高。建立相應(yīng)的實驗動物模型是相關(guān)研究的基礎(chǔ)。雖然鼠循環(huán)系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等方面與人類相似，但有一定局限性[4]。兔與人的心臟結(jié)構(gòu)相似，具備四腔，血液循環(huán)包括體循環(huán)和肺循環(huán)， 心臟電生理方面與人也更為接近[8]。在動物運動模型的研究中，國內(nèi)外學(xué)者多以鼠為對象建立跑步機運動[9]、自主滾輪運動[10]、游泳訓(xùn)練[11]和負(fù)重爬[12]等運動模型。跑步機運動訓(xùn)練具有**、簡單、易操作等特點，并能夠?qū)\動強度和時間進行**控制。運動強度與跑臺的速度和角度密切相關(guān)，運動強度根據(jù)Bedford[13]的*大攝氧量確定，運動超過*大攝氧量90%為高強度運動，中等強度運動則為60%~70%。Gaustad等[14]開創(chuàng)了單跑道測攝氧量兔運動跑臺，研究表明（0.51± 0.09）m/s的速度就能達到*大攝氧量，跑臺的角度（0~20°）對兔攝氧量無明顯影響。本實驗跑臺在Gaustad跑臺基礎(chǔ)上改良，采用多跑道、大馬力電機速度，可控性強，同時本跑臺去掉了傳統(tǒng)的電擊、高頻聲音及強光等刺激方式，避免應(yīng)激反應(yīng)、心理壓力增大、受傷等因素對神經(jīng)系統(tǒng)的影響。如兔停止運動，為保證訓(xùn)練質(zhì)量，實驗員輕拍其背部，使其繼續(xù)跑動。本實驗均采用0°角，中等強度訓(xùn)練取0.25 m/s的速度，高強度運動訓(xùn)練采用0.5 m/s的速度。
本研究發(fā)現(xiàn)高強度運動訓(xùn)練12周可導(dǎo)致兔心房擴大，誘導(dǎo)房顫增加，與先前研究結(jié)果一致[15]。中強度運動訓(xùn)練12周也能導(dǎo)致兔心房擴大，但誘導(dǎo)房顫發(fā)生率并未增加。根據(jù)心房擴大與房顫關(guān)系的研究[16]，運動性房顫發(fā)生的機理可能為長期高強度耐力訓(xùn)練過程中心臟前負(fù)荷增加及心室壓力增高，心房壓力增高以維持對心室的灌注，繼而心房壁張力增加，導(dǎo)致心房增大，心房細(xì)胞受到牽張；心房增大，從而房內(nèi)容納更多的子波數(shù)，易于發(fā)生折返，進而引起房顫發(fā)生；心房細(xì)胞受到牽張刺激可激活機械牽張敏感性離子通道而縮短ADP90及AERP，導(dǎo)致房顫的發(fā)生。 有研究[17]指出，心房的大小與房顫的穩(wěn)定性呈正相關(guān)。然而中等強度運動訓(xùn)練也使心房增大，但未能增加房顫，提示不同訓(xùn)練強度對實驗兔心房電活動影響不同，原因有待進一步探討。本研究**次應(yīng)用自行設(shè)計的多跑道兔跑臺進行不同強度的耐力運動訓(xùn)練，節(jié)省時間，方法可行；高強度長時間的耐力訓(xùn)練可使實驗兔心房內(nèi)徑增加，易于誘發(fā)房顫，為進一步研究運動性房顫的機制提供參考依據(jù)。
電軸右偏。許文勝等[2]研究中，各年齡組心電軸均表現(xiàn)為較大范圍波動，隨年齡增長正常人QRS 電軸逐漸由右向左偏移，呈現(xiàn)明顯的年齡趨勢。吳杰等[3]研究中，正常人額面QRS電軸隨年齡增長逐漸向左（上）偏移，呈現(xiàn)明顯的年齡趨勢。王志秀等[4]研究提示：無人區(qū)電軸組室壁運動異常及心力衰竭發(fā)生率顯著高于電軸左偏和右偏組。以上研究與本研究中電軸左偏患者的年齡顯著大于電軸右偏者，無人區(qū)電軸更多見于器質(zhì)性心臟病的結(jié)果大致相同。在關(guān)于體位改變對電軸的影響中，高春圃[5]研究顯示：由臥位→坐位改變時，21.05%電軸無變移，30.26%向左變移， 48.68%向右變移；由坐位→立位改變時，28.95% 電軸無變移，15.79%向左變移，55.26%向右變移；由臥位→立位改變時，14.47%電軸無變移， 18.42%向左變移，67.11%向右變移，而三種體位電軸改變的男女間無顯著性差異。戴偉川等[6]研究中，隨運動試驗負(fù)荷增大，電軸右偏有逐漸增大趨勢，隨運動終止又逐漸恢復(fù)至運動前水平。本研究中動態(tài)心電圖全程24 h期間，包括電軸左偏、右偏及無人區(qū)電軸，81.2%的患者電軸不固定而呈動態(tài)變化，與上述研究有相似之處。本研究又進一步揭示了無論電軸左偏、右偏或無人區(qū)電軸，動態(tài)變化的電軸均與心率相關(guān)，且隨心率增快電軸偏移程度增大，呈明顯頻率依賴性，這是以往研究未曾涉及的方面。
心電軸表現(xiàn)的是心臟電活動全程的總趨勢、方向和強度，通常認(rèn)為正常人電軸隨年齡增長向左偏移是由于脂肪的增加引起膈肌上抬，使心臟偏向水平位置所致，而隨年齡增長，冠心病、高血壓心臟病、心肌病、室內(nèi)傳導(dǎo)障礙、肺心病等發(fā)病率增加，可致左室肥大或其他病理改變，心室除極綜合向量發(fā)生改變，表現(xiàn)為電軸左偏或無人區(qū)電軸。
如前述高春圃的研究中體位改變可引起不同方向的電軸偏移；戴偉川等的研究提示運動試驗過程中可引起電軸右偏的不同變化。運動試驗包含了體位由平臥→直立的改變和心率增加的變化，動態(tài)心電圖記錄過程中，隨晝夜節(jié)律可出現(xiàn)不同的體位，隨運動、生理、心理及情緒等呈多變心率。動態(tài)心電圖中電軸隨心率呈動態(tài)變化的機制：考慮是由于體位和呼吸運動時膈肌升降致心臟位置相應(yīng)移動所致。呼吸頻率及幅度隨心率變化而變化，呼吸幅度不同，膈肌升降水平不一；不同體位改變同樣可致膈肌升降水平不一， 結(jié)果使心臟在平臥平靜基礎(chǔ)上或趨垂直位或趨水平位或發(fā)生鐘向轉(zhuǎn)位致電軸偏移。
綜上，動態(tài)心電圖中的電軸偏移呈頻率依賴性，隨心率增快偏移程度增加，無人區(qū)電軸更多見于器質(zhì)性心臟病。分析電軸偏移的意義時，必須結(jié)合心電圖的其他改變及年齡和臨床資料綜合判斷。比如電軸右偏，健康青年中可達16.6%[7]， 要綜合其aVR導(dǎo)聯(lián)R波振幅，V1導(dǎo)聯(lián)R/S比值， V5、V6導(dǎo)聯(lián)S波深度，有無左后分支阻滯等其他右室優(yōu)勢相關(guān)值，必要時超聲排除右室肥大。
心電圖的指標(biāo)中QT間期是與心率相關(guān)的，正如根據(jù)心率校正后的QTc，尋求動態(tài)心電圖中電軸與心率間的變量規(guī)律和定量數(shù)值，求出隨心率變化的電軸計算方法，建立心率校正的電軸分類標(biāo)準(zhǔn)，還有待進一步研究。