吳平亞,李文興,胡河,陳玉婷,楊增,吳承云
(1.武漢市洪山區(qū)張家灣街社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心內(nèi)科,湖北 武漢 340065;2.武漢大學(xué)人民醫(yī)院心血管研究所,湖北 武漢 430060)
蔥白提取物對充血性心力衰竭家兔心室相關(guān)電生理指標(biāo)的影響
吳平亞1,李文興2,胡河2,陳玉婷2,楊增2,吳承云2
(1.武漢市洪山區(qū)張家灣街社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心內(nèi)科,湖北 武漢 340065;2.武漢大學(xué)人民醫(yī)院心血管研究所,湖北 武漢 430060)
目的探討蔥白提取物(FOB)對充血性心力衰竭(CHF)引起室性心律失常相關(guān)電生理的影響。方法健康成年雄性新西蘭大耳白兔分為正常對照組(Control組,n=15)、CHF模型組(CHF,n=15)和CHF+FOB干預(yù)組(FOB組,n=15)。CHF模型制備經(jīng)兔耳緣靜脈注射異丙腎上腺素(0.3 mg·kg-1·d-1,連續(xù)注射3周)誘導(dǎo),后繼續(xù)喂養(yǎng)6個月成功完成。利用記錄在體心臟左心室單相動作電位(MAP)相關(guān)靜息膜電位(RMP),動作電位幅度(APA)、最大上升速率(Maxdv/dt)、動作電位復(fù)極化恢復(fù)10%、20%、50%、90%(APD10、APD20、APD50、APD90)和短陣快速刺激觀察心律失常刺激周長(BCL)、誘發(fā)率和持續(xù)時間在各組變化。酶解法分離單個心室肌細(xì)胞,全細(xì)胞膜片鉗技術(shù)觀察心室肌細(xì)胞L-型鈣電流(ICa-L)在用藥前后改變。結(jié)果與Control組比較,CHF組RMP、APA、Maxdv/dt顯著減小,APD10、APD20、APD50和APD90明顯延長,并且BCL、誘發(fā)率明顯增加,持續(xù)時間更長(P均<0.01);與CHF組比較,F(xiàn)OB組RMP、APA、Maxdv/dt明顯增加,各APD顯著縮短,且BCL嚴(yán)重縮短,誘發(fā)率和持續(xù)時間均降低(P均<0.01)。FOB能明顯抑制CHF心室肌細(xì)胞ICa-L電流密度(P<0.01),當(dāng)鉗制電壓為+20 mV時,與Control組比較,CHF組ICa-L電流密度由(7.1±0.3)pA/pF增加為(10.9±0.5)pA/pF(P<0.01);當(dāng)加入FOB作用CHF組心室肌細(xì)胞后,ICa-L減小為(6.4± 0.2)pA/pF(P<0.01)。FOB能使CHF組ICa-L的I-V曲線明顯上調(diào),超過Control組。結(jié)論FOB能顯著改善CHF心室肌電生理易損性和室性心律失常的易感性,起到抗CHF室性心律失常作用。其機(jī)制可能與FOB抑制CHF心室肌細(xì)胞ICa-L有關(guān)。
蔥白提取物;心室電生理;充血性心力衰竭;心律失常
充血性心力衰竭(congestive heart failure,CHF)患者的心臟常出現(xiàn)電重構(gòu),容易被誘發(fā)室性心律失常[1]。其機(jī)制可能與離子通道表達(dá)異常,允許離子電流進(jìn)出心室肌細(xì)胞內(nèi)外量的多寡密切相關(guān)[2]??剐穆墒СK幬锬軌蛴行p少CHF室性心律失常的發(fā)生,尤其是一些中成藥,越來越在拮抗與調(diào)整室性心律失常中發(fā)揮著無限能量,受到臨床重視[3]。蔥白(fistular onion bulb,F(xiàn)OB)提取物具有抗動脈粥樣硬化,減輕心肌細(xì)胞內(nèi)[Ca2+]i超載,發(fā)揮抗心肌缺血再灌注損傷效應(yīng)[4]。提示FOB可能有多重功效并可能對L-型鈣電流(L-type calcium current,ICa-L)產(chǎn)生一定作用,但有關(guān)FOB對CHF室性心律失常的影響報道較少,尤其是否通過作用ICa-L對CHF室性心律失常產(chǎn)生作用的機(jī)理還不清楚。本文將制造家兔CHF模型,采用記錄單相動作電位(monophasic action potential,MAP)、全細(xì)胞膜片鉗等技術(shù)記錄心室相關(guān)電生理指標(biāo),探討FOB對CHF室性心律失常的影響和機(jī)制,旨在為開發(fā)FOB的臨床應(yīng)用前景提供理論實驗證據(jù)。
1.1 實驗動物及其分組 健康雄性新西蘭大耳白兔45只,購于武漢生物制品研究所,體質(zhì)量1.5~2.0 kg。飼養(yǎng)于本院實驗動物中心(SPF級動物室),整個飼養(yǎng)過程充分提供動物生活所需要的濕度、溫度和光線并自由進(jìn)食和飲水。1~2周后進(jìn)行分組及CHF模型制備。實驗分為正常對照組(Control組)、CHF模型組(CHF組)和CHF+FOB干擾組(FOB組),每組15只。
1.2 主要實驗儀器設(shè)備 超聲儀(Vivid 7,美國GE公司);電生理記錄系統(tǒng)(PowerLab 16/30,澳大利亞AD公司);記錄和分析模塊(LabChart Pro V7,澳大利亞AD公司);倒置顯微鏡(IX70-122,Olympus,日本);Pulse+Pulsefit軟件(Version8.31,HEKA,德國);EPC-9放大器(HEKA,德國)。
1.3 主要實驗溶液及試劑 Tyrode液(mmol/L):氯化鈉(NaCl)135.0、氯化鉀(KCl)5.4、氯化鎂(MgCl2) 1.0、Hepes緩沖液10.0、葡萄糖(Glucose)10.0,pH用氫氧化鈉(NaOH)調(diào)至7.35。ICa-L細(xì)胞外液(mmol/L):氯化銫(CsCl)5.4,MgCl21,Glucose 11,pH用氫氧化銫(CsOH)調(diào)至7.4;ICa-L細(xì)胞內(nèi)液(mmol/L):NaCl 5,Hepes緩沖液5,(Mg-ATP)2.5,pH用CsOH調(diào)至7.4。FOB提取物由華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)實驗室提供,參照前期FOB對心肌缺血再灌注影響結(jié)果,本次實驗選擇濃度為50 g/L。除常規(guī)NaCl、KCl等試劑為國產(chǎn)外,其他試劑均為美國Sigama公司產(chǎn)品。
1.4 方法
1.4.1 CHF模型的制備 參照文獻(xiàn)并做改良[5],經(jīng)兔耳緣靜脈注射異丙腎上腺素,0.3 mg·kg-1·d-1,連續(xù)不間斷注射3周,注射前后注意剃毛、消毒和止血;FOB組是在CHF模型完成后加藥;對照組動物注射相同體積0.9%生理鹽水并作同樣對待,造模后繼續(xù)喂養(yǎng)6個月,并通過觀察臨床表現(xiàn),超聲心動圖和心電圖檢查,判斷CHF動物模型成功。超聲和心電圖都是由副教授職稱專科醫(yī)師完成,其結(jié)果:當(dāng)CHF組兔出現(xiàn)消瘦、食欲減退、嗜睡、氣促和肌肉萎縮等臨床癥狀;與Control組比較,CHF組兔射血分?jǐn)?shù)值減小[(63.68±18.56)%vs (91.37±23.71)%,P<0.05],左心室腔明顯擴(kuò)大,室間隔變薄,短軸縮短率降為37.93%;心電圖上出現(xiàn)室性早搏,與Control組比較,CHF組兔心率降低[(209.70±16.45)次/min vs(251.45±27.12)次/min,P<0.05],QT間期延長[(169.62±24.20)ms vs(131.42±30.50)ms,P<0.05]。與相關(guān)報道[6]結(jié)果一致,預(yù)示造模成功。
1.4.2 在體左心室MAP記錄 各組兔接受耳緣靜脈注射戊巴比妥鈉麻醉(300 mg/kg)后開胸,用開瞼器撐開胸廓充分暴露心臟,小心剪開心包膜,用接觸式雙極鉑金微電極記錄自律心率下左心室前壁靠近心尖部MAP。主要參數(shù)包括靜息膜電位(RMP)、動作電位幅度(APA)、動作電位最大上升速率(Maxdv/dt)、動作電位復(fù)極化恢復(fù)到10%、20%、50%、90%時程(APD10、APD20、APD50、APD90)。
1.4.3 短陣快速刺激誘發(fā)室性心律失常記錄 室性心律失常誘發(fā)是在上述電生理記錄完成后經(jīng)過30 min(消除心臟記憶對后續(xù)實驗數(shù)據(jù)影響)再進(jìn)行,方法采用短陣快速刺激法(burst-pacing),刺激波寬2 ms,刺激周長從200 ms到20 ms,每次持續(xù)時間10 s,觀察各組兔被誘發(fā)室性心律失常情況,包括室性早搏、室性心動過速或心室顫動,誘發(fā)室性心律失常的刺激周長(BCL),誘發(fā)率和持續(xù)時間。FOB組實驗過程是在上述實驗記錄完CHF組數(shù)據(jù)后,間隔30 min以消除心臟記憶對后續(xù)實驗數(shù)據(jù)影響,再給CHF兔靜滴FOB注射液20 min,之后維持靜滴并記錄上述各項電生理指標(biāo)。
1.4.4 心室肌細(xì)胞的分離 經(jīng)兔耳緣靜脈注射肝素鈉(500 IU/Kg)抗凝,10 min后剪下心臟插入主動脈套管,連接到離體心臟循環(huán)灌流裝置上灌流,先用無Ca2+的Tyrode液,后改用含Ⅰ型膠原酶、蛋白酶E和小牛血清白蛋白無Ca2+Tyrode液灌流15 min。取下心臟去除心房肌、乳頭肌和浦肯野纖維等組織,留取心室肌剪碎、振蕩和孵育得到單個心室肌細(xì)胞懸液,貼上標(biāo)簽供膜片鉗實驗實用。
1.4.5 心室肌細(xì)胞ICa-L及電流-電壓曲線(I-V)記錄 將各組分離心室肌細(xì)胞懸液加于到顯微鏡載物臺上的細(xì)胞記錄槽中,等細(xì)胞靜置貼壁,用ICa-L細(xì)胞外液循環(huán)灌流10 min。在膜片鉗軟件控制下,指令程序和記錄信號經(jīng)放大器、電極內(nèi)液和玻璃微電極與細(xì)胞高阻抗封接,形成全細(xì)胞膜片鉗記錄模式。設(shè)置鉗制電壓-40 mV,指令電位由-40 mV去極化到+60 mV,躍階10 mV,持續(xù)時間200 ms,可記錄一緩慢的內(nèi)向電流,此電流能被鈣通道阻滯劑維拉帕米(20 μmol/L)阻斷,表明此電流為ICa-L。FOB組ICa-L記錄是在分離CHF心室肌細(xì)胞后,給予加有50 mg/L的FOB細(xì)胞外液灌流CHF心室肌細(xì)胞10 min,再重復(fù)上述實驗過程。為消除每個細(xì)胞大小對統(tǒng)計結(jié)果造成誤差,電流單位用電流密度(pA/pF)表示。以各自指令電位為橫坐標(biāo),對應(yīng)電流密度為縱坐標(biāo)繪制ICa-L的I-V曲線。
1.5 統(tǒng)計學(xué)方法 統(tǒng)計分析用Origin6.0軟件,計量數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布和方差齊性以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示,多組數(shù)據(jù)比較采用單因素方差分析(One-way ANOVA),兩兩比較采用t檢驗;計數(shù)資料以率/百分比表示,兩組間率的比較采用χ2檢驗。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
2.1 三組白兔心室肌MAP相關(guān)參數(shù)比較 與Control組比較,RMP、APA和Maxdv/dt在CHF組顯著減小,APD10、APD20、APD50和APD90明顯延長(P均<0.01);在FOB的作用下,CHF組RMP、APA和Maxdv/dt各值又得到顯著增加,APD10、APD20、APD50和APD90明顯縮短,各值均接近Control組相應(yīng)各觀察值(P均<0.01),見表1。
表1 三組白兔心室肌MAP參數(shù)比較(±s)
表1 三組白兔心室肌MAP參數(shù)比較(±s)
注:與Control組比較,aP<0.01;與CHF組比較,bP<0.01。
組別Control組CHF組FOB組F值P值A(chǔ)PD90(ms) 168.90±28.94 203.52±16.27a158.19±18.42b170.21 0.002只數(shù)15 15 15 RMP(mV) -23.91±3.85 -14.36±6.09a-19.93±7.57b101.031 0.020 APA(mV) 46.93±6.17 35.89±7.94a45.38±8.83b67.82 0.010 Maxdv/dt(mV/s) 5571.02±491.68 3334.90±505.56a4598.36±128.89b109.74 0.020 APD10(ms) 47.56±10.18 61.82±12.74a49.39±11.15b72.36 0.010 APD20(ms) 60.10±10.25 121.76±18.37a56.67±14.64b52.89 0.005 APD50(ms) 123.14±20.78 169.93±17.69a110.64±15.91b86.63 0.001
2.2 三組心室肌誘發(fā)室性心律失常相關(guān)參數(shù)比較 與Control組比較,CHF組BCL值明顯延長,誘發(fā)率和持續(xù)時間均明顯增加(χ2=9.34、10.37、8.95,P均<0.01);與CHF組比較,F(xiàn)OB組BCL顯著縮短,誘發(fā)率和持續(xù)時間明顯降低(χ2=14.21、7.59、9.65,P均<0.01),見表2。
2.3 三組白兔心室肌細(xì)胞ICa-L及I-V曲線 在CHF組,室肌細(xì)胞ICa-L在各鉗制電壓下均明顯增加,當(dāng)鉗制電壓為+20 mV時,與Control組比較,ICa-L增加更趨嚴(yán)重(P<0.01);當(dāng)加入FOB作用CHF組心室肌細(xì)胞后,ICa-L在各鉗制電壓下均顯著減小,且在鉗制電壓為+20 mV時,與CHF和Control組比較,ICa-L減小程度更重(P均<0.01)。與Control組相比,CHF組ICa-L的I-V曲線明顯下移,F(xiàn)OB組ICa-L的I-V曲線明顯上抬。各組ICa-L的I-V曲線的形態(tài)和方向沒有發(fā)生改變,見圖1。
表2 三組白兔心室肌誘發(fā)室性心律失常指標(biāo)和記錄細(xì)胞ICa-L比較(±s)
表2 三組白兔心室肌誘發(fā)室性心律失常指標(biāo)和記錄細(xì)胞ICa-L比較(±s)
注:與Control組比較,aP<0.01;與CHF組比較,bP<0.01。
組別 只數(shù) 誘發(fā)心律失常的BCL(ms)心律失常誘發(fā)率(%)心律失常持續(xù)時間(%) ICa-L(pA/pF) Control組CHF組FOB組χ2/F值P值15 15 15 63.78±13.85 152.42±19.91a85.25±15.41b10.79<0.05 1(10.00) 7(70.00)a2(20.00)b21.36<0.05無反應(yīng)9(90.00) 3(30.00)a8(80.00)b7.90<0.05<10 s 1(10.00) 4(40.00)a1(10.00)b14.94<0.05 10~30 s 0(0) 2(20.00)a1(10.00)b20.05<0.05>30 s 0(0) 1(10.00)a0(0) 9.27<0.05 7.19±0.37 10.91±0.56a6.43±0.28b18.63<0.001
圖1 三組白兔心室肌細(xì)胞ICa-L及I-V曲線
本研究結(jié)果提示CHF心室肌電活動發(fā)生了明顯改變,表現(xiàn)在動作電位幅度降低,自動除極放緩,舒張速率低平、延長,復(fù)極化過程中各時間段均顯著延長,這些電生理改變說明CHF引起了動作電位恢復(fù)減慢,心臟傳導(dǎo)心電沖動減弱,盡管有APD延長,看似能讓心臟有充足時間增加回心血量和心輸出量,但因為動作電位靜息電位和動作電位最大上升速率均降低,這種心搏輸出量是短暫、脆弱的,同時,讓出了更多時間為折返性心律失常中碎波發(fā)生和傳遞提供了途徑,為異位搏動占主導(dǎo)地位增加機(jī)會。因此,CHF發(fā)生后,心室肌電生理特征性表現(xiàn)出明顯常電重構(gòu)[7],造成CHF心臟對室性心律失常的發(fā)生具有易感性和易損性,這在本實驗中得到證實,CHF兔心臟在程控和短陣快速刺激下,誘發(fā)室性心律失常的刺激周長顯著延長,誘發(fā)率明顯增加,失常持續(xù)時間延長,明顯利于心室心律失常發(fā)生。
面對CHF心臟容易被誘發(fā)室性心律失常造成患者猝死風(fēng)險,針對性藥物治療非常關(guān)鍵[8]。研發(fā)安全有效的抗心律失常中成藥正在成為臨床上重要的選擇。FOB作為傳統(tǒng)的通陽中藥,在作用CHF心室肌之后,CHF心室肌電生理發(fā)生了顯著改善,APA增加,Maxdv/dt增快,APD顯著縮短,說明FOB可增加CHF心室動作電位傳導(dǎo)速度和心率,增加CHF心臟的心輸出量和做功動能,促使心肌收縮增強(qiáng),心臟電活動更趨穩(wěn)定,沒有給異位起搏點發(fā)放沖動預(yù)留時間和機(jī)會,防止折返性室性心律失常形成所需的條件和途徑,改善了CHF心肌電活動紊亂誘發(fā)的室性心律失常[9]。FOB這種有益于CHF心臟電活動穩(wěn)定性特征使得誘發(fā)CHF室性心律失常的BCL顯著縮短,誘發(fā)率明顯下降和持續(xù)時間變短。表明FOB能夠降低誘發(fā)CHF室性心律失常的敏感性閾值,使受傷心臟的異常電活動得到重新改變,抗額外快速刺激的耐受性更強(qiáng),顯示FOB具有抗CHF室性心律失常作用[10]。
ICa-L在細(xì)胞內(nèi)外Ca2+運作中起著中心環(huán)節(jié),是決定動作電位平臺期形成的主要通道,其開啟和關(guān)閉調(diào)控著動作電位傳導(dǎo)快慢和生理性[Ca2+]i變化[11]。當(dāng)CHF心臟做功能力下降,電活動減弱,動作電位傳導(dǎo)減慢時,提示CHF心室肌細(xì)胞ICa-L可能發(fā)生了嚴(yán)重改變,而CHF誘發(fā)室性心律失常的機(jī)制主要表現(xiàn)在心肌細(xì)胞的外向電流下調(diào)和/或內(nèi)向電流上調(diào),尤其是決定動作電位平臺期和傳遞時間ICa-L上調(diào)起著關(guān)鍵作用[12]。本實驗發(fā)現(xiàn)CHF心室肌細(xì)胞ICa-L顯著增加,I-V曲線嚴(yán)重下移,說明CHF心室肌細(xì)胞外Ca2+通過ICa-L進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)增加,誘發(fā)Ca2+觸發(fā)Ca2+釋放(Ca2+-induced Ca2+release,CICR)的連鎖反應(yīng),引起鈣超載,從而誘發(fā)早期和/或晚期后除極以及觸發(fā)活動發(fā)生,產(chǎn)生室性心律失常[13]。因此,減小CHF心室肌細(xì)胞ICa-L,抑制過多的Ca2+進(jìn)入胞漿,讓細(xì)胞內(nèi)[Ca2+]i達(dá)到再平衡,可能起到抗CHF室性心律失常作用。FOB可以顯著減小CHF心室肌細(xì)胞的ICa-L,上移I-V曲線,甚至低于正常對照組。提示CHF心室肌細(xì)胞上ICa-L經(jīng)過FOB作用后,不僅使鈣泵開放數(shù)量減少,而且在開放狀態(tài)變得緩慢,緩解了細(xì)胞外Ca2+快速通過ICa-L進(jìn)入心室肌細(xì)胞,防治胞漿中[Ca2+]i增高,從而避免了CHF引起的觸發(fā)性室性心律失常的發(fā)生。這也可能是FOB能治療CHF室性心律失常的電生理機(jī)制。
總之,本實驗結(jié)果表明FOB能顯著縮短APD,加快心率,增加心功能,降低需要誘發(fā)室性心律失常刺激周長,誘發(fā)率和持續(xù)時間,其機(jī)制可能與FOB能顯著抑制CHF心肌細(xì)胞的ICa-L有關(guān),其結(jié)果可為FOB在臨床中廣泛應(yīng)用提供實驗依據(jù)。
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Effect of fistular onion bulb extract on correlated electrophysiological parameters of ventricular arrhythmias induced by congestive heart failure in rabbit.
WU Ping-ya1,LI Wen-xing2,HU He2,CHEN Yu-ting2,TANG Zheng2, WU Cheng-yun2.1.Department of Cardiology,Hongshan District Zhangjiawan Street Community Health Service Centre, Wuhan 430065,Hubei,CHINA;2.Cardiovascular Research Institute of Wuhan University Renmin Hospital,Wuhan 430060, Hubei,CHINA
ObjectiveTo investigate the effects of fistular onion bulb extract(FOB)on correlated electrophysiological parameters of ventricular arrhythmias induced by congestive heart failure(CHF)in rabbits.MethodsThe male New Zealand rabbits were divide into control group(n=5,healthy rabbits),CHF group(n=5,CHF rabbit models) and CHF+FOB group(n=5,CHF rabbit models treated with FOB).The CHF models were induced by injection of isoproterenol(0.3 mg·kg-1·d-1for 3 weeks)after 6 months.The main cardioelectrophysiological parameters such as rest membrane potential(RMP),action potential amplitude(APA),maximum upstroke velocity(Maxdv/dt),action potential duration of 10%,20%,50%and 90%(APD10,APD20,APD50,APD90),as well as basic cycle length(BCL),induced rate and time of ventricular arrhythmias were tested by recording monophasic action potential(MAP)with burst-pacing in rabbits in vivo.The L-type calcium current(ICa-L)was recorded via whole-cell patch clamp technique in enzymatically dissociated single rabbit ventricular myocytes.ResultsCompared with control group,CHF group showed significantly decreased RMP,APA,Maxdv/dt,and longer APD10,APD20,APD50,APD90,as well as increased BCL,induced rate and time of ventricular arrhythmias(all P<0.01).Compared with CHF group,CHF+FOB group showed significantly increased RMP,APA and Maxdv/dt,shortened APD10,APD20,APD50,APD90,and decreased BCL,induced rate and time of ventricular arrhythmias(all P<0.01).With voltage clamp model,FOB could markedly decrease the current density of ICa-L,and alter down of current-voltage(I-V)relationship curve in different command potential in CHF ventricular myocytes.When command potential was+20 mV,the current densities of ICa-Lwere significantly increased from(7.1±0.3)pA/pF in control group to(10.9±0.35)pA/pF in CHF group,and decreased to(6.4±0.2)pA/pF in CHF+FOB group(all P<0.01).ConclusionFOB could significantly improve electrophysiological parameters and decrease the susceptibility of ventricular arrhythmias induced by CHF,which was contributed to anti-ventricular arrhythmias induced by CHF.It is suggested that the mechanisms might attribute to that FOB could markedly inhibit ICa-Lin CHF rabbits.
Fistular onion bulb extract;Ventricular electrophysiology;Congestive heart failure;Ventricular arrhythmias
R-332
A
1003—6350(2016)24—3961—04
10.3969/j.issn.1003-6350.2016.24.002
2016-06-29)