维普资讯 http://www.cqvip.com .166・ 华北国防医药2002年6月第14卷第 塑 ! !旦! !! !! !璺 ! : ! ! : ! !: 心房颤动离子通道重构机制研究进展 丁 超 何振山 崔俊玉 白求恩国际和平医院 石家庄关键词 心房颤动;离子通道;电重构 050082 并且是时间依赖性的。除I 。失活动力学减慢外,I 其 余特性均未改变。I 和传导速度的改变与房颤进行性 持续的倾向密切相关,且传导速度的改变总伴随着I 。 的变化。由于I 是决定传导速度的主要因素,提示I 中国图书分类号:R543.5 文献标识码:A 文章编号:1009—0878(2002)03—0166—03 心房颤动(简称房颤)是常见的心律失常,每年因 房颤住院的病人超过心动过缓性心律失常或严重室性 心律失常的两倍。近十几年来,射频消融、植人式心律 的下降是产生房颤的一个重要机制。其机制为:传导 速度减慢会缩短折返波长,增加折返性房性心律失常 转复起搏器与生理性起搏等技术取得了长足的发展, 使许多过速性和过缓性心律失常得到了根治和有效的 防治。因此,房颤的根治已成为目前研究的热点。本 的易患性。I 的下降可能与细胞内钙浓度([ca ]i) 有关,[ca“]i的增加可导致钠通道的表达下调 ,故 防止钙超载即能预防心房电重构的发生。 2.2钙通道电流(I ) 心房肌电压依赖性钙通道主 文就房颤离子通道生理机制研究进展作一综述,以期 为房颤的根治提供理论依据。 1房颤电重构概念的提出 要为L型(I . )和T型(I 一 )两类。狗的房颤动物模 型研究结果显示一 ,快速心房起搏后7天和42天,I 。 密度分别减少52%和69%,I 。的d亚单位(d—mR— NA)浓度分别减少57%和72%,提示d—mRNA浓度减 少导致I 一 密度下降、电流降低。I 一 的减少导致APD 缩短及APD对频率的适应性下降。 Grammer等 研究发现,持续性房颤病人与窦性 心律病人相比,I 。密度减少70%,L一钙通道的mRNA 近10年来,人们发现房颤具有自身延续性(self— perpetuating),即房颤自身呈现为一种进展性疾病。 狗、羊等动物的慢性房颤模型的实验结果表明,随着快 速心房刺激时间延长,心房有效不应期(ERP)进行性 缩短,房颤的诱发率明显提高,可诱导的房颤持续时间 逐渐延长 临床资料显示,阵发性房颤常表现为发展 成慢性房颤的趋势。房颤可导致人类心房肌ERP进 行性缩短,房颤的稳定性提高。故此,人们提出了心房 电重构(atrial eleetrial remodeling,AER)的概念,即房 表达差异显著,其d 和p /p 一亚单位mRNA分别减 少18.9%和77.7%,认为上述变化是APD和ERP缩 短及房颤持续的分子机制。van—Gelder等 研究发 现,L一钙通道的cd—mRNA含量与房颤病程呈反向关 系,与窦性心律组相比,房颤<6个月组降低26%,差 异无显著性,房颤>6个月组降低49%(P=0.01)。 说明房颤导致的L一钙通道的mRNA含量改变与房颤 持续时间密切相关,病程超过6个月者才有明显下降。 基因表达的变化在慢性房颤的形成过程中,可能既是 原因,又是结果。 颤的反复发作或连续心房刺激可导致心房ERP、动作 电位时程(APD)进行性缩短,不应期离散度增加,心房 不应性对心率改变的适应性减弱、逆转或消失,伴或不 伴心房传导速度改变,导致房颤发作频率增加,发作持 续时间延长,最终演变为慢性房颤。因此,AER在房 颤的发生或维持过程中是一个十分重要的环节,也可 能是中心环节 电重构的基础即离子通道的重构。 2 离子通道重构的功能性底物 房颤可引起离子通道的功能发生重大变化,并产 生维持房颤持续的功能性底物。 2.1 钠通道电流(I ) 钠通道的激活可导致Na 快 速内流,细胞去极化形成动作电位的上升相,同时也是 心脏组织传导速度的一个决定因素,因此,钠通道的活 性对细胞的功能有重要的影响。Gaspo等 对狗的房 颤模型的研究发现,快速心房起搏(400BPM)后7天和 42天房颤发生率分别为67%和100%,I 密度下降分 别为28%和52%(一40 mV),传导速度也明显下降, Ausma等 研究发现,快速心房起搏所致羊房颤 模型,房颤后1~2周,肌纤维膜相关钙沉积显著升高, 4~8周开始明显下降,16周时则低于对照组。说明房 颤早期出现钙超载,持续至少1~2周,然后心肌开始 适应新的钙平衡,即细胞内钙浓度增加可对l 产生 负反馈效应,以避免过度钙超载。 房颤引起I .及其mRNA表达下降的同时,肌浆 网Ca“一ATP酶的变化如何呢?夏小杰等 研究结果 显示,房颤患者心房肌浆网Ca 一ATP酶基因mRNA 维普资讯 http://www.cqvip.com 华北国防医药2002年6月第14卷第3期 Med J Nat ! ndi !!竺竺 ! !! : ! ! :!!! !: ・167・ 表达下调,而致肌浆网摄取ca 的能力下降,进而逐 渐引起胞浆内ca 超负荷,而ca 超负荷是心房电重 构的显著特征。 2.3钾通道电流 2.3.4 乙酰胆碱敏感的钾通道电流(Ach sensitive K current,I ):心房肌内M受体丰富,迷走神经兴奋 后释放乙酰胆碱(Ach)作用于M受体,通过G蛋白激 活该通道电流,增加钾外流,加速细胞复极化,APD缩 2.3.1瞬间外向钾电流(transient outward K current, 短。由于迷走神经末梢在心房中离散性分布,I 的 I ):对于心房扩大有房颤倾向的病人,心房肌细胞I 下降,APD缩短。van一 ̄ragoner等 发现慢性房颤患者 左右心耳的I 密度比正常窦性心律者明显降低。慢性 激活程度在空间上亦非均一,从而造成各部分电活动 不一致,ERP离散度增加,易化折返形成,诱发房颤。 可见,迷走神经在房颤电重构中发挥重要作用。Brun— 房颤的狗动物模型研究结果显示,经快速心房起搏 (400 BPM)后,随起搏时程的增加,I 。平均密度进行性 下降,生理特性无明显变化,说明I 。密度减少是通过降 低其最大传导性实现的。在起搏7天和42天后,I l 编码基因kv4.3的mRNA浓度分别下降60%和74%。 2.3.2 延迟整流性钾电流(delav.ed rectifier K cur— del等… 研究发现,随着房颤持续时间的延长,房颤患 者I¨ 的编码基因CIR的mRNA水平进行性下降,房 颤<6个月者,较窦性心律者减低22%,房颤>6个月 者减低52%。但Bosch等 观察到慢性房颤病人 II4A ̄h较窦性心律者增高。Ⅲ类抗心律失常药可通过阻 .断M受体、抑制钾通道和(或)G蛋白的功能,从而抑 制I¨ ,终止房颤。 rent,I ):以前认为I 分为两种亚型,即I 和I 。I 为快速激活的I ,又称药物敏感钾电流,目前常用的Ⅲ 类抗心律失常药物均选择性的作用于I 延长APD和 ERP,对I 没有作用。I 为缓慢激活的钾电流,又称药 物不敏感钾电流。近来发现一种超速延迟整流性钾电 流(I ),IKu,具有不同于I 和I 的特性,是一种在整 个除极过程中几乎不失活的电流。I 在人类心房强 2.3.5 ATP敏感性钾通道电流(ATP sensitive K cur— rent,I¨ ):正常情况下,该通道处于关闭状态,一旦 细胞内ATP浓度明显降低,导致该通道开放,使细胞 趋于复极化或超极化,动作电位缩短。White等 研 究发现,电刺激诱导的房颤可引起心房血流量和氧耗 量增加2~3倍,心房新陈代谓十速率加快、血流储备减 少,导致心房肌缺血、缺氧,进而激活I ,缩短APD 2.4 超极化激活起搏电流(hyperpolarization activated 烈表达,人心室中没有或很少存在I ,其编码基因为 k、 1.5。Yue等 对慢性房颤动物模型研究发现,房颤 狗的心房IK 、IK 和I Kur均无明显变化。vail—Wagoner 等 研究发现,慢性房颤患者左右心耳的I 较窦性心 律者相比明显下降。分析I 通道 亚单位蛋白,结果 kv1.5的平均密度在左右心耳均降低,而kv2.1表达无 明显变化。提示I 可能参与快速心房起搏导致的房 颤模型的电重构过程。Lai等 研究发现,超过3个月 的慢性房颤患者,I I 和I 的编码基因HERG、KV— LQT1和kv1.5均明显减少,并认为I 下降势必会导致 pacemaker currents,If) If是一种去极化的钠、钾混合 非特异电流,控制自发激动的神经元及心肌细胞的起 搏活动。在心脏的起搏细胞参与Ⅳ相自发除极。I 活 动的加强可导致自律性加强,由此可产生快速一D-律失 常。Lai等 研究发现,双心房的游离壁及心耳部均 有I 存在,I 的mRNA含量与左房充盈压呈正比关系, 房颤患者I 的mRNA含量明显高于窦性心律者。 3房颤与离子通道改变的因果关系 Brundel等 研究发现,L一钙通道的 1一mRNA含 量在持续性房颤病人较对照组减少,而短期阵发性房 颤患者则无明显变化,似提示离子通道的变化是继发 于房颤。Nattel 指出,I .,的变化,可能是房颤的原 动作电位的延长,推测慢性房颤ERP的缩短是由其他 离子通道的变化所致,但I 在快速激动频率时,对心 肌复极起重要作用,I 的下降可能是导致慢性房颤 ERP对心率改变的适应性减弱的原因 特异性阻断 I 的药物可望延长心房不应期,而成为特异性抗房性 心律失常,却不会导致室性心律失常的新型药物 2.3.3 内向整流性钾电流(inward rectifier K cur— 因,也可能是结果,甚至可能仅为旁观者(bystander)。 但也有报道显示’ ,对心衰及心房扩大等易患房颤的 患者,I I ,明显下降,提示离子通道的变化可诱发房 颤。大量动物房颤模型研究显示,房颤导致的电重构 会形成一个恶性循环,即离子通道的变化既是房颤的 rent,I ,):Yue等 研究发现,狗慢性房颤模型的I 无 明显变化,其编码基因kY2.1的浓度也无明显变化 但、’all—Wagoner等 研究发现,慢性房颤患者左右心 耳的I ,较窦性心律者相比,右心耳无差异,左心耳I , 密度有轻度增加。Bosch等 观察到慢性房颤病人的 结果,又成为房颤得以维持的电生理基础,即房颤引起 房颤。所以,多数学者认为,离子通道的变化,在慢性 房颤形成及自身持续过程中,既是原因又是结果。 4药物对电重构的影响 I 较窦性心律者增高。 目前,已公认钙超载在快速心房起搏所致房颤的 维普资讯 http://www.cqvip.com 168・ 华北国防医药2002年6月第14卷第3期Med J Nat Defending Forees i 0九 ! : : ! : ! !: ・电重构中起着非常重要作用。动物实验及临床研究显 Ca“一ATP酶基因mRNA表达变化的研究[J].中华心血管 示 ”],钙通道阻滞剂维拉帕米可预防电重构的发生, 病杂志,2001,29(1):48—50. 减少房颤的复发。葡萄糖酸钙、钙通道激动剂 8 van—Wagoner DR,Pond AL,McCarthy Phi,et a1.Outward K Bay K8644可加重房颤电重构。Lee等 研究显示, current densities and kv1.5 expression are reduced in chronic IChuman atrial fibrillation[J].Circ Res,1997,80:772—781.  ̄.L通道阻滞剂维拉帕米可对于短期(1天)快速心房 9 Lai LP.Su MJ.Lin JL.et a1.Changes in the mRNA levels of de— 起搏后的电重构,如ERP缩短、ERP离散、ERP对频率 layed rectifier potassium channels in human atrial fibrillation 的适应不良等具有逆转作用,亦可减少房颤的诱发率, [J].Cardiology.1999.92:248—255. 但却不能逆转长期(1~6周)心房起搏后的电重构。 10 Bosch RF.Zeng X,Grammer JB.et a1.Ionic mechanisms of elec— 而T.钙通道阻滞剂对于快速心房起搏后1周发生的电 trical remodeling in human atrial fibrillation[J].Cardiovasc 重构具有明显的预防作用 。Tieleman等 研究显 Res.1999,44:121—131. 示,地高辛常用来控制房颤患者的心室率,但具有加重 1 1 Brundel BJ.van—Gelder IC.Hernning RH.et a1.Decreased levels 房颤电重构和延缓电重构恢复及增加房颤易患性的作 of IK Ach mRNA in patients with chronic atrial fibrillation but no 用,其机制为地高辛可增加细胞内钙负荷。 changes in the sarcoplasmic reticulum calcium ATPase and 钠通道阻断剂可延长ERP,维持后除极不应期,延 phospholamban[J].J Am Coil Cardio1.1997,29(Suppl A): l22A. 长房颤周长,发挥抗房颤效应。Ⅲ类抗心律失常药可 12 While CW.Kerber RE.Weiss HR.et a1.The effects of atrial fi. 通过抑制I 、IK.Ach发挥拮抗电重构的效应。 brillation on atrial pressure—volume and flow relationships[J]. 5 展望 Circ Res.1982,51:205・215. 基于房颤可能源于某些离子通道基因表达异常的 13 Lai LP,Su MJ,Lin儿,et a1.Measurement of funny current[I 理论,目前研究房颤已不单纯是记录通道电流和药物 (f)]channel mRNA in human atrial tissue:correlation with left 的影响,主要方法是用分子生物学技术克隆出各种通 atrial filling pressure and atrial fibrillation[J].J Cardim’asc 道及其亚型的DNA片段,构建相应的表达载体,使其 Electrophysiol,1999,10:947—953. 在某些卵母细胞中表达,然后用膜片钳技术分析表达 14 Brundel BJ,van—Gelder IC.Henning RH.et a1.Gene expression 产物的电生理特性,并与已知的通道电流相比较,从而 of proteins influencing the calcium homeostasis in patients with 确定这些通道的基因结构。相信这些研究将促进房颤 persistent and paroxysmal atrial fibrillation[J].Cardiovasc Res, 1999,42:443-454. 的有效防治。 15 Nattel S.Ionic determinants of atrial brillation and Ca1’channel 参考文献 abnormalities:cause.consequence,or innocent bystander[J]? 1 Gaspo R,Bosch RF,Bou・Abboud E,et a1.Tachycardia-induced Circ Res,1999.85:473-476. changes in Na current in a chronic dog model of atrial fibrilla— 16 le—Grand BL,Harem S,Deroubaix E.Depressed transient outward tion[J].Circ Res.1997,81:1045—1052. and calcium in dilated human atria[J].Cardiovasc Res.1 994. 2 Tieleman RG,de・Langen C,、,an—Gelder IC,et a1.Verapamil re— 28:548—556. duces tachycardia—induced electrical remodeling of the atria[J]. 1 7 Tieleman RG.、,an—Gelder IC,Crijns HJ.et a1.Early recurrences Circulation,1997,95:1945—1953. of atrial fibrillation after electrical cardi0version:a result of fi— 3 Yue L.Melnyk P.Gaspo R,et a1.Molecular mechanisms under・ brillation—induced electrical remodeling of the atria.J Am Coil lying ionic remodeling in a dog model of atrial fibrillation[J]. Cardiol,1998.31:167—173. Cir Res,1999.84:776—784. 18 Lee SH,Yu WC.Cheng JJ,et a1.Effect of verapamil on long— 4 Grammer JB,Bosch RF,Kuhlkamp V.et a1.Mo!ecular and term tachycardia—induced atrial electrical remodeling[J].Circu— eleclrophysi0l0gical evidence for’’remodeling”of the L—type lation,2000,101:200—206. Ca channel in persistent atrial fibrillation in humans[J].Z 1 9 Fareh S.Benardeau A,Thibault B,et a1.The T—type Ca—chan— Kardiol,2000.89(Suppl 4):IV23—29. nel blocker mibefradil pr ents the d elopment of a substrate 5 、 an—Gelder IC.Brundel BJ.Henning RH,et a1.Alterations in for atrial fibrillation b tach? cardia—induced atrial relnt ̄deling in gene expressi ̄)n of proteins im oh ed in the calcimn handling in dogs[J].Circulation.1999.1O0:2l91—2197. patients with atrial fibrillation[J].J Cardim,asc Electroph) siol, 20 Tieleman RG.Blaauw Y.、an—Gelder IC.el a1.Diguxin dela?,s re— 1999.10:552—560. c0、 ery from tachycardia—induced electrical remodeling of the at— 6 Ausma J.Dispers'.,n GD.Duimel H.et a1.Changes in uhrastruc— ria[J].Circulation.1999,1O0:1836—1842. tural calcium distribution in goat atria during atrial fibrillation [J .J Mol Cell Cardiol,2000,32:355—364. (收稿时间2001—12-13修回时间2002-02—05) 7 夏小杰.曹克将,黄元铸,等.心房颤动患者一t7房肌浆网