本方案描述了在大鼠无菌性心包炎心脏中进行电压和钙瞬变的双光学标测，以评估炎症诱导的房性重构，该重构是术后心房颤动的基础。
方法文章
无菌性心包炎大鼠模型中房性电生理与钙处理异常的光学标测
* These authors contributed equally
本文内容
摘要
摘要
心脏手术后常出现术后心房颤动（POAF），其与心房炎症和重构密切相关。无菌性心包炎（SP）模型可在大鼠中复制这一病理状态，为研究炎症诱导的心房电生理变化提供了一个有价值的平台。本方案描述了在诱导SP后制备Langendorff灌注大鼠心脏，并采用同步双光学映射技术记录跨膜电压和钙瞬变的方法。心脏使用电压敏感染料RH237和钙指示剂Rhod-2 AM进行染色，同时用blebbistatin抑制心肌收缩，以最大限度减少运动伪影。高速成像技术可在受控起搏协议下实现心房动作电位和钙动力学的时空映射。定量参数包括动作电位时程、传导速度、钙瞬变时程、达峰时间以及交替波幅度。该方法可精确评估炎症应激条件下心房传导的异质性、电-钙耦联特性及心律失常易感性。这一可视化方法为研究POAF的发生机制以及测试靶向心房重构的药理学或遗传学干预手段提供了可重复且多功能的实验平台。
引言
术后心房颤动（POAF）是心脏胸外科手术后常见的并发症，其特征为短暂发作的心房颤动（AF），通常在术后2-4天达到高峰。尽管POAF常为自限性，但其与卒中风险增加、住院时间延长以及医疗费用上升相关1。心房心肌的炎症应激被认为是其发病机制中的关键因素2。
无菌性心包炎（SP）模型是一种成熟的用于研究术后房颤（POAF）的小动物模型3,4。在该模型中，心外膜涂抹滑石粉可诱导局部心包炎症，模拟术后病理改变。既往利用该模型的研究已证实存在结构重构、缝隙连接蛋白表达改变以及钙处理异常，这些因素均易导致心律失常的发生5,6,7。然而，传统的电生理学技术提供的时空分辨率有限，难以全面捕捉完整心房表面的传导异质性及电-钙耦合动态变化。
光学标测技术能够同时对心房表面的跨膜电压和钙瞬变（CaT）进行高分辨率成像，从而精确可视化心房传导、复极化过程及钙信号传导8。在本实验方案中，我们描述了对经Lan....
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方案
所有动物实验程序均经机构动物照护与使用委员会（IACUC）批准，批准编号为[2024]IACUC Number 4241，并依照机构及国家相关指南进行。研究过程中严格遵守动物福利指南，设定了明确的人道终点：若大鼠出现持续嗜睡、体重突然减轻超过20%、呼吸困难、无法正常进食或饮水，或出现严重术后并发症，将立即使用过量异氟烷（5%，氧气流速1 L/min）实施安乐死，以最大程度减轻其痛苦。
1. 溶液与试剂的配制
- 配制改良Tyrode's溶液（单位：mM）：128.2 NaCl、4.7 KCl、1.3 CaCl2、1.05 MgCl2、1.19 NaH2PO4、20 NaHCO3、11.1 葡萄糖。用95% O2/5% CO2气体饱和，调节pH至7.38–7.42，并将溶液预热至37 ± 1 °C。
- 布比司他汀（Blebbistatin）：溶于DMSO（5 mg/mL），-20°C避光保存。使用时终浓度为10 µM。
- RH237（电压敏感性染料）：溶于DMSO（2 mg/mL），−20 °C避光保存。使用时终浓度为2 µM。
- 罗丹明-2 AM（Rhod-2 AM，钙离子指示剂）：溶于DMSO（1 mg/mL），−....
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结果
心房颤动的可诱导性
异位活动和折返是导致术后心房颤动（POAF）发生和持续的关键机制2。折返波长（λ）由有效不应期（ERP）与传导速度（CV）的乘积决定，即 λ = ERP × CV。在假手术组心脏中，S1S2 刺激诱导出稳定的心房反应，未出现心律失常（图 2A）。相比之下，SP 处理组心脏常表现出异常反应，包括心房早搏（图 2B）以及发展为心房颤动的折返（图 2C）。定量分析显示，随着 S2 间期逐渐缩短，SP 组心脏中心房早搏或心房颤动的发生率显著高于假手术对照组（图 2D）。两组间心房有效不应期（ERP）无显著差异（图 2E）。
动作电位重塑
以7 H.......
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讨论
本方案描述了在经滑石粉（SP）处理的离体大鼠心脏中进行动作电位（APs）和钙瞬变（CaTs）的双光学标测，SP是一种由炎症驱动的阵发性心房颤动（POAF）模型。在可编程起搏条件下，对完整心房表面进行膜电位（Vm）和Ca2+信号的同步高分辨率记录，可评估动作电位时程（APD）、达峰时间、传导速度、复极化空间异质性、钙瞬变时程（CaD）、钙瞬变幅度、钙瞬变达峰时间以及区域钙处理变异。该方法还可检测并量化频率依赖性交替现象，包括APD交替（APD-ALT）、钙交替（Ca-ALT）和不同步交替（DIS-ALT），并可用于分析兰尼碱受体（RyR）的恢复性与不应性。此外，该技术能够识别致心律失常的触发因素（如异位活动和折返），包括由SP模型诱导的功能性旋波折返，并揭示其与显著交替现象区域的共定位关系，从而深入阐明炎症引起的心房电重构及心律失常发生机制。值得注意的是，心包暴露于滑石粉与早期电生理改变相关，提示存在炎症驱动的电重构。然而，心房颤动是一种涉及电生理、结构和功能多因素的复杂疾病。因此，我们不排除随着时间推移，可能进一步出现其他纤维化或功能性异常。
多个关键步骤可确.......
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披露
作者声明无利益冲突。
致谢
本工作得到国家自然科学基金（项目编号：82470328、82170326，Y.D.；项目编号：82300350，J.L.）的资助。我们衷心感谢中国河南省医学科学院电生理研究所郝国梁博士和王功新博士在光学标测方面提供的杰出协助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 布雷比汀 | Abcam | ab120425 | |
| CaCl2 | Sigma-Aldrich | 10043-52-4 | |
| CMOS 相机 | MappingLab | OMS-PCIE-2002 | |
| 心电图系统 | 成都泰盟 | BL-420F | |
| FE32 测量仪 | Mettler Toledo | 30254108 | |
| 滤光片/二向色镜 | MappingLab | RH237 >700 nm; CaT 590 nm | |
| 葡萄糖 | Sigma-Aldrich | 921-60-8 | |
| 成像浴槽 | MappingLab | N/A | |
| KCl | Sigma-Aldrich | 7447-40-7 | |
| 朗根多夫灌流系统 | Radnoti / 定制 | N/A | |
| LED 光源 (530 ± 25 nm) | MappingLab | N/A | |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | 7786-30-3 | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | 7647-14-5 | |
| NaH2PO4 | Sigma-Aldrich | 10049-21-5 | |
| NaHCO3 | Sigma-Aldrich | 144-55-8 | |
| OMapRecord4.0 软件 | MappingLab | N/A | |
| OMapScope4.0 软件 | MappingLab | N/A | |
| 蠕动泵 | Cole-Parmer | Masterflex® L/S® | |
| 泊洛沙姆 F-127 | Invitrogen | P3000MP | |
| RH237（电压染料） | Thermo Fisher / Invitrogen | S1109 | |
| 罗丹明-2 AM（钙离子指示剂） | Thermo Fisher / Invitrogen | R1245MP | |
| 小型动物呼吸机 | YUYANBIO | V-100 | |
| 戊巴比妥钠 | Sigma-Aldrich | P3761 | |
| 斯普拉格-道利大鼠（200–220 g，雄性） | 本地认证供应商 | N/A | |
| 无菌滑石粉 | Sigma-Aldrich | T1586 | |
| 刺激器 | MappingLab | LEDC-2002 | |
| 恒温水浴槽 | 宁波新芝 | SC-15 |
参考文献
- Gaudino, M., et al. Postoperative atrial fibrillation: From mechanisms to treatment. Eur Heart J. 44 (12), 1020-1039 (2023).
- Dobrev, D., Aguilar, M., Heijman, J., Guichard, J. B., Nattel, S. Postoperative atrial fibrillation: Mechanisms, manifestations and mana....
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