离体心脏心律失常模型(豚鼠)

离体豚鼠心脏心律失常模型：原理、建立与应用

摘要
离体心脏模型是研究心脏电生理、心肌缺血/再灌注损伤及抗心律失常药物作用机制的重要工具。豚鼠心脏因其动作电位形态及离子通道特性与人类较为接近，成为构建离体心律失常模型的常用动物模型。本文系统阐述离体豚鼠心脏心律失常模型的建立方法、诱导技术、评价指标及其在基础研究中的应用价值。

一、 模型优势与原理

1. 排除神经体液干扰：离体灌流系统（常采用Langendorff逆向灌流）使心脏脱离机体神经内分泌调节，便于直接观察心肌本身电生理特性及药物对心肌的直接作用。
2. 模拟关键病理状态：可精确控制灌流液的成分（如离子浓度、pH、氧分压）及温度，模拟心肌缺血（停灌/低氧）、再灌注、电解质紊乱（高钾、低钾）等诱导心律失常的环境。
3. 豚鼠心脏特性：
   • 动作电位形态（明显的平台期）及复极过程与人类相似。
   • 存在明确的功能性浦肯野纤维系统，利于研究折返性心律失常。
   • 对多种致心律失常药物（如奎尼丁、乌头碱）敏感。

二、 模型建立方法

1. 心脏离体与灌流装置准备：

   • 动物准备：成年豚鼠（体重通常300-600g），麻醉（如乌拉坦或戊巴比妥钠）、肝素抗凝后迅速开胸取出心脏。
   • 主动脉插管：迅速置于冰冷（4°C）预氧合的生理盐溶液（如改良Krebs-Henseleit缓冲液）中，修剪多余组织，将主动脉套于灌流套管上并结扎固定。
   • Langendorff灌流：启动恒温（37°C±0.5°C）、恒压（通常55-80mmHg）灌注，灌流液持续通以95% O₂ / 5% CO₂，维持pH值（约7.4）及心肌氧供。灌流液成分需严格精确。
   • 排水装置（可选）：左心房切口插入水囊导管至左心室，连接压力传感器，实时监测左心室发展压、心率等收缩功能指标。

2. 心律失常诱导技术：

   • 缺血/再灌注诱导：
     • 局部缺血：结扎左冠状动脉前降支（LAD）造成区域性缺血（通常5-30分钟），随后松解再灌注，可诱发室性早搏、室速甚至室颤。
     • 全心停灌/再灌注：完全停止灌流液流入造成全心缺血（通常2-8分钟），随后恢复灌流，常诱发严重再灌注性心律失常。
   • 电刺激诱导：
     • 程序性电刺激：使用电极（双极银电极）接触心房或心室特定部位，给予S1基础刺激（周长300ms左右）后，引入S2早搏刺激（逐渐缩短联律间期），可诱发折返性心动过速（如房扑、室速）。
     • 快速起搏：快速心房或心室起搏可诱发房颤、室颤。
   • 药物诱导：
     • Na⁺通道阻滞剂：如奎尼丁（高浓度）、氟卡尼可减慢传导，诱发折返。
     • K⁺通道阻滞剂：如索他洛尔、多非利特延长复极，诱发早后除极（EAD）/尖端扭转型室速。
     • Ca²⁺超载剂/交感激动剂：如乌头碱、肾上腺素（高浓度）通过增加细胞内钙或儿茶酚胺，诱发延迟后除极（DAD）、室早、室速。
     • 模拟病理状态药物：如乙酰胆碱诱发房颤；洋地黄类药物中毒诱发房性或室性心律失常。
   • 电解质紊乱诱导：
     • 高钾灌流液（>7mmol/L）抑制传导，诱发传导阻滞、心动过缓、室颤。
     • 低钾灌流液（<3mmol/L）延长复极，增加EAD/DAD发生风险。
     • 低镁灌流液也易诱发心律失常。

三、 关键评价指标

1. 心电活动监测：
   • 体表电图：通过置于灌流槽不同位置的电极记录模拟体表心电图（ECG），分析心率、节律、P波、QRS波群、QT/QTc间期等参数。识别心律失常类型（房早、室早、房颤/扑、室速、室颤）、持续时间、频率、严重程度。
   • 单相动作电位（MAP）：使用接触电极记录心肌局部复极过程，评估复极离散度（Tp-Te）、EAD/DAD发生。
   • 心表标测/光学标测：密集电极阵列或电压敏感染料光学成像，可精确描绘激动传导顺序、速度、波长，识别折返环、传导阻滞区等心律失常机制。
2. 机械功能监测（如有心室导管）：
   • 左心室发展压（LVDP）、左心室内压最大上升/下降速率（dp/dt max/min）：评估收缩/舒张功能。
   • 冠脉流量（CF）：反映冠脉阻力及血管功能。
   • 心率（HR）。
3. 终点事件：室颤发生率及持续时间、心脏停搏时间等。
4. 组织学与生化（模型终点后）：
   • TTC染色评估梗死面积（缺血/再灌注模型）。
   • HE染色观察心肌结构损伤。
   • 检测心肌酶释放（如LDH、CK-MB）、氧化应激指标（MDA、SOD）、炎症因子等。

四、 应用价值

1. 心律失常机制研究：深入探究折返、自律性增高、触发活动等发生发展的离子通道基础（如INa, ICaL, IKr, IKs, IK1, INCX异常）、电重构及结构重构作用。
2. 抗心律失常药物研发与评价：
   • 筛选潜在抗心律失常化合物。
   • 评估药物对不同类型心律失常（房性vs室性）的疗效及治疗指数。
   • 研究药物的电生理作用机制（对传导速度、不应期、复极的影响）。
   • 检测药物的潜在致心律失常风险（如诱发TdP）。
3. 心肌缺血/再灌注损伤研究：评估再灌注心律失常机制及保护策略（缺血预适应/后适应、药物干预）。
4. 心脏毒性评价：评估药物或环境毒素对心脏电稳定性的潜在危害。
5. 心脏起搏/除颤技术研究：为优化起搏策略和除颤能量提供实验平台。

五、 局限性

• 缺乏神经体液调节：不能模拟交感/迷走神经失衡诱发的心律失常。
• 离体环境差异：与在体血液灌流相比，缺乏血细胞、激素等因素。
• 时间限制：离体心脏存活及功能维持时间有限（通常稳定数小时）。
• 种属差异：虽与人类有相似性，但仍存在种属差异（如豚鼠心房IKur不显著）。

结论
离体豚鼠心脏心律失常模型以其可控性强、排除混杂因素、能直接反映心肌电生理特性等优势，成为研究心脏电生理、心律失常发生机制及药物作用的重要平台。通过缺血/再灌注、电刺激、药物或电解质紊乱等多种方法可有效诱导出不同类型的心律失常。结合心电监测、机械功能记录及先进的标测技术，该模型为深入理解心律失常病理生理学、加速抗心律失常药物研发及心脏安全评价提供了不可替代的实验基础。理解其局限性并在研究中合理应用至关重要。