高分辨率的心内膜和心外膜光学在拉伸诱发心房颤动的羊模型的映射

本方案采用高空间和时间分辨率的光学标测技术，以阐明牵拉诱发心房颤动的潜在机制。首先取出绵羊心脏，并通过主动脉将其连接至LAN endorf灌注系统，该系统循环含有氧气的台氏液。采用心房穿间隔穿刺法封闭所有静脉开口，仅保留下腔静脉，用于控制心房内压力。

随后，在持续的心房牵张条件下，通过位于左心耳顶部的电极进行阵发性起搏，诱发持续性心房颤动。最后一步是利用激光照射的CCD相机和双极电极，对左心耳及左心房后壁的心外膜和心内膜表面进行光学与电学标测。结果显示，优势频率梯度从左心房后壁延伸至左心耳，并进一步传导至右心房。

此外，还识别出一些持续时间较长的旋转子，其旋转中心位于最高频率区域。与传统用于人体电生理研究的常规电标测方法相比，该技术的主要优势在于，对左心房进行光学心外膜和心内膜标测可在大范围内提供高时间分辨率和高空间分辨率，从而能够追踪心房颤动波在不同区域的传播，包括维持心房颤动的高频旋转子区域。该方法有助于回答心脏电生理学和复杂心律失常领域中的关键科学问题，例如：在临床实践中最常见且持续性心律失常的维持背后，其激活过程具有怎样的特殊时空模式。

采用该技术的意义在于，基于对心房颤动机制的更深入理解，有望实现预防或终止心房颤动的治疗可能性。通常，初次接触该技术的研究人员难以在合理的时间内顺利地完成所有步骤。需要注意的是，细胞分离后仅有大约四个小时的有限时间可用于后续操作。

将心脏置于适合心律失常光学标测的条件下。这需要一定的外科技术来建立心房牵拉模型，并结合电生理与光学标测系统搭建的技术能力。在给予肝素并用异丙酚和戊巴比妥麻醉35至40公斤的绵羊后，通过开胸手术取出其心脏。

将解剖好的心脏连接至循环含氧台氏液的局域网灌注系统，台氏液pH值为7.4，设置恒定流速为每分钟240至270毫升，并将温度维持在35.5至37.5摄氏度之间。首先平衡灌注心脏两个心房内的腔内压力。通过心房经间隔穿刺，用流出管插管下腔静脉。

然后通过调节开口流出套管高于心房的高度来调整心房内压力。现在封闭所有静脉开口，包括冠状窦、上腔静脉和四条肺静脉。封闭肺静脉时，将导管插入每条肺静脉中，通过差分放大器记录两个远端电极的双极信号。

接下来，为了减少心肌细胞收缩性引起的心肌组织运动，立即向灌流液中加入10 µM的BLEs他汀。使用位于插管底部的数字传感器监测压力。持续调节流出端的高度，以在整个实验过程中维持12 cm H₂O的稳定压力。

最后，将双极电极放置在左心耳顶部和右心耳顶端。现在开始准备光学标测。首先将高分辨率高速CCD相机对准左心房游离壁表面约14平方厘米的区域进行聚焦。

然后将激光光源定位以照射该区域。现在将一根直径为10毫米的双通道刚性内窥镜经二尖瓣插入，以通过左心室前壁获得直接视野。将内窥镜聚焦于左心房后壁的心内膜表面，以观察四根肺静脉及房间隔肺束。

现在，通过目镜适配器并使用芯径为0.2英寸的液体导光管，将内窥镜连接至第二台CCD相机。在内窥镜的激发通道上安装激光器。同步两台CCD相机的记录，并将其设置为输出方波TTL脉冲，以进一步触发同步的双极记录。

为光学记录准备系统时，向心脏注入5至10毫升的Di-4-ANEPPS，并等待10分钟，然后开始光学标测记录。Di-4-ANEPPS在532纳米激光激发下可发出对电压敏感的荧光。因此，在加入该染料后，应立即进行心房颤动记录，在持续心房牵张条件下诱发心房颤动，并将电极置于左心耳（LAA）上方，用于心房颤动期间的阵发性起搏。

同时从两个摄像头以两分钟间隔连续记录五秒视频。在50分钟的时间段内持续记录心房颤动，收集原始数据后，对双极信号施加3赫兹的高通滤波器和35赫兹的低通滤波器。接下来，为了分析电学信号和光学信号，使用FFT算法对两者进行变换。

最后，为了识别高激活率的区域并生成频率梯度，可利用希尔伯特变换生成的相位电影，从每个光学电影中生成优势频率图，从而识别出三类激活模式。旋涡模式的特征是存在相位汇聚于一个持续超过一次旋转的奇点；突破模式则定义为在视野中出现并以类似靶标的形式向外传播的波阵面。

时空有序的周期性波定义为从同一位置发出、具有相似方向和波间间隔的至少四个连续周期性波。在此具有代表性的心房颤动发作期间，最高优势频率定位于左心房后壁的右下肺静脉。左心房后壁高频源的存在与在人类心房颤动消融术中观察到的从左到右的优势频率梯度一致。

进一步的量化分析可实现最高主导频率与最常见激活模式之间的空间相关性。偶尔可以识别出位于最高频率区域内的持久性旋转子。在某些情况下，可识别出螺旋波，即旋转子的三维对应形式，因为螺旋波稳定的旋转中心与标测区域的表面垂直。

该转子记录自PLA的心内膜，同时伴有向LAA的纤维性传导。数据表明PLA与LAA之间存在频率梯度，分别为9赫兹和6.4赫兹。转子在PLA中通常比在LAA中更频繁，提示PLA内的折返在维持心律失常中具有重要作用。

一旦掌握手术和技术方法，本实验可在两到三小时内完成。实验成功有几个关键要点。

首先，必须防止空气进入坚硬的冠状系统。其次，重要的是要识别所有的静脉、人工结构和封口，并进行适当的封闭。第三，应尽量减少运动和耦合荧光染料的使用量，并尽可能降低对激发光的暴露。

本文所示的心内膜-心外膜标测方法的发展，为研究人员探索复杂心律失常的高度相关动物模型中波传播的动力学特性提供了途径，使其能够比以往更深入地进行研究。