趙成，王堅剛

(首都醫(yī)科大學附屬北京安貞醫(yī)院心外科，北京100029)

臨床常見的心律失常包括心房顫動(房顫)、期前收縮、房室傳導阻滯和陣發(fā)性心動過速等，其中房顫的發(fā)病率和病死率很高，流行病學調查表明，全球大約有3 350 萬房顫患者，而全球房顫的總患病率約為0.4%，房顫在發(fā)展中國家和發(fā)達國家的患病率都在增加，并與全因病死率和卒中的風險增加有關，造成患者醫(yī)療費用增加和生活質量下降［1-2］。我國房顫患者約1 000 萬，房顫患病率約為0.61%，隨著年齡增長患病率增加，80 歲以上人群的房顫患病率高達7.5%［3-4］。腦卒中、心臟驟停及進行性心力衰竭是導致房顫患者死亡的三大主要原因。房顫的發(fā)病機制已有多個理論假說，主要包括多發(fā)子波折返、局灶激動、轉子樣激動學說等。目前房顫的治療主要分為內科治療和外科手術治療，內科治療包括藥物保守治療和導管消融。藥物保守治療包括口服給藥和靜脈用藥，主要通過控制患者心室率和抗凝藥預防血栓形成進行治療，但不作為房顫治療的最優(yōu)選擇。絕大多數(shù)陣發(fā)性房顫患者的病灶來源于肺靜脈，因此隔離肺靜脈已成為所有房顫導管消融的基本策略。目前導管消融的主要方法有沖洗射頻消融、冰凍球囊、分割房電圖消融等。外科治療的方法主要有經(jīng)典迷宮手術、改良迷宮手術、微創(chuàng)房顫消融及雜交手術等。但房顫在臨床的治療效果仍不容樂觀，主要原因在于房顫發(fā)病機制至今尚未完全闡明?，F(xiàn)就房顫動物模型的建立和應用現(xiàn)狀予以綜述。

1 房顫動物模型

動物模型是指將除人類以外的動物物種應用于疾病或生物學研究，動物模型的建立有助于人類疾病的預測、預防、診斷和治療等。疾病動物模型是生物醫(yī)學研究中不可或缺的組成部分。疾病動物模型應具有創(chuàng)建易行性、重現(xiàn)性與經(jīng)濟性的特點。缺乏合適的動物模型是許多重大疾病研究的重要瓶頸。一直以來世界各國都在不斷建立和完善各類疾病動物模型，因此，動物模型在醫(yī)學研究中占有十分重要的地位。

房顫動物模型的建立對房顫機制研究至關重要。目前房顫動物模型主要在大型動物中進行，大型動物模型能夠更加宏觀地研究房性心律失常，并有助于理解房性心律失常的潛在機制，但應用這些大型動物制備房顫模型需要開胸置入起搏器，操作復雜、費用高;另外，大型動物間也存在著較大的個體差異，影響心電活動對制備條件的反應性，導致研究結論可信度下降。而小動物模型能夠為研究心律失常的基本遺傳和分子機制提供強有力的工具。小鼠由于其基因序列研究相對清楚而作為主要的小動物模型，并很好地解決了上述的不足。因此，小鼠房顫模型越來越多地被應用于房顫實驗的研究。

2 房顫動物模型的制備

2.1 電刺激房顫模型

2.1.1 快速心房起搏房顫模型 快速心房起搏房顫模型是目前研究最多、應用最廣泛的房顫動物模型。在房顫發(fā)展的整個過程中，心房首先發(fā)生電重構，而心房電重構又可促進房顫的延續(xù)，因此，房顫電重構被認為是促進房顫的適應性結果［5-6］。犬、羊、豬、鼠等均是研究快速心房起搏房顫模型的良好對象。

犬是快速起搏模型中最常用的動物，犬作為大型動物模型壽命較長、便于開胸置入起搏器，從而使研究更加長期宏觀。犬的心內膜起搏和心外膜起搏均能得到穩(wěn)定的房顫模型。Kato 等［7］對8 只健康成年犬進行麻醉固定后，分離右外頸靜脈，將雙刺激電極經(jīng)頸靜脈深入心臟，雙電極分別放在犬的右心室尖端和右心耳，以80 次/min 和400 次/min 頻率同時進行電刺激，經(jīng)過1 周的連續(xù)刺激，8 只犬中有6 只成功誘發(fā)房顫，其中4 只犬雙側心房發(fā)生心肌病變。除上述的心外膜起搏外，胡嘉祿等［8］建立了犬心內膜起搏，對48 只健康成年比格犬進行研究，隨機分為頻率不同的高頻起搏實驗組(5 組)和空白對照組(1 組)，隨后對高頻起搏實驗組中的其中2 組進行麻醉固定，經(jīng)右側頸外靜脈將4 極導管置于高位右心房，記錄高位右心房心電圖;使用電生理刺激儀以s1s1 起搏模式、500 次/min、1 000 次/min頻率分別起搏高位右心房，持續(xù)刺激12 h，12 只犬中有10 只成功誘發(fā)房顫，并發(fā)現(xiàn)1 000 次/min 頻率下高位右心房刺激更易引發(fā)房顫;另外，對高頻起搏實驗組中剩余的3 組進行麻醉后開胸暴露心臟，在起搏高位右心房同時分別將4 極導管縫于左上肺靜脈、左心耳和左下肺靜脈，記錄局部的心內膜電位;使用電生理刺激儀以s1s1 起搏模式、500 次/min、1 000 次/min 頻率起搏高位右心房，刺激電壓為舒張期閾值電壓的2 倍，脈寬為2 ms，持續(xù)刺激12 h，18 只犬中有14 只成功誘發(fā)房顫，并發(fā)現(xiàn)以500 次/min頻率刺激高位右心房同時刺激右迷走神經(jīng)干引發(fā)的房顫持續(xù)時間更長、更穩(wěn)定。

羊由于心率與人較為接近，也經(jīng)常作為快速起搏模型的研究對象。Wijffels 等［9］對12 只山羊進行實驗，將電極分別縫于山羊左、右心房的心外膜上，再連接到一個能發(fā)放房顫電刺激的電刺激儀上，進行2 周的高頻房顫電刺激，結果發(fā)現(xiàn)，停止電刺激后12 只山羊中有10 只房顫能自發(fā)持續(xù)超過24 h。這一實驗建立了穩(wěn)定、持久的慢性房顫模型，同時也是“房顫致房顫”的理論來源。Angel 等［10］將電極經(jīng)羊的右頸靜脈置入心房，將起搏頻率設置為50 次/s，進行高頻電刺激可以誘發(fā)房顫，同時發(fā)現(xiàn)慢性房顫山羊與對照組相比有更多的阻塞性纖維化，心肌電傳導速度也顯著低于對照組。由于羊的房顫不會造成心室功能紊亂，且單純電刺激房顫誘導時間較長，所以急性房顫模型較少［11］。

中年豬的正常心率也與人相近，且豬作為異種器官移植的熱門，建立豬的房顫模型有重要的意義。徐晤等［12］將豬麻醉后經(jīng)頸內靜脈置入刺激電極并埋置于右心房，以AOO 模式起搏，頻率500 次/min、脈寬0.15 ms 刺激2 周，房顫誘發(fā)率100%，且平均時長26 min。Lee 等［13］將豬麻醉后行胸骨正中切開，將刺激電極置于左心耳，將刺激頻率設置為200 次/min和8 次/min，并逐漸縮短刺激周期，21 只豬中有18 只可以成功誘發(fā)房顫，平均時長3.6 min。這種房顫誘導技術起效快、可復制、房顫可持續(xù)，更易于新技術和方法的評估，無需創(chuàng)建慢性動物模型。

小鼠快速起搏模型制備較為簡單，Wakimoto 等［14］對14 只正常小鼠進行麻醉，經(jīng)頸靜脈將八級導管插入小鼠右心房內，以20 ～40 次/s 頻率刺激右心房心內膜，成功誘發(fā)小鼠房顫;同時對部分實驗組給予膽堿能神經(jīng)興奮劑后進行相同刺激，結果更易誘發(fā)房顫，持續(xù)時間最長達35 min，但注射阿托品等膽堿能神經(jīng)抑制劑后房顫不能誘發(fā)。

2.1.2 迷走神經(jīng)刺激房顫模型 局部的心臟自主神經(jīng)節(jié)參與了房顫的發(fā)生和維持，迷走神經(jīng)對心臟節(jié)律的調節(jié)十分重要，因此刺激迷走神經(jīng)可制作動物房顫模型。Zhou 等［15］對18 只犬進行研究，將犬麻醉后開胸，將刺激電極置于心房和肺靜脈處，使用電生理儀以s1s1 起搏模式，將電壓設為2 ～4 V、頻率20 次/s、脈寬0.1 ms 分別刺激左右迷走神經(jīng)干可成功誘發(fā)房顫。鼠的迷走神經(jīng)刺激操作更為簡單，可將刺激電極深入食管內進行心房刺激。Guo等［16］將電極放入鼠食管內，以25 ～100 次/s 頻率進行起搏刺激，可成功誘發(fā)房顫，且老年小鼠房顫誘導成功率顯著高于青年小鼠。相對于快速起搏房顫模型和犬迷走神經(jīng)刺激房顫模型，鼠迷走神經(jīng)刺激操作對動物的創(chuàng)傷更小，更符合動物福利要求。

2.2 藥物誘導房顫模型

2.2.1 乙酰膽堿房顫模型 乙酰膽堿可以縮短心房的有效不應期，易于折返的形成。心房有效不應期的長短和可連續(xù)激動的心房肌數(shù)目同時決定了房顫折返環(huán)的大小，縮短有效不應期可使參與折返所需要的心房肌數(shù)目減少，從而降低房顫發(fā)生的條件［17］。此外，乙酰膽堿使竇房結自律性降低，相對地使異位起搏點的自律性上升，從而解除了竇房結對異位興奮的抑制，增加房顫發(fā)生的可能［18］。楊詔旭等［19］將成年健康比格犬麻醉后以乙酰膽堿持續(xù)泵入犬的右側股靜脈，并在犬上腔靜脈與右心房交匯處和右心耳縫置一對電極，連接電生理刺激儀，刺激后可成功誘發(fā)房顫;同時發(fā)現(xiàn)心房觸發(fā)刺激誘發(fā)房顫的時間隨著乙酰膽堿濃度增大而延長，當濃度增加到(18 ±8)μmol/L 時，所有犬(10 只)均可誘發(fā)持續(xù)性房顫。曾財武等［20］將不同濃度的氯化鈣和乙酰膽堿混合液經(jīng)尾靜脈注入健康成年小鼠體內，建立了小鼠房顫模型，結果發(fā)現(xiàn)，房顫通常會出現(xiàn)在剛給藥之后的數(shù)分鐘內，持續(xù)時間短暫，持續(xù)給藥會提高房顫誘發(fā)率和持續(xù)時間，房顫持續(xù)時間達平臺期后繼續(xù)給藥會增加致死率。

2.2.2 烏頭堿房顫模型 烏頭堿直接作用于心肌可使局部相鄰心肌間電活動失去同步性，促進鈉通道開放，加速離子內流，使細胞膜去極化，使心房傳導組織和房室束-浦肯野纖維系統(tǒng)等快反應細胞的自律性提高，從而易于心房內形成多源折返環(huán)，進而有利于房顫的發(fā)生、發(fā)展［21］。李玉光等［22］在犬右心耳或左肺靜脈口任意處以0.03%烏頭堿5 μL 局部注射，隨后在注射部位附近進行5 次持續(xù)5 s 刺激，均成功誘發(fā)持續(xù)性房顫，驗證了局灶觸發(fā)可啟動房顫的觀點［23］。Sakisaka 等［24］在無麻醉的情況下建立了大鼠的烏頭堿房顫模型，27 只大鼠中有21 只成功誘發(fā)房顫。

2.2.3 氯化銫房顫模型 氯化銫可阻斷心肌內向整流鉀通道，鉀離子內流減少使心室復極延長，能夠在去極化早期產(chǎn)生類似尖端扭轉的多形性室性心動過速，并可在心房中產(chǎn)生類似作用，誘發(fā)房性心動過速轉化為房顫［25］。Satoh 和Zipes［25］對犬麻醉后開胸，向竇房結動脈依次注射5 mL 遞增劑量(0.05、0.1、0.15、0.2、0.25 mmol/mL)的氯化銫，9 只犬中有6 只可誘導房性心動過速轉化為房顫，成功建立了氯化銫房顫模型，但此模型易造成竇房結動脈缺血。

2.3 創(chuàng)傷性房顫模型

2.3.1 二尖瓣反流房顫模型 房顫的發(fā)生與瓣膜病密切相關。Verheule 等［26］將13 只健康成年犬納入研究，經(jīng)股動脈插入導管，將導管尖端鉤到二尖瓣腱索并拉回以使腱索斷裂，并且在經(jīng)食管超聲心動圖上觀察到急性左心房擴張，直至產(chǎn)生中度至重度二尖瓣關閉不全，造成中至重度的二尖瓣反流，隨后將刺激電極植入犬的右心房;數(shù)周后給予心房短陣快速刺激，結果發(fā)現(xiàn)，52.6%的犬出現(xiàn)持續(xù)性房顫，模型犬的左心房增大并出現(xiàn)間質纖維化。這一房顫模型可用于瓣膜病合并房顫的研究，與風濕性心臟病的原理非常相似。

2.3.2 無菌性心包炎房顫模型 心包炎被認為是開胸手術后發(fā)生房顫的重要原因，有學者認為單折返環(huán)伴顫動樣傳導是本型房顫發(fā)生的可能機制［27］。Pagé 等［28］首次建立了犬無菌心包炎房顫模型，在全身麻醉下，在心包切開術后，將心臟置于心包中，并將三對不銹鋼絲電極分別縫合到右心房的竇底部、心房間帶和冠狀竇附近左心房的后下方，這些電極通過胸壁引出，并在靠近中線的頸部向后外露;然后用無菌滑石粉均勻撒在心房表面，在右心房和左心房壁上放置單層紗布，縫合心包與胸壁;術后行快速心房起搏可成功誘發(fā)房顫，25 只實驗犬中有23 只成功誘發(fā)房顫，且17 只持續(xù)時間超過5 min。

2.3.3 慢性心力衰竭房顫模型 慢性心力衰竭是臨床上引發(fā)房顫的最常見原因之一。Li 等［29］在18 只犬的頸部皮下植入心室起搏器，并將起搏電極附著于右心室，起搏器被編程為以頻率240 次/min刺激右心室3 周，然后以頻率220 次/min 刺激2 周;房顫誘導是在360 ms 的間期處進行多達3 次連續(xù)的額外刺激，然后進行心房短陣快速刺激起搏;結果發(fā)現(xiàn)，18 只犬中有10 只能成功誘發(fā)出房顫。郭成軍等［30］將健康成年雜種犬麻醉后，切開頸部皮膚，經(jīng)頸內靜脈插入起搏電極，起搏電極位于右心室心尖處和高位右心房、右心室側壁和右后房間隔，行心室起搏，起搏頻率為200 ～500 次/min，持續(xù)3 ～7 周;起搏后心臟超聲示左心室射血分數(shù)降低，右心房增大，發(fā)生充血性心力衰竭，建立了犬心力衰竭房顫模型。

2.4 基因工程房顫模型 小鼠實驗操作相對簡單且費用較低，而且人類對小鼠的基因研究相對透徹，是制作基因模型的良好物種。調控基因的表達可以增強或降低房顫的易感性。

在房顫導致的心肌變化中，心肌纖維化被認為尤其重要，心肌纖維化有可能引起心房傳導不均勻。雖然導致纖維化發(fā)展的潛在分子機制是復雜的，但研究表明，轉化生長因子-β1信號通路可能在心房纖維化的發(fā)展中起到重要作用［31］。戴友平等［32］將成年比格犬麻醉后植入心室起搏器，以頻率230 次/min起搏7 周，建立犬持續(xù)性房顫模型;隨后將其處死取心房組織進行免疫組織化學染色，結果發(fā)現(xiàn)，心房組織中Ⅰ型膠原纖維明顯增加，轉化生長因子-β1高表達，更容易發(fā)生房顫。

此外，Aschar-Sobbi 等［33］的研究結果表明，房顫與激烈的耐力鍛煉有關，激烈的耐力鍛煉在增加心泵功能和降低心率的同時，也增加炎癥、纖維化等發(fā)生的機會，而腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)參與誘導心房重構，TNF-α 基因的消融可防止心房重構和運動引起的房顫易感性。Ruibin 等［34］研究認為，以血清TNF-α 升高為標志的炎癥狀態(tài)與房顫本身有關，TNF-α 可能是房顫發(fā)生的一個弱修飾因子，而不是一個獨立的危險因素。

長期的離子失衡也可誘發(fā)房顫。鈣電流是支撐動作電位平臺期的主要電流，若鈣離子通道開放減少，鈣離子內流減少，可導致動作電位平臺期縮短、動作電位時長縮短，有效不應期也隨之縮短，心房肌細胞鈣穩(wěn)態(tài)異常，進而導致房顫的發(fā)生［35］。肌質網(wǎng)鈣通道2 型雷尼丁受體(ryanodine receptor 2，RyR2)穩(wěn)定性下降是發(fā)生心房鈣穩(wěn)態(tài)異常的主要因素之一，心肌細胞中的鈣離子主要通過肌質網(wǎng)RyR2 通道釋放，RyR2 在心肌的舒張期保持關閉，對細胞內鈣穩(wěn)態(tài)具有重要作用;RyR2 在心肌舒張期的異常開放會導致鈣泄漏增多，進而導致細胞內鈣離子濃度異常升高，鈣離子向細胞外轉移的同時與細胞外的鈉離子進行比例交換，產(chǎn)生凈內向陽離子移動，導致心肌細胞滯后除極，當達到心肌細胞的興奮閾值時，觸發(fā)局部電活動，進而發(fā)展為局部折返環(huán)的形成，使房顫持續(xù)［36］。Xie 等［37］制作RyR2-S2808D+/+轉基因鼠，使鼠細胞內外的鈣離子失衡隨年齡增長而增加，經(jīng)食管迷走神經(jīng)刺激可誘發(fā)房顫。環(huán)腺苷酸應答元件調節(jié)蛋白(cAMP responsive element modulator，CREM)是心臟基因表達的重要調節(jié)因子，Li 等［38］制作的CREMΔC-X 轉基因小鼠成功誘發(fā)房顫，亦與RyR2 在心肌舒張期異常開放導致的鈣泄漏有關，并發(fā)現(xiàn)隨年齡增大，鈣泄漏更加嚴重，更容易發(fā)生房顫。

3 小 結

房顫動物模型的建立和應用為探索房顫的發(fā)病機制和指導臨床提供了重要的基礎。但目前房顫動物模型尚無完善的評估方法，其選擇的實驗動物和干預措施也有較大的差異，使房顫模型的可靠性、穩(wěn)定性和適用性等受到質疑。因而，制作可靠性好、穩(wěn)定性高、適用范圍廣的房顫模型是今后的努力方向;提高房顫持續(xù)時長、簡化操作方法是房顫動物模型的進一步追求。與此同時，房顫致病基因的發(fā)現(xiàn)也使研究者能夠通過調控基因的表達增強或降低房顫的易感性?；蚬こ谭款澞Ｐ偷慕榉款澋呐R床治療提出了新的策略。