從細(xì)胞交替到心室顫動(dòng)自發(fā)轉(zhuǎn)變的機(jī)制見解
瀏覽次數(shù):491 發(fā)布日期:2023-7-26
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背景:
以往的臨床研究表明,T波交替(TWA)與心臟疾病如長(zhǎng)QT綜合征、急性心肌梗死、心力衰竭和多形性室性心動(dòng)過速有關(guān),增加了心律失常發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。在細(xì)胞水平上,TWA可歸因于動(dòng)作電位交替(AP交替)和/或胞內(nèi)鈣瞬變(CaT交替),而在組織水平上,AP交替可表現(xiàn)為空間一致性和/或不一致性傳導(dǎo)交替(SCA/SDA)。就其性質(zhì)而言,SDA有可能產(chǎn)生比SCA更大的空間復(fù)極化離散,從而導(dǎo)致單向傳導(dǎo)阻滯,發(fā)生折返。
SCA和/或SDA誘發(fā)心律失常的機(jī)制可能是由于SCA/SDA誘導(dǎo)的心臟組織功能異質(zhì)性增強(qiáng)了原有的組織異質(zhì)性,導(dǎo)致心律失常易感性增加。然而,一些實(shí)驗(yàn)和模擬研究表明,預(yù)先存在的組織異質(zhì)性可能不是SDA形成預(yù)測(cè)心律失常所必需的。有研究表明,APD的急劇恢復(fù)和傳導(dǎo)速度(CV)的恢復(fù)、細(xì)胞內(nèi)鈣不穩(wěn)定及自主神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)等動(dòng)態(tài)特性可將SCA轉(zhuǎn)化為SDA,從而促進(jìn)心律失常的發(fā)生。
以往的實(shí)驗(yàn)研究證實(shí),SDA增強(qiáng)了組織中的電異質(zhì)性,形成了一種促心律失常發(fā)生的底物,促進(jìn)了興奮折返的形成。在這些研究中,額外的期前刺激(模擬異位灶、DAD或EADs)應(yīng)用在折返研究。在不涉及期前興奮、特別是在復(fù)極受損的情況下,細(xì)胞交替自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)樾氖翌潉?dòng)(VF)的潛在機(jī)制尚不清楚。模擬研究預(yù)測(cè),在一個(gè)有INa缺陷的組織中,從細(xì)胞電交替到組織水平的興奮折返的自發(fā)轉(zhuǎn)變是可能的,但缺乏支持這一預(yù)測(cè)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
本文研究了 TWA 與心臟猝死之間的關(guān)系及其機(jī)制。在這項(xiàng)研究中,使用了全細(xì)胞膜片鉗和熒光標(biāo)測(cè)技術(shù),用E-4031(抑制IKr)處理以模擬急性復(fù)極延長(zhǎng)的條件,觀察了其對(duì)細(xì)胞和組織水平上TWA的影響。
結(jié)論:
復(fù)極延長(zhǎng)時(shí),心室肌細(xì)胞和離體豚鼠心臟中的AP交替更容易誘發(fā)。復(fù)極化受損時(shí),心臟交替更穩(wěn)定,更容易從SCA過渡到SDA,可能是動(dòng)作電位時(shí)程(APD)恢復(fù)和傳導(dǎo)速度(CV)恢復(fù)曲線更陡的原因。
傳導(dǎo)交替增加了組織區(qū)域APD/CaT的空間異質(zhì)性,APD/CaT離散度增強(qiáng),導(dǎo)致傳導(dǎo)延長(zhǎng)或阻滯增加心律失常的易感性。
該研究提供了關(guān)于TWA自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)樾氖翌潉?dòng)潛在機(jī)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù),特別是在E-4031藥物處理、不涉及期前興奮條件下。這有助于解釋在不需要EAD/DAD或異位起搏觸發(fā)的前提下,復(fù)極化受損時(shí)會(huì)導(dǎo)致室性心律失常易感性的增加。
關(guān)鍵詞:
心律失常、復(fù)極化受損、熒光標(biāo)測(cè)、膜片鉗、空間不一致交替、心源性猝死、t波交替
結(jié)果:
3.1在細(xì)胞水平上出現(xiàn)AP交替
圖1展示了從健康豚鼠心室肌細(xì)胞中記錄的細(xì)胞膜動(dòng)作電位(APs)以及E-4031對(duì)其APD的影響。E-4031延長(zhǎng)APD,增加了動(dòng)作電位交替的程度。動(dòng)作電位交替的發(fā)生與刺激頻率有關(guān),通過APD恢復(fù)曲線來展示。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明,E-4031給藥增加了動(dòng)作電位交替的幅度和刺激周期長(zhǎng)度(PCL)閾值,提示在復(fù)極化受損時(shí)AP交替更容易誘發(fā)且幅度增加。
E-4031干預(yù)增加了動(dòng)作電位交替的穩(wěn)定性。隨著E-4031濃度增加,APD恢復(fù)曲線的最大斜率和有效不應(yīng)期也增加,與APD延長(zhǎng)程度呈正相關(guān)。
圖1 在正常和復(fù)極延長(zhǎng)條件下產(chǎn)生的AP交替。
3.2 在組織水平上AP傳導(dǎo)交替
在本研究中,通過使用膜片鉗和熒光標(biāo)測(cè)技術(shù),測(cè)量了細(xì)胞和組織水平上動(dòng)作電位和細(xì)胞內(nèi)鈣交替。結(jié)果顯示,給予E-4031后,APD延長(zhǎng),使得動(dòng)作電位交替的閾值增加,并且交替易感窗口增大。動(dòng)作電位的延長(zhǎng)促進(jìn)了交替的發(fā)生,且在更大的刺激周期長(zhǎng)度處誘導(dǎo)動(dòng)作電位交替。
圖2 在細(xì)胞和組織水平上,采用膜片鉗和熒光標(biāo)測(cè)技術(shù)給予S1S1刺激出現(xiàn)的AP和Ca交替。
圖3 正常和復(fù)極延長(zhǎng)組的AP交替。
3.3 傳導(dǎo)交替和傳導(dǎo)阻滯
圖4展示了細(xì)胞水平上的動(dòng)作電位交替在組織水平上表現(xiàn)為傳導(dǎo)交替,這可能會(huì)導(dǎo)致折返的發(fā)生。正常組中,動(dòng)作電位在整個(gè)組織中傳導(dǎo)的模式是有規(guī)律的,但在E-4031條件下,傳導(dǎo)異質(zhì)性增加,導(dǎo)致局部傳導(dǎo)阻滯。圖4b中進(jìn)一步展示了傳導(dǎo)阻滯的發(fā)生。CV恢復(fù)曲線的斜率與SDA和自發(fā)性心律失常的發(fā)生有關(guān),E-4031條件下CV恢復(fù)曲線更陡峭,而最大斜率與動(dòng)作電位延長(zhǎng)程度呈正相關(guān)關(guān)系。這些結(jié)果揭示了陡峭的CV恢復(fù)曲線是導(dǎo)致SDA和自發(fā)性心律失常的關(guān)鍵因素。細(xì)胞水平上的動(dòng)作電位交替會(huì)在組織水平上導(dǎo)致傳導(dǎo)交替和傳導(dǎo)阻滯,進(jìn)而導(dǎo)致VF的發(fā)生。
圖4 在組織水平上,正常組和E-4031條件下AP傳導(dǎo)模式及傳導(dǎo)阻滯的標(biāo)測(cè)。
3.4 復(fù)極化受損時(shí)APD、CaD交替的空間異質(zhì)性
進(jìn)一步分析了APD和細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度(CaD)在動(dòng)作電位傳導(dǎo)交替形成時(shí)組織水平上的時(shí)空異質(zhì)性。通過在三個(gè)不同傳導(dǎo)途徑(左心室邊界、心臟中間和右心室邊界)沿十個(gè)記錄點(diǎn)測(cè)量APD和CaD數(shù)據(jù),結(jié)果發(fā)現(xiàn)APDsmall(前五個(gè)APD的平均值)和APDlarge(后五個(gè)APD的平均值)之間存在顯著差異,且時(shí)空變化明顯。隨著PCL減小,空間異質(zhì)性更加明顯,同時(shí)給予1μM E-4031處理后,APD變化更為顯著。有趣的是,復(fù)極化受損條件下,在右心室邊界基底附近的區(qū)域,APD空間異質(zhì)性更為明顯。較快的刺激頻率(PCL為240ms)下,復(fù)極化受損導(dǎo)致右心室邊界基底附近的APD顯著減小,并在PCL為230ms時(shí)導(dǎo)致傳導(dǎo)阻滯,進(jìn)而自發(fā)形成心室顫動(dòng)。
同時(shí),細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的空間異質(zhì)性也受復(fù)極化受損的影響。在不同PCL條件下,觀察到鈣離子濃度的空間異質(zhì)性增加。在PCL為230ms時(shí),RV邊界基底附近出現(xiàn)顯著的空間異質(zhì)性,伴隨心室心律失常的發(fā)生。研究結(jié)果表明,鈣離子濃度的時(shí)空異質(zhì)性比動(dòng)作電位更為顯著,這可能在心律失常形成中扮演重要角色。
圖5 在正常組和E-4031條件下,組織水平的APD和CaD空間異質(zhì)性。
3.5 在復(fù)極化受損的過程中,APD和CaD的空間離散度增強(qiáng)
我們進(jìn)一步分析了在形成空間不一致性動(dòng)作電位(AP)和細(xì)胞內(nèi)鈣離子(Ca)交替時(shí),是否加重復(fù)極化受損AP/Ca的空間異質(zhì)性。測(cè)量并分析了不同刺激周期下最后38次的動(dòng)作電位持續(xù)時(shí)間(APD80)和細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度(CaD80)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在給予1μM E-4031處理后,出現(xiàn)持續(xù)的APD和CaD,且在E-4031條件下,逐拍APD和CaD變化的幅度增加。此外,給予E-4031后,APD和CaD的空間離散度明顯增加,且與APD延長(zhǎng)程度呈正相關(guān)。隨著刺激頻率的增加,E-4031處理后APD和CaD空間離散度的增加趨勢(shì)更明顯,暗示了心律失常易感性的增加。
圖6 復(fù)極化受損增強(qiáng)了離體心臟中APD和CaD的空間離散度。
3.6 |復(fù)極化受損時(shí)室性心律失常易感性增加
最后,采用光學(xué)標(biāo)測(cè)技術(shù)評(píng)估復(fù)極化受損對(duì)心律失常易感性的影響。圖7a展示了在對(duì)照組和給予1μM E-4031處理下,不同PCL(160ms、150ms和140ms)時(shí)從整個(gè)標(biāo)測(cè)組織中記錄的代表性13拍動(dòng)作電位(AP)。通過兩個(gè)連續(xù)APD的差異,發(fā)現(xiàn)動(dòng)作電位交替現(xiàn)象在給予1μM E-4031處理后更為明顯。在對(duì)照組,AP交替發(fā)生在PCL = 232.0±32.7ms,但未觀察到心律失常。給予1μM E-4031后,AP交替發(fā)生在PCL = 310.0±28.3ms,表明易感性增加。在PCL = 132.5±16.0ms時(shí),4個(gè)心臟出現(xiàn)心室顫動(dòng),形成傳導(dǎo)阻滯。圖7b和7c顯示了不同處理?xiàng)l件下連續(xù)5拍的AP激活傳導(dǎo)模式,其中給予1μM E-4031處理后傳導(dǎo)明顯受干擾,導(dǎo)致傳導(dǎo)阻滯和激動(dòng)折返。綜合來看,復(fù)極化受損與心律失常易感性增加相關(guān)。這些結(jié)果揭示了復(fù)極化受損對(duì)心律失常發(fā)生的潛在影響。
圖7 復(fù)極化受損時(shí),室性心律失常易感性增加。
原文鏈接:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9981424/