锌对豚鼠心肌细胞跨膜电位及钙通道活动的影响
作者：李哲泓 吴惠民
单位：中国地方病防治研究中心克山病研究所，哈尔滨150086
关键词：锌；异搏定；钙通道；动作电位
中国地方病学杂志990311 【摘要】 目的 探讨锌对动作电位平台期的作用及锌与慢钙通道之间的关系。方法 借助常规玻璃微电极技术和微机实时分析的方法，观察低钙、异搏定和锌对豚鼠心室乳头肌细胞电活动的作用。结果 低钙、异搏定和锌对静息电位(RP)和动作电位峰值(APA)均无明显作用，但可使超射(OS)和最大去极化速率(Vmax)降低；并影响心肌细胞的复极化过程，使动作电位时程显著缩短，尤其是复极达峰值电位50%和10%的时程差(APD50-10)缩短更明显。结论 实验结果表明，低钙、异搏定和锌均主要通过影响动作电位平台期而使动作电位时程缩短，动作电位时程的缩短与平台期的缩短是一致的，可见锌能阻断慢通道、降低钙离子内向电流，锌具有异搏定样慢通道阻滞剂的作用。
, http://www.100md.com
分类号：O614.241R542.3 文献标识码：A 论文编号：1000-4955(1999)03-0195-97
Effects of Zinc on the transmembrane potential of myocardial cells a nd calcium channel activity
LI Zhehong,WU Huimin
Keshan Disease Institute,Harbin Medical University,Harbin,150086
【Abstract】 Objective To understand effect of Zinc o n the plateau of the action potential and relation between Zinc and slow calcium channel.Methods The effects of low concentration calcium,Verapa mil and Zinc on electrical activities in papillary muscle cells of guinea pig we re observed by means of conventional microelectrode technique and microcomputer.Results They almost hadn't effect on RP and APA,but dec reased OS and Vmax;and markedly influenced on repolarization, shortened the APD,e specially APD50-10.Conclusions These experimental results showed that shor tening of the APD corresponded with shortening of the plateau of action potentia l.Zinc can block the slow channel,and decrease the inward current of calcium ion s.Thus it can be seen that Zinc has the effect of slow calcium channel blocker a s verapamiL.
, 百拇医药
【Key words】 Zinc Verapamil Calcium channel Action potential
近年来，对医学微量元素锌研究颇引人瞩目。南美、中东及亚洲等国家的研究证实，以谷类为主食的国家，尤其是贫穷落后地区的缺锌情况相当普遍，严重危害当地居民健康。克山病的流行病学调查，病区在低Se的背景上，水土粮中锌含量也偏低。克山病病区人群的膳食特点及发病正符合这一规律。
为进一步了解锌与心肌损伤的关系，本文探讨了锌和异搏定对心肌跨膜电位的影响及与平台期的关系，揭示锌对慢通道的作用，以期为克山病和缺血性心脏病的发病与防治研究提供新的实验依据。
1 材料与方法
1.1 豚鼠 体重250～300g，雌雄不限，按性别、体重随机分4组：对照组、低钙组、异搏定组、锌组。分别用正常台氏液、含0.5mmol/LCaCl2、4μg/ml异搏定和0.25mmol/LZnSO4的台氏液灌流，实验方法及条件与既往报道基本相同[1]。
, http://www.100md.com
将豚鼠击头致昏迷后迅速取心，在95%O2和5%CO2饱和的台氏液中制备乳头肌标本，并将其置于容积为2.5ml的心肌槽内，灌流速度10ml/min,稳定1h后开始实验。台氏液成分(mmol/L):NaCl35.48、KCl4.0、MgCl21.05、CaCl22.0、NaHCO312、NaH2PO40.42、葡萄糖5.05。pH为7.4，温度为35±1℃。
玻璃微电极尖端直径小于0.5μ、内充3MKCl、电极电阻为15～25M。刺激电极为双极银质电极、外部涂有绝缘材料、尖端裸露，刺激频率为1Hz、波宽1.5ms、强度为阈强度的2倍。
1.2 电位记录 用玻璃微电极引导细胞内电位，经MEZ-8201微电极放大器输入微机系统，用Doctor851程序对动作电位采样、分析、存储、并将图形和分析结果打印。同时用SR54示波器对图像进行监测。
, 百拇医药
1.3 观察指标 动作电位峰值(APA)、超射(OS)、静息电位(Rp)、复极达峰值电位的10%、50%、90%所需时间(APD10、APD50、APD90)，O相最大去极化速率(Vmax)。对各组计量资料作统计学处理，并经t检验进行差异显著性测定。
1.4 硫酸锌 上海化学试剂采购供应站、分析纯、批号860604；异搏定：上海天丰药厂，批号861101。
2 结果
2.1 心肌细胞膜电位的变化 低钙、异搏定和锌对心肌细胞静息电位和动作电位峰值无明显影响，但可使超射和O相最大去极化速率降低。与对照组相比，低钙、异搏定和锌分别使OS和Vmax下降12.78%、39.06%，11.28%、29.78%，10.15%、26.49%，差异均显著(表1，表2)。
, http://www.100md.com 表1 各组心肌细胞跨膜电位指标(
±s)
对照组
低钙组
异搏定组
锌组
APA(mV)
112.6±7.50
108.8±3.58
108±2.71
110.1±3.87
OS(mV)
, http://www.100md.com
26.6±2.63
23.2±2.53*
23.6±2.41*
23.9±2.78*
Rp(mV)
88±2.91
85.6±3.84
84.4±2.37*
85.2±3.48
Vmax(v/s)
377.02±17.99
, http://www.100md.com
229.77±22.26**
264.76±28.57**
277.14±24.77**
APD10(ms)
42.6±6.82
20.2±3.43***
19.8±2.39***
19.8±2.66***
APD50(ms)
, 百拇医药
229.2±14.27
124.2±7.02***
99.4±5.52***
86.2±2.66***
APD90(ms)
258.1±11.46
153.1±4.53***
124.6±3.37***
122.9±3.60***
, http://www.100md.com
注：n=10,*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001,vscontrolgroup表2 各组心肌细胞动作电位去极化指标的降低效应(%)
对照组
低钙组
异搏定组
锌组
APA
OS
RP
Vmax
0
0
0
, 百拇医药
0
3.37
12.78*
2.73
39.06**
4.09
11.28*
4.1
29.78**
2.22
10.15*
, 百拇医药 3.18
26.49**
注：n=10,*P<0.05,**P<0.01,vscontrolgroup
2.2 各组对心肌细胞动作电位复极化的影响
分别用含低钙(0.5mmol/LCaCl2)和异搏定(4μg/ml)的台氏液灌流心室乳头肌标本，可见动作电位的复极化过程出现类似的变化，用锌(0.25mmol/LZnSO4)取代异搏定仍可出现同样的结果。显示低钙、异搏定和锌均可影响心肌细胞的复极化过程，使动作电位时程缩短。与对照组相比，低钙、异搏定和锌分别使APD10、APD50、APD90缩短52.58%、45.81%、40.68%，53.52%、56.63%、51.72%，53.52%、62.39%、52.38%，差异均非常显著，三者对动作电位时程均有显著影响(图1和表1，3)。
, 百拇医药
图1 各组心肌细胞动作电位复极化参数的缩短效应
Fig2.Shortening effect on the electrical repolariz
ation parameter of myocardial cells in various groups
表3 各组心肌细胞动作电位复极化指标的缩短效应(%)
对照组
低钙组
异搏定组
锌组
APD10
, 百拇医药 APD50
APD90
0
0
0
52.58***
45.81***
40.68***
53.52***
56.63***
51.72***
, http://www.100md.com
53.52***
62.39***
52.38***
注：n=10,***P<0.001,vs control group
尽管各组各复极化参数均有缩短，但各参数在动作电位时程中缩短的比例却不尽相同，由表4可以看出，APD10在各组中的缩短比例即APD10/APD90无明显改变，APD90-50(APD90-APD50)在低钙组、异搏定组和锌组中，与动作电位时程APD90的比值却均高于对照组，而只有APD50-10(APD50—APD10)在动作电位时程APD90中所占比值均明显减少，可见APD50-10的缩短，与动作电位时程的缩短是相一致的。
, 百拇医药
表4 各组心肌细胞动作电位时程的变化(%)
对照组
低钙组
异搏定组
锌组
APD10/APD90
APD50-10/APD90
APD90-50/APD90
16.51
72.331
, http://www.100md.com
11.20
13.19
67.93**
23.45**
15.89
63.88**
20.22**
16.11
54.16***
29.86***
注：n=10,**P<0.01,***P<0.001,vs control group
, http://www.100md.com
3 讨论
本研究表明，低钙、异搏定和锌主要影响心肌细胞动作电位的复极化过程，使动作电位时程缩短。三者所引起动作电位时程缩短的共性均与APD50-10的缩短是一致的。而APD10和APD90-50在三个组中的表现却不尽一致，APD10在三组中虽均有缩短，但在动作电位时程APD90中所占比值，与对照组相比变化不明显；APD90-50在三组中变化不一，异搏定组APD90-50短于对照组，锌组却长于对照组，而与动作电位时程APD90之比却明显长于对照组；只有APD50-10在三组中均有明显缩短，且APD50-10在动作电位时程APD90中所占比值均低于对照组，呈一致性缩短。
既往Rosen曾报道用APD50来间接推断动作电位平台期的长短[2]，最近有人提出用APD35来衡量动作电位平台期时程更为准确[3]，我们认为用APD50-10和APD90-50分别表示动作电位平台期和3期的时程更切合实际[4]。
, 百拇医药
异搏定作为钙通道阻滞剂已广泛用于科研与临床工作，本研究表明，异搏定所引起心肌细胞动作电位的变化，与低钙所引起动作电位的变化是一致的，主要是影响动作电位的平台期使动作电位时程缩短。用锌取代异搏定可出现同样的变化，由此可见，锌可阻断心肌细胞膜慢通道，减少心肌细胞膜慢内向离子流，使动作电位平台期缩短，具有类似异搏定钙通道阻滞剂样作用。但三组中各复极化参数在动作电位时程中缩短的比例却不尽相同，是否有其它离子流参与，尚有待进一步探讨。
基金来源：国家自然科学基金
作者简介：李哲泓，男，1943年生，研究员，硕士导师
4 参考文献
[1] 李哲泓.锌对克山病病区粮喂养大鼠心肌的保护作用[J].中国地方病学杂志，1991,10(4):203
[2] Rosen MR.Effects of procaine amide on the electrophysiologic p ropeties of the caine ventricular conducting system[J].J Phar Exp Ther,1973,18 5:438
[3] 于志铭.豚鼠心室肌动作电位α相与其复极百分时程的相关分析[J].中国应用生理，1988，4(1)：72
[4] 李哲泓.异丙肾上腺素致心肌损伤时心肌细胞的电反应及锌的保护作用[J].疾病监测，1991，6(7～12):15
*收稿日期：1998-09-16, 百拇医药
单位：中国地方病防治研究中心克山病研究所，哈尔滨150086
关键词：锌；异搏定；钙通道；动作电位
中国地方病学杂志990311 【摘要】 目的 探讨锌对动作电位平台期的作用及锌与慢钙通道之间的关系。方法 借助常规玻璃微电极技术和微机实时分析的方法，观察低钙、异搏定和锌对豚鼠心室乳头肌细胞电活动的作用。结果 低钙、异搏定和锌对静息电位(RP)和动作电位峰值(APA)均无明显作用，但可使超射(OS)和最大去极化速率(Vmax)降低；并影响心肌细胞的复极化过程，使动作电位时程显著缩短，尤其是复极达峰值电位50%和10%的时程差(APD50-10)缩短更明显。结论 实验结果表明，低钙、异搏定和锌均主要通过影响动作电位平台期而使动作电位时程缩短，动作电位时程的缩短与平台期的缩短是一致的，可见锌能阻断慢通道、降低钙离子内向电流，锌具有异搏定样慢通道阻滞剂的作用。
, http://www.100md.com
分类号：O614.241R542.3 文献标识码：A 论文编号：1000-4955(1999)03-0195-97
Effects of Zinc on the transmembrane potential of myocardial cells a nd calcium channel activity
LI Zhehong,WU Huimin
Keshan Disease Institute,Harbin Medical University,Harbin,150086
【Abstract】 Objective To understand effect of Zinc o n the plateau of the action potential and relation between Zinc and slow calcium channel.Methods The effects of low concentration calcium,Verapa mil and Zinc on electrical activities in papillary muscle cells of guinea pig we re observed by means of conventional microelectrode technique and microcomputer.Results They almost hadn't effect on RP and APA,but dec reased OS and Vmax;and markedly influenced on repolarization, shortened the APD,e specially APD50-10.Conclusions These experimental results showed that shor tening of the APD corresponded with shortening of the plateau of action potentia l.Zinc can block the slow channel,and decrease the inward current of calcium ion s.Thus it can be seen that Zinc has the effect of slow calcium channel blocker a s verapamiL.
, 百拇医药
【Key words】 Zinc Verapamil Calcium channel Action potential
近年来，对医学微量元素锌研究颇引人瞩目。南美、中东及亚洲等国家的研究证实，以谷类为主食的国家，尤其是贫穷落后地区的缺锌情况相当普遍，严重危害当地居民健康。克山病的流行病学调查，病区在低Se的背景上，水土粮中锌含量也偏低。克山病病区人群的膳食特点及发病正符合这一规律。
为进一步了解锌与心肌损伤的关系，本文探讨了锌和异搏定对心肌跨膜电位的影响及与平台期的关系，揭示锌对慢通道的作用，以期为克山病和缺血性心脏病的发病与防治研究提供新的实验依据。
1 材料与方法
1.1 豚鼠 体重250～300g，雌雄不限，按性别、体重随机分4组：对照组、低钙组、异搏定组、锌组。分别用正常台氏液、含0.5mmol/LCaCl2、4μg/ml异搏定和0.25mmol/LZnSO4的台氏液灌流，实验方法及条件与既往报道基本相同[1]。
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将豚鼠击头致昏迷后迅速取心，在95%O2和5%CO2饱和的台氏液中制备乳头肌标本，并将其置于容积为2.5ml的心肌槽内，灌流速度10ml/min,稳定1h后开始实验。台氏液成分(mmol/L):NaCl35.48、KCl4.0、MgCl21.05、CaCl22.0、NaHCO312、NaH2PO40.42、葡萄糖5.05。pH为7.4，温度为35±1℃。
玻璃微电极尖端直径小于0.5μ、内充3MKCl、电极电阻为15～25M。刺激电极为双极银质电极、外部涂有绝缘材料、尖端裸露，刺激频率为1Hz、波宽1.5ms、强度为阈强度的2倍。
1.2 电位记录 用玻璃微电极引导细胞内电位，经MEZ-8201微电极放大器输入微机系统，用Doctor851程序对动作电位采样、分析、存储、并将图形和分析结果打印。同时用SR54示波器对图像进行监测。
, 百拇医药
1.3 观察指标 动作电位峰值(APA)、超射(OS)、静息电位(Rp)、复极达峰值电位的10%、50%、90%所需时间(APD10、APD50、APD90)，O相最大去极化速率(Vmax)。对各组计量资料作统计学处理，并经t检验进行差异显著性测定。
1.4 硫酸锌 上海化学试剂采购供应站、分析纯、批号860604；异搏定：上海天丰药厂，批号861101。
2 结果
2.1 心肌细胞膜电位的变化 低钙、异搏定和锌对心肌细胞静息电位和动作电位峰值无明显影响，但可使超射和O相最大去极化速率降低。与对照组相比，低钙、异搏定和锌分别使OS和Vmax下降12.78%、39.06%，11.28%、29.78%，10.15%、26.49%，差异均显著(表1，表2)。
, http://www.100md.com 表1 各组心肌细胞跨膜电位指标(
±s)对照组
低钙组
异搏定组
锌组
APA(mV)
112.6±7.50
108.8±3.58
108±2.71
110.1±3.87
OS(mV)
, http://www.100md.com
26.6±2.63
23.2±2.53*
23.6±2.41*
23.9±2.78*
Rp(mV)
88±2.91
85.6±3.84
84.4±2.37*
85.2±3.48
Vmax(v/s)
377.02±17.99
, http://www.100md.com
229.77±22.26**
264.76±28.57**
277.14±24.77**
APD10(ms)
42.6±6.82
20.2±3.43***
19.8±2.39***
19.8±2.66***
APD50(ms)
, 百拇医药
229.2±14.27
124.2±7.02***
99.4±5.52***
86.2±2.66***
APD90(ms)
258.1±11.46
153.1±4.53***
124.6±3.37***
122.9±3.60***
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注：n=10,*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001,vscontrolgroup表2 各组心肌细胞动作电位去极化指标的降低效应(%)
对照组
低钙组
异搏定组
锌组
APA
OS
RP
Vmax
0
0
0
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0
3.37
12.78*
2.73
39.06**
4.09
11.28*
4.1
29.78**
2.22
10.15*
, 百拇医药 3.18
26.49**
注：n=10,*P<0.05,**P<0.01,vscontrolgroup
2.2 各组对心肌细胞动作电位复极化的影响
分别用含低钙(0.5mmol/LCaCl2)和异搏定(4μg/ml)的台氏液灌流心室乳头肌标本，可见动作电位的复极化过程出现类似的变化，用锌(0.25mmol/LZnSO4)取代异搏定仍可出现同样的结果。显示低钙、异搏定和锌均可影响心肌细胞的复极化过程，使动作电位时程缩短。与对照组相比，低钙、异搏定和锌分别使APD10、APD50、APD90缩短52.58%、45.81%、40.68%，53.52%、56.63%、51.72%，53.52%、62.39%、52.38%，差异均非常显著，三者对动作电位时程均有显著影响(图1和表1，3)。
, 百拇医药
图1 各组心肌细胞动作电位复极化参数的缩短效应
Fig2.Shortening effect on the electrical repolariz
ation parameter of myocardial cells in various groups
表3 各组心肌细胞动作电位复极化指标的缩短效应(%)
对照组
低钙组
异搏定组
锌组
APD10
, 百拇医药 APD50
APD90
0
0
0
52.58***
45.81***
40.68***
53.52***
56.63***
51.72***
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53.52***
62.39***
52.38***
注：n=10,***P<0.001,vs control group
尽管各组各复极化参数均有缩短，但各参数在动作电位时程中缩短的比例却不尽相同，由表4可以看出，APD10在各组中的缩短比例即APD10/APD90无明显改变，APD90-50(APD90-APD50)在低钙组、异搏定组和锌组中，与动作电位时程APD90的比值却均高于对照组，而只有APD50-10(APD50—APD10)在动作电位时程APD90中所占比值均明显减少，可见APD50-10的缩短，与动作电位时程的缩短是相一致的。
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表4 各组心肌细胞动作电位时程的变化(%)
对照组
低钙组
异搏定组
锌组
APD10/APD90
APD50-10/APD90
APD90-50/APD90
16.51
72.331
, http://www.100md.com
11.20
13.19
67.93**
23.45**
15.89
63.88**
20.22**
16.11
54.16***
29.86***
注：n=10,**P<0.01,***P<0.001,vs control group
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3 讨论
本研究表明，低钙、异搏定和锌主要影响心肌细胞动作电位的复极化过程，使动作电位时程缩短。三者所引起动作电位时程缩短的共性均与APD50-10的缩短是一致的。而APD10和APD90-50在三个组中的表现却不尽一致，APD10在三组中虽均有缩短，但在动作电位时程APD90中所占比值，与对照组相比变化不明显；APD90-50在三组中变化不一，异搏定组APD90-50短于对照组，锌组却长于对照组，而与动作电位时程APD90之比却明显长于对照组；只有APD50-10在三组中均有明显缩短，且APD50-10在动作电位时程APD90中所占比值均低于对照组，呈一致性缩短。
既往Rosen曾报道用APD50来间接推断动作电位平台期的长短[2]，最近有人提出用APD35来衡量动作电位平台期时程更为准确[3]，我们认为用APD50-10和APD90-50分别表示动作电位平台期和3期的时程更切合实际[4]。
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异搏定作为钙通道阻滞剂已广泛用于科研与临床工作，本研究表明，异搏定所引起心肌细胞动作电位的变化，与低钙所引起动作电位的变化是一致的，主要是影响动作电位的平台期使动作电位时程缩短。用锌取代异搏定可出现同样的变化，由此可见，锌可阻断心肌细胞膜慢通道，减少心肌细胞膜慢内向离子流，使动作电位平台期缩短，具有类似异搏定钙通道阻滞剂样作用。但三组中各复极化参数在动作电位时程中缩短的比例却不尽相同，是否有其它离子流参与，尚有待进一步探讨。
基金来源：国家自然科学基金
作者简介：李哲泓，男，1943年生，研究员，硕士导师
4 参考文献
[1] 李哲泓.锌对克山病病区粮喂养大鼠心肌的保护作用[J].中国地方病学杂志，1991,10(4):203
[2] Rosen MR.Effects of procaine amide on the electrophysiologic p ropeties of the caine ventricular conducting system[J].J Phar Exp Ther,1973,18 5:438
[3] 于志铭.豚鼠心室肌动作电位α相与其复极百分时程的相关分析[J].中国应用生理，1988，4(1)：72
[4] 李哲泓.异丙肾上腺素致心肌损伤时心肌细胞的电反应及锌的保护作用[J].疾病监测，1991，6(7～12):15
*收稿日期：1998-09-16, 百拇医药