生理学报Acta Physiologica Sinica, August
研究论文
兔主动脉前庭自律细胞与窦房结电生理特性的比较
张晓云*, 陈彦静, 葛赋贵,
王德宝
张家口医学院生理教研室, 张家口 075029
摘要: 为进一步阐明左心室流出道(主动脉前庭)自律细胞的特性,
及其与窦房结细胞的异同, 本实验利用常规的玻璃微电极细胞内记录技术, 观察了一些离子通道阻断剂分别对离体兔窦房结起搏细胞与左心室流出道慢反应自律细胞的电生理特性的影响, 重点探讨了这两种自律细胞的0期、
4期去极离子流的异同。结果表明: (1)用1 μmol/L维拉帕米(verapamil, VER)灌流后, 窦房结及主动脉前庭自律细胞的动作电位幅值 (APA)、
0相最大除极速率 (Vmax)、
最大舒张电位 (MDP) 绝对值、 舒张期除极速率 (VDD)、
自发放电频率 (RPF)均明显下降, 复极90%时间 (APD90)延长(P<0.05)。(2) 用180
μmol/L氯化镍( NiCl2)灌流,
两自律细胞的VDD均明显下降;
APA、 Vmax和RPF也显著降低,
且窦房结细胞的APD90明显延长。 (3) 给予2
mmol/L 4-氨基吡啶(4-AP)后, 窦房结及主动脉前庭自律细胞的VDD均明显增快, MDP绝对值、 APA和Vmax显著下降, APD90明显延长(P<0.05)。(4) 给予2
mmol/L 氯化铯(CsCl), 两自律细胞的VDD及RPF均明显变慢。结果提示: (1) 主动脉前庭自发慢反应电位的0相、 4相去极离子流及复极离子流均与窦房结优势起搏细胞相似。(2) 主动脉前庭起搏细胞Ca2+内流为其0相主要去极离子流, 复极过程主要由K+外流引起, 4相自动除极以K+外流衰减为主, 另外,
ICa-T、 ICa-L及If在起搏电流中也起一定作用。
关键词: 主动脉前庭; 窦房结; 电生理; 比较研究
中图分类号: Q463; R331.3
Comparison
of the electrophysiological features between the rhythmic cells of the aortic
vestibule and the sinoatrial node in the rabbit
ZHANG Xiao-Yun*, CHEN Yan-Jing, GE
Fu-Gui, WANG De-Bao
Department of Physiology, Zhangjiakou
Medical College, Zhangjiakou 075029
Abstract:
The purpose
of this study was to clarify the characteristics of the pacemaker cells in the
left ventricular outflow tract (aortic vestibule) and compare them with those of the cells in the
sinoatrial node (SAN). By using conventional intracellular microelectrode
technique to record their action potentials, some ionic channel blockers were
used to observe their electrophysiological effects on the two types of
pacemaker cells in the rabbit, especially on the ionic movement during phase 0
and phase 4. The results obtained are as follows. (1) Perfusion with 1 μmol/L verapamil (VER) resulted in a
significant reduction in the
amplitude of action potential (APA), maximal rate of depolarization (Vmax),
absolute value of the maximal diastolic potential (MDP), velocity of diastolic
depolarization (VDD) and rate of pacemaker firing (RPF), and also a prolongation of the 90% of the duration of
action potential (APD90) in the pacemaker cells of the SAN and aortic vestibule
(P<0.05). (2) Perfusion with 180 μmol/L
nickel chloride (NiCl2) resulted in a decrease in VDD in the two types of the
pacemaker cells (P<0.01). APA, Vmax and RPF fell notably, and the APD90 prolonged in the sinoatrial
node cells (P<0.05). (3) 2 mmol/L
4-aminopyridine (4-AP) led to a increase in VDD in both types of
pacemaker cells (P<0.01). At the same time the absolute values of MDP, APA
and Vmax decreased significantly, and
APD90 prolonged notably
(P<0.05). During the perfusion, RPF in SAN increased markedly, while RPF in
aortic vestibule exhibited no significant change. (4) 2 mmol/L cesium chloride (CsCl) led to a
decrease in VDD and RPF in the two types of the pacemaker cells
(P<0.05).These results suggested: (1) the ion currents in phase 0 and phase 4 of depolarization
and repolarization of slow-response activity in aortic vestibule are similar to
those in dominant pacemaker cells of sinoatrial node; (2) for the pacemaker
cells in the left ventricular outflow tract, Ca2+ current is the main
depolarizing ion current of the phase 0, K+ current is the main factor
responsible for the repolarization. Attenuation of K+ current is responsible
for the phase 4 spontaneous depolarization. In addition, it seems that
ICa-T, ICa-L and If play some role in the pacemaker
currents.
Key
words: aortic
vestibule; sinoatrial node; electrophysiology; comparative research
近年来临床电生理的检测发现, 一些过去难以诊断的室颤、 早搏、 心动过速等心律失常与心室流出道的结构、 形态和功能障碍有关[1－3]。但直到目前,
对心室流出道的研究, 尤其是对其电生理特性的研究较少。我室过去的工作发现, 豚鼠、 大鼠、 家兔左心室流出道存在慢反应自律细胞, 并对其组织学形态、 电位特征及离子流基础进行了初步探讨[4－6]。但这一区域的电生理特性及其离子流基础与窦房结起搏细胞的比较研究, 尚未开展。为进一步阐明该部位自律细胞的特性, 及其与窦房结细胞的异同, 本实验利用常规的玻璃微电极细胞内记录技术, 并施以多种离子通道阻滞剂,
观察和分析了两者的异同, 以进一步分析左心室流出道自律细胞电生理的特征。
1 材料和方法
1.1
标本制备
选用体重2.5－3.5 kg健康家兔,
雌雄不拘。击颅致昏后迅速开胸取出心脏, 置于O2饱和的改良Locke液中。家兔窦房结和主动脉前庭标本制备参见文献[6,7]。制好的标本以不锈钢针固定于灌流槽内的硅橡胶上, 用36±0.5℃的改良Locke液恒温、 恒速灌流, 流速为5
ml/min, 在灌流液中持续充以O2, pH 7.4。标本在灌流液中稳定30 min后开始实验。
1.2
电位引导
玻璃微电极充以电极液后直流电阻为10－20 MΩ。引导出窦房结细胞自发电位, 用优选法选出优势起搏细胞[7], 使微电极稳定于同一细胞内, 记录其动作电位图形。同法记录主动脉前庭自律细胞自发电位, 若记录不到,
则将刺激电极置于标本远离瓣膜一端的心肌组织上, 给一波宽2 ms、
1 Hz、 两倍阈强度的方波刺激, 刺激时间由数秒至数分钟不等, 直至诱发出稳定的自发节律,
停止电刺激, 自发节律稳定后开始实验。细胞内玻璃微电极引导的电信号经DWF-3型微电极放大器放大后, 一路输入监听器监听,
另一路经高速数模转换器输入微机, 采样存储动作电位并分析其各项参数指标。
1.3
观测指标
最大舒张电位(maximal diastolic potential,
MDP)、 动作电位幅值(amplitude
of action potential, APA)、 0相最大除极速率(maximal rate of depolarization, Vmax)、
舒张期除极速率(velocity of diastolic
depolarization , VDD)、 自发放电频率(rate
of pacemaker firing, RPF)、 复极50%和90%时间(
50% and 90% of duration of action potential, APD50 and APD90)。
1.4
实验过程和分组
待自发节律稳定10 min后开始采集一组正常的慢反应动作电位做对照, 然后改用含有一定浓度的药液灌流, 分别记录每次灌流后不同作用时间的电位变化。
分组包括: (1)窦房结细胞组:
a) 1 μmol/L维拉帕米(VER)组(n=5);
b) 180 μmol/L氯化镍(NiCl2)组(n=8);
c) 2 mmol/L 4-氨基吡啶(4-AP)组(n=6);
d)
2 mmol/L 氯化铯(CsCl)组(n=6)。
(2)主动脉前庭自律细胞组: a) 1 μmol/L维拉帕米(VER)组(n=6); b) 180 μmol/L氯化镍(NiCl2)组(n=10); c) 2 mmol/L 4-氨基吡啶(4-AP)组(n=6); d) 2 mmol/L 氯化铯(CsCl)组(n=6)。
1.5
统计学处理
应用Excel统计软件进行, 动作电位的各观察数据均用mean±SE表示,
给因素前后各项指标采用自身配对t检验。
2 结果
2.1
维拉帕米(verapamil, VER)对窦房结起搏细胞及主动脉前庭自发慢反应电位的影响
2.1.1
VER对窦房结起搏细胞的影响
用1 μmol/L 的VER灌流后1 min, MDP绝对值、
APA、 Vmax和RPF明显下降, 3 min时VDD明显减慢,
APD90明显延长, 与正常对照相比有显著差异(P<0.05)。(表1, 图1A)一般作用10 min自发节律可被完全阻断,
冲洗30 min后, 上述效应均有所恢复,
但不能完全恢复。
2.1.2
VER对主动脉前庭自发慢反应电位的影响
用1
μmol/L 的VER灌流后1
min, APA、 Vmax、 VDD和RPF明显下降; 3 min时,
APD90显著延长; 灌流6 min, MDP绝对值减小
(表2, 图1A)。
由上述结果可见, 用1 μmol/L
的VER灌流后1 min, 窦房结细胞及主动脉前庭自律细胞的APA、 Vmax、 RPF均明显下降,
窦房结细胞的MDP绝对值也明显减小, 而主动脉前庭的VDD在1 min时即显著减慢;
3 min时, 两者的APD90均延长;
6 min后, 主动脉前庭的MDP绝对值才明显减小。
表1. 通道阻断剂对家兔窦房结起搏细胞动作电位的影响
Table
1. Effect of ionic channal blockers on action potentials of the rabbit SAN
pacemaker cells
|
|
MDP (mV) |
APA
(mV) |
Vmax
(V/s) |
VDD
(mV/s) |
APD50
(ms) |
APD90
(ms) |
RPF
(bpm) |
|
Control |
－65.84±6.24 |
62.88±4.65 |
4.56±1.13 |
53.62±4.25 |
106.24±8.68 |
136.16±9.91 |
157.60±11.15 |
|
VER
(6 min) |
－45.00±4.39** |
31.84±3.47** |
1.98±1.24** |
29.78±3.37** |
113.04±13.87 |
157.12±11.75* |
120.16±9.58** |
|
Control |
－61.76±6.33 |
62.09±6.53 |
4.14±1.01 |
49.64±6.49 |
98.30±10.61 |
131.06±8.86 |
158.50±8.92 |
|
NiCl2 (6 min) |
－61.20±7.79 |
43.58±4.67** |
2.18±0.93** |
22.83±5.28** |
95.32±9.40 |
145.80±9.15* |
99.87±7.95** |
|
Control |
－58.35±7.22 |
61.35±6.66 |
4.42±1.14 |
50.33±5.62 |
100.08±7.68 |
133.00±11.38 |
156.32±11.81 |
|
4-AP
(10 min) |
－39.13±4.39** |
35.17±5.05** |
1.90±0.93** |
68.02±6.97** |
108.28±5.31 |
150.83±12.45* |
188.05±13.31** |
|
Control |
－57.72±4.75 |
62.27±4.81 |
4.13±0.85 |
55.82±5.29 |
87.98±5.79 |
129.68±6.09 |
152.18±8.78 |
|
CsCl
(10 min) |
－56.17±5.64 |
60.10±3.04 |
3.63±0.86 |
44.60±6.86* |
90.03±8.81 |
131.65±4.97 |
132.93±9.42* |
Mean±SE. *P<0.05
vs control; **
P<0.01 vs control.
表2. 通道阻断剂对家兔主动脉前庭自发慢反应电位的影响
Table
2. Effect of ionic channal blockers on spontaneous slow potential of rabbit
aortic vestibule
|
|
MDP
(mV) |
APA
(mV) |
Vmax
(V/s) |
VDD
(mV/s) |
APD50
(ms) |
APD90(ms) |
RPF
(bpm) |
|
Control |
－63.72±7.09 |
58.28±7.72 |
10.57±2.29 |
28.38±4.02 |
101.67±11.33 |
137.83±9.43 |
136.62±9.52 |
|
VER
(6 min) |
－55.45±6.87* |
25.27±3.77** |
1.88±0.84** |
14.92±2.44** |
104.50±9.22 |
153.83±10.40* |
98.58±8.77** |
|
Control |
－59.85±6.40 |
57.17± |