从新生到成年期豚鼠心脏的电生理特性

1. 豚鼠心脏重量的异速生长
 

首先研究了豚鼠在不同年龄组中心脏重量与体重之间的关系。结果显示，不同年龄组的豚鼠间存在相关性，但随年龄增长，这种相关性逐渐减弱。通过拟合分析发现，不同年龄组的相关性斜率也随之减小，心脏重量相对于体重的比例也逐渐降低（图1）。

图1. 心脏重量与体重之间的关系

2. 新生、青年和老年鼠心脏之间有不同体内电特性
 

比较分析32只豚鼠（10只新生，13只青年，9只老年）的体内心电图数据，结果发现，新生鼠心电图波显示T波与下一拍的P波融合，在青年鼠中，T波不太明显，但在老年鼠中，P波和T波均能清晰区分。此外，新生鼠和青年鼠的心率显著快于老年鼠，新生鼠心脏的P波持续时间（心房激活时间）、QRS间期（心室激活时间）均显著短于成年组，但QTc无显著差异，表明复极时间相似（图2）。

图2. 不同年龄组的体内心电图（ECG）记录

3. 新生和成年鼠的心室激活模式和传导速度不同
 

比较分析新生和成年鼠心脏的心室激活模式和传导速度。研究发现，新生鼠心脏的激活模式呈圆形，而成年鼠心脏则呈椭圆形，此差异可能与新生心肌中Connexin-43的表达模式有关。此外，在传导速度方面，新生鼠心脏的传导速度最慢，而年轻鼠的传导速度最快（图3）。

图3. 不同豚鼠年龄组的心室激活动力学变化

4. 心脏电恢复特性随年龄而改变
 

电恢复特性描述了心脏动作电位（AP）或CaT与频率的相关适应性变化，这些变化是心律失常易感性发生的重要因素。结果发现，随着年龄增长，心外膜动作电位持续时间（APD）和钙传递时间延长，尤其在较慢的刺激频率下表现最为明显。在较慢的刺激速率下，新生鼠心脏的APD50和CaD50明显短于青年和老年鼠。此外，发现在不同年龄组之间，AP恢复曲线有显著差异，尤其是在老年鼠心脏中的斜率最大，而新生鼠的心脏斜率最小。在CaT统计中，只有CaD70恢复曲线在年龄组之间存在差异（图4）。

图4. 刺激作用下的心脏电恢复特性

5. 新生鼠心外膜复极在动态刺激下呈现出区域性和时间性的变化
 

在人类和大鼠中，出生后的心脏电学特性随着心脏发育而发生变化，如心率增加、QT间期缩短以及QRS轴的改变。随着出生后心脏的发育，动作电位持续时间（APD）缩短，在较慢的刺激频率下更为明显。此外，在新生豚鼠中还观察到心外膜复极的区域异质性，即心尖处的APD较长。然而，在青年和老年豚鼠中未观察到类似的区域性差异。

图5. 新生豚鼠心脏的组内和区域变异（动态刺激）

6. 在额外刺激下，心脏电恢复特性呈年龄依赖性变化
 

比较新生豚鼠和成年豚鼠在额外刺激下，心肌动作电位（APD）和钙离子瞬变（CaD）恢复特性的差异。结果显示，新生豚鼠的S1-S2刺激捕获到的间隔时间相对较短，与成年豚鼠相比有显著差异。该刺激条件下，新生豚鼠显示出更为平缓的APD和CaD恢复曲线，而成年豚鼠则显示出更陡峭的恢复曲线。

图6. 额外搏动刺激的心脏电恢复特性

评估新生豚鼠在额外刺激（S1-S2）下，心外膜APD的区域异质性是否持续存在。结果显示，与左心室相比，右心室的APD50较长，表现出明显的区域差异。此外，新生豚鼠的心脏在APD和CaD方面显示出区域异质性，而青年豚鼠和老年豚鼠则没有明显的区域差异。

图7. 新生豚鼠心脏的区域异质性（额外搏动刺激）

7. 新生心脏具有独特的兴奋-收缩耦联特性
 

兴奋-收缩耦联（ECC）是心肌收缩的关键，动作电位触发胞内钙离子上升，与收缩蛋白相互作用。光学信号生成的动作电位-钙瞬变（AP-CaT）延迟Map图显示，成年心脏在早期复极化期出现负耦联（APD30 > CaD30），而在晚期复极化期出现正耦联（APD70 < CaD70）。相反，在新生豚鼠中，所有复极化期CaD > APD，AP-CaT耦合始终为正，在不同S1-S1刺激速率下，进行均值延迟图的定量测量，进一步证实了以上结果。这一发现揭示了新生豚鼠独特的ECC机制，为心脏发育过程中的电-钙相互作用提供了新的方向（图8）。

图8. 不同年龄组豚鼠的动作电位和钙瞬变耦合特征

豚鼠心脏从新生到成年的转变，其电生理特性会出现变化。年龄特异性模式会影响心脏生理学、病理学以及心血管疾病治疗等。因此，了解新生儿心脏的发育对于评估治疗的适用性、安全性和有效性至关重要。