高亞男 趙雷 盧志耀 封啟龍 吳博威
基礎(chǔ)研究
KB-R7943對(duì)心力衰竭家兔哇巴因誘發(fā)心律失常的抑制作用
高亞男 趙雷 盧志耀 封啟龍 吳博威
作者單位:030001 太原市,山西醫(yī)科大學(xué)生理學(xué)系,細(xì)胞生理學(xué)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(高亞男、封啟龍、吳博威),基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院(盧志耀);武漢大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院(趙雷)
目的 探討鈉-鈣交換體抑制劑KB-R7943對(duì)哇巴因誘發(fā)心衰家兔心律失常的影響。方法40只成年家兔隨機(jī)分為5組:假手術(shù)組、心衰對(duì)照組、哇巴因組、哇巴因合并KB-R7943(1 μmol/L)組和哇巴因合并 KB-R7943( 5 μmol/L)組。 心衰組、哇巴因組、哇巴因合并 KB-R7943( 1 μmol/L)組和哇巴因合并 KBR7943(5 μmol/L)組使用主動(dòng)脈瓣關(guān)閉不全聯(lián)合腹主動(dòng)脈縮窄的方法建立心衰模型。建模8周后超聲檢測(cè)心功能,并利用Langendorff離體心臟灌流方法檢測(cè)家兔各項(xiàng)離體心功能指標(biāo)。灌流哇巴因(5 μmol/L,4 ml)誘發(fā)家兔心衰心臟產(chǎn)生心律失常,觀察KB-R7943對(duì)離體心衰家兔心律失常的影響。結(jié)果 ①超聲結(jié)果顯示,與假手術(shù)組相比,心衰對(duì)照組家兔左室射血分?jǐn)?shù)(LVEF)、短軸縮短率(%FS)均明顯降低(P<0.05)。②離體條件下,心衰對(duì)照組家兔離體心臟左室發(fā)展壓(LVDP)、心率(HR)、室內(nèi)壓最大上升速率(+dp/dtmax)、室內(nèi)壓最大下降速率(-dp/dtmax)較假手術(shù)組均明顯下降(P<0.05)。③哇巴因組1 h內(nèi)總心律失常(TT)、室速(VT)、室顫(VF)持續(xù)時(shí)間較心衰對(duì)照組明顯增加(P<0.05)。④與哇巴因組比較,哇巴因聯(lián)合應(yīng)用KB-R7943組 1 h 內(nèi) TT、VT 、VF 持續(xù)時(shí)間明顯減短( P<0.05);與 1 μmol/L KB-R7943 相比,5 μmol/L KB-R7943 可使哇巴因誘發(fā)TT和VT時(shí)間進(jìn)一步縮短(P<0.05)。結(jié)論 鈉-鈣交換體抑制劑KB-R7943可抑制哇巴因誘發(fā)心衰家兔心律失常的持續(xù)時(shí)間,且較高濃度(5 μmol/L)KB-R7943對(duì)哇巴因誘發(fā)心衰家兔心律失常的抑制作用更強(qiáng)。
鈉-鈣交換體; KB-R7943; 心力衰竭; 心律失常; 哇巴因
充血性心力衰竭簡稱心衰,指由于心室泵血或充盈功能低下,心排血量不能滿足機(jī)體代謝需要的一類綜合征,是多種心血管疾病終末期的表現(xiàn),是21世紀(jì)心血管醫(yī)生面臨的兩大挑戰(zhàn)之一[1]。隨著年齡增長,心力衰竭的患病率顯著提高,已成為65歲以上患者住院的重要原因。洋地黃類藥物是臨床治療心衰的常用藥物,但是因其安全范圍很小,用量掌握不當(dāng)很容易導(dǎo)致藥物中毒而誘發(fā)心律失常。許多研究表明,洋地黃中毒所致的心律失常與心肌細(xì)胞內(nèi)鈣超載密切相關(guān)。在心力衰竭時(shí),反向模式的鈉-鈣交換體(NCX)的激活所介導(dǎo)的鈣內(nèi)流是心肌細(xì)胞鈣超載的重要機(jī)制[2]。有文獻(xiàn)報(bào)道[3,4],心肌NCX與心肌缺血-再灌注損傷期間發(fā)生的鈣超載及心律失常有關(guān),抑制NCX可減輕缺血再灌注損傷及其誘發(fā)的心律失常。然而,抑制NCX能否減輕洋地黃類藥物所致心力衰竭心臟發(fā)生的心律失常,迄今鮮有報(bào)道。本研究在建立家兔心衰模型的基礎(chǔ)上,利用離體心臟灌流系統(tǒng)觀察NCX特異性阻斷劑KB-R7943對(duì)洋地黃藥物哇巴因誘發(fā)心衰家兔心律失常的影響。
1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組 成年家兔,體重(2.5±0.1)kg,雌雄不限(山西醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供)。動(dòng)物隨機(jī)分為5組:假手術(shù)組、心衰對(duì)照組、哇巴因組、哇巴因合并KB-R7943(1 μmol/L)組和哇巴因合并KB-R7943(5 μmol/L)組,每組 8 只。
1.2 藥品與試劑 KB-R7943、哇巴因(美國SIGMA公司),NaCl、NaH2PO4、MgCl2、CaCl2和KCl(BIO BASIC INC公司),其余試劑均為國產(chǎn)分析純產(chǎn)品。
1.3 實(shí)驗(yàn)儀器 Vivid7 Rro超聲檢測(cè)儀(美國GE公司)、RM6240B生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)2.0e和YPJ01型壓力換能器(成都醫(yī)療儀器廠)、HX200一動(dòng)物呼吸機(jī)(成都泰盟科技有限公司)、Langendorff離體心臟灌流裝置(ADInstruments公司)、BQ50lJ蠕動(dòng)泵(保定蘭格恒流泵有限公司)、85-2恒溫磁力攪拌器、pH計(jì)(上海精科公司)、電子天平(德國Sartorius BSA124S)。
1.4 主要溶液配制 臺(tái)氏液(mmol/L):NaH2PO40.33、glucose 10、MgCl21.0、HEPES 5.0、NaCl 140、CaCl21.8、KCl 5.4,用NaOH調(diào)節(jié)pH至7.38。哇巴因溶液(5 μmol/L):生理鹽水 100 ml、哇巴因(364 μg)。KB-R7943 溶液(500 μmol/L):生理鹽水 10 ml、KB-R7943(4.27 mg)。
1.5 心衰模型的制備[5]使用主動(dòng)脈瓣關(guān)閉不全型合并腹主動(dòng)脈縮窄方法建立心力衰竭模型。家兔稱重,3%的戊巴比妥鈉30 mg/kg劑量麻醉,無菌條件下手術(shù)。暴露出右側(cè)頸動(dòng)脈,將連接壓力換能器充滿肝素的4 F導(dǎo)管由右側(cè)頸總動(dòng)脈切口插入左心室,用力快速捅穿瓣膜數(shù)次,當(dāng)脈壓增加幅度>50%時(shí),表明主動(dòng)脈瓣已有破損。2周后進(jìn)行腹主動(dòng)脈縮窄手術(shù)。將直徑2.42 mm的導(dǎo)管與腹主動(dòng)脈平行放置,一起結(jié)扎后緩慢撤出導(dǎo)管,使腹主動(dòng)脈直徑縮小一半。術(shù)后均注射青霉素3 d以防感染。
1.6 超聲心動(dòng)圖檢測(cè) 用小動(dòng)物專用超聲探頭,于造模后8周進(jìn)行檢測(cè)。超聲測(cè)量以下指標(biāo):室間隔舒張期厚度(IVSd)、室間隔收縮期厚度(IVSs)、左室壁舒張期厚度(LVIDd)、左室壁收縮期厚度(LVIDs)、左室后壁舒張期厚度(LVPWd)、左室后壁收縮期厚度(LVPWs)、左室射血分?jǐn)?shù)(LVEF)和短軸縮短率(FS)。
1.7 離體心臟灌流方法 家兔稱重,3%的戊巴比妥鈉溶液麻醉,腹腔注射肝素鈉1000 IU。開胸迅速取出心臟(主動(dòng)脈預(yù)留1.5 cm用以插管)置于4℃臺(tái)式液中,修剪后懸掛于Langendorff灌流裝置上,以100%氧氣飽和臺(tái)式液恒溫(37℃)、恒壓(7.35 kPa)灌流心臟。在左心耳下緣剪0.5 cm的切口,將連接壓力換能器的乳膠囊泡經(jīng)切口插入左心室,舒張壓調(diào)整在 0~10 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)范圍內(nèi)。灌流心臟30 min,各指標(biāo)穩(wěn)定后進(jìn)行實(shí)驗(yàn),觀測(cè)假手術(shù)組和心衰組LVDP、HR、±dp/dtmax。將心電圖正負(fù)極導(dǎo)線分別貼附于心臟右心耳下緣和心尖處,記錄心電圖。心衰組用正常臺(tái)式液灌流以作對(duì)照,哇巴因組灌流含5 μmol/L哇巴因的臺(tái)式液,哇巴因合并KB-R7943組在灌流含5 μmol/L哇巴因的臺(tái)式液前預(yù)先加灌 KB-R7943(1 μmol/L、5 μmol/L),記錄1 h內(nèi)各組心律失常的持續(xù)時(shí)間。
1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行處理。結(jié)果以±s表示,組間均數(shù)比較用單因素方差分析(ANOVA)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物心臟超聲檢查 與假手術(shù)組相比,心衰對(duì)照組家兔心臟 IVSd為(3.2±0.4)mm、IVSs(3.7±0.5)mm、LVIDd(21.8±2.1)mm、LVIDs(13.0±2.5)mm、LVPWd(3.5 ±0.4)mm、LVPWs(4.2 ±0.4)mm,均明顯增加(P<0.05);EF(8.5±9.7)%、FS(23.0±5.3)%,明顯降低(P<0.05)。超聲結(jié)果顯示心力衰竭模型制備成功。見表1,圖1。
2.2 家兔離體心臟心功能檢測(cè)結(jié)果 與假手術(shù)組相比,心衰組家兔離體心臟LVDP為(32.6±8.4)mm Hg、HR(70.7±15.4)次/min、+dp/dtmax(353.0±30.9)mm Hg/s、-dp/dtmax(276.1±38.6)mm Hg/s,均明顯降低(P<0.05),提示心衰兔心室舒張和收縮功能均下降。見表2。
2.3 各組心律失常持續(xù)時(shí)間比較 心衰組離體心臟給予哇巴因(5 μmol/L、4 ml)后,在 1 h 內(nèi)總心律失常(TT)時(shí)間為(1427.3±77.3)s、室速(VT)時(shí)間(254.3±17.8)s、室顫(VF)時(shí)間(18.60±7.10)s,與心衰對(duì)照組相比均明顯增加(P<0.05)。哇巴因聯(lián)合應(yīng)用 KB-R7943(1 μmol/L) 組總心律失常時(shí)間(766.1±10.3)s、室速時(shí)間(167.2±11.9)s、室顫時(shí)間(6.80±2.90)s,與單獨(dú)使用哇巴因組相比均明顯縮短(P<0.05)。此外,與 1 μmol/L KB-R7943 組相比,5 μmol/L KB-R7943可使哇巴因誘發(fā)總心律失常、室速的持續(xù)時(shí)間進(jìn)一步縮短,分別為(343.0±18.9)s和(44.1±18.5)s(P<0.05)。見表 3,圖 3。
表1 假手術(shù)組、心衰組家兔心臟超聲檢測(cè)結(jié)果(±s)
表1 假手術(shù)組、心衰組家兔心臟超聲檢測(cè)結(jié)果(±s)
注:與假手術(shù)組相比,aP<0.05
FS(%)假手術(shù)組 8 2.5±0.2 2.9±0.2 14.9±4.1 8.0±2.4 2.5±0.3 3.1±0.4 71.5±9.5 41.0±6.2心衰組 8 3.2±0.4a3.7±0.5a21.8±2.1a13.0±2.5a3.5±0.4a4.2±0.4a48.5±9.7a23.0±5.3a組別 例數(shù) IVSd(mm)IVSs(mm)LVIDd(mm)LVIDs(mm)LVPWd(mm)LVPWs(mm)EF(%)
表2 各組家兔離體心臟心功能檢測(cè)結(jié)果(±s)
表2 各組家兔離體心臟心功能檢測(cè)結(jié)果(±s)
注:與假手術(shù)組相比,aP<0.05
-dp/dtmax(mm Hg/s)假手術(shù)組 8 80.9±9.9 168.1±13.7 1234.3±156.6 880.0±84.0心衰組 8 32.6±8.4a70.7±15.4a353.0±30.9a276.1±38.6a組別 例數(shù) LVDP(mm Hg)HR(次/min)+dp/dtmax(mm Hg/s)
圖1 假手術(shù)與心衰模型兔超聲心動(dòng)圖
Na+/Ca2+交換體(NCX)是一種重要的雙向跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,具有正向(鈣外排)和反向(鈣內(nèi)流)兩種轉(zhuǎn)運(yùn)模式[6]。NCX具有生電性,正向模式將3個(gè)Na+運(yùn)入細(xì)胞伴隨著1個(gè)Ca2+排出細(xì)胞,產(chǎn)生內(nèi)向電流。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)鈣超載時(shí),肌漿網(wǎng)釋放鈣離子增加,使細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度急劇增加[7]。由于細(xì)胞內(nèi)外鈣離子濃度的變化,大量激活正向型NCX,由此產(chǎn)生的瞬時(shí)內(nèi)向電流可導(dǎo)致遲后除極(DADS)和觸發(fā)性心律失常。在心肌細(xì)胞中,NCX對(duì)胞內(nèi)鈣離子的調(diào)控起著很重要的作用。生理狀態(tài)下NCX活動(dòng)是心肌細(xì)胞鈣外排的主要機(jī)制之一,以使胞內(nèi)Ca2+恢復(fù)至靜息水平。在病理狀態(tài)下,如缺血/再灌注、心力衰竭,通過反向NCX進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)鈣離子可觸發(fā)肌漿網(wǎng)釋放鈣離子,引起細(xì)胞內(nèi)鈣超載,導(dǎo)致包括心律失常在內(nèi)的多種心肌病理改變[7,8]。
圖2 A 加入哇巴因(5 μmol/L、4 ml)后的心電圖B a.加藥前 b.早搏 c.室速 d.室顫
圖3 KB-R7943對(duì)哇巴因誘發(fā)心衰家兔心律失常的影響
表3 各組家兔心律失常發(fā)生時(shí)間的比較(±s)
表3 各組家兔心律失常發(fā)生時(shí)間的比較(±s)
注:與對(duì)照組相比,aP<0.05;與哇巴因組相比,bP<0.05;與哇巴因+KBR7943(1 μmol/L)組比較,cP<0.05
組別 例數(shù) TT(s) VT(s) VF(s)心衰對(duì)照組 8 27.5±8.6 10.1±7.4 0.25±0.70哇巴因組(5 μmol/L、4 ml) 8 1427.3±77.3a254.3±17.8a18.60±7.10a哇巴因+KB-R7943(1 μmol/L) 8 766.1±10.3b167.2±11.9b6.80±2.90b哇巴因+KB-R7943(5 μmol/L) 8 343.0±18.9bc44.1±18.5bc3.10±1.80b
本研究表明,給予過量哇巴因后可誘發(fā)心衰心臟發(fā)生明顯的心律失常。關(guān)于哇巴因誘發(fā)心律失常的機(jī)制,目前認(rèn)為,哇巴因通過抑制鈉-鉀泵,細(xì)胞內(nèi)Na+蓄積,引起依賴于鈉-鈣交換反向模式的細(xì)胞內(nèi)鈣超載。細(xì)胞內(nèi)鈣超載可促進(jìn)肌漿網(wǎng)振蕩性鈣釋放而產(chǎn)生一種致心律失常的暫時(shí)性內(nèi)流(Transient inward current,ITI)。據(jù)報(bào)道,ITI的組成可能包括鈉-鈣交換電流、非選擇性陽離子流和鈣激活的氯電流[9,10]。本研究選取NCX為靶點(diǎn),通過抑制其功能,觀察抑制NCX對(duì)洋地黃中毒性心律失常的影響。結(jié)果表明,給予鈉-鈣交換阻斷劑KBR7943后,由過量哇巴因誘發(fā)心衰兔的心律失常發(fā)生時(shí)間明顯降低,且加入5 μmol/L KB-R7943,心律失常發(fā)生時(shí)間要明顯少于KB-R7943(1 μmol/L)組。我們推測(cè),這可能與過量哇巴因灌注引起細(xì)胞內(nèi)鈣超載后,KB-R7943使舒張期內(nèi)鈣減少,消除了隨后的鈣振蕩引起的心律失常有關(guān)[11,12]。
目前關(guān)于KB-R7943對(duì)洋地黃性心律失常影響的研究仍較少,且多用健康大鼠或豚鼠建立心律失常模型。Watano等[10]用正常豚鼠離體心臟為標(biāo)本,通過研究發(fā)現(xiàn),給予KB-R7943可對(duì)抗哇巴因所誘發(fā)的心律失常,并在進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)靜脈注射KB-R7943可抑制麻醉豚鼠哇巴因中毒所致的心律失常。Satoh等[13]證實(shí),KB-R7943對(duì)大鼠心肌中的鈣超載也同樣有抑制作用。然而,一方面鼠與人種屬差異較大;另一方面,與正常心臟相比,心衰狀態(tài)下多種離子通道(如L-型鈣通道、鈉鈣交換體、鈉通道、瞬時(shí)外向鉀通道等)均發(fā)生結(jié)構(gòu)或(和)功能上的適應(yīng)性改變,這些改變?cè)诎l(fā)揮代償功能的同時(shí)也將成為心衰時(shí)各種新的心律失常發(fā)生的誘因[14-16]。本實(shí)驗(yàn)選用家兔為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,在建立心力衰竭模型的基礎(chǔ)上,觀察NCX阻斷劑KB-R7943對(duì)洋地黃性心律失常的影響。與以往研究相比,本研究不同之處在于,首先,本研究使用家兔作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。與鼠類相比,兔與人種屬更接近,從而減小了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與人的種屬差異性。其次,本研究在建立心衰模型的基礎(chǔ)上,觀察了KB-R7943對(duì)哇巴因誘發(fā)心律失常的影響,這比對(duì)健康動(dòng)物誘發(fā)心律失常更符合臨床客觀實(shí)際情況,因而也更具臨床實(shí)際意義。
綜上所述,鈉-鈣交換體阻斷劑KB-R7943可減輕心衰家兔離體心臟哇巴因誘發(fā)的心律失常,且較高濃度(5 μmol/L)KB-R7943 較低濃度(1 μmol/L)對(duì)心衰家兔哇巴因誘發(fā)心律失常的抑制效應(yīng)更強(qiáng)。本研究為臨床使用洋地黃治療心衰時(shí)如何有效預(yù)防或減輕其中毒所致心律失常提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
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The inhibitory effect of KB-R7943 on ouabain induced arrhythmia in rabbits with heart failure
GAO Ya-nan*, ZHAO Lei, LU Zhi-yao, et al.*Department of Physiology, Key Laboratory of Cellular Physiology of Shanxi Province and Ministry of Education,Taiyuan 030001,China
Objective To investigate the effect of KB-R7943, a potent inhibitor of the Na+/Ca2+exchanger, on ouabain-induced arrhythmia in heart failure in rabbits.Methods 40 adult rabbits were randomly divided into five groups:sham-operated( sham, n=8), heart failure in the control( HF, n=8), ouabain( n=8), ouabain plus KB-R7943( 1 μmol/L, n=8) and oubain plus KB-R7943( 5 μmol/L, n=8) groups.The heart failure models were established by aortic insufficiency combined with abdominal aorta constriction.Eight weeks after operation,cardiac function were detected using cardiac ultrasound and Langendorff-perfused system both in anaesthetized and in isolated rabbit hearts.Cardiac arrhythmias was induced with ouabain ( 5 μmol/L, 4 ml) and effects of KBR7943 at 1 μmol/L and 5 μmol/L, respectively on ouabain-induced arrhythmia were observed in failing hearts.Results ⑴Compared with the sham group,it was showed that the left ventricular ejection fraction(LVEF)and fractional shortening rate (%FS) in HF group were significantly reduced by ultrasound detection(P<0.05).⑵Compared with sham group, left ventricular developed pressure( LVDP), heart rate( HR), the maximal rising rate of left ventricular pressure( +dp/dtmax) and the maximal falling rate of left ventricular pressure( -dp/dtmax) all decreased in Langendorff-perfused hearts in HF group ( P<0.05). ⑶Duration of the total arrhythmias time( TT),ventricular tachycardia(VT) and ventricular fibrillation(VF) in ouabain group increased significantly than in HF group( P<0.05).⑷Durations of TT, VT and VF decreased significantly in oubain plus KB-R7943 groups when compared with ouabain group ( P<0.05).Compared with 1 μmol/L KB-R7943 group, TT, VT and VF durations were further reduced in 5 μmol/L KB-R7943 group.Conclusion Sodium-calcium exchanger inhibitor KB-R7943 reduces the durations of arrhythmia induced by ouabain in isolated failing hearts in rabbits, and the inhibitory effect of high concentrations( 5 μmol/L) KB-R7943 is stronger.
Na+/Ca2+exchanger; KB-R7943; Heart failure; Arrhythmias; Ouabain
FENG Qi-long, E-mail:fengqilong@163.com
山西省優(yōu)秀青年學(xué)術(shù)帶頭人基金;山西省高?!?31”領(lǐng)軍人才工程項(xiàng)目基金
封啟龍,E-mail:fengqilong@163.com
10.3969/j.issn.1672-5301.2014.05.016
Q95-33;R541.6
A
1672-5301(2014)05-0449-05
2014-01-29)