高分辨熒光標測技術助力從新生到成年期豚鼠心臟的電生理特性研究
由于臨床試驗主要由成人參與，因此，在兒童心血管治療方面的研究仍有欠缺。例如，milrinone在成人中表現(xiàn)出良好的心血管治療效果，但在兒童中卻沒有表現(xiàn)出類似的改善，這種差異可能歸因于兒童患者心血管生理或病理的不同。
從新生兒到成人的心血管系統(tǒng)有顯著差異，包括心率、心輸出量、血管阻力、心肌收縮力等。新生兒心臟儲備有限，而成人具有更大的心臟儲備。細胞水平上，新生兒與成人心肌細胞在大小、數(shù)量和細胞內鈣水平等方面存在差異。同時，不同年齡之間的心血管疾病患病率等方面，也表現(xiàn)出明顯差異。然而，從新生兒到成人的心臟電生理特征尚未在臨床前動物模型中得到全面研究。
基于此，發(fā)表了“Electroanatomical Adaptations in the Guinea Pig Heart from Neonatal to Adulthood ”的研究文章。本研究中，以新生和成年豚鼠為模型，探討了年齡對心臟電生理的影響。
文中采用高分辨熒光標測技術（Optical Mapping，MappingLab Limited，UK）評估豚鼠心臟心外膜動作電位和鈣瞬變的變化，分析了動作電位 (AP) 和鈣瞬變 (CaT) 持續(xù)時間、傳導速度 (CV) 和 AP-CaT 耦合等指標。
研究結果：
1. 豚鼠心臟重量的異速生長
首先研究了豚鼠在不同年齡組中心臟重量與體重之間的關系。結果顯示，不同年齡組的豚鼠間存在相關性，但隨年齡增長，這種相關性逐漸減弱。通過擬合分析發(fā)現(xiàn)，不同年齡組的相關性斜率也隨之減小，心臟重量相對于體重的比例也逐漸降低（圖1）。
圖1. 心臟重量與體重之間的關系
2. 新生、青年和老年鼠心臟之間有不同體內電特性
比較分析32只豚鼠（10只新生，13只青年，9只老年）的體內心電圖數(shù)據(jù)，結果發(fā)現(xiàn)，新生鼠心電圖波顯示T波與下一拍的P波融合，在青年鼠中，T波不太明顯，但在老年鼠中，P波和T波均能清晰區(qū)分。此外，新生鼠和青年鼠的心率顯著快于老年鼠，新生鼠心臟的P波持續(xù)時間（心房激活時間）、QRS間期（心室激活時間）均顯著短于成年組，但QTc無顯著差異，表明復極時間相似（圖2）。
圖2. 不同年齡組的體內心電圖（ECG）記錄
3. 新生和成年鼠的心室激活模式和傳導速度不同
比較分析新生和成年鼠心臟的心室激活模式和傳導速度。研究發(fā)現(xiàn)，新生鼠心臟的激活模式呈圓形，而成年鼠心臟則呈橢圓形，此差異可能與新生心肌中Connexin-43的表達模式有關。此外，在傳導速度方面，新生鼠心臟的傳導速度最慢，而年輕鼠的傳導速度最快（圖3）。
圖3. 不同豚鼠年齡組的心室激活動力學變化
4. 心臟電恢復特性隨年齡而改變
電恢復特性描述了心臟動作電位（AP）或CaT與頻率的相關適應性變化，這些變化是心律失常易感性發(fā)生的重要因素。結果發(fā)現(xiàn)，隨著年齡增長，心外膜動作電位持續(xù)時間（APD）和鈣傳遞時間延長，尤其在較慢的刺激頻率下表現(xiàn)最為明顯。在較慢的刺激速率下，新生鼠心臟的APD50和CaD50明顯短于青年和老年鼠。此外，發(fā)現(xiàn)在不同年齡組之間，AP恢復曲線有顯著差異，尤其是在老年鼠心臟中的斜率最大，而新生鼠的心臟斜率最小。在CaT統(tǒng)計中，只有CaD70恢復曲線在年齡組之間存在差異（圖4）。
圖4. 刺激作用下的心臟電恢復特性
5. 新生鼠心外膜復極在動態(tài)刺激下呈現(xiàn)出區(qū)域性和時間性的變化
在人類和大鼠中，出生后的心臟電學特性隨著心臟發(fā)育而發(fā)生變化，如心率增加、QT間期縮短以及QRS軸的改變。隨著出生后心臟的發(fā)育，動作電位持續(xù)時間（APD）縮短，在較慢的刺激頻率下更為明顯。此外，在新生豚鼠中還觀察到心外膜復極的區(qū)域異質性，即心尖處的APD較長。然而，在青年和老年豚鼠中未觀察到類似的區(qū)域性差異。
圖5. 新生豚鼠心臟的組內和區(qū)域變異（動態(tài)刺激）
6. 在額外刺激下，心臟電恢復特性呈年齡依賴性變化
比較新生豚鼠和成年豚鼠在額外刺激下，心肌動作電位（APD）和鈣離子瞬變（CaD）恢復特性的差異。結果顯示，新生豚鼠的S1-S2刺激捕獲到的間隔時間相對較短，與成年豚鼠相比有顯著差異。該刺激條件下，新生豚鼠顯示出更為平緩的APD和CaD恢復曲線，而成年豚鼠則顯示出更陡峭的恢復曲線。
圖6. 額外搏動刺激的心臟電恢復特性
評估新生豚鼠在額外刺激（S1-S2）下，心外膜APD的區(qū)域異質性是否持續(xù)存在。結果顯示，與左心室相比，右心室的APD50較長，表現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異。此外，新生豚鼠的心臟在APD和CaD方面顯示出區(qū)域異質性，而青年豚鼠和老年豚鼠則沒有明顯的區(qū)域差異。
圖7. 新生豚鼠心臟的區(qū)域異質性（額外搏動刺激）
7. 新生心臟具有獨特的興奮-收縮耦聯(lián)特性
興奮-收縮耦聯(lián)（ECC）是心肌收縮的關鍵，動作電位觸發(fā)胞內鈣離子上升，與收縮蛋白相互作用。光學信號生成的動作電位-鈣瞬變（AP-CaT）延遲Map圖顯示，成年心臟在早期復極化期出現(xiàn)負耦聯(lián)（APD30 > CaD30），而在晚期復極化期出現(xiàn)正耦聯(lián)（APD70 < CaD70）。相反，在新生豚鼠中，所有復極化期CaD > APD，AP-CaT耦合始終為正，在不同S1-S1刺激速率下，進行均值延遲圖的定量測量，進一步證實了以上結果。這一發(fā)現(xiàn)揭示了新生豚鼠獨特的ECC機制，為心臟發(fā)育過程中的電-鈣相互作用提供了新的方向（圖8）。
圖8. 不同年齡組豚鼠的動作電位和鈣瞬變耦合特征
研究結論：
豚鼠心臟從新生到成年的轉變，其電生理特性會出現(xiàn)變化。年齡特異性模式會影響心臟生理學、病理學以及心血管疾病治療等。因此，了解新生兒心臟的發(fā)育對于評估治療的適用性、安全性和有效性至關重要。
