前言:

心肌缺血是中老年人的常见病和多发病,目前缺血性心肌病在我国的患病率逐年上升。心肌缺血除引起结构改变外,电生理的改变也是非常重要的。该篇文章通过光标测技术直观阐述了全心缺血时心外膜复极离散,然后通过Katp通道阳性药、膜片钳等实验确定了Katp通道在其中重要作用。光标测贯穿了整个研究始终,使文章一气呵成,值得学习借鉴。

背景:

心室肌中存在电异质性。Ca2+文献中对不同物种中离子机制差异进行了广泛的阐述。研究显示,在获得性或遗传性疾病条件下复极跨壁离散增强,并增加了折返性心律失常的易损窗。虽然在正常情况下已经研究了左心室(LV)和右心室(RV)之间的电生理差异,但在缺血等异常情况下差异特征却知之甚少,有实验证明,在兔全心缺血时,左心室比右心室APD缩短得更明显,但尚未阐明其潜在的离子决定因素。

复极离散的增加是心律失常发生的基础,可能也对心律失常的有重要意义。离子机制研究至关重要,三磷酸腺苷(ATP)激活K电流(IKATP)可缩短心肌APD以应对代谢应激(如心肌缺血)。因此提出假设:IKATP 在心室间的不均匀激活(LV vs RV)是全心缺血心脏中LV-RV APD梯度产生的原因之一。

目的:

本研究旨在探究在全心缺血时,IKATP在RV和LV复极化差异中重要的作用。

方法:

应用Optical Mapping技术记录对照、缺血和再灌注期间Langendroff灌注的豚鼠心脏的电活动;
采用膜片钳技术定量分析分离的心肌细胞中的IKATP 密度;
通过逆转录酶-聚合酶链反应检测IKATP(Kir6/ SUR)的分子相关性;
利用计算机模拟方法研究IKATP在复极中的作用。

结果:

全心缺血时APD的分布不均,左心室APD较右心室更短。
缺血时心率减慢(心室周期长度(R-R间期):对照组,335.00±22.28 ms vs 全心缺血20分钟,987.16±64.4 ms),并常伴有房室分离。对照组两心室APD均匀。而缺血时,心脏体积缩小,APD70分布不均匀,左心室 APD较右心室短,且左心室APD70缩短更多(35% vs 19 %)。此外还发现缺血时复极离散增加(对照组:3.65±1.02 ms;缺血:28 .44±4. 44ms;洗脱:3.71±3. 27 ms),并且这些现象均可被洗脱。

IKATP在左-右心室的差异是全心缺血时心外膜复极差异的基础 斯高电生理研究院

Figure 1. 缺血时APD的分布

Katp通道抑制剂格列本脲可以减小全心缺血引起的左右心室APD差异
格列本脲作用时,对照组心脏左右心室APD70无显著差异(LV,136.137±3.68 ms vs RV,141. 34±2.94 ms),但全心性缺血20 min后,心率明显减慢(心室周期长度:对照组,340.86±32.33 ms vs 缺血,1422.2±118.34 ms ),房室分离,左右心室APD均显著延长(均增加36%),复极离散变化不显著(对照组:2.10±0. 65 ms;缺血:4.79±1.08 ms;洗脱:2.16±0.73 ms),且这些现象均可被洗脱。

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Figure 2. 在缺血条件下,Katp通道抑制剂格列本脲作用时APD的分布

Katp通道激活剂吡那地尔可以模拟全心缺血时的左右心室APD差异
正常心脏灌注90 uM 吡那地尔(IKATP激活剂),心电图显示房室分离,房室传导阻滞,房室阻滞的传导模式有2:1和4:3,也存在无AV阻滞。除了房室传导呈4:3的模式下(实验组与对照组平均周期长度相似,297.25 ms vs 300.8 ms),吡那地尔灌注15min后心率减慢 (心室周期长度:对照组,274.58±12.2 ms vs 吡那地尔,616.38±154.01 ms)。此外,吡那地尔作用后,APD70显著缩短,但左右心室APD70无显著差异。与对照和洗脱相比,吡那地尔引起较小但显著的复极离散(对照组:2.56 ±0.72 m;吡那地尔:8.26±1. 04 ms;洗脱:4 .28±1.25 ms)。左右心室心外膜细胞膜电容分别为106.6±8.4 pF和106.6±7. 5 pF,记录的IKATP电流相似,但吡那地尔作用下,左室在≥+10mV电压下的电流明显大于右室(在+40mV时,左室心外膜细胞IKATP密度为14.44±1. 98 pA/pF,而右室为7.29±0.89 pA/pF。洗脱后,电流密度恢复到对照值)。

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Figure 3. IKATP开放剂吡那地尔作用时时APD分布

KATP通道在左右心室表达量不同
左室心外膜Kir6.1和Kir6.2的表达显著高于右室(左室心外膜,Kir6.1的表达量是右室的136%; Kir6.2表达量比右室多44%)。此外,左室中Sur2A比右室多,但无显著差异,而Sur2B在左右室的表达量相似。

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Figure 4. KATP通道在左右心室表达量检测

 

通过计算机模拟,阐释KATP在复极离散中的重要作用

计算机模拟实验数据显示,在+40 mV电压下,LV IKATP电流比RV大。将细胞耦合系数从0.2改到0.05,在IKATP激活时,左、右心室APD70分别为43和77 ms;缺血时,左右心室的APD70分别为92和123 ms。当IKATP被阻断时,APD70增加到164ms。电耦合对左右心室稳态APD之间空间过渡的斜率有显著影响(耦合系数越小斜率越大)。

结论:

IKATP是全心缺血期间心外膜左-右心室APD 梯度的重要决定因素,其部分原因是左室中较高的IKATP电流密度和分子表达。

总结:

1.光标测(Optical Mapping)直观的描述了缺血时左右心室的复极差异,奠定了整个文章的基础;
2.阳性药吡那地尔(开放剂)和格列本脲(抑制剂)证明了KATP在左右心室复极离散中的作用;
3.通过膜片钳、RT-PCR、计算机模拟进一步证明结论,整篇文章结构严谨、一气呵成。

参考文献:

[1].Pandit SV, Kaur K, Zlochiver S, Noujaim SF, Furspan P, Mironov S, Shibayama J, Anumonwo J, Jalife J. Left-to-right ventricular differences in I(KATP) underlie epicardial repolarization gradient during global ischemia. Heart Rhythm. 2011 Nov;8(11):1732-9. doi: 10.1016/j.hrthm.2011.06.028. Epub 2011 Jul 1. PMID: 21723845; PMCID: PMC3244837.