乙酰胆碱诱发房颤模型(大鼠)的电生理标测

发布时间：2025-07-04 09:18:25 阅读量：1 作者：生物检测中心

乙酰胆碱诱发大鼠房颤模型的电生理标测研究

摘要：
心房颤动（房颤）是最常见的心律失常之一，其发生与维持机制复杂。乙酰胆碱（ACh）诱发的大鼠房颤模型是研究自主神经调节、电重构及潜在治疗策略的重要工具。本文系统阐述该模型的建立方法，并重点介绍用于揭示其电生理机制的高分辨率电生理标测技术，包括光学标测与微电极标测的原理、流程、关键参数及结果分析，为房颤基础研究提供方法学参考。

一、 引言
房颤以心房快速无序的电活动为特征。自主神经系统，尤其是副交感神经递质乙酰胆碱（ACh），通过缩短心房有效不应期（ERP）、增加动作电位时程（APD）异质性及减慢传导速度，显著促进房颤的发生与维持。ACh诱发的大鼠房颤模型操作相对简便、成本较低、重复性较好，能有效模拟房颤的电生理特征，广泛应用于房颤机制探索及药物评价研究。电生理标测技术是解析该模型心房电活动时空特征的核心手段。

二、 乙酰胆碱诱发大鼠房颤模型建立

  1. 动物准备： 成年健康SD或Wistar大鼠，麻醉（如乌拉坦或异氟烷），气管插管行机械通气。监测体温、心电图（ECG）。
  2. 开胸与心脏暴露： 正中开胸，剪开心包，充分暴露心脏。
  3. 心房给药：
    • 局部灌流法： 将含ACh（浓度通常为0.1-100 μM）的生理溶液（如37°C Krebs-Henseleit液）持续滴注或灌注于右心房/左心房心外膜表面。
    • 静脉注射法： 通过尾静脉或颈静脉插管快速推注ACh（剂量通常为10-100 μg/kg）。
  4. 房颤诱发与确认： 给药后，实时监测ECG或心房电图。成功诱发房颤的标志为：P波消失，代之以快速、绝对不规则的f波（体表ECG）；或心房内记录到快速、无序、碎裂的心房电位（心内电图）。房颤持续时间可从数秒至数分钟不等。
 

三、 电生理标测技术

高分辨率标测旨在捕获心房表面或内部电兴奋的精确时空动态。

  1. 光学标测（Optical Mapping）：

    • 原理： 利用电压敏感性荧光染料（如Di-4-ANEPPS, RH237）或钙敏感性荧光染料（如Rhod-2, Fluo-4 AM）标记心肌细胞。当心肌细胞膜电位变化或钙离子浓度变化时，染料荧光强度发生相应改变。高速摄像机（数百至数千帧/秒）记录荧光信号变化，重建电兴奋波传播。
    • 步骤：
      1. 心脏离体Langendorff灌流（更常用）或在体暴露心脏表面。
      2. 荧光染料负载：循环灌注含染料的灌流液（离体）或心外膜表面滴染（在体）。
      3. 激发光源（特定波长LED或激光）照射心脏表面。
      4. 高速摄像机配以适当滤光片采集荧光信号。
      5. 使用带阻滤波器消除心脏收缩运动伪影（离体常用电机械解耦剂如Blebbistatin）。
      6. 给予ACh诱发房颤，同步进行光学记录。
    • 关键参数：
      • 激动标测（Activation Map）： 显示电兴奋波到达每个像素点的最早时间（等时图），直观呈现传导路径、波前方向、传导速度（CV）及折返环。
      • 动作电位/钙瞬变形态： 分析APD₈₀、APD₉₀、钙瞬变幅度、时程等。
      • 主频（Dominant Frequency, DF）分析： 傅里叶变换分析局部信号功率谱，确定驱动房颤的高频灶或折返环核心频率。
      • 相位标测（Phase Mapping）： 量化电兴奋波的相位（0°-360°），清晰识别转子（Rotor）核心（相位奇异点）及波裂点。
      • 复杂度分析： 如激动波数量、传导阻滞线长度、转子稳定性等。

  2. 微电极阵列标测（Microelectrode Array Mapping, MEAM）：

    • 原理： 使用包含数十至数百个微电极（间距0.1-2mm）的柔性或硬质阵列，直接接触心外膜表面，同步记录多点局部单极或双极电图。
    • 步骤：
      1. 在体或离体心脏准备。
      2. 将微电极阵列（常用铂铱合金微电极）轻柔贴合在心房目标区域（如右心房游离壁、左心房）。
      3. 高采样率（通常≥1 kHz）多通道放大器同步记录所有电极点的电位。
      4. 给予ACh诱发房颤，同步记录。
    • 关键参数：
      • 局部电图： 分析振幅、形态、碎裂程度（如房颤间期）。
      • 激动时间： 确定每个电极点局部激动时间（如dV/dt min）。
      • 传导速度： 基于相邻电极点激动时间差和空间距离计算局部CV。
      • 有效不应期（ERP）： 使用程序性电刺激（S1S2）测量。
      • 房颤周长（AFCL）与主频（DF）： 分析局部电图周期。
      • 激动波传播图： 基于激动时间绘制二维等时图，显示传导模式、阻滞区、折返路径。
      • 电生理异质性： 计算CV、ERP、AFCL等参数的空间变异系数。
 

四、 ACh诱发房颤模型的电生理标测特征

电生理标测揭示了ACh在房颤发生中的核心作用：

  1. 有效不应期（ERP）显著缩短与异质性增加： ACh激活乙酰胆碱敏感性钾电流（I<sub>K,ACh</sub>），加速复极，缩短ERP。标测显示ERP缩短呈空间异质性，易形成功能性传导阻滞区。
  2. 传导速度（CV）减慢： ACh可抑制钠电流（I<sub>Na</sub>）及细胞间偶联，减慢CV。光学与微电极标测均能直观显示波前传导延缓，易促成波裂和折返。
  3. 高频局灶活动与折返（转子）： 高分辨率标测（尤其是光学相位标测）常可识别出驱动房颤的局灶快速放电和/或稳定旋转的转子（Rotor）。ACh缩短的ERP和减慢的CV为转子形成与维持提供了理想基质。
  4. 电生理重构： 在慢性模型或长时间ACh刺激下，标测可揭示更复杂的传导紊乱、更稳定的转子或更多子波，反映电重构进展。
  5. 复杂性增加： 标测参数（如激动波数量、奇异点密度、传导阻滞长度）显示ACh显著增加心房电活动的时空复杂度。
 

五、 模型评价与应用

  • 优点： 操作相对简便，成本较低；能有效模拟副交感神经张力增高诱发的房颤；适用于急性机制研究和初步药物筛选；结合高分辨率标测，可深入解析电生理机制。
  • 局限性： 大鼠心房结构、离子通道分布（如I<sub>Kur</sub>缺乏）与人类存在差异；模型多为急性，难以模拟人类慢性房颤的结构重构；自主神经调节过于单一。
  • 应用价值：
    • 研究自主神经（尤其是胆碱能）调节房颤的具体电生理机制（如I<sub>K,ACh</sub>的作用）。
    • 评估新型抗心律失常药物对ACh诱发房颤的转复和预防效果，及其对ERP、CV、转子稳定性的影响。
    • 探索非药物治疗（如神经调节）的作用。
    • 结合遗传学或药理学手段，研究特定离子通道或信号通路在ACh介导房颤中的作用。
 

六、 结论

乙酰胆碱诱发的大鼠房颤模型是研究自主神经依赖性房颤的重要工具。高分辨率电生理标测技术，特别是光学标测和微电极阵列标测，为深入解析该模型提供了强大的时空分辨能力，能够精确量化ACh诱导的心房电生理改变（如ERP缩短、CV减慢），揭示房颤的起始和维持机制（如高频局灶活动、转子动力学），并评估干预措施的效果。这些技术极大地促进了我们对房颤电生理基础的理解，为转化研究提供了关键数据支撑。未来研究可结合更多组学技术、在体长期记录及更接近人类的大动物模型，进一步深化认识。

参考文献 (示例性，需根据实际引用补充完整)

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