慢性血流动力学负荷（如主动脉狭窄）会诱导心肌肥厚，随着病程进展可导致心力衰竭。在此过程中，心肌细胞的收缩功能发生复杂的变化。正常心肌中，随着心率增加，收缩力增强（+FFR）；然而，在肥厚和衰竭状态下，心肌收缩力反而随着心率升高而下降（-FFR）。这一现象的发生与钙离子稳态的异常密切相关，但[Na⁺]i在此过程中的作用尚未完全明确。
已有研究表明，[Na⁺]i的升高可能通过Na⁺/Ca²⁺交换器（NCX）和钙离子调控通路对心肌细胞收缩产生重要影响。本研究旨在利用肥厚性猫室性心肌细胞模型，系统探讨[Na⁺]i在频率依赖性收缩力变化中的具体作用及其机制。
材料与方法
1. 动物模型与心肌细胞分离
- 动物模型：通过升主动脉缩窄（aortic banding）诱导10只幼猫出现渐进性压力负荷。术后6至12周，通过超声心动图验证心室肥厚（左室肥厚，LVH）的成功建立。
- 心肌细胞分离：左室心肌细胞经酶解分离，获得具有明确横纹的杆状细胞用于后续实验。
2. 钠离子浓度的测定
- 荧光探针：利用钠离子敏感荧光探针（SBFI）测量[Na⁺]i，通过标准化校准确定[Na⁺]i的绝对浓度。
- 实验条件：分别在静息状态、慢速（0.5 Hz）和快速（2.5 Hz）刺激条件下测量[Na⁺]i，并记录其变化。
3. 收缩力测定与电生理实验
- 收缩力测定：采用视频边缘检测法记录心肌细胞的收缩幅度，计算分数缩短率（Fractional Shortening, FS）。
- 电生理实验：通过穿孔膜片钳技术诱发动作电位，并使用电压钳技术控制动作电位持续时间（APD），评估APD对收缩力的影响。
4. 数据分析
- 使用双向ANOVA分析不同钠离子浓度和刺激频率对心肌细胞收缩力的影响，P值<0.05视为统计学显著。
结果
1. 肥厚心肌细胞的钠离子浓度升高
- 在静息状态下，肥厚性心肌细胞（LVH-M）的[Na⁺]i显著高于正常细胞（13.3 vs. 8.9 mmol/L, P<0.001）。
- 随着刺激频率增加（0.5 Hz到2.5 Hz），LVH-M和正常细胞的[Na⁺]i均升高，但在2.5 Hz时，两组间无显著差异（17.0 vs. 16.0 mmol/L, P=0.12）。
2. 收缩力的频率依赖性改变
- 在慢速刺激（0.5 Hz）下，LVH-M和正常细胞的分数缩短率无显著差异。
- 在快速刺激（2.5 Hz）下，LVH-M的收缩力显著下降，而正常细胞的收缩力维持稳定（5.2% vs. 9.3% resting cell length, P<0.05）。
3. 钠离子对收缩力的调控
- 通过不同浓度的钠离子（0、10、20 mmol/L）透析细胞，发现[Na⁺]i升高显著增强细胞的收缩力，但LVH-M的收缩力增幅小于正常细胞。
- 电压钳实验表明，快速刺激条件下，LVH-M的收缩力下降与APD缩短有关。
讨论
1. [Na⁺]i在心肌肥厚中的作用
本研究表明，LVH-M具有显著升高的静息[Na⁺]i，这可能通过NCX和钙离子调控通路维持慢速刺激下的正常收缩力。然而，快速刺激时，尽管[Na⁺]i升高促进钙内流，但APD缩短限制了钙的持续加载，导致收缩力下降。
2. 肥厚心肌的功能适应
LVH-M对[Na⁺]i的依赖性增强表明，细胞内钠离子的升高可能是一种代偿机制，用于弥补肌浆网功能的不足。然而，这种代偿机制在高频刺激下表现为收缩力储备的丧失。
3. 临床意义
负力频关系是心力衰竭的重要特征之一。本研究为进一步理解肥厚心肌的病理机制提供了重要证据，提示通过调控[Na⁺]i或相关通路可能成为干预心力衰竭的新靶点。
结论
- 肥厚性猫室性心肌细胞表现出显著升高的[Na⁺]i，这在慢速刺激下维持了收缩力，但在快速刺激下导致收缩力储备丧失。
- [Na⁺]i的升高对NCX和钙稳态的复杂调控是频率依赖性收缩力变化的关键因素。
- 钠离子调控通路可能为心力衰竭治疗提供新方向。
本研究为探索肥厚和心力衰竭的治疗策略奠定了基础，并进一步深化了对钠离子在心肌病理生理中的作用的理解。
参考文献：
Intracellular sodium determines frequency-dependent alterationsin contractility in hypertrophied feline ventricular myocytes