鉀離子濃度對氟卡尼作用下兔左室電-機械活動的影響

張雪梅 董亞玲 李云云 楊琳 薛小臨 嚴干新

氟卡尼、普羅帕酮等Ⅰc類抗心律失常藥物(AAD)在心律失常的治療中仍起重要作用,用于心房顫動藥物轉復竇性心律一線用藥以及無器質性心臟病的室上性心動過速、長QT3型綜合征的治療及Brugada綜合征的診斷等[1－7]。CAST 研究結果及后續(xù)研究提示心肌缺血時局部高鉀與氟卡尼致心律失常作用相關,但目前就鉀離子水平對Ⅰc類AAD作用安全性影響尚無明確說明及臨床應用指導。筆者就單純鉀離子濃度在氟卡尼對離體心肌組織電-機械活動作用中的影響為研究目的,初步從組織水平探究鉀離子濃度對Ⅰc類AAD 作用的影響以期為臨床安全用藥提供相關依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要試劑 氟卡尼(Flecainide acetate salt):分子量474.39,規(guī)格100 mg,Sigma公司(美國)生產(chǎn)。烏拉坦(氨甲酸乙酯):生理鹽水配制,濃度為30%,使用劑量為5 ml/kg,上海山浦化工有限公司生產(chǎn)。肝素:規(guī)格:2 ml,12 500 IU/支;用法:200 IU/kg,上海第一生化藥業(yè)有限公司生產(chǎn)。NaCl、KCl、CaCl2、MgSO4·7 H2O、Na H2PO4·2H2O、Na HCO3、C6H12O6·H2O,均為國產(chǎn)分析純,由廣東化學試劑公司提供。

1.2 左室楔形標本制備 成年家兔,雌雄不拘,體重2.2～2.8 kg,由西安交通大學醫(yī)學院動物中心提供。經(jīng)耳緣靜脈分別注射肝素200 IU/kg和20%的烏拉坦5 mg/kg進行抗凝和麻醉。開胸后連同心包取出心臟,放入4℃的高鉀心臟停跳液中,經(jīng)左冠狀動脈開口處插入自制冠狀動脈插管,固定插管并給予高鉀心臟停跳液灌流,其成分除KCl含量為24 mmol/L,其余成分和濃度與正常臺氏液相同。灌注良好的左室與未得到灌注的心臟其余部分邊界清晰,沿此邊界剪下即得到左室楔形組織塊標本。隨后,將實驗標本放入裝有臺氏液的恒溫浴槽中,并改為正常臺氏液(K＋3.5 mmol/L)灌流。在整個實驗過程中,灌注壓保持在25～33 mm Hg之間。動脈灌注液及浴槽水溫均維持在(35.7±0.1)℃。對實驗標本施加基礎刺激,刺激周長為1 000 ms,標本穩(wěn)定1 h后開始實驗。

1.3 實驗過程 由對照組及3.5、5.5、7.0三個實驗組組成,每組7例左室楔形組織塊。對照組,灌注鉀離子濃度為3.5 mmol/L 臺氏液;3.5、5.5、7.0三個實驗組分別灌注鉀離子濃度為3.5、5.5、7.0 mmol/L臺氏液,臺氏液中均加入濃度10μmol/L 的氟卡尼。平衡后均給予以下順序刺激:頻率為0.5 Hz[基礎刺激周長(BCL)2 000 ms]電刺激10 min→頻率為1 Hz(BCL1 000 ms)電刺激1 min→頻率為2 Hz(500 ms)電刺激0.5 min;實驗組每組先給予含氟卡尼臺液灌注15～20 min(BCL 1000ms),待藥物充分作用、電-機械活動穩(wěn)定后給予上述順序刺激,記錄跨壁心電圖(ECG)、靜息電位以及收縮力。記錄時間為每一時間段結束之前的30～60 s。在實驗過程中,藥物的作用時間約30 min,使藥物充分作用。

1.4 實驗指標的記錄 跨壁ECG 的記錄:定義QRS波時限為自刺激尾跡至J點的時程(ms);QT間期為QRS 波起點至T 波降支終點之間的時程(ms);T 波峰-末間期(Tp-e)間期為T 波頂點至終點之間的時程(ms),該時程反映了跨心室壁復極離散程度(TDR)。心肌收縮力的記錄:將肌力換能器掛鉤連于左室楔形標本上部正中,并將信號輸入多道生理記錄儀(成都儀器廠RM6240BD 型),記錄心肌的等長收縮力(g)。由于心肌收縮力起始設置的人為差異較大,因而選取對照組刺激周長2 000 ms時的收縮力為100%,其余收縮力測值以與基礎值的百分比值為變量(%),統(tǒng)計收縮力變化情況。

1.5 實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 實驗數(shù)據(jù)通過RM6240B/C軟件進行采集和分析,QRS波時限以均數(shù)±標準差表示,經(jīng)GraphPad Prism6進行統(tǒng)計分析。對于多個樣本均數(shù)之間的比較采用單因素方差分析,對于兩組間的比較采用t檢驗。以P＜0.05為差異有顯著性。

2 結果

2.1 四組QRS波時限的對比 對照組刺激頻率由低到高(0.5 Hz→1 Hz→2 Hz)變化時,跨壁ECG 中QRS波時限正常并基本不隨刺激頻率的改變而變化(P＞0.05)(圖1A);氟卡尼灌注后,兔左室心肌傳導明顯延長,該現(xiàn)象具有快頻率依賴性;而氟卡尼濃度一定(10μmol/L)時,增加灌注液中鉀離子濃度,氟卡尼的上述作用被明顯放大(圖1B、C、D),甚至在鉀離子濃度為5.5 mmol/L 時2例標本在給予頻率2 Hz的刺激時出現(xiàn)QRS波成比例脫漏現(xiàn)象,需進一步加大刺激電壓才能引起心肌興奮及傳導。而鉀離子濃度為7.0 mmol/L,給予頻率為2 Hz的刺激時QRS波均有脫漏,ECG 呈文氏現(xiàn)象改變(圖2)。(四組QRS波時限變化見表1)。

表1 四組在不同刺激頻率時QRS波時限的比較/ms

圖1 氟卡尼(10μmol/L)作用下,不同K＋濃度對兔左室心肌QRS波時限等的影響

圖2 氟卡尼(10μmol/L),增加鉀離子濃度至7.0 mmol/L,在刺激頻率為2 Hz時兔左室心肌興奮性顯著降低甚至喪失,間斷QRS波脫漏,ECG 呈文氏現(xiàn)象改變

2.2 QT 間期及Tp-e間期的比較 給予氟卡尼作用后,隨鉀離子濃度升高及刺激頻率改變,4 組間QT 間期及Tp-e間期的變化無顯著差異(P均＞0.05),見表2、3。

表2 四組不同刺激頻率下QT 間期的比較/ms

表3 四組不同刺激頻率下Tp-e間期的比較/ms

2.3 四組左室心肌收縮力的比較 對照組左室心肌收縮力隨刺激頻率的增加而增強,即“正性收縮力-頻率階梯效應”,簡稱“正階梯效應”[8](圖3A)。給予氟卡尼灌注后,心肌收縮力顯著減弱,并且正階梯效應隨之減弱;而氟卡尼濃度一定(10μmol/L)時,增加灌注液中鉀離子濃度,氟卡尼負性肌力作用更為顯著,正階梯效應進一步減弱(圖3B、C、D),甚至在5.5及7.0實驗組,相對快頻率(1 Hz、2 Hz)刺激下,心肌收縮力強度在刺激頻率增快的過程中無明顯增強(P＞0.05),心肌收縮力的正階梯效應進一步減弱。

圖3 四組左室心肌收縮力的比較

表4 四組不同刺激頻率下心肌收縮力的比較/%

3 討論

該實驗以心肌組織為研究對象,可直觀觀察到鉀離子濃度變化對氟卡尼作用的影響趨勢。氟卡尼阻斷快鈉通道引起傳導減慢以及該現(xiàn)象的頻率依賴特性早被人們熟知[9],其對快鈉通道的阻斷作用有很強的電壓依賴性[10]。鉀離子濃度在實驗濃度下由低到高,靜息電位向去極化方向偏移,快鈉通道部分失活,給予電刺激后除極超射幅度及速率顯著減小,因而氟卡尼對快鈉通道阻滯導致心肌傳導減緩甚至傳導阻滯的作用更為顯著;此外,鉀離子濃度升高導致細胞膜靜息電位向去極化方向偏離,激活狀態(tài)下的快鈉通道從氟卡尼的阻滯中解除緩慢,當刺激頻率加快時,由于鈉通道尚未完全脫離阻滯,不能完全恢復至備用狀態(tài),心肌興奮性及傳導性顯著減弱,表現(xiàn)出更為顯著的頻率依賴性傳導減慢。當鉀離子濃度進一步增高,靜息電位進一步減小,刺激頻率加快后可興奮鈉通道明顯減少,出現(xiàn)興奮喪失及傳導阻滯,表現(xiàn)為心電圖上QRS波脫漏及文氏現(xiàn)象的發(fā)生。

在一定心率范圍內心肌收縮力具有“正階梯效應”,本研究再次證實氟卡尼負性肌力作用,且該作用受細胞外鉀離子濃度影響。心肌收縮力與鈉電流的強度及持續(xù)時間相關,鈉內流導致膜電位變化進而引起L-型鈣通道開放,通過電機械耦聯(lián)引起心肌收縮。加快刺激頻率可增加細胞內Na＋而引起細胞膜反向Na＋-Ca2＋交換的增強,升高細胞內Ca2＋濃度,增強心肌收縮力。而細胞膜鈉-鈣反向交換與肌漿網(wǎng)對鈣的移出及重攝取也對心肌收縮力及正階梯效應影響顯著。Na＋的輕度改變即會影響細胞內鈣濃度及其對收縮力的影響。氟卡尼的負性肌力作用取決于藥物對開放狀態(tài)的鈉通道的親和力及鈉通道從阻滯中的恢復時間,鈉通道恢復時間越長,對鈣內流影響越大,負性肌力作用越強,增加藥物劑量及加快刺激頻率后對心肌收縮力的抑制越強[11]。亦有研究發(fā)現(xiàn)氟卡尼的負性肌力作用與其對L 型鈣通道的阻斷關系密切,并且其負性肌力的作用的貢獻大于阻斷鈉通道引起鈉鈣交換減小而導致的肌力減弱[12]。此后在兒茶酚胺敏感性多形性室性心動過速相關的實驗中發(fā)現(xiàn),氟卡尼的負性肌力作用還可能與直接阻斷肌漿網(wǎng)Ry R2受體抑制鈣瞬變過程有關[13]。本研究鉀離子濃度條件下,隨鉀離子濃度的增加,氟卡尼負性肌力作用增強,正階梯效應減弱,其機制可能與鈉通道的阻滯作用增強以及高鉀對L型鈣通道的阻滯增強相關。

缺血缺氧時由于心肌細胞膜對鉀離子通透性增大,心肌局部細胞外呈高鉀狀態(tài),使用氟卡尼導致缺血區(qū)域心肌傳導顯著減緩,增加心肌空間電位及不應期異質性,促進折返性室性心律失常發(fā)生。此外,高鉀狀態(tài)下氟卡尼負性肌力作用被放大且正階梯效應消失也是加重心力衰竭增加死亡率的重要原因之一。臨床上,氟卡尼已不建議使用于器質性心臟病患者,而在常規(guī)適應證的使用中,亦可見寬QRS波心動過速甚至相關惡性心律失常發(fā)生,該研究提示血鉀的監(jiān)測對于安全用藥尤為重要。