钾离子浓度对氟卡尼作用下兔左室电-机械活动的影响

张雪梅 董亚玲 李云云 杨琳 薛小临 严干新

氟卡尼、普罗帕酮等Ⅰc类抗心律失常药物(AAD)在心律失常的治疗中仍起重要作用,用于心房颤动药物转复窦性心律一线用药以及无器质性心脏病的室上性心动过速、长QT3型综合征的治疗及Brugada综合征的诊断等[1－7]。CAST 研究结果及后续研究提示心肌缺血时局部高钾与氟卡尼致心律失常作用相关,但目前就钾离子水平对Ⅰc类AAD作用安全性影响尚无明确说明及临床应用指导。笔者就单纯钾离子浓度在氟卡尼对离体心肌组织电-机械活动作用中的影响为研究目的,初步从组织水平探究钾离子浓度对Ⅰc类AAD 作用的影响以期为临床安全用药提供相关依据。

1 材料与方法

1.1 主要试剂 氟卡尼(Flecainide acetate salt):分子量474.39,规格100 mg,Sigma公司(美国)生产。乌拉坦(氨甲酸乙酯):生理盐水配制,浓度为30%,使用剂量为5 ml/kg,上海山浦化工有限公司生产。肝素:规格:2 ml,12 500 IU/支;用法:200 IU/kg,上海第一生化药业有限公司生产。NaCl、KCl、CaCl2、MgSO4·7 H2O、Na H2PO4·2H2O、Na HCO3、C6H12O6·H2O,均为国产分析纯,由广东化学试剂公司提供。

1.2 左室楔形标本制备 成年家兔,雌雄不拘,体重2.2～2.8 kg,由西安交通大学医学院动物中心提供。经耳缘静脉分别注射肝素200 IU/kg和20%的乌拉坦5 mg/kg进行抗凝和麻醉。开胸后连同心包取出心脏,放入4℃的高钾心脏停跳液中,经左冠状动脉开口处插入自制冠状动脉插管,固定插管并给予高钾心脏停跳液灌流,其成分除KCl含量为24 mmol/L,其余成分和浓度与正常台氏液相同。灌注良好的左室与未得到灌注的心脏其余部分边界清晰,沿此边界剪下即得到左室楔形组织块标本。随后,将实验标本放入装有台氏液的恒温浴槽中,并改为正常台氏液(K＋3.5 mmol/L)灌流。在整个实验过程中,灌注压保持在25～33 mm Hg之间。动脉灌注液及浴槽水温均维持在(35.7±0.1)℃。对实验标本施加基础刺激,刺激周长为1 000 ms,标本稳定1 h后开始实验。

1.3 实验过程 由对照组及3.5、5.5、7.0三个实验组组成,每组7例左室楔形组织块。对照组,灌注钾离子浓度为3.5 mmol/L 台氏液;3.5、5.5、7.0三个实验组分别灌注钾离子浓度为3.5、5.5、7.0 mmol/L台氏液,台氏液中均加入浓度10μmol/L 的氟卡尼。平衡后均给予以下顺序刺激:频率为0.5 Hz[基础刺激周长(BCL)2 000 ms]电刺激10 min→频率为1 Hz(BCL1 000 ms)电刺激1 min→频率为2 Hz(500 ms)电刺激0.5 min;实验组每组先给予含氟卡尼台液灌注15～20 min(BCL 1000ms),待药物充分作用、电-机械活动稳定后给予上述顺序刺激,记录跨壁心电图(ECG)、静息电位以及收缩力。记录时间为每一时间段结束之前的30～60 s。在实验过程中,药物的作用时间约30 min,使药物充分作用。

1.4 实验指标的记录 跨壁ECG 的记录:定义QRS波时限为自刺激尾迹至J点的时程(ms);QT间期为QRS 波起点至T 波降支终点之间的时程(ms);T 波峰-末间期(Tp-e)间期为T 波顶点至终点之间的时程(ms),该时程反映了跨心室壁复极离散程度(TDR)。心肌收缩力的记录:将肌力换能器挂钩连于左室楔形标本上部正中,并将信号输入多道生理记录仪(成都仪器厂RM6240BD 型),记录心肌的等长收缩力(g)。由于心肌收缩力起始设置的人为差异较大,因而选取对照组刺激周长2 000 ms时的收缩力为100%,其余收缩力测值以与基础值的百分比值为变量(%),统计收缩力变化情况。

1.5 实验数据统计分析 实验数据通过RM6240B/C软件进行采集和分析,QRS波时限以均数±标准差表示,经GraphPad Prism6进行统计分析。对于多个样本均数之间的比较采用单因素方差分析,对于两组间的比较采用t检验。以P＜0.05为差异有显著性。

2 结果

2.1 四组QRS波时限的对比 对照组刺激频率由低到高(0.5 Hz→1 Hz→2 Hz)变化时,跨壁ECG 中QRS波时限正常并基本不随刺激频率的改变而变化(P＞0.05)(图1A);氟卡尼灌注后,兔左室心肌传导明显延长,该现象具有快频率依赖性;而氟卡尼浓度一定(10μmol/L)时,增加灌注液中钾离子浓度,氟卡尼的上述作用被明显放大(图1B、C、D),甚至在钾离子浓度为5.5 mmol/L 时2例标本在给予频率2 Hz的刺激时出现QRS波成比例脱漏现象,需进一步加大刺激电压才能引起心肌兴奋及传导。而钾离子浓度为7.0 mmol/L,给予频率为2 Hz的刺激时QRS波均有脱漏,ECG 呈文氏现象改变(图2)。(四组QRS波时限变化见表1)。

表1 四组在不同刺激频率时QRS波时限的比较/ms

图1 氟卡尼(10μmol/L)作用下,不同K＋浓度对兔左室心肌QRS波时限等的影响

图2 氟卡尼(10μmol/L),增加钾离子浓度至7.0 mmol/L,在刺激频率为2 Hz时兔左室心肌兴奋性显著降低甚至丧失,间断QRS波脱漏,ECG 呈文氏现象改变

2.2 QT 间期及Tp-e间期的比较 给予氟卡尼作用后,随钾离子浓度升高及刺激频率改变,4 组间QT 间期及Tp-e间期的变化无显著差异(P均＞0.05),见表2、3。

表2 四组不同刺激频率下QT 间期的比较/ms

表3 四组不同刺激频率下Tp-e间期的比较/ms

2.3 四组左室心肌收缩力的比较 对照组左室心肌收缩力随刺激频率的增加而增强,即“正性收缩力-频率阶梯效应”,简称“正阶梯效应”[8](图3A)。给予氟卡尼灌注后,心肌收缩力显著减弱,并且正阶梯效应随之减弱;而氟卡尼浓度一定(10μmol/L)时,增加灌注液中钾离子浓度,氟卡尼负性肌力作用更为显著,正阶梯效应进一步减弱(图3B、C、D),甚至在5.5及7.0实验组,相对快频率(1 Hz、2 Hz)刺激下,心肌收缩力强度在刺激频率增快的过程中无明显增强(P＞0.05),心肌收缩力的正阶梯效应进一步减弱。

图3 四组左室心肌收缩力的比较

表4 四组不同刺激频率下心肌收缩力的比较/%

3 讨论

该实验以心肌组织为研究对象,可直观观察到钾离子浓度变化对氟卡尼作用的影响趋势。氟卡尼阻断快钠通道引起传导减慢以及该现象的频率依赖特性早被人们熟知[9],其对快钠通道的阻断作用有很强的电压依赖性[10]。钾离子浓度在实验浓度下由低到高,静息电位向去极化方向偏移,快钠通道部分失活,给予电刺激后除极超射幅度及速率显著减小,因而氟卡尼对快钠通道阻滞导致心肌传导减缓甚至传导阻滞的作用更为显著;此外,钾离子浓度升高导致细胞膜静息电位向去极化方向偏离,激活状态下的快钠通道从氟卡尼的阻滞中解除缓慢,当刺激频率加快时,由于钠通道尚未完全脱离阻滞,不能完全恢复至备用状态,心肌兴奋性及传导性显著减弱,表现出更为显著的频率依赖性传导减慢。当钾离子浓度进一步增高,静息电位进一步减小,刺激频率加快后可兴奋钠通道明显减少,出现兴奋丧失及传导阻滞,表现为心电图上QRS波脱漏及文氏现象的发生。

在一定心率范围内心肌收缩力具有“正阶梯效应”,本研究再次证实氟卡尼负性肌力作用,且该作用受细胞外钾离子浓度影响。心肌收缩力与钠电流的强度及持续时间相关,钠内流导致膜电位变化进而引起L-型钙通道开放,通过电机械耦联引起心肌收缩。加快刺激频率可增加细胞内Na＋而引起细胞膜反向Na＋-Ca2＋交换的增强,升高细胞内Ca2＋浓度,增强心肌收缩力。而细胞膜钠-钙反向交换与肌浆网对钙的移出及重摄取也对心肌收缩力及正阶梯效应影响显著。Na＋的轻度改变即会影响细胞内钙浓度及其对收缩力的影响。氟卡尼的负性肌力作用取决于药物对开放状态的钠通道的亲和力及钠通道从阻滞中的恢复时间,钠通道恢复时间越长,对钙内流影响越大,负性肌力作用越强,增加药物剂量及加快刺激频率后对心肌收缩力的抑制越强[11]。亦有研究发现氟卡尼的负性肌力作用与其对L 型钙通道的阻断关系密切,并且其负性肌力的作用的贡献大于阻断钠通道引起钠钙交换减小而导致的肌力减弱[12]。此后在儿茶酚胺敏感性多形性室性心动过速相关的实验中发现,氟卡尼的负性肌力作用还可能与直接阻断肌浆网Ry R2受体抑制钙瞬变过程有关[13]。本研究钾离子浓度条件下,随钾离子浓度的增加,氟卡尼负性肌力作用增强,正阶梯效应减弱,其机制可能与钠通道的阻滞作用增强以及高钾对L型钙通道的阻滞增强相关。

缺血缺氧时由于心肌细胞膜对钾离子通透性增大,心肌局部细胞外呈高钾状态,使用氟卡尼导致缺血区域心肌传导显著减缓,增加心肌空间电位及不应期异质性,促进折返性室性心律失常发生。此外,高钾状态下氟卡尼负性肌力作用被放大且正阶梯效应消失也是加重心力衰竭增加死亡率的重要原因之一。临床上,氟卡尼已不建议使用于器质性心脏病患者,而在常规适应证的使用中,亦可见宽QRS波心动过速甚至相关恶性心律失常发生,该研究提示血钾的监测对于安全用药尤为重要。