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目的:硫化氢(hydrogen sulfide,H2S)是继一氧化氮(nitric oxide,NO)和一氧化碳( carbon monoxide,CO)之后的第三种新型气体信号分子。人们发现H2S不但可以在体内内源性的生成,而且还发挥着重要的生物学作用。内源性H2S是由L-半胱氨酸在磷酸吡哚醛-5’-磷酸依赖性酶,即胱硫醚-β-合成酶(cystathionie-β-sythase,CBS)和胱硫醚-Y-裂解酶(cystathionine-γ-lyase,CSE),半胱氨酸转移酶等催化作用下产生的。
研究发现,内源性H2S在体内多个部位都可以检测到。在心血管系统内源性H2S主要是通过CSE催化产生,H2S通过兴奋血管平滑肌细胞上的ATP敏感性钾离子通道(ATP sensitive K+,KATP通道),促进K+外流同时抑制Ca2+内流,从而达到舒张血管平滑肌的作用。KATP通道也广泛分布在心肌组织上,其开放具有重要的内源性心脏保护机制。现有的研究报告表明H2S可以浓度依赖性地缩短离体豚鼠乳头肌的动作电位时程,对部分去极化乳头状肌,除了能够缩短动作电位时程之外,还可降低动作电位幅值和超射值,减慢零相最大上升速度,其机制可能通过兴奋KATP通道促进K+外流,同时抑制Ca2+内流,进而影响豚鼠乳头状肌电生理效应。它对于调节整个心血管系统功能和结构具有普遍性作用。然而目前对疾病种类的研究还比较有限,对于H2S在其他一些心血管疾病例如心律失常等方面的作用及作用机制的研究也较少。
由迟后去极化(delayed afterdepolarization,DAD)所引发的触发活动(triggerd activity,TA)是心律失常特别是恶性心律失常的重要发病机制之一,现已证实诱发迟后去极化的关键因素是细胞内钙超载。因为H2S有抑制Ca2+内流的效应,因此推测H2S可通过兴奋KATP通道和抑制Ca2+内流从而减轻细胞内Ca2+超载进而抑制迟后去极化及触发活动,并推测H2S有抗心律失常的作用。本研究用含哇巴因( Ouabain)的高钙K-H液灌流离体豚鼠乳头肌以诱发迟后去极化(DAD)及触发活动(TA),以NaHS作为H2S的供体,旨在通过应用细胞内微电极技术观察H2S对哇巴因诱发的豚鼠乳头肌迟后去极化及触发活动的影响,并探讨其可能的作用机制。
方法:健康雄性豚鼠,体重300~400克/只,豚鼠击昏后迅速打开胸腔,取出心脏,置于95%O2和5%CO2混合气体氧饱和的冷(0~4℃)K-H液中,轻轻挤出积血,沿前室间沟右缘剪开右心室,选择分支少、大小约0.6mm×lmm×3mm的柱状乳头肌,用线结扎腱索端,剪下乳头肌,用不锈钢针固定于标本槽底部的硅胶上。用35.5士0.5℃的K-H液(pH7.38土0.03)恒温恒速灌流,流速4ml/min。由刺激器提供刺激频率为2Hz,波宽为lms,强度为1.5倍阈刺激的方波信号,用双极起搏电极以场刺激驱动标本,产生动作电位。应用含哇巴因(1lrmol/L)和高钙(5.5mmol/L)的氧饱和K-H液灌流,诱发稳定且可重复的迟后除极(DAD)和触发活动(TA)。用细胞内玻璃微电极技术记录DAD和TA诸参数,包括DAD的潜伏期、幅值、时程,TA的发生率。实验随机分为5组,每组6只,各组处理方案如下:
1 哇巴因诱发的DAD和TA组:共用六只豚鼠,标本在正常的K-H液平衡1小时后,记录正常动作电位,用含哇巴因(1μmol/L)和CaCl2(5.5mmol/L)的K-H液灌流,在豚鼠乳头肌诱发DAD和TA,并观察此时DAD和TA的特性,记录各参数,包括DAD潜伏期、幅值和时程,TA的发生率。
2 H2S对哇巴因诱发的DAD和TA效应组:共用六只豚鼠,标本在正常的K-H液平衡1小时,记录正常动作电位,用含哇巴因(1μmol/L)和CaCl2(5.5mmol/L)的K-H液灌流,在豚鼠乳头肌诱发DAD和TA,记录各参数,用K-H液冲洗至DAD和TA消失,AP恢复到正常水平;然后标本预先用含NaHS50μmol/L的K-H液灌流10min,在此基础上再加入哇巴因lμmol/L和CaCl25.5mmol/L灌流标本,分别记录观察DAD和TA各参数的变化,然后用K-H液冲洗并观察AP的恢复。用同样的方法记录NaHS(100μmol/L、200μmol/L)时DAD和TA各参数的变化。
3 KATP通道阻断剂格列本脲(Glibenclamide,Gli)对H2S的效应组:共用六只豚鼠,标本在正常的K-H液中平衡1小时,记录正常动作电位,用含哇巴因(1μmol/L)和CaCl2(5.5mmol/L)的K-H液诱导DAD和TA,并观察记录各参数;用K-H液冲洗至到DAD和TA消失,AP恢复到正常水平,观察NaHS(100μmol/L)对哇巴因诱发的DAD和TA的影响,方法同2,记录DAD和TA各参数,用K-H液冲洗并观察AP的恢复;用含格列苯脲20μmol/L的K-H液灌流10min,之后再加入NaHSl00μmol/L灌流10min,再加入哇巴因lμmol/L、CaCl25.5mmol/L灌流标本,记录DAD和TA各参数。
4 L型钙通道开放剂BayK8644(0.25μmol/L)对H2S的效应组:观察哇巴因诱发的DAD和TA各参数,记录对照;观察NaHSl00μmol/L对DAD和TA各参数的影响,记录对照;预先用含BayK8644(0.25μmol/L)的K-H液灌流10min,之后再加入NaHSl00μmol/L灌流10min,再加入哇巴因1μmol/L、CaCl25.5mmol/L灌流标本,记录DAD和TA各参数。
5 NO合酶抑制剂L-NAME(1mmol/L)对H2S的效应组:观察哇巴因诱发的DAD和TA各参数,记录对照;观察NaHS100μmol/L对DAD和TA各参数的影响,记录对照;预先用含L-NAME(1mmol/L)的K-H液灌流10min,之后再加入NaHS100μmol/L灌流10min,再加入哇巴因1μmol/L、CaCl25.5mmol/L灌流标本,记录DAD和TA各参数。
结果:
(1)预先给予NaHS(50、100、200μmol/L),可剂量依赖性地抑制哇巴因所诱发的豚鼠心室乳头肌迟后去极化(DAD)及触发活动(TA)。NaHS(50、100、200μmol/L)可以延长DAD的潜伏期(由对照组的12.03±1.01min分别延长至14.68士1.11min、19.93士1.56min、23.68士1.25min),降低DAD的幅度(由对照组的11.47±0.74mV降至9.08±1.58mV、6.47士0.33mV、5.65士0.26mV),缩短DAD的时程(由对照组的205.18士11.09ms分别降至184.87士5.27ms、172.55±9.82ms、134.45士6.59ms),同时还可降低TA的发生率(由对照组的83%分别降至66%、33%、17%)。
(2)预先应用KATP阻断剂格列本脲Gli(20μmol/L)可部分阻断H2S的上述效应;
(3)预先应用L型钙通道开放剂BayK8644(0.25μmol/L),可完全阻断H2S的上述效应;
(4)预先应用NO合酶抑制剂L-NAME(lmmol/L)对H2S的上述效应无影响。
结论:以上结果表明,H2S具有抑制哇巴因所诱发的心室乳头肌迟后去极化(DAD)及触发活动(TA)的效应,这一效应可能与其开放KATP通道,促进K+外流,同时抑制Ca2+内流有关。但此作用机制中NO的作用并不显著。H2S这种抗心律失常作用对心脏具有一定的保护意义。