小鼠程序性电刺激

摘要

程序性电刺激可用于评估心脏的传导特性，并通过不同的起搏方案诱导和终止心律失常。利用经静脉导管，在小鼠中实施程序性电刺激方案后，可获取心内电图记录，以识别致心律失常的基质。

摘要

转基因小鼠已成为研究传导异常、心房和心室心律失常以及心脏性猝死分子机制的优选动物模型。¹通过将一根1.1F八极导管插入小鼠颈静脉并推进至右心房和右心室，可对其进行心内起搏研究。本文展示了在小鼠中进行程序性电刺激的步骤。同时记录体表心电图以及心房、房室交界区和心室心肌的腔内电图，同时使用外部刺激器对心房进行心内起搏。因此，小鼠的程序性电刺激为探索传导障碍和心律失常的分子机制提供了独特的机会。

方案

第1部分：手术准备

1. 如果在小鼠中进行程序性电刺激实验作为可存活手术，则需要无菌条件。然而，最常见的实验类型为终点性实验，此类实验采用常规清晰的外科技术即可。
2. 使用2%异氟烷与0.5 L/min的100% O₂对小鼠进行麻醉。
3. 使用毛发剪将小鼠颈部至胸部中段的毛发剪除。
4. 将麻醉后的小鼠仰卧固定，四肢用胶带固定在加热板（Indus Instruments, Houston, TX）集成的ECG电极上。手术区域使用10%聚维酮碘进行消毒。推荐使用直肠温度探头连接温控加热垫，并由热分析系统调控，以维持小鼠体温在37.0 °C ± 1.0 °C。

第2部分. 右心房和右心室的插管及电生理导管置入

1. 通过夹捏脚趾确认小鼠已完全麻醉后，在正中线右侧做一长约1/2英寸的切口，切口尾端位于锁骨水平。
2. 通过钝性分离皮下组织、唾液腺和淋巴组织，以暴露右侧颈静脉。
3. 用6-0缝线结扎静脉近端。轻拉此缝线可在插入导管时保持颈内静脉平直。在可视段静脉远端下方另置一根缝线，待导管在心脏内达到理想位置后，将此缝线绑扎于导管周围，以确保止血并固定导管于所需位置（图1）。
4. 启动基于计算机的数据采集系统，同步记录体表心电图和4通道心内电图（例如IOX-2采集软件，Emka Technologies，VA，美国）。进行心内电图记录时，将导管上的电极连接至体外刺激器的“记录”模式（例如型号STG3008，MultiChannel Systems，Reutlingen，德国）。
5. 使用显微剪刀沿静脉纵轴做一小切口，将1.1F八极导管（EPR-800，Millar Instruments，Houston，TX）经静脉送入右心房。轻拉近端缝线有助于保持颈内静脉平直，便于导管顺利进入右心房和右心室。通过观察右心室心尖部、右心室基底部、房室结及右心房处的4通道心内电图波形，确认导管位置正确（图2）。
6. 结扎远端缝线，以固定导管位置并防止可能的出血。

第3部分. 程控电刺激

1. 在选择性心房起搏的情况下，位于心房内的电极对由“记录”模式切换至“刺激”模式，而其余电极对则保持在“记录”模式。
2. 为确定小鼠是否对心房心律失常具有更高的易感性，需进行右心房程序性电刺激。首先，通过在不同基础起搏周长（BCL）下施加持续2毫秒的电流脉冲（至少50次），检测刺激捕获的一致性，以确定心房起搏阈值。初始脉冲序列的BCL略低于固有BCL，并以10毫秒为步长递减（例如，100毫秒、90毫秒、80毫秒和70毫秒）。通常实现刺激捕获所需的电流幅度为100–200 μA。
3. 在以100 ms基础起搏周期（BCL）进行15秒心房起搏后，测量窦房结恢复时间（SNRT）。SNRT定义为起搏脉冲序列中最后一个刺激与其后首次自发性窦性心搏起始之间的时间间隔。
4. 心房有效不应期（AERP）通过在固定基础起搏周长（BCL，即100 ms）下施加一系列心房起搏脉冲，并耦合一个较短的S2期前刺激来测定。在每次起搏序列中，S1-S2间期从70 ms逐步递减2 ms，直至20 ms。AERP定义为S2刺激未能引发可传导的心房反应时，最长的S1-S2耦合间期（其中S1为规律起搏脉冲，S2为期前刺激）。每次刺激方案之间设有至少30秒的恢复期。
5. 房室结有效不应期（AVNERP）通过在基础周长（BCL）为100 ms的条件下施加一系列心房起搏，并叠加一个配对的S2期前刺激来测定。每次起搏序列的S1-S2间期从70 ms开始，以每序列递减2 ms的方式逐步缩短至20 ms。AVNERP定义为：当给予心房期前刺激后，仍可记录到希氏束电位但不再跟随QRS波群时，所对应的最长S1-S2配对间期。每次刺激方案之间设有至少30秒的恢复期。
6. 通过Verheule描述的阵发性起搏方案可检测包括心房颤动（AF）在内的房性心律失常的可诱导性 等² 应用一系列持续2秒的刺激脉冲以评估心房心律失常的可诱导性。首次2秒刺激的周长（CL）为40 ms，随后每次刺激的CL较前一次缩短2 ms，直至最终达到20 ms的CL。若无心律失常发生基质，心脏将在起搏程序结束后立即恢复窦性心律。若发生心房扑动，心房电图上将显示快速而规律的A波，而心室电图上所见的心室反应频率通常较慢。若发生心房颤动，体表心电图将表现为P波消失且RR间期不规则。此外，心房电图将显示快速而不规则的A波，而心室电图则显示不规则且较慢的心室波图3心律失常诱导方案通常进行三次重复，若在3次试验中至少有2次可诱发出心律失常，则认为存在心律失常。^3,4.

第4部分. 导管移除

1. 完成所有起搏程序后，停止数据采集。轻轻剪断导管远端的缝线，以释放导管。
2. 对于终末期电生理研究，轻轻松开结以释放导管。
3. 研究结束时，在异氟烷麻醉下对小鼠实施颈椎脱位，以人道方式处死。

代表性结果

在整个体内电生理研究过程中，同步记录体表心电图和心内电图，并在所有实验方案完成后进行详细回顾。基础电生理参数包括PR间期、PQ间期、QRS时限、QT间期以及QRS波形态。这些参数可通过手动测量，或使用数据采集软件IOX-2或ECG-AUTO（Emka Technologies, VA, USA）自动测量。

SNRT、AERP和AVNERP分别提供了关于窦房结“起搏”功能、心房以及房室结传导特性的信息。 pacing诱发的心房颤动发作示例可参见Chelu et al.⁴的论文。

图1. 小鼠电生理研究中经心导管术示意图。 A. 分离并插管右侧颈内静脉。当导管位置正确后，结扎静脉远端。 B. 小鼠在该操作过程中呈仰卧位。 C. 示意图显示导管在心脏内的位置。成对电极分别位于右心室心尖部、右心室基底部、房室结以及右心房水平。 D. 1.1F八极导管的放大图。该图经Circ Arrhythm Electrophys ⁵许可，改编自Mathur et al。

图2. 小鼠代表性体表心电图与心内电图。（A） Ⅱ导联体表心电图，显示频率为每分钟540次的规律窦性心律。（B-E） 右心房水平（B）、房室结（C）、右心室基底部（D）以及右心室心尖部（E）的双极心内电图记录。请注意，B图中的心房内A波对应于体表心电图上的P波；心室电图上的V波则对应于体表心电图上的QRS波。

图3. 在心房爆发性起搏后发生心房颤动的小鼠的代表性体表心电图和心内电图。

讨论

在心脏导管术过程中，导管插入期间大量出血可能因低血容量导致心率增加。此时，腹腔注射无菌生理盐水（0.3–1.0 mL）可恢复正常充盈压，减轻小鼠的血流动力学应激。

暴露于异氟烷的时间超过2小时，或使用较高浓度的异氟烷（>2%），可能会抑制小鼠的心脏和呼吸功能。因此，建议所有实验均在2小时以内完成。此外，必须始终将体温维持在正常范围37.0 ± 1.0°C内。低体温和高体温均会影响心律以及潜在致心律失常基质的存在。

每次实验都应从测定心房起搏阈值开始。在进行心房起搏时，应测定心房阈值、窦房结恢复时间（SNRT）、心房有效不应期（AERP）和房室结有效不应期（AVNERP），以评估窦房结、房室结及心房组织的传导特性是否正常。