1、上 海 第 二 医 科 大 学 学 报Vol. 25 No. 4 Ap r. 2005 Academ ic Journal of Shanghai Second Medical University【 作 者 简 介 】 富 冀 枫 (1962 - ) ,女 ,浙 江 海 盐 人 ,副 教 授 ,学 士 .【 文 章 编 号 】 0258 - 5898 (2005) 04 - 0385 - 04 基 础 研 究 腺 苷 和 异 丙 肾 上 腺 素 对 缺 血 浦 肯 野 纤 维 起 搏 离 子 流 的 影 响富 冀 枫 , 胡 优 敏 , 张 照 , 徐 有 秋(上 海 第 二 医 科 大 学
2、 基 础 医 学 院 生 理 学 教 研 室 , 上 海 200025)【 摘 要 】 目 的 探 讨 缺 血 条 件 下 不 同 浓 度 腺 苷 (Ad)和 异 丙 肾 上 腺 素 ( Iso)对 绵 羊 浦 肯 野 纤 维 起 搏 离 子 流 ( If )的 影 响 。 方 法 成年 绵 羊 离 体 心 室 浦 肯 野 纤 维 分 为 对 照 组 、 不 同 浓 度 腺 苷 组 、 缺 血 组 、 缺 血 +不 同 浓 度 腺 苷 组 和 缺 血 +不 同 浓 度 腺 苷 + Iso(1 mol/L)组 ,用 双 微 电 极 电 压 钳 制 术 ,分 别 观 察 在 膜 电 位 - 70
3、- 120 mV各 指 令 电 位 的 If幅 值 和 激 活 时 间 。 结 果 不 同 浓 度腺 苷 组 If幅 值 降 低 ,呈 一 定 的 剂 量 依 赖 性 ,激 活 曲 线 向 超 极 化 方 向 移 位 ,但 激 活 时 间 无 明 显 改 变 。 缺 血 组 If幅 值 降 低 ,激 活 曲 线向 超 极 化 方 向 移 位 ,激 活 时 间 延 长 ;缺 血 +不 同 浓 度 腺 苷 组 If幅 值 进 一 步 降 低 , 腺 苷 的 剂 量 有 不 同 程 度 加 剧 缺 血 对 If离 子 流 的抑 制 作 用 ;而 缺 血 +不 同 浓 度 腺 苷 + Iso组 If幅
4、 值 与 缺 血 组 相 比 无 显 著 性 变 化 ,但 与 对 照 组 相 比 If幅 值 降 低 ,且 与 腺 苷 剂 量 成 正比 。 结 论 腺 苷 对 正 常 自 律 活 动 有 一 定 的 剂 量 依 赖 性 抑 制 作 用 , 它 能 使 缺 血 时 已 受 抑 的 自 律 活 动 进 一 步 受 抑 ;局 部 即 使 存 在 大量 Iso,只 能 部 分 改 善 缺 血 +腺 苷 的 抑 制 效 应 ,但 不 会 使 自 律 活 动 过 度 增 强 。【 关 键 词 】 腺 苷 ; 起 搏 离 子 流 ; 心 肌 缺 血 ; 异 丙 肾 上 腺 素【 中 图 分 类 号 】
5、R331. 38; R338. 11 【 文 献 标 识 码 】 AEffects of Adenosine and Isoproterenol on the Pacemarker Curren t If of SheepCard ia l Purk in je F ibers in Ischem iaFU J i2feng, HU Y ou2m in, ZHANG Zhao, XU Y ou2q iu(D epartm ent of Physiology, College of B asic M edicine, Shanghai Second M edical U niversity, S
6、 hanghai 200025,China)Abstract: O bjective The purpose of this study was to observe the effects of isop roterenol ( Iso) and adenosine(Ad) , a main metabolite in acute ischem ic myocardium , on pacemaker current If in sheep cardiac Purkinje fibers.M ethods By using two m icroelectrode voltage clamp
7、technique, we observed the amp litude of If current and activa2tion time in sheep cardiac Purkinje fibers after perfusion with normal Tyrode solution Ad, ischem ia added Ad, ische2m ia added Ad and Iso (1 mol/L) at allmembrane potential levels among - 70 - 120 mV. R esu lts After perfu2sion with Ad
8、in normal Tyrode solution, the amp litude of If current was decreased and dependent on Ad concentra2tion, with a result of shifting activation curve of If to a more hyperpolarizing level but the activation time to a steady2state value was not changed. After perfusion with ischem ia solution, the amp
9、 litude of If current was decreased at allmembrane potential levels, the activation time reaching a steady state value was p rolongated, with a result of shiftingactivation curve of If to a higher hyperpolarizing level. Ischem ia added Ad, the amp litude of If decreased significantlyand was also dep
10、endent on Ad concentration. Ischem ia added Ad and Iso, the amp litude of If compared with that inthe ischem ia solution was not decreased significantly but in normal Tyrode solution was decreased significantly too.C onclusion This suggests that ischem ia metabolite Ad may have an inhibitory effect
11、on the normal pacemaker activi2ty of the ventricle, which was aggravated on the condition of ischem ia. A lthough there was accumulation of cate2cholam ine to imp rove ischem ia inhibition, normal automatic rhythm ic activity couldn t be abnormally strengthenedand lead to ventricular tachyarrhythm i
12、a.Key words: adenosine; pacemaker current; ischem ia ventricle; isop roterenol583上 海 第 二 医 科 大 学 学 报 Vol. 25正 常 生 理 条 件 下 ,心 脏 中 的 腺 苷 ( adenosine, Ad)主 要 由 血 管 内 皮 细 胞 S - 腺 苷 半 胱 氨 酸 途 径 生 成 。局 部 心 肌 缺 血 、 缺 氧 、 儿 茶 酚 胺 或 钙 离 子 的 释 放 、 抗原 或 氧 自 由 基 的 刺 激 都 可 以 使 心 肌 细 胞 内 ATP大 量降 解 ,产 生 高 浓 度 的 腺
13、苷 。 心 肌 缺 血 、 缺 氧 愈 严 重 ,则 Ad产 生 愈 多 ,可 加 剧 缺 血 心 肌 的 电 生 理 改 变 。 本实 验 室 以 往 研 究 1, 2 表 明 : Ad对 起 搏 离 子 流 If有 抑 制作 用 。 缺 血 条 件 下 ,离 体 绵 羊 浦 肯 野 纤 维 舒 张 自 动除 极 速 度 下 降 ,作 为 其 正 常 自 律 活 动 的 基 础 If的幅 值 下 降 ,并 已 证 实 即 使 加 入 大 量 异 丙 肾 上 腺 素( isop roterenol, Iso) , 也 仅 能 部 分 逆 转 缺 血 对 If的 抑制 ,而 不 能 使 If幅
14、值 达 到 缺 血 前 对 照 水 平 。 提 示 以 上两 个 条 件 下 ,浦 肯 野 纤 维 正 常 自 律 活 动 不 会 出 现 异常 增 强 1 。 文 献 报 道 3, 4 ,在 Iso的 作 用 下 ,心 肌 内 的Ad增 加 ;当 Iso引 起 心 脏 的 受 体 强 烈 兴 奋 时 , Ad成 为 反 馈 抑 制 物 质 而 对 心 脏 起 保 护 作 用 。 为 进 一 步证 明 不 同 浓 度 Ad与 Iso在 缺 血 时 对 If的 作 用 ,设 计本 实 验 并 报 道 如 下 。材 料 与 方 法标 本 制 备 成 年 绵 羊 (随 意 来 源 ) ,雌 雄 不
15、拘 ,颈动 脉 放 血 后 迅 速 开 胸 摘 取 心 脏 ,置 于 37 、 95% O2和 5% CO2的 台 氏 液 中 ,剖 开 左 右 心 室 ,取 出 游 离 的浦 肯 野 纤 维 ,选 择 直 径 约 0. 5 mm的 标 本 置 于 37 恒 温 的 灌 流 槽 底 部 ,用 不 锈 钢 架 固 定 备 用 。灌 流 溶 液 正 常 台 氏 液 (mmol/L ) : NaCl 137. 0,KCl 5. 4, CaCl2 1. 8,MgCl2 0. 5, NaHCO3 23. 8, NaH2 PO40. 4和 葡 萄 糖 10. 0,用 95% O2及 5% CO2的 混 合
16、 气 体 饱和 , pH 7. 3 7. 5;模 拟 缺 血 溶 液 (mmol/L ) : NaCl134. 3, KCl 5. 4, CaCl2 1. 8, MgCl2 0. 5, NaHCO3 3. 8,NaH2 PO4 0. 4,乳 酸 钠 20. 0,用 95% N2和 5% CO2的 混合 气 体 饱 和 , pH 6. 7 6. 9, PaO2为 5. 5 6. 5 kPa 1 。实 验 方 法 应 用 电 压 钳 制 术 5 和 内 向 整 流 钾 流( IKi )阻 断 剂 1, 6 而 获 得 较 纯 净 的 心 室 浦 肯 野 纤 维 If。方 法 是 先 在 正 常 台
17、 氏 液 中 记 录 正 常 动 作 电 位 ,稳 定30 m in后 换 用 含 2 mmol/L BaCl2 ( Sigma公 司 )的 正常 台 氏 液 阻 断 IKi,待 标 本 膜 电 位 除 极 基 本 稳 定 后 ,将膜 电 位 保 持 在 - 50 mV Eh ,然 后 将 膜 电 位 钳 制 到不 同 指 令 电 位 ( Ec) - 60 - 120 mV,阶 跃 电 压 为10 mV ,钳 制 时 间 ( Tc)为 8 000 m s,观 察 并 记 录 If作为 对 照 。 15 m in后 换 含 1、 10、 100 mol/L Ad ( Sigma公 司 )的 台
18、氏 溶 液 灌 流 30 m in后 ,洗 去 。 观 察 腺 苷 和Iso对 缺 血 心 室 浦 肯 野 纤 维 If的 影 响 时 先 用 正 常 台 氏液 灌 流 标 本 ,待 稳 定 后 ,换 成 模 拟 缺 血 溶 液 灌 流30 m in,测 定 If幅 值 。 然 后 在 模 拟 缺 血 液 中 加 入 1、10、 100 mol/L Ad,或 Ad + 1 mol/L Iso ( Sigma公司 )灌 流 15 m in或 30 m in,观 察 其 对 If离 子 流 的 影响 。 电 压 钳 放 大 器 为 N IHON KOHDEN CEZ1100型 ,钳 制 电 位 由
19、 N IHON KOHDEN S8300型 步 钳 制 器 与SEN 7103型 电 刺 激 器 控 制 ,控 制 电 流 回 路 为 浮 地 式 ,回 路 跨 膜 离 子 流 变 化 经 电 压 钳 放 大 器 放 大 后 和 跨 膜电 位 一 起 用 N IHON KOHDEN RJG 4022双 线 笔 记 录 ,实 验 电 极 均 为 充 以 3 mol/L KCl的 玻 璃 毛 细 管 电 极 ,其 中 电 流 电 极 电 阻 8 10 m ,电 压 电 极 电 阻 1820 m 。 由 于 实 验 用 浦 肯 野 纤 维 是 多 细 胞 标 本 ,记 录到 的 If幅 值 是 多
20、个 细 胞 If幅 值 之 和 ,为 统 计 及 互 相 比较 ,每 个 标 本 均 以 本 身 最 大 If幅 值 作 为 100% ,计 算出 每 个 膜 电 位 水 平 的 If相 对 幅 值 (标 准 化 值 )。统 计 学 方 法 数 据 用 x s表 示 ,采 用 配 对 t检 验 。结 果Ad对 正 常 浦 肯 野 纤 维 If的 影 响 在 正 常 台 氏液 中 测 定 If正 常 幅 值 后 ,在 台 氏 液 中 加 1、 10、 100 mol/L Ad, 15 m in和 30 m in后 重 新 测 定 If幅 值 ,可看 到 在 不 同 钳 制 电 位 水 平 If幅
21、 值 均 减 小 。 经 统 计 学分 析 ,在 Ec为 - 70 - 120 mV膜 电 位 水 平 间 If的减 小 有 显 著 性 差 异 ,且 呈 一 定 的 剂 量 依 赖 性 (附 图A )。 Ad使 If的 激 活 曲 线 向 超 极 化 方 向 移 位 。 50%激 活 电 位 水 平 ( E0. 5 )左 移 。 说 明 Ad改 变 了 If离 子 通道 激 活 的 电 压 依 赖 性 ,但 Ad对 If激 活 的 时 间 依 赖 性并 无 明 显 改 变 。 可 见 Ad只 减 弱 了 If激 活 的 程 度 ,而对 If离 子 通 道 激 活 的 动 力 学 影 响 不
22、明 显 。Ad对 缺 血 心 室 浦 肯 野 纤 维 If的 影 响 模 拟 缺血 溶 液 灌 流 15 m in和 30 m in,使 标 本 在 各 不 同 膜 电位 水 平 If幅 值 均 降 低 ,经 检 验 都 有 显 著 性 差 异 (附 图B ) ,激 活 曲 线 向 超 极 化 方 向 移 位 , E0. 5左 移 与 我 室 以前 实 验 结 果 一 致 2, 4, 7 。 在 缺 血 30 m in基 础 上 ,分 别加 入 1、 10、 100 mol/L Ad,再 灌 流 15 m in和 30 m in,在 不 同 钳 制 电 位 水 平 显 示 If幅 值 进 一
23、步 减 少 (附 图B ) , 10 mol/L Ad在 - 110、 - 120 mV 有 显 著 性 差异 。 激 活 曲 线 进 一 步 向 超 极 化 方 向 移 位 , E0. 5进 一 步左 移 ,与 缺 血 对 照 有 显 著 差 异 ( n = 10, P 0. 05) (附 图C) ,说 明 即 使 在 缺 血 和 Ad存 在 条 件 下 , Iso也 具 有 增加 If幅 值 的 作 用 ,但 即 使 如 此 高 浓 度 的 Iso也 未 能 完全 逆 转 缺 血 对 If的 抑 制 作 用 。附 图 不 同 浓 度 腺 苷 在 各 种 条 件 下 对 绵 羊 浦 肯 野
24、纤 维 起 搏 离 子 流 If的 影 响F ig Effects of d ifferen t concen tra tion Ad on the pacemarker curren t If of sheep card ia l purk in je f ibers in d ifferen t cond ition讨 论鉴 于 在 缺 血 条 件 下 ,除 了 缺 血 本 身 和 大 量 毒 性代 谢 产 物 堆 积 外 ,还 有 局 部 儿 茶 酚 胺 的 释 放 ,心 室 浦肯 野 纤 维 If的 变 化 是 上 述 诸 因 素 的 综 合 作 用 结 果 ,故设 计 本 实 验 。
25、 心 脏 浦 肯 野 纤 维 正 常 起 搏 活 动 的 离 子基 础 是 If 5 ,通 过 测 定 该 电 流 的 大 小 及 激 活 速 率 快慢 ,可 以 精 确 反 映 浦 肯 野 纤 维 的 正 常 自 律 性 及 其 改变 。 Ad是 一 种 内 源 性 核 苷 ,主 要 产 生 于 ATP降 解 。众 所 周 知 ,急 性 心 肌 缺 血 时 除 了 局 部 缺 氧 、 缺 乏 能量 、 酸 中 毒 代 谢 产 物 及 儿 茶 酚 胺 含 量 增 加 外 ,心 肌 细胞 内 ATP大 量 降 解 可 产 生 高 浓 度 的 Ad。 Ad作 为 一种 内 源 性 保 护 物 质
26、,参 与 心 血 管 系 统 的 多 种 调 整 机制 ,如 舒 张 冠 状 动 脉 、 增 加 冠 脉 流 量 、 部 分 减 轻 心 肌缺 血 程 度 ;抑 制 离 体 全 心 的 窦 房 结 和 房 室 结 ,降 低 浦肯 野 纤 维 自 律 性 4 ;对 Iso应 激 状 态 下 的 浦 肯 野 纤 维自 律 活 动 也 有 明 显 的 抑 制 作 用 。 其 次 急 性 心 肌 缺 血时 ,不 但 中 枢 交 感 神 经 活 动 增 强 ,导 致 血 浆 儿 茶 酚 胺浓 度 升 高 ,而 且 由 于 缺 血 区 交 感 神 经 末 梢 的 反 射 性和 代 谢 性 释 放 ,以 及
27、 局 部 血 液 减 少 ,致 使 儿 茶 酚 胺 大量 积 聚 ,局 部 浓 度 甚 至 能 达 到 正 常 值 的 100 1 000倍 7 ,而 且 缺 血 细 胞 表 面 儿 茶 酚 胺 受 体 密 度 也 增 加约 30% ,缺 血 早 期 cAMP活 性 也 增 强 8, 9 ,这 些 都 表明 在 急 性 心 肌 缺 血 时 ,局 部 受 体 异 常 。 本 实 验 结果 显 示 Iso仅 能 部 分 逆 转 缺 血 +腺 苷 对 If抑 制 作 用 ,使 不 同 钳 制 电 位 水 平 If幅 值 都 有 轻 度 增 加 ,但 达 不 到缺 血 前 对 照 水 平 ,也 未 引
28、 起 缺 血 区 浦 肯 野 纤 维 自 律活 动 的 异 常 增 强 。 If通 道 的 激 活 既 呈 电 压 依 赖 性 ,也呈 环 核 苷 酸 依 赖 性 ,它 们 是 双 重 门 控 系 统 。 用 链 霉蛋 白 酶 处 理 细 胞 膜 内 侧 面 后 ,前 者 不 受 影 响 而 后 者被 不 可 逆 地 破 坏 10 。 模 拟 缺 血 条 件 下 ,细 胞 代 谢 障碍 ,高 能 磷 酸 化 合 物 (如 ATP)含 量 减 少 ,导 致 cAMP合 成 减 少 ,致 使 If通 道 激 活 减 慢 , If离 子 流 的 幅 值 降低 。 Ad对 心 脏 具 有 双 重 作
29、用 ,一 种 是 直 接 作 用 : Ad和 A1受 体 结 合 ,通 过 Gi蛋 白 和 钾 通 道 相 偶 联 并 激活 ,这 个 钾 通 道 具 有 内 向 整 流 特 性 ,是 乙 酰 胆 硷 性 钾通 道 ( Ik2ACh ) ,也 是 腺 苷 依 赖 性 钾 通 道 ( Ik2Ad ) ,它 的 开放 引 起 细 胞 膜 过 度 极 化 ,使 自 律 性 下 降 ,这 一 作 用 表现 在 窦 房 结 、 心 房 肌 和 房 室 结 较 为 突 出 11 。 另 一 种是 间 接 作 用 : Ad激 活 Gi蛋 白 后 抑 制 腺 苷 酸 环 化 酶 的活 性 ,使 cAMP生 成
30、 减 少 起 抗 交 感 作 用 ,但 这 个 间 接作 用 只 有 在 受 体 激 动 剂 存 在 条 件 下 才 明 显 12 。关 于 Ad对 自 律 组 织 的 影 响 , Belardinelli等 13 曾 用 游离 单 个 兔 窦 房 结 细 胞 进 行 实 验 ,发 现 Ad可 以 剂 量 依赖 性 抑 制 起 搏 细 胞 自 律 活 动 ,并 使 膜 超 极 化 ,指 出 这种 效 应 是 以 Ik2Ach (或 Ik2Ad )通 道 活 动 增 强 为 介 导 的 。嗣 后 Zaza等 14 发 现 ,Ad对 窦 房 结 细 胞 自 律 性 的 影 响可 能 主 要 通 过
31、 If离 子 流 。本 文 首 次 报 道 Ad对 浦 肯 野 纤 维 If离 子 流 具 有直 接 的 抑 制 作 用 ,不 需 要 受 体 激 动 剂 的 存 在 ,这 种抑 制 作 用 伴 有 If离 子 通 道 激 活 曲 线 的 左 移 ,说 明 通 道电 压 依 赖 性 发 生 了 改 变 。 有 趣 的 是 Ad对 If离 子 流 的抑 制 作 用 和 缺 血 溶 液 的 作 用 可 以 相 互 加 强 ,这 说 明 在心 脏 缺 血 时 浦 肯 野 纤 维 的 自 律 活 动 不 仅 受 到 缺 血 本 身的 抑 制 ,也 受 到 缺 血 代 谢 产 物 如 腺 苷 的 抑 制
32、 ,处 于 严 重受 抑 状 态 ,异 常 自 律 活 动 很 少 可 能 由 于 正 常 自 律 活 动异 常 加 强 引 起 。 至 于 腺 苷 对 If离 子 流 道 起 抑 制 作 用 的机 理 ,是 由 于 改 变 了 通 道 电 压 敏 感 部 位 的 生 物 物 理 特性 或 另 有 作 用 位 点 ,有 待 进 一 步 研 究 。(下 转 第 391页 )783No. 4 严 玉 澄 ,等 : 人 近 端 肾 小 管 上 皮 细 胞 的 原 代 培 养有 体 外 转 运 上 皮 细 胞 的 特 性 ,可 以 形 成 隆 起 ,证 明 了其 保 留 了 近 端 肾 小 管 上 皮
33、 细 胞 的 液 体 转 运 特 性 ,也进 一 步 证 明 了 其 近 端 小 管 来 源 。近 端 肾 小 管 上 皮 细 胞 系 的 纯 度 也 可 以 通 过 酶 组织 化 学 染 色 和 免 疫 组 织 化 学 染 色 来 进 行 评 估 。 在 培养 3代 细 胞 角 蛋 白 阳 性 者 可 以 达 到 90%以 上 。 在 培养 中 ,我 们 体 会 到 以 下 数 点 对 成 功 获 得 近 端 肾 小 管上 皮 细 胞 很 重 要 : 1. 组 织 块 接 种 后 1 3 d,由 于 游 出细 胞 数 很 少 ,组 织 块 的 黏 贴 不 牢 ,在 培 养 过 程 中 ,尽量
34、 不 要 去 动 培 养 瓶 ,之 后 几 天 在 观 察 和 移 动 过 程 中要 注 意 动 作 轻 巧 ,尽 量 不 要 引 起 液 体 的 振 荡 而 产 生对 组 织 块 的 冲 击 力 使 其 漂 起 。 2. 原 代 培 养 时 ,应 当定 期 及 时 更 换 培 养 液 ,以 去 除 漂 浮 的 组 织 块 和 残 留的 血 细 胞 (一 般 每 隔 3 d需 换 液 1次 ) ,因 为 已 漂 浮 的组 织 块 和 很 多 细 胞 破 片 ,含 有 有 毒 的 物 质 ,会 影 响 原代 细 胞 的 生 长 ,应 及 时 清 除 。 3. 组 织 块 和 细 胞 接 种前 应
35、 当 用 胶 原 和 胎 牛 血 清 处 理 培 养 瓶 ,以 利 于 上 皮细 胞 的 生 长 。 文 献 报 道 8 ,细 胞 种 植 在 经 过 胶 原 和胎 牛 血 清 处 理 过 的 生 长 基 质 上 ,可 以 生 长 至 16代 而不 改 变 其 增 殖 和 细 胞 特 性 。根 据 以 上 几 点 ,我 们 稳 定 地 获 得 了 高 纯 度 的 且生 长 良 好 的 近 端 肾 小 管 上 皮 细 胞 ,为 随 后 的 实 验 研究 创 造 了 条 件 。【 参 考 文 献 】 1 Baer PC, Gauer S, Hauser IA, et al. Effects of
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40、【 修 回 日 期 】 2004 - 11 - 16(上 接 第 387页 )【 参 考 文 献 】 1 张 照 ,高 汝 ,徐 有 秋 . 缺 血 心 肌 起 搏 离 子 流 If的 观 察 研 究 J . 生 理 学 报 , 1995, 47 (3) : 209 - 217. 2 张 照 ,高 汝 ,朱 宝 渊 ,等 . 缺 血 引 起 的 浦 肯 野 纤 维 电 位 与 离 子流 的 变 化 J . 生 理 学 报 , 1992, 44 (5) : 487 - 496. 3 富 冀 枫 ,胡 优 敏 ,张 照 ,等 .心 肌 缺 血 时 腺 苷 对 绵 羊 浦 肯 野 纤 维 If电流
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