大鼠心房区域电差异与心律失常：交感神经分布和功能的作用

《The Journal of Physiology》：Regional electrical differences and arrhythmia in the rat atria: Role of sympathetic nerve distribution and function

　　

心房颤动（AF）通常起源于左心房后壁（LAPW）和肺静脉（PVs）。失调的心房交感控制是驱动AF诱发和维持的核心机制。然而，心房交感结构和功能的区域差异仍未被充分表征。本研究使用基于荧光的测定法评估大鼠心房各区域的交感神经分布和单末端去甲肾上腺素转运体（NAT）摄取动力学。此外，研究人员使用一种新型的具有完整交感链神经支配的心房光学标测（OM）制备方法评估了交感刺激对心房电活动的影响。在整个心房观察到交感神经分布的差异，在LAPW和PVs中显著聚集的大束导致这些区域整体空间异质性加剧。各区域平均交感单末端NAT摄取率无差异，但末端间变异性高。基线时，OM显示LAPW是显著传导减慢、动作电位时程（APD）异质性高以及折返性心律失常的“热点”区域。刺激左、右星状神经节诱发心动过速、首次激活位点移位和心房Ca²⁺处理增强，但未改变任何区域的心房传导速度（CV）或动作电位时程（APD）。这些数据表明，健康大鼠心房中肾上腺素能调节的主要功能后遗症包括正性变时、激活模式改变和Ca²⁺动力学调节，这不同于APD和CV变化。需要进一步探索与房颤风险增加相关的病理中心房交感神经分布和功能。

心房颤动（AF）是最常见的持续性心律失常，其起源常集中于左心房后壁（LAPW）和肺静脉（PVs）。交感神经失调是AF诱发和维持的关键机制，但心房不同区域交感神经结构与功能的差异尚不清楚。本研究旨在系统表征大鼠心房各区域交感神经的分布、功能异质性及对电活动的影响，为理解AF的局部易感性提供基础。研究人员通过荧光标记的神经递质转运体摄取测定法（NTUA）结合共聚焦成像，评估了交感神经分布与单末端去甲肾上腺素转运体（NAT）摄取动力学；同时开发了一种保留完整交感链神经支配的新型心房光学标测（OM）制备方法，用于分析交感刺激下的电生理反应。结果发现，LAPW和PVs区域交感神经大束聚集显著，导致空间异质性升高；NAT摄取率在各区域间一致，但末端间变异性高。基线时，OM揭示LAPW存在传导减慢、动作电位时程（APD）异质性增高及折返性心律失常的“热点”。左、右星状神经节刺激诱发心动过速、首次激活位点移位及心房Ca²⁺处理增强，但未改变传导速度（CV）或APD。这些结论表明，健康大鼠心房中肾上腺素能调节的主要功能后遗症是正性变时、激活模式改变和Ca²⁺动力学调节，而非APD或CV变化。该研究为AF相关病理中交感神经分布的进一步探索提供了依据，论文发表在《The Journal of Physiology》。

研究人员采用的主要关键技术方法包括：荧光标记的神经递质转运体摄取测定法（NTUA），用于共聚焦成像评估交感神经分支密度和空间异质性，以及单末端NAT摄取动力学；一种新型大鼠心房光学标测（OM）制备方法，保留完整交感链神经支配，结合电压敏感染料（Di-4-ANEPPS）和钙敏感染料（Rhod-2AM）进行高速成像，分析传导速度（CV）、动作电位时程（APD）和Ca²⁺动力学。样本来源为雄性Wistar大鼠（Charles River Laboratories, Margate, UK）。此外，使用Langendorff灌流验证星状神经节刺激的心率效应，并通过β₁-肾上腺素能受体拮抗剂阿替洛尔进行验证。

**研究结果：**

**Atrial sympathetic nerves show variable structural morphology and heterogeneity**
通过NTUA标记共聚焦成像，研究人员发现LAA和RAA的神经分支较均匀，主要由单轴突纤维构成的丛状结构；而LAPW和PVs则呈现大型神经束聚集，空间异质性显著升高（LAPW: Cv=116.0%±38.93%；PVs: Cv=136.6%±49.84%），但分支密度在LAA、LAPW和RAA间无显著差异。

**NAT function is consistent between regions overall but shows high terminal-to-terminal variability**
单末端NAT摄取动力学分析显示，各区域平均线性荧光积累速率（代表NAT转运率）无显著差异，但15分钟荧光最大值在LAA和RAA显著高于LAPW和PVs。所有区域均存在高末端间变异性，表明NAT功能在单末端水平表现出异质性。

**Baseline conduction slowing and elevated APD heterogeneity in the LAPW compared with the LAA**
基线电压标测显示，LAPW的传导速度（CV）显著慢于LAA、RAA和RAPW（自发情况下LAPW：36.75±16.72 cm/s），而APD₉₀在各区域间一致。APD₉₀异质性在LAPW显著高于LAA，提示该区域电生理特性不均一。

**Mapping of spiral wave arrhythmias with meandering rotor complexes originating in the LAPW**
通过S1–S2程序刺激诱发心律失常，在3/8个心房样本中观察到持续性折返性心律失常。螺旋波折返起源于LAPW的传导阻滞区，转子复合体在LAA–LAPW区域漂移，证实LAPW是折返性心律失常的易发位点。

**Sympathetic nerve stimulation elicits tachycardia in an innervated unloaded Langendorff heart preparation**
在Langendorff灌流的心脏中，左或右星状神经节（LSG/RSG）刺激使心率增加约20%–25%，该效应可被阿替洛尔阻断，表明交感神经-β₁通路完整。

**Sympathetic nerve stimulation elicits tachycardia and a shift in site of first activation in a dual-innervated atrial optical mapping preparation**
在保留交感链的心房OM制备中，星状神经节刺激同样诱发心动过速（平均增加25.46%），并在3/7个实验中观察到首次激活位点移位（向头侧或尾侧），表明交感刺激可改变起搏点位置。

**Sympathetic nerve stimulation does not alter regional conduction dynamics or APD in healthy rat atria**
尽管刺激引起明显心动过速，但CV、APD₇₀及其区域异质性在LAA、LAPW、RAA和RAPW中均无显著变化，提示健康大鼠心房中交感刺激的主要电生理效应并非调节传导或复极。

**Optical mapping with rhod-2 indicates enhanced left atrial Ca²⁺ activity in response to SNS**
初步钙成像实验（n=2）显示，LSG刺激后LAA和RAA的Ca²⁺信号幅度增加（LAA：86.22%和15.26%；RAA：52.85%和46.16%），时间峰值（TTP）缩短，Ca²⁺信号异质性上升，证实交感神经对心房肌细胞Ca²⁺动力学的正向调节。

**讨论与结论：**
总结讨论部分，研究人员指出，大鼠心房交感神经在LAPW和PVs区域呈现高度空间异质性，而NAT功能区域一致但末端间变异大。基线时LAPW存在传导减慢和APD异质性，且是折返性心律失常的“热点”。交感刺激主要引起正性变时、激活位点移位和Ca²⁺处理增强，但不影响APD或CV，这与药理刺激（如异丙肾上腺素）的结果不同，可能源于生理性交感释放的共递质（如神经肽Y、ATP）及突触传递的局限性。研究结论为：大鼠心房在基线时即存在显著的交感神经和电生理异质性，交感调节的主要功能后遗症涉及变时性和Ca²⁺动力学，而非APD或CV变化；这些发现支持LAPW和PVs区域对AF易感性的差异可能源于交感神经分布的空间异质性，未来需在AF相关病理模型中进一步探索。