心房颤动相关的心房重构性别差异：基于电解剖标测和活检的评估 - 心脑血管

摘要

背景与目的

需要进一步研究非瓣膜性心房颤动(AF)患者心房结构重构的组织病理学性别差异。

方法

对282名接受AF消融术的患者(66 ± 12岁；81名女性)进行右心房活检和高密度电压标测。另外，对58名无AF但接受室上性心动过速消融术的患者中，26名进行了心房活检，41名进行了电压标测。评估了活检部位的电压(Vbiopsy)、全局左心房电压(VGLA)和组织病理学参数(纤维化、细胞间间隙、肌原纤维丢失、心肌核密度和心肌细胞直径)。

结果

AF女性患者的Vbiopsy(7.4 ± 2.6 vs 9.3 ± 3.2 mV, P < .001)和VGLA(4.9 ± 1.8 vs 6.7 ± 2.2 mV, P < .001)显著低于男性。在无AF患者中也观察到类似关系：女性患者的Vbiopsy(7.8 ± 2.7 vs 10.9 ± 2.6 mV, P < .001)和VGLA(7.3 ± 1.7 vs 9.4 ± 1.4 mV, P < .001)较低。两组中Vbiopsy和VGLA均呈正相关(r = 0.70和0.60, P < .001)，支持对电压和组织病理学数据进行综合解释。组织病理学参数中未观察到显著的性别差异。在34名组织学改变最小的患者中，小心肌细胞(<10 μm)在女性中更常见(37% ± 23% vs 20% ± 19%, P = .029)。

结论

尽管女性电压持续较低，但在非瓣膜性病例中未发现显著的组织病理学性别差异，这可能是由于女性固有的心房质量较小。

引言

心房颤动(AF)是全球最常见的心律失常，具有显著的性别差异。AF通常在女性中比男性晚约十年发展，且经过年龄调整的AF患病率在女性中较低。此外，女性的发病率和死亡率更高。从电生理学和导管消融的角度来看，大量研究表明，女性是左心房低电压区(LVA)存在的独立危险因素，这是全局心房电压降低的替代指标，暗示女性心房结构重构更为严重。最近一项大规模系统综述和荟萃分析报告称，女性的无复发生存率低于男性。然而，这些性别相关差异的潜在机制尚不清楚，特别是在非瓣膜性AF患者的组织病理学角度。

一项对无瓣膜疾病的患者的尸检研究表明，心房重构是一个弥散性过程，双侧心房并行进展。在我们对非瓣膜性AF患者的高密度电压标测研究中，右心房(RA)间隔的电压与区域性和全局性左心房(LA)电压之间存在强正相关。这些发现支持心房结构重构在双侧心房中弥散性进展的概念，为我们新开发的心腔内超声心动图(ICE)引导的RA间隔活检提供了理论依据。活检样本的组织病理学分析表明，活检部位和全局LA电压的双极电压降低不仅与纤维化相关，还与纤维化前的细胞间间隙增加、肌原纤维丢失、心肌核密度降低和淀粉样蛋白沉积相关。基于这些先前发现，本研究旨在通过结合高密度双心房电压标测与RA活检，阐明非瓣膜性患者中心房结构重构的性别差异。

本研究在非瓣膜性AF患者和无结构性心脏病的非AF患者中测试了以下假设：(i)即使在无AF的患者中，女性双侧心房的固有心房电压也低于男性；(ii)女性的组织病理学改变比男性更为严重。

此外，先前的动物研究表明，与雄性大鼠相比，雌性大鼠的小心肌细胞比例更高；然而，这种差异在病理性心脏肥大时会减弱。因此，我们还测试了第三个假设：(iii)在组织学肥大发生前，女性的心肌细胞大小固有地较小，这可能对心房电压有贡献。此外，我们分析了左心房大折返性心动过速(LAMRT)的可诱发性以及预测心房快速性心律失常复发的最佳电压阈值的性别差异，这两者可能与固有心房电压相关。

方法

研究设计和患者人群

本研究是组织学评估心房颤动基质基于心房间隔活检研究(日本UMIN临床试验注册UMIN000040781和UMIN000044943；HEAL-AF和HEAL-AF2)的一部分。这些是正在进行的观察性研究，评估基于心房活检的非瓣膜性AF导管消融术后3年结局。

本研究包括来自HEAL-AF和HEAL-AF2的403名连续患者，这些患者于2020年6月至2022年6月期间接受非瓣膜性AF导管消融术和高密度电解剖标测(使用网格标测导管[Advisor™ HDGrid, Abbott, St. Paul, MN, USA]在高RA起搏下进行)。排除了在心房样本中发现淀粉样沉积的患者，并将这些患者单独分析为淀粉样组(n = 26)。随后，排除了95名患者，原因是电压标测密度不足(5 mm插值，n = 3)或心肌组织样本不足(定义为组织学切片中总心肌面积<100,000 μm²，n = 92)。最终，AF组包括282名患者。此外，还分析了58名无记录性AF病史和结构性心脏病、接受室上性心动过速消融术的患者。其中，41名患者接受了高RA起搏下使用网格标测导管进行的左心房高密度电解剖标测(非AF组1)，26名患者接受了RA活检(非AF组2)，9名患者同时接受了高密度标测和活检。研究队列的流程图见在线补充数据，图S1。无患者有开胸手术史或研究前诊断为心脏淀粉样变。

在AF组中，35名患者有肺静脉隔离(PVI)而无额外消融的病史。

研究方案获得佐贺大学医院伦理委员会的批准(批准参考号：HEAL-AF为20200101，HEAL-AF2为20200901，高密度电压标测非AF组为220200501，心房活检非AF组为20230203)。所有患者均提供书面知情同意，参与研究，该研究符合《赫尔辛基宣言》的原则。AF类型和心力衰竭的定义详见补充材料。所有患者在导管消融前均接受经胸超声心动图和增强CT以评估LA容积。肾功能受损(定义为估计的肾小球滤过率[eGFR] < 30 mL/min/1.73 m²)的患者接受非增强CT。在消融前至少五个半衰期内停用抗心律失常药物，不包括胺碘酮。

电解剖标测和导管消融

在AF和非AF组中，使用3D电解剖标测系统(EnSite Precision™或EnSite X™, Abbott)和网格标测导管，在高RA起搏(100 bpm)下进行电解剖标测。电解剖标测的详细信息见补充材料。简而言之，活检部位的电压(Vbiopsy)通过采样密度为0.25 cm²的最高电压平均值进行评估。全局LA电压(VGLA)和六个解剖区域(前壁、间隔、顶部、后壁、下壁和侧壁)的区域LA电压(VRLA)通过采样密度为1 cm²的最高电压平均值进行评估。低电压区(LVA)使用两个标准定义：面积<0.5 mV且≥3.0 cm²(LVA0.5)或较宽松的定义为面积<1.0 mV且≥3.0 cm²(LVA1.0)。所有患者在导管消融过程中接受PVI，使用接触力感知导管(TactiCath Quartz™或TactiFlex™; Abbott)或冷冻球囊(Arctic Front Advance Pro™; Medtronic, Minneapolis, MN, USA)。如果诱发LAMRT和/或腔静脉三尖瓣峡部依赖性房扑，则进行进一步消融。完整手术细节见补充材料。在消融前采集血样用于性激素分析。完整的实验方法见补充材料。随访在1、3、6个月进行，然后每6个月进行一次12导联心电图。12个月后，进行24小时Holter监测。抗心律失常药物和抗凝剂根据医生的偏好和当前指南进行管理。心房快速性心律失常复发定义为消融后3个月空白期后持续≥30秒的记录事件。持续性AF复发定义为消融后持续≥7天的AF或房性心动过速，或需要直流电复律。

心房组织取样和组织学评估处理

心房活检和组织学评估的详细信息先前已有描述。简而言之，在AF和非AF组中，活检前在心腔内超声心动图(ViewFlex™, Abbott)和透视引导下，从右心房卵圆窝边缘的后部获取心房活检样本。成功获取了五个心肌组织样本(样本大小为1-3 mm)，用4%多聚甲醛固定并包埋在石蜡中。组织切片厚度为5 μm，脱蜡切片用苏木精和伊红、马松三色和刚果红染色。使用数字切片扫描仪(NanoZoomer S60, Hamamatsu, Japan)和NDP.scan(版本3.2.15)对每张染色切片进行数字扫描。使用HALO版本2.3.2089.34(Indica Labs, Corrales, NM, USA)进行定量分析。通过苏木精和伊红染色证实淀粉样沉积，显示无定形嗜酸性物质，并通过刚果红染色在偏振光下显示苹果绿色双折射。淀粉样沉积的免疫组织化学分型详情见补充材料。排除已识别淀粉样沉积的患者后，基于马松三色染色对先前报道与电压降低相关的以下组织病理学参数进行定量分析：纤维化程度(%Fibrosis)、细胞间间隙程度(%Intercellular space)和肌原纤维丢失严重程度(%Myofibrillar loss)。通过苏木精和伊红染色对心肌核密度和心肌细胞大小(定义为核中点处的最大短直径)进行量化。每名患者评估至少50个心肌细胞，并计算平均心肌细胞大小。小的肌细胞定义为直径<10 μm。

基于%Fibrosis、%Intercellular space、%Myofibrillar loss和核密度，得出半定量组织学评分，评分0-3代表最小到严重改变。最小组织学改变定义为总组织学评分≤4，任何组织学参数个体评分≥2的患者被排除。除具有最小组织学改变的患者外，所有患者均定义为具有先进组织学改变。

推导心肌细胞大小与核密度的关系

基于以下假设、条件和公式，评估核密度与平均心肌细胞大小之间的关系：

假设： 由于核密度降低导致的心肌体积减少（即心肌细胞丢失）通过心肌细胞肥大得到补偿。

条件： 间质重构保持不变，心房心肌细胞为单核，且不发生心肌细胞增殖。

公式： A=πR²×χ×B。

在此方程中，A代表心肌体积(mm³)，R是心肌细胞半径，χ表示核密度(每mm²)，B是常数。

重新排列方程得到：

R=A/(Bπχ)

=a×1√χ，(其中a是常数)。

该方程表明，在所述假设和条件下，心肌细胞大小与核密度的平方根成反比。因此，当绘制核密度与心肌细胞大小之间的关系时，使用核密度的平方根的倒数作为x轴。

性激素测量

雌二醇、孕酮和睾酮水平的测量和数据分析详情见补充材料。

统计分析

正态分布数据表示为均值±标准差，而非正态分布数据表示为中位数和四分位距。使用未配对t检验和Wilcoxon秩和检验分别分析正态分布和非正态分布的连续数据。根据需要使用χ²检验或Fisher精确检验分析分类数据。为检验两个变量之间关联的强度，计算连续数据的Pearson相关系数(r)。为评估核密度的平方根的倒数(x)与平均心肌细胞大小(y)之间的关系是否因性别而异，使用包含交互项(x × 性别)的多变量线性回归模型。在每个变量组内应用Bonferroni校正以控制多重比较。使用Kaplan-Meier估计确定心房快速性心律失常无复发生存时间，并使用log-rank检验比较组间差异。所有检验均为双侧检验，统计P值<.05被认为具有显著性。所有统计分析均使用JMP版本16.1.0(SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)进行。详情见补充材料。

结果

AF组和非AF组的患者特征

AF组和非AF组患者的特征见表1。在AF组中，女性显著比男性年长，体型较小，CHA2DS2-VA评分较高，心力衰竭保留射血分数和卒中病史更频繁。女性的左心房容积也较小。在非AF组中，患者特征无显著性别差异。淀粉样组患者的特征见在线补充数据，表S1。

电解剖特征的性别差异

在AF组和非AF组中，女性在所有六个区域的Vbiopsy、VGLA和VRLA均显著较低，表明女性电压较低与AF无关(图1)。在AF组中，女性左心房中更频繁地发现LVA0.5，而在非AF组中未发现LVA0.5(图1D)。VGLA与Vbiopsy在AF组和非AF组中均呈显著正相关，支持本研究中整合双心房电压和组织学发现的有效性(图1E和图1F)。AF组所有患者和非AF组中9名同时接受LA电压标测和心房活检的患者按VGLA从高到低排序，然后分为男女的四分位数(Q1-Q4)(结构化图形摘要)。即使在最高电压四分位数(Q4)中，女性的心房电压也持续低于男性，支持心房电压的固有性别差异。LVA0.5主要在最低电压四分位数(Q1)中观察到，在女性中更频繁(表2)。

与协变量调整的女性性别和电压的关系

评估了女性性别对Vbiopsy和VGLA的影响(表2)。具有协变量调整的多变量线性回归分析显示，在AF组中，女性性别与较低的Vbiopsy和VGLA显著相关(表3)。在非AF组中，女性性别在调整年龄后与Vbiopsy和VGLA降低显著相关；但在调整年龄和体表面积(BSA)后，与VGLA无显著相关(表3)。

心房组织病理学的性别差异

比较了AF组和非AF组中女性和男性的%Fibrosis、%Intercellular space、%Myofibrillar loss、心肌核密度和淀粉样沉积的患病率。在这些参数中未观察到任何显著的性别差异(图2)。通过VGLA四分位数对AF组和非AF组进行分层的亚组分析显示，在任何组织学参数中均无显著性别差异(结构化图形摘要和表2)。即使将AF组分为三个年龄亚组(<60、60-74和≥75岁)，在任何组织学参数中均未观察到性别差异(见在线补充数据，图S4)。调整年龄、BSA、AF类型和LA容积的多变量线性回归分析显示，女性性别与任何组织病理学参数均无显著相关(见在线补充数据，表S2)。

核密度与心肌细胞大小的关系

在AF组(n = 282)和非AF组(n = 26)的308名患者中评估了心肌核密度与平均心肌细胞大小的关系。测量了115 ± 67个心肌细胞的直径。核密度与平均心肌细胞大小在两性中均呈反向相关；但这种关系不是线性的(图3A-C)。基于方法中描述的假设，将核密度的平方根的倒数绘制在x轴上，显示与女性(r = 0.773，图3E)和男性(r = 0.618，图3D)的平均心肌细胞大小呈强线性相关。值得注意的是，男性和女性的回归线相交，表明在核密度保存的患者中(即重构较轻)，女性的心肌细胞大小较小(图3F)。这一发现表明，较小的心肌细胞大小是女性的固有特征。

最小组织学改变组中心肌细胞大小的性别差异

在AF组中12名患者和非AF组中22名患者中识别出最小组织学改变，组成最小组织学改变组。该组的特征见在线补充数据，表S3。AF组和非AF组中所有剩余患者(n = 274)被分类为具有先进组织学改变。在最小组织学改变组中，每名患者的平均心肌细胞计数确定为157 ± 31，在先进组织学改变组中为110 ± 68。在最小组织学改变组中，女性的平均心肌细胞大小小于男性，但差异未达到统计学显著性(11.8 ± 2.6 vs 13.3 ± 2.4 µm, P = .095)。然而，<10 μm直径的小心肌细胞的比例在女性中显著更高(图4)。相比之下，在先进组织学改变组中未观察到显著的性别差异(图4)。最小组织学改变组中每名患者的肌细胞直径大小-频率分布曲线见图4。

左心房大折返性心动过速的可诱发性和预测复发的电压阈值的性别差异

在AF组中，PVI后在21名(7%)患者中诱发LAMRT，其中16名(76%)基于VGLA被分类为Q1。LAMRT在女性中更频繁地诱发，特别是在VGLA最低且LVA0.5患病率最高的Q1中(表2和图5)。

在平均31 ± 13个月的随访期间，女性和男性在PVI和LAMRT消融后的心房快速性心律失常无复发生存时间相当(女性75%；男性77%，log-rank, P = .663)(图5)。持续性AF的无复发生存时间也相似(女性88%；男性85%，log-rank, P = .730)。ROC曲线分析确定，预测2年内持续性AF复发的VGLA阈值为男性4.6 mV，女性3.3 mV(见在线补充数据，图S5)。根据每个阈值将患者分为两组。Kaplan-Meier估计在女性和男性之间相当(图5)。当使用这些VGLA阈值估计LVA0.5的程度时，它们相当于男性0.3 cm²，女性3.6 cm²。此外，当估计LVA1.0的程度时，它们相当于男性2.9 cm²，女性9.4 cm²(见在线补充数据，图S6)。

讨论

主要发现

据我们所知，这是第一项评估非瓣膜性AF患者和无AF患者心房电生理学和组织病理学性别差异的研究。主要发现如下：(i)在AF组和非AF组中，女性的心房电压持续较低；(ii)尽管如此，在任一组中均未发现组织病理学的显著性别差异；(iii)在女性和男性中均发生心肌细胞肥大，伴随心肌细胞核密度降低；(iv)在最小组织学改变组中，女性更频繁地观察到小的心肌细胞；以及(v)在预测消融后复发的全局LA电压阈值方面，男性(4.6 mV)和女性(3.3 mV)之间存在差异。

心房电压的性别差异

大量AF患者的电解剖研究表明，心房中低电压区(LVA)的患病率作为全局心房电压降低的替代指标，在女性中更高，导致假设女性具有更先进的心房结构重构。然而，没有研究将组织病理学性别差异与电解剖学研究相结合。在本研究中，在AF组和非AF组中，活检部位和全局LA电压在女性中持续较低。Glashan等人报道，左心室电压与左心室壁厚度和存活心肌量相关，在非缺血性心肌病患者中，纤维化程度降低电压。类似地，心房电压可能反映残余心房心肌质量，女性中观察到的固有较低电压表明女性的心房质量相应较低。在AF组和非AF组中，全局LA电压与BSA之间观察到线性相关，表明身体大小的差异应被视为导致电压固有差异的因素之一。较薄的心房壁厚度部分解释了女性中观察到的较低电压和心房质量。然而，通过BSA或瘦体重进行的异速缩放并未完全消除女性和男性心脏之间的性别差异，表明女性心脏不仅仅是男性心脏的较小版本。

组织病理学的性别差异

与非瓣膜性AF患者心房电压降低相关的组织病理学因素包括细胞间间隙增加、纤维化程度、肌原纤维丢失严重程度、心肌核密度降低和淀粉样沉积。在本研究中，调整协变量后，这些因素中未观察到任何性别差异。这一发现表明，女性心房电压较低可能归因于心房心肌质量的固有性别差异，而非组织病理学改变。这一发现与Platonov等人的结果一致，他们未在30例无瓣膜疾病的尸检病例心房中观察到纤维化程度的性别差异。相比之下，Winters等人最近报道，女性性别与接受心脏手术的患者心耳样本中更大的内膜间纤维化相关，暗示女性性别是心房纤维化的驱动因素之一。这些差异可能由活检部位(心房间隔vs LA耳)或患者人群的差异解释，特别是瓣膜vs非瓣膜性心脏病。

核密度和心肌细胞大小的性别差异

心肌核密度随着心房电压降低而降低。在本研究中，核密度与平均心肌细胞大小之间观察到非线性反向关系，支持心肌细胞肥大可能是对心肌细胞数量丢失的代偿反应的观点。一项尸检研究报道，心室心肌细胞数量随年龄增长而减少，同时每个核的心肌细胞体积增加。在AF组中，核密度、平均心肌细胞大小或这两个变量之间的关系未发现显著性别差异。尽管Winters等人报道男性的心肌细胞大小更大，但这种差异的原因可能由活检部位或患者人群的差异解释。

相比之下，在主要由无AF患者组成的最小组织学改变组中，<10 μm的小心肌细胞的比例在女性中显著更高。小心肌细胞的较高患病率可能部分解释女性在结构重构前固有的较小心房心肌质量。

男性和女性出生时心肌细胞数量大致相同，出生后数量不会显著增加。相反，心脏生长主要由心肌细胞体积的增加驱动。在动物模型中，与雄性大鼠相比，雌性大鼠的小心肌细胞比例更大；然而，这种差异随着病理性心脏肥大而减弱。因此，女性心肌细胞表现出比男性心肌细胞更大的肥大潜力。这些发现支持女性固有心肌细胞较小且心房心肌质量较低的假设；然而，由心肌细胞数量减少引起的病理性肥大减弱了两性之间细胞大小的差异。

左心房大折返性心动过速可诱发性的性别差异

先前，我们报道LAMRT可诱发性与全局LA电压降低(VGLA阈值：4.2 mV，AUC = 0.958)和LVA0.5的存在密切相关，独立于组织病理学参数。本研究显示，女性固有心房心肌质量和电压较低。如果结构重构以与男性相同的方式进展，女性预计将更早达到LVA0.5发展和LAMRT诱发的阈值。这可能解释了在女性中观察到的LVA和AT可诱发性的较高频率(结构化图形摘要)。因此，在女性中观察到的LAMRT可诱发性较高可能部分解释了先前研究报道的女性消融后心律失常复发风险增加。先前的研究还表明女性对大折返性房性心动过速的易感性更高。一项研究报道，女性在AF胸腔镜消融后房性心动过速复发率显著更高，另一项研究表明，在de novo LAMRT患者中，女性比例更高。我们的消融策略包括针对LAMRT的靶向消融。LAMRT的关键峡部通常位于LVA0.5内，对LVA的局部或线性消融有效消除了心律失常。这种消融策略可能解释了本研究中观察到的消融结局无性别差异的原因。

电压阈值的性别差异

由于女性和男性的心肌质量固有差异，不应使用相同的电压阈值来评估两性心房结构重构的严重程度。计算了持续性AF复发的VGLA阈值。不出所料，女性(3.3 mV)的阈值低于男性(4.6 mV)。为了提高临床实用性，将这些电压阈值转换为LVA测量，导致女性LVA0.5 > 3.6 cm²和男性较温和的LVA1.0 > 2.9 cm²的阈值。