浦肯野纤维网络远端重连对心脏逆行传导和折返性心律失常的影响机制研究

这篇综述通过计算机模拟揭示了浦肯野纤维网络（HPS）中远端纤维重连对心脏电传导的关键影响。研究发现，保留远端浦肯野纤维重连结构可缩短18%的逆行传导时间（HPS）和8%的心肌传导时间，并显著延长折返性心律失常持续时间（>20秒 vs 3.2秒）。该研究为构建精准心脏计算模型提供了重要结构参数，并提示靶向修饰浦肯野纤维网络结构可能成为治疗致命性室性心律失常（VT）的新策略。

　　

背景与目的

心脏传导系统中的浦肯野纤维网络（HPS）结构存在学术争议：部分建模方法保留远端纤维重连形成网状结构，而其他方法则构建无重连的树状结构。这项研究通过人类双心室计算机模型，首次系统评估了这两种结构对顺行传导（anterograde activation）、逆行传导（retrograde activation）以及折返性心律失常的影响。研究采用His束起搏模拟正常窦性心律，并通过右室心尖部S1S2程序刺激研究逆行传导，揭示了浦肯野纤维网络拓扑结构对电生理特性的差异化调控。

研究方法

研究团队建立了三种测试模型：保留远端纤维重连的完整HPS模型（M_rHPS）、断开远端重连的树状HPS模型（M_dHPS）以及无HPS的对照模型（M_noHPS）。通过修改慢延迟整流钾电流（G_Ks）参数至0.392 pS/pF，在Purkinje-心肌连接处（PMJs）建立15个/cm³的固定密度，形成致心律失常基质。采用512核并行计算平台进行单域模拟，时间步长20μs，通过CARP-EP软件记录跨膜电压动态。

顺行传导结果

模型对比显示，断开远端纤维重连仅使心肌总激活时间增加1ms，HPS传导时间差异<3ms。激活模式相关系数（CC）高达0.97，证实顺行传导主要依赖左右束支的宏观结构，而非浦肯野纤维网络的微观拓扑。这一发现解释了不同规则建模方法在模拟正常窦性心律时均可获得合理QRS波形的现象。

逆行传导特征

断开远端重连导致显著改变：HPS逆行传导时间延长18%（16ms），心肌传导延迟8%（11ms）。绝对差异分布图显示，延迟主要出现在心室中段和基底部。这种差异源于网状结构中多路径传导的优势——当激动从心肌经PMJs回传时，重连纤维提供了更多并行传导路径。

心律失常动力学

两种模型在S1S2刺激中表现出相似的致心律失常窗口（270-320ms），但维持时间差异显著：完整网状结构维持折返>20秒，而树状结构仅3.2秒。快速线性起搏实验进一步验证，网状HPS通过增加折返通路数量维持持续性心律失常。值得注意的是，无HPS模型无法通过S1S2诱导折返，且线性起搏诱发的折返仅持续3.6秒，凸显HPS在心律失常维持中的核心作用。

讨论与临床意义

研究揭示了浦肯野纤维网络结构的双重角色：作为"电传导高速公路"的顺行传导对网络拓扑不敏感，而作为"心律失常维持基质"的逆行传导则高度依赖重连结构。这一发现为临床消融策略提供新思路——靶向破坏特定浦肯野纤维重连节点可能比广泛PMJs消融更具选择性。研究同时指出，未来基因治疗（如调控Nkx2-5表达）或立体定向放射治疗（SBRT）可通过修饰网络结构发挥抗心律失常作用。

局限与展望

当前模型尚未纳入机械-电反馈和自主神经调控，且采用单一心室几何结构。未来需在包含纤维化、性别/年龄相关变化的多种病理模型中验证结论。此外，浦肯野纤维动作电位时程（APD）的梯度分布（His束远端371ms）及其与钙处理的关系，将是揭示折返维持机制的重要研究方向。

该研究通过计算生物学手段，首次量化了浦肯野纤维网络拓扑结构与心律失常风险的关联，为精准心脏建模和临床治疗策略开发提供了理论框架。