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兔跑台-运动性心房颤动兔模型的建立

运动性心房颤动兔模型的建立

袁斗,谭琛,姚建民,李丹,黄思慧,徐威

   【摘要】目的 建立由运动诱发的心房颤动(房颤)动物模型并评价其效果。方法 24只成年健康新西兰大耳白兔,分为对照组(n=8)、中强度组(n=8)、高强度组(n=8)。对照组不进行任何训练, 中强度组和高强度组采用兔实验跑台不同强度运动,每天1 h或一次性力竭(不足1 h),每周5 d,持续12周(**周为适应性训练)。于运动前、运动后8周、12周通过超声心动图检测各组兔心房大小;运动结束后,24只兔采用离体心脏Langendorff系统进行灌流,行心房早搏程序刺激(S1S2)诱发房颤,记录房颤的诱发率。结果  与对照组比较,中强度组和高强度组左、右房前后径在运动训练8周后均增加,12周后也增加,差异有统计学意义(P均<0.05)。与中强度组比较,高强度组左、右房前后径在运动训练8周后均增加,12周后也增加,差异有统计学意义(P均<0.05)。与对照组比较,中强度组(45% vs. 60%)和高强度组(45% vs. 90%)房颤发生率增加,差异有显著统计学意义(P均<0.01)。结论 长期高强度的跑台运动训练可使兔心房内径增加,房颤的诱发率增加。

   【关键词】兔;耐力运动;心房内径;心房颤动

心房颤动(房颤)为临床上*常见的快速型心律失常之一,目前其发生机制还未完全阐明。规律适度的体力运动有益于身体健康,而与同龄非运动员相比,长期高强度锻炼的运动员却容易发生心律失常、甚至心源性猝死[1]Karjalainen 等[2]研究指出,与正常对照组相比,耐力训练组房颤的发生率增加。由于训练强度与房颤发生的相关性不明确,使受训者无法科学的控制训练强度。同时,耐力训练导致房颤的机制尚未明了, 因此无法研制出针对靶点的房颤****。本研究拟建立耐力运动相关的房颤动物模型,用于运动相关性房颤的研究.

材料与方法

1.1 兔跑台的制备 跑台整体采用平面式设计(如图1),总体积405L(长150  cm*宽90  cm*高30 cm);采用整体化大跑道(长150 cm*宽90 cm)保持运动的同步性,内置支架隔离成4 跑道(长150 cm*22 cm);跑道尾部一个防夹式电刺激金属杆丛,可提供电刺激(电流0.05~4 mA),仅在兔子停留超过3 s才开始放电,同时也可提供光、声刺激。跑台角度为全自动可调式0~35°),跑道速度整体控制(0~0.67m/s)。兔跑台由北京智鼠多宝生物科技有限公司制作。


1.2  动物运动模型的制备 实验动物采用24只成年健康新西兰大耳白兔,体重2.5~3.0kg,雌雄不限, 由北京海淀兴旺实验动物养殖场提供。适应性喂养7 d后, 将实验兔随机分为对照组( n = 8 )、中强度组( n = 8 )、高强度组(n=8)。对照组笼内生活,自由饮食,不进行任何训练。中强度组和高强度组采用兔实验跑台运动,每天1 h[3,4]或一次性力竭(不足1 h),每周5 d,持续12周(**周为适应性训练)。中强度:坡度0度,速度0.25 m/s;高强度:坡度0 度,速度0.5 m/s。

1.3 心房内径的测量 适应性喂养7 d后,首次检测各组兔左、右心房大小,之后分别于训练完成后第8、12周,再次检测,一共3次。用0.5%wu***经耳缘静脉麻醉后,胸部备皮,取左侧卧位, 采用IE33型(飞利浦,荷兰)心脏彩超检测仪经胸超声检测,留取标准心动周期的心尖四腔切面(如图2)进行分析,测量左、右心房前后径。

1.4 实验模型准备 训练目标完成后,各组实验兔, 3 % wu***经耳缘静脉麻醉后, 开胸取出心脏,在温度37°C、速度20  ml/min下Langendorff经主动脉逆向灌流,灌流液为改良的rebs-Henseleit缓冲液(单位:mmol/L;NaCl:118,KCl:2.8,KH  PO  1.2,CaCL :2.5,MgSO40.5,丙酮酸:2.0,葡萄糖:5.5,Na2EDTA:0.57,NaHCO325)。于右心耳置入双极特氟龙涂层的起搏导线,基础频率3.3Hz, 电刺激脉冲脉宽3 ms,刺激电压幅度是起搏阈值的3倍以下,应用心脏期前刺激法(S1S2)诱导房颤。每次刺激重复5次,记录房颤(S1S2刺激后心电图跟随出现快速而不规则心房激动,同时心室也呈不规则反应并持续1000 ms以上)诱发的次数,若出现持续性房颤(持续时间大于1 min)使用Grass-S88X型刺激仪(Astro-Med公司,美国)给予Burst刺激终止。采用具备Wilson 终端的模拟的非接触式12导联心电图记录系统(Harvard Apparatus公司,美国)采集心电信号,并经Biopac心电放大系统(Harvard Apparatus 公司,美国)处理后存储于计算机。


1.5 统计学处理  采用SPSS 19.0统计软件进行分析,计量资料以均数±标准误表示,组间比较采用方差分析;计数资料采用例数(百分比)表示,组间比较采用卡方检验。以P0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 运动训练情况 兔跑台可同时训练4只实验兔,节省了大量时间。本研究共纳入40只实验兔,*终筛选出24只实验兔接受耐力训练,中强度组13只、高强度组11只,中、高强度组各有8 只完成整个耐力训练过程。

2.2 各组大鼠心房前后径 与对照组比较,中强度组和高强度组左、右房前后径在运动训练8周后均增加,12周后也增加,差异有统计学意义(P 均<0.05)。与中强度组比较,高强度组左、右房前后径在运动训练8周后均增加,12周后也增加,差异有统计学意义(P均<0.05)(表1)。

房颤诱发情况 训练12周后,经心房程序刺激诱发房颤心电图如图3。与对照组比较,中强度组45% vs. 60%)和高强度组45% vs. 90%)房颤发生率增加,差异有显著统计学意义(P0.01)(表2)。


                                                                              图3 S1S2刺激诱发房颤心电图






3 讨论

19世纪末瑞典医生Henschen提出运动心脏概念后,许多研究证实了运动员有心脏肥大和心功能改变,又称为运动员心脏综合症(athletic heart syndrome)。近年来多项研究[5-7]均证实接受长时间、高强度的耐力训练后房颤发生率明显增高。建立相应的实验动物模型是相关研究的基础。虽然鼠循环系统、神经系统等方面与人类相似,但有一定局限性[4]。兔与人的心脏结构相似,具备四腔,血液循环包括体循环和肺循环, 心脏电生理方面与人也更为接近[8]。在动物运动模型的研究中,国内外学者多以鼠为对象建立跑步机运动[9]、自主滚轮运动[10]、游泳训练[11]和负重爬[12]等运动模型。跑步机运动训练具有安全、简单、易操作等特点,并能够对运动强度和时间进行**控制。运动强度与跑台的速度和角度密切相关,运动强度根据Bedford[13]的*大摄氧量确定,运动超过*大摄氧量90%为高强度运动,中等强度运动则为60%~70%。Gaustad等[14]开创了单跑道测摄氧量兔运动跑台,研究表明(0.51± 0.09)m/s的速度就能达到*大摄氧量,跑台的角度(0~20°)对兔摄氧量无明显影响。本实验跑台在Gaustad跑台基础上改良,采用多跑道、大马力电机速度,可控性强,同时本跑台去掉了传统的电击、高频声音及强光等刺激方式,避免应激反应、心理压力增大、受伤等因素对神经系统的影响。如兔停止运动,为保证训练质量,实验员轻拍其背部,使其继续跑动。本实验均采用0°角,中等强度训练取0.25 m/s的速度,高强度运动训练采用0.5 m/s的速度。

    本研究发现高强度运动训练12周可导致兔心房扩大,诱导房颤增加,与先前研究结果一致[15]。中强度运动训练12周也能导致兔心房扩大,但诱导房颤发生率并未增加。根据心房扩大与房颤关系的研究[16],运动性房颤发生的机理可能为长期高强度耐力训练过程中心脏前负荷增加及心室压力增高,心房压力增高以维持对心室的灌注,继而心房壁张力增加,导致心房增大,心房细胞受到牵张;心房增大,从而房内容纳更多的子波数,易于发生折返,进而引起房颤发生;心房细胞受到牵张刺激可激活机械牵张敏感性离子通道而缩短ADP90及AERP,导致房颤的发生。 有研究[17]指出,心房的大小与房颤的稳定性呈正相关。然而中等强度运动训练也使心房增大,但未能增加房颤,提示不同训练强度对实验兔心房电活动影响不同,原因有待进一步探讨。本研究**次应用自行设计的多跑道兔跑台进行不同强度的耐力运动训练,节省时间,方法可行;高强度长时间的耐力训练可使实验兔心房内径增加,易于诱发房颤,为进一步研究运动性房颤的机制提供参考依据。

电轴右偏。许文胜等[2]研究中,各年龄组心电轴均表现为较大范围波动,随年龄增长正常人QRS 电轴逐渐由右向左偏移,呈现明显的年龄趋势。吴杰等[3]研究中,正常人额面QRS电轴随年龄增长逐渐向左(上)偏移,呈现明显的年龄趋势。王志秀等[4]研究提示:无人区电轴组室壁运动异常及心力衰竭发生率显著高于电轴左偏和右偏组。以上研究与本研究中电轴左偏患者的年龄显著大于电轴右偏者,无人区电轴更多见于器质性心脏病的结果大致相同。在关于体位改变对电轴的影响中,高春圃[5]研究显示:由卧位→坐位改变时,21.05%电轴无变移,30.26%向左变移, 48.68%向右变移;由坐位→立位改变时,28.95% 电轴无变移,15.79%向左变移,55.26%向右变移;由卧位→立位改变时,14.47%电轴无变移, 18.42%向左变移,67.11%向右变移,而三种体位电轴改变的男女间无显著性差异。戴伟川等[6]研究中,随运动试验负荷增大,电轴右偏有逐渐增大趋势,随运动终止又逐渐恢复至运动前水平。本研究中动态心电图全程24 h期间,包括电轴左偏、右偏及无人区电轴,81.2%的患者电轴不固定而呈动态变化,与上述研究有相似之处。本研究又进一步揭示了无论电轴左偏、右偏或无人区电轴,动态变化的电轴均与心率相关,且随心率增快电轴偏移程度增大,呈明显频率依赖性,这是以往研究未曾涉及的方面。

心电轴表现的是心脏电活动全程的总趋势、方向和强度,通常认为正常人电轴随年龄增长向左偏移是由于脂肪的增加引起膈肌上抬,使心脏偏向水平位置所致,而随年龄增长,冠心病、高血压心脏病、心肌病、室内传导障碍、肺心病等发病率增加,可致左室肥大或其他病理改变,心室除极综合向量发生改变,表现为电轴左偏或无人区电轴。

如前述高春圃的研究中体位改变可引起不同方向的电轴偏移;戴伟川等的研究提示运动试验过程中可引起电轴右偏的不同变化。运动试验包含了体位由平卧→直立的改变和心率增加的变化,动态心电图记录过程中,随昼夜节律可出现不同的体位,随运动、生理、心理及情绪等呈多变心率。动态心电图中电轴随心率呈动态变化的机制:考虑是由于体位和呼吸运动时膈肌升降致心脏位置相应移动所致。呼吸频率及幅度随心率变化而变化,呼吸幅度不同,膈肌升降水平不一;不同体位改变同样可致膈肌升降水平不一, 结果使心脏在平卧平静基础上或趋垂直位或趋水平位或发生钟向转位致电轴偏移。

综上,动态心电图中的电轴偏移呈频率依赖性,随心率增快偏移程度增加,无人区电轴更多见于器质性心脏病。分析电轴偏移的意义时,必须结合心电图的其他改变及年龄和临床资料综合判断。比如电轴右偏,健康青年中可达16.6%[7] 要综合其aVR导联R波振幅,V1导联R/S比值, V5V6导联S波深度,有无左后分支阻滞等其他右室优势相关值,必要时超声排除右室肥大。

心电图的指标中QT间期是与心率相关的,正如根据心率校正后的QTc,寻求动态心电图中电轴与心率间的变量规律和定量数值,求出随心率变化的电轴计算方法,建立心率校正的电轴分类标准,还有待进一步研究。






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