趙成，王堅(jiān)剛

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安貞醫(yī)院心外科，北京100029)

臨床常見的心律失常包括心房顫動(dòng)(房顫)、期前收縮、房室傳導(dǎo)阻滯和陣發(fā)性心動(dòng)過速等，其中房顫的發(fā)病率和病死率很高，流行病學(xué)調(diào)查表明，全球大約有3 350 萬房顫患者，而全球房顫的總患病率約為0.4%，房顫在發(fā)展中國家和發(fā)達(dá)國家的患病率都在增加，并與全因病死率和卒中的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，造成患者醫(yī)療費(fèi)用增加和生活質(zhì)量下降［1-2］。我國房顫患者約1 000 萬，房顫患病率約為0.61%，隨著年齡增長患病率增加，80 歲以上人群的房顫患病率高達(dá)7.5%［3-4］。腦卒中、心臟驟停及進(jìn)行性心力衰竭是導(dǎo)致房顫患者死亡的三大主要原因。房顫的發(fā)病機(jī)制已有多個(gè)理論假說，主要包括多發(fā)子波折返、局灶激動(dòng)、轉(zhuǎn)子樣激動(dòng)學(xué)說等。目前房顫的治療主要分為內(nèi)科治療和外科手術(shù)治療，內(nèi)科治療包括藥物保守治療和導(dǎo)管消融。藥物保守治療包括口服給藥和靜脈用藥，主要通過控制患者心室率和抗凝藥預(yù)防血栓形成進(jìn)行治療，但不作為房顫治療的最優(yōu)選擇。絕大多數(shù)陣發(fā)性房顫患者的病灶來源于肺靜脈，因此隔離肺靜脈已成為所有房顫導(dǎo)管消融的基本策略。目前導(dǎo)管消融的主要方法有沖洗射頻消融、冰凍球囊、分割房電圖消融等。外科治療的方法主要有經(jīng)典迷宮手術(shù)、改良迷宮手術(shù)、微創(chuàng)房顫消融及雜交手術(shù)等。但房顫在臨床的治療效果仍不容樂觀，主要原因在于房顫發(fā)病機(jī)制至今尚未完全闡明。現(xiàn)就房顫動(dòng)物模型的建立和應(yīng)用現(xiàn)狀予以綜述。

1 房顫動(dòng)物模型

動(dòng)物模型是指將除人類以外的動(dòng)物物種應(yīng)用于疾病或生物學(xué)研究，動(dòng)物模型的建立有助于人類疾病的預(yù)測、預(yù)防、診斷和治療等。疾病動(dòng)物模型是生物醫(yī)學(xué)研究中不可或缺的組成部分。疾病動(dòng)物模型應(yīng)具有創(chuàng)建易行性、重現(xiàn)性與經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)。缺乏合適的動(dòng)物模型是許多重大疾病研究的重要瓶頸。一直以來世界各國都在不斷建立和完善各類疾病動(dòng)物模型，因此，動(dòng)物模型在醫(yī)學(xué)研究中占有十分重要的地位。

房顫動(dòng)物模型的建立對房顫機(jī)制研究至關(guān)重要。目前房顫動(dòng)物模型主要在大型動(dòng)物中進(jìn)行，大型動(dòng)物模型能夠更加宏觀地研究房性心律失常，并有助于理解房性心律失常的潛在機(jī)制，但應(yīng)用這些大型動(dòng)物制備房顫模型需要開胸置入起搏器，操作復(fù)雜、費(fèi)用高;另外，大型動(dòng)物間也存在著較大的個(gè)體差異，影響心電活動(dòng)對制備條件的反應(yīng)性，導(dǎo)致研究結(jié)論可信度下降。而小動(dòng)物模型能夠?yàn)檠芯啃穆墒С５幕具z傳和分子機(jī)制提供強(qiáng)有力的工具。小鼠由于其基因序列研究相對清楚而作為主要的小動(dòng)物模型，并很好地解決了上述的不足。因此，小鼠房顫模型越來越多地被應(yīng)用于房顫實(shí)驗(yàn)的研究。

2 房顫動(dòng)物模型的制備

2.1 電刺激房顫模型

2.1.1 快速心房起搏房顫模型 快速心房起搏房顫模型是目前研究最多、應(yīng)用最廣泛的房顫動(dòng)物模型。在房顫發(fā)展的整個(gè)過程中，心房首先發(fā)生電重構(gòu)，而心房電重構(gòu)又可促進(jìn)房顫的延續(xù)，因此，房顫電重構(gòu)被認(rèn)為是促進(jìn)房顫的適應(yīng)性結(jié)果［5-6］。犬、羊、豬、鼠等均是研究快速心房起搏房顫模型的良好對象。

犬是快速起搏模型中最常用的動(dòng)物，犬作為大型動(dòng)物模型壽命較長、便于開胸置入起搏器，從而使研究更加長期宏觀。犬的心內(nèi)膜起搏和心外膜起搏均能得到穩(wěn)定的房顫模型。Kato 等［7］對8 只健康成年犬進(jìn)行麻醉固定后，分離右外頸靜脈，將雙刺激電極經(jīng)頸靜脈深入心臟，雙電極分別放在犬的右心室尖端和右心耳，以80 次/min 和400 次/min 頻率同時(shí)進(jìn)行電刺激，經(jīng)過1 周的連續(xù)刺激，8 只犬中有6 只成功誘發(fā)房顫，其中4 只犬雙側(cè)心房發(fā)生心肌病變。除上述的心外膜起搏外，胡嘉祿等［8］建立了犬心內(nèi)膜起搏，對48 只健康成年比格犬進(jìn)行研究，隨機(jī)分為頻率不同的高頻起搏實(shí)驗(yàn)組(5 組)和空白對照組(1 組)，隨后對高頻起搏實(shí)驗(yàn)組中的其中2 組進(jìn)行麻醉固定，經(jīng)右側(cè)頸外靜脈將4 極導(dǎo)管置于高位右心房，記錄高位右心房心電圖;使用電生理刺激儀以s1s1 起搏模式、500 次/min、1 000 次/min頻率分別起搏高位右心房，持續(xù)刺激12 h，12 只犬中有10 只成功誘發(fā)房顫，并發(fā)現(xiàn)1 000 次/min 頻率下高位右心房刺激更易引發(fā)房顫;另外，對高頻起搏實(shí)驗(yàn)組中剩余的3 組進(jìn)行麻醉后開胸暴露心臟，在起搏高位右心房同時(shí)分別將4 極導(dǎo)管縫于左上肺靜脈、左心耳和左下肺靜脈，記錄局部的心內(nèi)膜電位;使用電生理刺激儀以s1s1 起搏模式、500 次/min、1 000 次/min 頻率起搏高位右心房，刺激電壓為舒張期閾值電壓的2 倍，脈寬為2 ms，持續(xù)刺激12 h，18 只犬中有14 只成功誘發(fā)房顫，并發(fā)現(xiàn)以500 次/min頻率刺激高位右心房同時(shí)刺激右迷走神經(jīng)干引發(fā)的房顫持續(xù)時(shí)間更長、更穩(wěn)定。

羊由于心率與人較為接近，也經(jīng)常作為快速起搏模型的研究對象。Wijffels 等［9］對12 只山羊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將電極分別縫于山羊左、右心房的心外膜上，再連接到一個(gè)能發(fā)放房顫電刺激的電刺激儀上，進(jìn)行2 周的高頻房顫電刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，停止電刺激后12 只山羊中有10 只房顫能自發(fā)持續(xù)超過24 h。這一實(shí)驗(yàn)建立了穩(wěn)定、持久的慢性房顫模型，同時(shí)也是“房顫致房顫”的理論來源。Angel 等［10］將電極經(jīng)羊的右頸靜脈置入心房，將起搏頻率設(shè)置為50 次/s，進(jìn)行高頻電刺激可以誘發(fā)房顫，同時(shí)發(fā)現(xiàn)慢性房顫山羊與對照組相比有更多的阻塞性纖維化，心肌電傳導(dǎo)速度也顯著低于對照組。由于羊的房顫不會(huì)造成心室功能紊亂，且單純電刺激房顫誘導(dǎo)時(shí)間較長，所以急性房顫模型較少［11］。

中年豬的正常心率也與人相近，且豬作為異種器官移植的熱門，建立豬的房顫模型有重要的意義。徐晤等［12］將豬麻醉后經(jīng)頸內(nèi)靜脈置入刺激電極并埋置于右心房，以AOO 模式起搏，頻率500 次/min、脈寬0.15 ms 刺激2 周，房顫誘發(fā)率100%，且平均時(shí)長26 min。Lee 等［13］將豬麻醉后行胸骨正中切開，將刺激電極置于左心耳，將刺激頻率設(shè)置為200 次/min和8 次/min，并逐漸縮短刺激周期，21 只豬中有18 只可以成功誘發(fā)房顫，平均時(shí)長3.6 min。這種房顫誘導(dǎo)技術(shù)起效快、可復(fù)制、房顫可持續(xù)，更易于新技術(shù)和方法的評估，無需創(chuàng)建慢性動(dòng)物模型。

小鼠快速起搏模型制備較為簡單，Wakimoto 等［14］對14 只正常小鼠進(jìn)行麻醉，經(jīng)頸靜脈將八級導(dǎo)管插入小鼠右心房內(nèi)，以20 ～40 次/s 頻率刺激右心房心內(nèi)膜，成功誘發(fā)小鼠房顫;同時(shí)對部分實(shí)驗(yàn)組給予膽堿能神經(jīng)興奮劑后進(jìn)行相同刺激，結(jié)果更易誘發(fā)房顫，持續(xù)時(shí)間最長達(dá)35 min，但注射阿托品等膽堿能神經(jīng)抑制劑后房顫不能誘發(fā)。

2.1.2 迷走神經(jīng)刺激房顫模型 局部的心臟自主神經(jīng)節(jié)參與了房顫的發(fā)生和維持，迷走神經(jīng)對心臟節(jié)律的調(diào)節(jié)十分重要，因此刺激迷走神經(jīng)可制作動(dòng)物房顫模型。Zhou 等［15］對18 只犬進(jìn)行研究，將犬麻醉后開胸，將刺激電極置于心房和肺靜脈處，使用電生理儀以s1s1 起搏模式，將電壓設(shè)為2 ～4 V、頻率20 次/s、脈寬0.1 ms 分別刺激左右迷走神經(jīng)干可成功誘發(fā)房顫。鼠的迷走神經(jīng)刺激操作更為簡單，可將刺激電極深入食管內(nèi)進(jìn)行心房刺激。Guo等［16］將電極放入鼠食管內(nèi)，以25 ～100 次/s 頻率進(jìn)行起搏刺激，可成功誘發(fā)房顫，且老年小鼠房顫誘導(dǎo)成功率顯著高于青年小鼠。相對于快速起搏房顫模型和犬迷走神經(jīng)刺激房顫模型，鼠迷走神經(jīng)刺激操作對動(dòng)物的創(chuàng)傷更小，更符合動(dòng)物福利要求。

2.2 藥物誘導(dǎo)房顫模型

2.2.1 乙酰膽堿房顫模型 乙酰膽堿可以縮短心房的有效不應(yīng)期，易于折返的形成。心房有效不應(yīng)期的長短和可連續(xù)激動(dòng)的心房肌數(shù)目同時(shí)決定了房顫折返環(huán)的大小，縮短有效不應(yīng)期可使參與折返所需要的心房肌數(shù)目減少，從而降低房顫發(fā)生的條件［17］。此外，乙酰膽堿使竇房結(jié)自律性降低，相對地使異位起搏點(diǎn)的自律性上升，從而解除了竇房結(jié)對異位興奮的抑制，增加房顫發(fā)生的可能［18］。楊詔旭等［19］將成年健康比格犬麻醉后以乙酰膽堿持續(xù)泵入犬的右側(cè)股靜脈，并在犬上腔靜脈與右心房交匯處和右心耳縫置一對電極，連接電生理刺激儀，刺激后可成功誘發(fā)房顫;同時(shí)發(fā)現(xiàn)心房觸發(fā)刺激誘發(fā)房顫的時(shí)間隨著乙酰膽堿濃度增大而延長，當(dāng)濃度增加到(18 ±8)μmol/L 時(shí)，所有犬(10 只)均可誘發(fā)持續(xù)性房顫。曾財(cái)武等［20］將不同濃度的氯化鈣和乙酰膽堿混合液經(jīng)尾靜脈注入健康成年小鼠體內(nèi)，建立了小鼠房顫模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，房顫通常會(huì)出現(xiàn)在剛給藥之后的數(shù)分鐘內(nèi)，持續(xù)時(shí)間短暫，持續(xù)給藥會(huì)提高房顫誘發(fā)率和持續(xù)時(shí)間，房顫持續(xù)時(shí)間達(dá)平臺期后繼續(xù)給藥會(huì)增加致死率。

2.2.2 烏頭堿房顫模型 烏頭堿直接作用于心肌可使局部相鄰心肌間電活動(dòng)失去同步性，促進(jìn)鈉通道開放，加速離子內(nèi)流，使細(xì)胞膜去極化，使心房傳導(dǎo)組織和房室束-浦肯野纖維系統(tǒng)等快反應(yīng)細(xì)胞的自律性提高，從而易于心房內(nèi)形成多源折返環(huán)，進(jìn)而有利于房顫的發(fā)生、發(fā)展［21］。李玉光等［22］在犬右心耳或左肺靜脈口任意處以0.03%烏頭堿5 μL 局部注射，隨后在注射部位附近進(jìn)行5 次持續(xù)5 s 刺激，均成功誘發(fā)持續(xù)性房顫，驗(yàn)證了局灶觸發(fā)可啟動(dòng)房顫的觀點(diǎn)［23］。Sakisaka 等［24］在無麻醉的情況下建立了大鼠的烏頭堿房顫模型，27 只大鼠中有21 只成功誘發(fā)房顫。

2.2.3 氯化銫房顫模型 氯化銫可阻斷心肌內(nèi)向整流鉀通道，鉀離子內(nèi)流減少使心室復(fù)極延長，能夠在去極化早期產(chǎn)生類似尖端扭轉(zhuǎn)的多形性室性心動(dòng)過速，并可在心房中產(chǎn)生類似作用，誘發(fā)房性心動(dòng)過速轉(zhuǎn)化為房顫［25］。Satoh 和Zipes［25］對犬麻醉后開胸，向竇房結(jié)動(dòng)脈依次注射5 mL 遞增劑量(0.05、0.1、0.15、0.2、0.25 mmol/mL)的氯化銫，9 只犬中有6 只可誘導(dǎo)房性心動(dòng)過速轉(zhuǎn)化為房顫，成功建立了氯化銫房顫模型，但此模型易造成竇房結(jié)動(dòng)脈缺血。

2.3 創(chuàng)傷性房顫模型

2.3.1 二尖瓣反流房顫模型 房顫的發(fā)生與瓣膜病密切相關(guān)。Verheule 等［26］將13 只健康成年犬納入研究，經(jīng)股動(dòng)脈插入導(dǎo)管，將導(dǎo)管尖端鉤到二尖瓣腱索并拉回以使腱索斷裂，并且在經(jīng)食管超聲心動(dòng)圖上觀察到急性左心房擴(kuò)張，直至產(chǎn)生中度至重度二尖瓣關(guān)閉不全，造成中至重度的二尖瓣反流，隨后將刺激電極植入犬的右心房;數(shù)周后給予心房短陣快速刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，52.6%的犬出現(xiàn)持續(xù)性房顫，模型犬的左心房增大并出現(xiàn)間質(zhì)纖維化。這一房顫模型可用于瓣膜病合并房顫的研究，與風(fēng)濕性心臟病的原理非常相似。

2.3.2 無菌性心包炎房顫模型 心包炎被認(rèn)為是開胸手術(shù)后發(fā)生房顫的重要原因，有學(xué)者認(rèn)為單折返環(huán)伴顫動(dòng)樣傳導(dǎo)是本型房顫發(fā)生的可能機(jī)制［27］。Pagé 等［28］首次建立了犬無菌心包炎房顫模型，在全身麻醉下，在心包切開術(shù)后，將心臟置于心包中，并將三對不銹鋼絲電極分別縫合到右心房的竇底部、心房間帶和冠狀竇附近左心房的后下方，這些電極通過胸壁引出，并在靠近中線的頸部向后外露;然后用無菌滑石粉均勻撒在心房表面，在右心房和左心房壁上放置單層紗布，縫合心包與胸壁;術(shù)后行快速心房起搏可成功誘發(fā)房顫，25 只實(shí)驗(yàn)犬中有23 只成功誘發(fā)房顫，且17 只持續(xù)時(shí)間超過5 min。

2.3.3 慢性心力衰竭房顫模型 慢性心力衰竭是臨床上引發(fā)房顫的最常見原因之一。Li 等［29］在18 只犬的頸部皮下植入心室起搏器，并將起搏電極附著于右心室，起搏器被編程為以頻率240 次/min刺激右心室3 周，然后以頻率220 次/min 刺激2 周;房顫誘導(dǎo)是在360 ms 的間期處進(jìn)行多達(dá)3 次連續(xù)的額外刺激，然后進(jìn)行心房短陣快速刺激起搏;結(jié)果發(fā)現(xiàn)，18 只犬中有10 只能成功誘發(fā)出房顫。郭成軍等［30］將健康成年雜種犬麻醉后，切開頸部皮膚，經(jīng)頸內(nèi)靜脈插入起搏電極，起搏電極位于右心室心尖處和高位右心房、右心室側(cè)壁和右后房間隔，行心室起搏，起搏頻率為200 ～500 次/min，持續(xù)3 ～7 周;起搏后心臟超聲示左心室射血分?jǐn)?shù)降低，右心房增大，發(fā)生充血性心力衰竭，建立了犬心力衰竭房顫模型。

2.4 基因工程房顫模型 小鼠實(shí)驗(yàn)操作相對簡單且費(fèi)用較低，而且人類對小鼠的基因研究相對透徹，是制作基因模型的良好物種。調(diào)控基因的表達(dá)可以增強(qiáng)或降低房顫的易感性。

在房顫導(dǎo)致的心肌變化中，心肌纖維化被認(rèn)為尤其重要，心肌纖維化有可能引起心房傳導(dǎo)不均勻。雖然導(dǎo)致纖維化發(fā)展的潛在分子機(jī)制是復(fù)雜的，但研究表明，轉(zhuǎn)化生長因子-β1信號通路可能在心房纖維化的發(fā)展中起到重要作用［31］。戴友平等［32］將成年比格犬麻醉后植入心室起搏器，以頻率230 次/min起搏7 周，建立犬持續(xù)性房顫模型;隨后將其處死取心房組織進(jìn)行免疫組織化學(xué)染色，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，心房組織中Ⅰ型膠原纖維明顯增加，轉(zhuǎn)化生長因子-β1高表達(dá)，更容易發(fā)生房顫。

此外，Aschar-Sobbi 等［33］的研究結(jié)果表明，房顫與激烈的耐力鍛煉有關(guān)，激烈的耐力鍛煉在增加心泵功能和降低心率的同時(shí)，也增加炎癥、纖維化等發(fā)生的機(jī)會(huì)，而腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)參與誘導(dǎo)心房重構(gòu)，TNF-α 基因的消融可防止心房重構(gòu)和運(yùn)動(dòng)引起的房顫易感性。Ruibin 等［34］研究認(rèn)為，以血清TNF-α 升高為標(biāo)志的炎癥狀態(tài)與房顫本身有關(guān)，TNF-α 可能是房顫發(fā)生的一個(gè)弱修飾因子，而不是一個(gè)獨(dú)立的危險(xiǎn)因素。

長期的離子失衡也可誘發(fā)房顫。鈣電流是支撐動(dòng)作電位平臺期的主要電流，若鈣離子通道開放減少，鈣離子內(nèi)流減少，可導(dǎo)致動(dòng)作電位平臺期縮短、動(dòng)作電位時(shí)長縮短，有效不應(yīng)期也隨之縮短，心房肌細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)異常，進(jìn)而導(dǎo)致房顫的發(fā)生［35］。肌質(zhì)網(wǎng)鈣通道2 型雷尼丁受體(ryanodine receptor 2，RyR2)穩(wěn)定性下降是發(fā)生心房鈣穩(wěn)態(tài)異常的主要因素之一，心肌細(xì)胞中的鈣離子主要通過肌質(zhì)網(wǎng)RyR2 通道釋放，RyR2 在心肌的舒張期保持關(guān)閉，對細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)具有重要作用;RyR2 在心肌舒張期的異常開放會(huì)導(dǎo)致鈣泄漏增多，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度異常升高，鈣離子向細(xì)胞外轉(zhuǎn)移的同時(shí)與細(xì)胞外的鈉離子進(jìn)行比例交換，產(chǎn)生凈內(nèi)向陽離子移動(dòng)，導(dǎo)致心肌細(xì)胞滯后除極，當(dāng)達(dá)到心肌細(xì)胞的興奮閾值時(shí)，觸發(fā)局部電活動(dòng)，進(jìn)而發(fā)展為局部折返環(huán)的形成，使房顫持續(xù)［36］。Xie 等［37］制作RyR2-S2808D+/+轉(zhuǎn)基因鼠，使鼠細(xì)胞內(nèi)外的鈣離子失衡隨年齡增長而增加，經(jīng)食管迷走神經(jīng)刺激可誘發(fā)房顫。環(huán)腺苷酸應(yīng)答元件調(diào)節(jié)蛋白(cAMP responsive element modulator，CREM)是心臟基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)因子，Li 等［38］制作的CREMΔC-X 轉(zhuǎn)基因小鼠成功誘發(fā)房顫，亦與RyR2 在心肌舒張期異常開放導(dǎo)致的鈣泄漏有關(guān)，并發(fā)現(xiàn)隨年齡增大，鈣泄漏更加嚴(yán)重，更容易發(fā)生房顫。

3 小 結(jié)

房顫動(dòng)物模型的建立和應(yīng)用為探索房顫的發(fā)病機(jī)制和指導(dǎo)臨床提供了重要的基礎(chǔ)。但目前房顫動(dòng)物模型尚無完善的評估方法，其選擇的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和干預(yù)措施也有較大的差異，使房顫模型的可靠性、穩(wěn)定性和適用性等受到質(zhì)疑。因而，制作可靠性好、穩(wěn)定性高、適用范圍廣的房顫模型是今后的努力方向;提高房顫持續(xù)時(shí)長、簡化操作方法是房顫動(dòng)物模型的進(jìn)一步追求。與此同時(shí)，房顫致病基因的發(fā)現(xiàn)也使研究者能夠通過調(diào)控基因的表達(dá)增強(qiáng)或降低房顫的易感性。基因工程房顫模型的建立為房顫的臨床治療提出了新的策略。