伊伐布雷定延長離體心臟單相動作電位時程及其致心律失常作用

楊巧梅，梁玉芝, 楊威，丁燕生，任璐，黃思慧，衛曉紅，吳林

伊伐布雷定延長離體心臟單相動作電位時程及其致心律失常作用

楊巧梅，梁玉芝, 楊威，丁燕生，任璐，黃思慧，衛曉紅，吳林

目的：本研究在兔離體心臟模型上觀察伊伐布雷定對心房和心室肌單相動作電位時程（MAPD）的影響及其在海葵毒素（ATX-Ⅱ）處理后的致心律失常作用。

方法：雌性新西蘭兔離體心臟采用Langendorff系統進行灌流，記錄左心耳和左心室內外膜動作電位，觀察在固定頻率起搏刺激周長為350 ms（對應的心率為171次/min）時，伊伐布雷定單獨作用以及ATX-Ⅱ（3 nmol/L）作用下伊伐布雷定對心房肌和心室肌復極90%的單相動作電位時程（MAPD90）的影響。此外，觀察伊伐布雷定減慢心率至自主心率為（156±10）次/min時，伊伐布雷定單獨和ATX-Ⅱ（3 nmol/L） 作用下伊伐布雷定的致心律失常作用。

結果：伊伐布雷定（3～10 μmol/L）單獨作用可顯著延長心房肌、心室肌內膜和外膜的MAPD90，延長幅度分別為（15.9±2.0）ms、（31.5±4.0）ms和（23.9±3.0）ms（n=6， P＜0.01）。ATX-Ⅱ（3 nmol/L）可顯著延長心房肌和心室肌MAPD90，延長幅度在心房肌為（36.5±5.0）ms（n=6，P＜0.01），而在心室肌內膜和外膜分別為（19.9±3.0）ms和（19.5±4.0）ms（n=6， P＜0.01）。在ATX-Ⅱ處理后的心臟，伊伐布雷定（6～10 μmol/L）可使心房肌MAPD90顯著縮短（14.4±4.0）ms（n=6， P＜0.01），且可誘發房性心律失常；但在心室肌伊伐布雷定（3～10 μmol/L）顯著延長心內膜和心外膜MAPD90，延長幅度分別為（36.2±7.0）ms和（27.5±5.0）ms（n=6， P＜0.01）。無論是否經ATX-Ⅱ處理，伊伐布雷定均不增加心室肌MAPD90的逐搏變異性和跨壁離散度，且無室性心律失常發生。

結論：伊伐布雷定可延長心房肌和心室肌MAPD。在晚鈉電流增大后，伊伐布雷定可誘發房性心律失常，但不引起室性心律失常。

致心律失常作用；動作電位時程；晚鈉電流；伊伐布雷定

Methods: The perfusion of isolated heart from female New Zealand white rabbit was conducted by Langendorff method in vitro. Left atrial and left ventricular endo- , epi-cardial action potential were recorded when pacing with fixed frequency of 350 ms (in correspondence with the heart rate of 171 times/min) to observe the effect of IVA alone and ATX-II (3 nmol/L) with IVA on MAPD90. In addition, to observe the action of IVA alone and ATX-II with IVA on proarrhythmia when IVA reducing the heart rate to autonomous cardiac rhythm as (156±10) times/min.

Results: IVA at (3-10) μmol/L prolonged atrial and ventricular endo- , epi-cardial MAPD90by (15.9 ± 2.0) ms, (31.5 ± 4.0) ms and (23.9 ± 3.0) ms (n=6, P＜0.01), respectively. ATX-II at 3 nmol/L prolonged atrial and ventricular MAPD90by (36.5 ± 5.0)

ms and (19.9 ± 3.0) ms, (19.5 ± 4.0) ms (n=6, P＜0.01) respectively. With ATX-II treatment, IVA at (6-10) μmol/L decreased atrial MAPD90by (14.4 ± 4.0) ms (n=6, P＜0.01), it induced atrial arrhythmia. With 3 nmol/L of ATX-II treated ventricle, IVA at (3-10) μmol/L obviously prolonged endo- and epi-cardial MAPD90by (36.2 ± 7.0) ms and (27.5 ± 5.0) ms (n=6, P＜0.01), respectively. IVA didn’t increase ventricular beat-to-beat variability and transmural dispersion of MAPD90no matter with or without ATX-II treatment, no ventricular arrhythmia occurred.

Conclusion: IVA prolongs both atrial and ventricular MAPD, with increased late sodium current, IVA may induce atrial arrhythmia but not ventricular arrhythmia in experimental rabbits in vitro.

(Chinese Circulation Journal, 2015,30:585.)

伊伐布雷定（ivabradine， IVA）是一種新型的選擇性抑制竇房結細胞起搏電流（If）的藥物，可減慢竇性心率，不影響血壓、心肌的收縮和舒張功能以及心臟傳導性，從而改善和消除不適當性竇性心動過速患者的癥狀[1，2]。伊伐布雷定不具有洋地黃、β受體阻滯劑與鈣通道阻滯劑的負性肌力和負性房室傳導的作用。據文獻報道治療劑量的伊伐布雷定主要抑制竇房結細胞If電流；高于治療劑量時可抑制快速激活的延遲整流鉀電流（IKr）[3]，延長心室復極，延長動作電位時程（action potential duration，APD）[4]。關于伊伐布雷定延長QT間期后的致心律失常的危險性并不明確。海葵毒素（sea anemone toxin-Ⅱ， ATX-Ⅱ）可增大晚鈉電流，低濃度時可延長心室肌的單相動作電位時程（MAPD），導致心臟復極儲備降低，不引起心律失常，但可增加并延長QT間期藥物的致心律失常作用[5]，因此可用于探測低危延長QT間期藥物的致心律失常的危險性[6]。本研究通過兔離體心臟模型觀察了伊伐布雷定對心房和心室MAPD的影響，及在ATX-Ⅱ處理后的心臟上伊伐布雷定可能的致心律失常作用。

1 材料和方法

1.1 動物模型的制備

實驗時間：2015-02至2015-03。本研究符合美國國立衛生研究院實驗動物的應用指南，采用雌性新西蘭白兔26只，購買于方元緣動物公司，體重2.5～3.5 kg。耳緣靜脈注射戊巴比妥鈉麻醉，開胸后取出心臟，采用Langendorff系統經主動脈進行灌流，灌流液為改良的Krebs-Henseleit緩沖液，組成成份為（單位mmol/L）：NaCl：118，KCl：2.8，KH2PO4：1.2，CaCl2：2.5，MgSO4：0.5，丙酮酸：2.0，葡萄糖：5.5，Na2EDTA：0.57，NaHCO3：25。溫度為37℃，流速為20 ml/min。經連接在灌流系統側面的壓力傳感器持續檢測冠狀動脈壓。

在右心耳置入雙極特氟龍加膜的起搏電極進行固定頻率的起搏，觀察刺激周長為350 ms（對應心率為171次/min）時，伊伐布雷定單獨作用以及ATX-Ⅱ（3 nmol/L）處理后不同濃度的伊伐布雷定對心房肌和心室肌MAPD的影響。在自主心率較慢的心臟[（156±10）次/min]，分別觀察伊伐布雷定單獨作用和ATX-Ⅱ處理后的心臟伊伐布雷定的致心律失常作用。觀察不同頻率起搏下，伊伐布雷定對心房肌和心室肌MAPD及其反向頻率依賴性的影響時，對無任何藥物作用的心臟和伊伐布雷定單獨處理后的心臟分別進行不同頻率的起搏，刺激周長均依次由450 ms（竇性心率）縮短為400 ms、333 ms和286 ms，每個頻率的起搏持續時間為3～4 min。為了更直接的觀察伊伐布雷定在心室的致心律失常作用，采用文獻[7-9]的方法進行房室結消融后1.0 Hz起搏，觀察自發性及3 s或者5 s間歇后室性心律失常的發生。使用電刺激脈沖的波寬為3 ms，刺激電壓的幅度為起搏閾值（1～5 V）的3倍。刺激儀選用Grass-S88X型刺激儀（Astro-Med公司，美國）。

1.2 心電信號的采集與測量

分別于左心耳遠端和左心室基底部房室瓣下方的心室游離壁內外置放動作電位記錄電極，記錄左心房、左心室內膜和外膜單向動作電位（MAP），其中內膜電極于右心室游離壁約2/3與1/3交界處切入，穿破室間隔進入左心室心腔內與心內膜接觸。心房和心室復極100%的MAP在計算機上觀察到后通過Spike 6軟件分析得復極90%的MAPD（MAPD90），12導聯心電圖采用具備Wilson終端的模擬的非接觸式12導聯心電圖記錄系統（Harvard Apparatus 公司）采集心電信號，所有心電信號進行連續檢測并且經過Biopac心電放大系統處理后存儲于計算機。心室復極的逐搏變異性：在恒定頻率下，

連續測量30次心搏的心室肌外膜的MAPD90，通過以下公式計算: Σ|MAPDn+1- MAPDn|/[30×√2 ][7]。跨壁離散度：心室肌內膜和外膜的MAPD90的差值。

1.3 使用藥物及給藥方法

伊伐布雷定濃度為（0.01～10）μmol//L，ATX-Ⅱ濃度為（3 nmol/L）。ATX-Ⅱ使用生理鹽水溶解，伊伐布雷定經二甲基亞砜和生理鹽水溶解，均采用微量注射泵注入灌流系統。ATX-Ⅱ給藥時間為15～20 min，伊伐布雷定達到最終起效時間為10 min，心臟灌流液中二甲基亞砜和生理鹽水的濃度分別不超過0.1%和0.5%。

1.4 統計學分析

所有數據均采用均數±標準誤表示，圖形均采用Prism Version 5.0制作，同一心臟在藥物治療前后的數值采用重復測量的one-way多變量分析方法進行比較，Newman-Keuls檢驗比較各組均數之間是否有差異。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 伊伐布雷定減慢心率的作用

離體心臟基礎竇性心率為（164±4）次/min，伊伐布雷定（0.06～10 μmol/L）可呈濃度依賴性顯著減慢心率至（128±5）次/min（n=5，P＜0.05），差異有統計學意義。

2.2 伊伐布雷定單獨作用對心房肌和心室肌MAPD90的影響

心房刺激周長為350 ms時（心率171次/min），心房肌、心室肌內膜和外膜的MAPD90分別為（49.6±3.0）ms、（136.3±7.0）ms和（127.4±4.0）ms。在此刺激周長下，伊伐布雷定（3～10 μmol/L）可呈濃度依賴性的顯著延長心房肌和心室肌內膜及外膜MAPD90，延長幅度分別為（15.9±2.0）ms、（31.5±4.0）ms和（23.9±3.0）ms（n=6， P＜0.01）。在心房刺激周長為450 ms （132次/ min）時，正常心臟心室肌內膜和外膜MAPD90分別為（150.1±4.0）ms和（141.0±4.0）ms， 隨著刺激周長逐漸縮短至286 ms，心室肌內膜和外膜MAPD90分別縮短（43.1±3.0）ms和（30.8±5.0）ms（n=5，P＜0.01）。伊伐布雷定（6 μmol/L）作用后隨著刺激周長逐漸縮短，心室肌內膜和外膜MAPD90亦逐漸縮短，縮短幅度分別為（41.2±3.0）ms和（31.6±4.0）ms（n=5， P＜0.01）。可見，伊伐布雷定延長心室肌MAPD90的幅度與對照組相似，因此伊伐布雷定延長心室肌MAPD90不具有反向頻率依賴性的特征。在各濃度及刺激頻率下伊伐布雷定應用前后均無房性或室性心律失常發生。

2.3 伊伐布雷定在ATX-Ⅱ處理后心臟的致房性心律失常作用

心房刺激周長為350 ms時， ATX-Ⅱ（3 nmol/L）可顯著延長心房肌和心室肌MAPD90，延長幅度在心房肌為（36.5±5.0）ms（n=6，P＜0.01），而在心室肌內膜和外膜分別為（19.9±3.0）ms和（19.5±4.0）ms（n=6， P＜0.01）。刺激周長不變（心率171次/min），在ATX-Ⅱ（3 nmol/L） 持續作用下，伊伐布雷定（6～10 μmol/L）可使心房肌MAPD90顯著縮短（14.4±4.0）ms（n=6， P＜0.01），并且引起了自發性的房性心律失常（圖1），心律失常在伊伐布雷定1 μmol/L和伊伐布雷定 3 μmol/L濃度下以房性心動過速（房速）、心房顫動（房顫）常見，在伊伐布雷定6 μmol/L和伊伐布雷定10 μmol/L則無房顫、房速發生。

圖1 伊伐布雷定的致房性心律失常作用

為了證實伊伐布雷定引起的心率減慢可能增加藥物的致心律失常作用，采用自主心率（無起搏）的心臟重復上述方案，結果證明在ATX-Ⅱ處理后

的心臟，使用接近于治療濃度的低劑量伊伐布雷定（0.06～10 μmol/L）可使竇性心房率減慢至（156±10）次/min時，房性心律失常的發生率增高。

在心室，經 3 nmol/LATX-Ⅱ處理后，伊伐布雷定（3～10 μmol/L）顯著延長心內膜和心外膜MAPD90，延長幅度分別為（36.2±7.0）ms和（27.5±5.0）ms（n=6，P＜0.01），即在ATX-Ⅱ處理后的心臟，伊伐布雷定延長心室肌MAPD的幅度與單獨應用伊伐布雷定時相似，濃度效應曲線與伊伐布雷定單獨作用時是平行關系，提示伊伐布雷定延長心室肌MAPD的作用與ATX-Ⅱ呈相加作用。在心室肌1.0 Hz起搏時，經ATX-Ⅱ（3 nmol/L）處理后，伊法布雷定 （0.06～10 μmol/L）在3 s間歇和5 s間歇后均無室性心律失常發生（圖2）。此外，基礎狀態下心室肌MAPD90的逐搏變異性和跨壁離散度分別為（1.4±0.3）ms和（15.6±2.6）ms，而無論伊伐布雷定單獨作用或者在ATX-Ⅱ處理后的心臟，伊伐布雷定（1～10 μmol/L）均不增加心室復極的逐搏變異性和跨壁離散度，分別為（1.2±0.2）ms和（1.4±0.1）ms，（20.2±3.0）ms和（20.6±2.9）ms（n=6， P＞0.05）。

圖2 伊伐布雷定對室性心律失常的影響

3 討論

伊伐布雷定（0.06～10 μmol/L）可呈濃度依賴性顯著減慢竇性心率。伊伐布雷定（3～10 μmol/L）可顯著延長心房肌、心室肌內膜和外膜MAPD90，具有濃度依賴性和反向頻率依賴性的特征。晚鈉電流增強劑ATX-Ⅱ可延長心房肌、心室肌內膜和外膜的MAPD90，在ATX-Ⅱ處理的心臟，伊伐布雷定（6～10 μmol/L）縮短心房肌MAPD90，且引起了自發性房性心律失常。在心室，無論伊伐布雷定單獨作用還是在ATX-Ⅱ處理的心臟，伊伐布雷定延長心室肌內膜和外膜MAPD90的幅度相似，不增加心室肌MAPD90的逐搏變異性和跨壁離散度，無室性心律失常發生。

本研究在兔離體心臟模型觀察到伊伐布雷定（0.06～10 μmol/L）在治療濃度范圍內顯著減慢竇性心率的作用。由于離體心臟是去交感與副交感神經的心臟，心率不受交感和迷走神經的影響，因此實驗中記錄的心率是兔的固有心率，伊伐布雷定顯著減慢竇性固有心率是由于伊伐布雷定作用于竇房結If電流所致，這與之前的基礎和臨床試驗的研究結果相一致[10，11]。

伊伐布雷定（3～10 μmol/L）可顯著延長心室肌內膜和外膜MAPD90，且具有濃度依賴性的特征，因此本文探查了伊伐布雷定是否有潛在的致心律失常的危險性。伊伐布雷定（IC50=2.8 μmol/L）特異性抑制人竇房結細胞的If電流，但高于治療濃度時可抑制IKr，IC50為4.9 μmol/L[12]。本研究中3 μmol/L及以上的伊伐布雷定延長心室MAPD90可能是由于抑制IKr所致。IKr為決定心室復極的主要離子通道，抑制IKr的藥物（如：Ⅲ類抗心律失常藥物，大環內酯類和喹諾酮類的抗生素等）可導致心臟復極儲備降低，QT間期延長，增加室性心律失常的發生率。因此，具有IKr抑制作用的藥物有潛在的致心律失常危險性，是臨床應用中應積極關注的問題。此外，伊伐布雷定本身具有的減慢竇性心率的作用，是復極儲備降低的促進因素之一。本文對正常心臟在晚鈉電流增大后進行研究表明：伊伐布雷定雖延長MAPD（對應心電圖的QT間期），但不引起室性心律失常，原因分析如下：Wu等[6]的研究已經證實在ATX-Ⅱ致敏的心臟可探測低危延長QT間期藥物的致心律失常作用，因此有潛在致心律失常作用的藥物在治療濃度下可誘發心律失常。本研究中，伊伐布雷定單獨作用或者ATX-Ⅱ處理后的心臟，伊伐布雷定延長心室肌MAPD90幅度相似，且無論

是否經ATX-Ⅱ作用，伊伐布雷定均不增加心室肌MAPD90的逐搏變異性和跨壁離散度。APD及其逐搏變異性和跨壁離散度的增加均與尖端扭轉型室速的發生相關[8]，其預測藥物致心律失常作用的價值高于QT間期及其他指標。并且，即使MAPD90延長，逐搏變異性不增加，尖端扭轉型室速的發生幾率亦很小[7]，因此可作為本研究中無室性心律失常發生的原因之一。此外，可抑制IKr具有致心律失常作用的藥物在晚鈉電流增大（ATX-Ⅱ處理）的心臟延長MAPD的作用顯著增大，多數具有致心律失常作用的IKr抑制劑與晚鈉電流增大呈協同作用[6，7]。本研究結果表明，伊伐布雷定在晚鈉電流增大的心臟延長MAPD的作用與伊伐布雷定單獨作用相似，提示伊伐布雷定與ATX-Ⅱ延長MAPD的相互作用是相加作用而非協同作用，類似于雷諾嗪和酚妥巴比妥[9]，伊伐布雷定不引起室性心律失常的機制可能與此也有關。本結果可能提示在生理及可引起晚鈉電流增大的病理情況（心力衰竭、心肌缺血和心肌肥厚等）下[4]，稍高于治療劑量的伊伐布雷定均不導致室性心律失常的發生。

伊伐布雷定（3～10 μmol/L）可顯著延長心房肌MAPD90，與心室肌相似，伊伐布雷定單獨作用延長心房肌MAPD可能是由于抑制IKr所致。而在ATX-Ⅱ處理后，與伊伐布雷定單獨作用相比，伊伐布雷定（6～10 μmol/L）顯著縮短心房肌MAPD90，并可導致房性心律失常發生，且心率越慢心律失常的發生率越高。因此伊伐布雷定減慢心率的同時可增加房性心律失常的危險性。有研究證實在兔肺靜脈細胞和人心房肌細胞中，If電流可參與觸發活動并誘發房顫，且伊伐布雷定在3.5 μmol/L及以上的劑量可呈濃度依賴性地抑制心房肌細胞中上調表達的If電流[13-15]。有臨床研究發現伊伐布雷定作用后房顫的危險性可達15%[16]。這些研究結果與本實驗的結果相一致，即伊伐布雷定在1～3 μmol/L出現房顫、房速，而在6 μmol/L及以上的劑量，房顫、房速消失。目前伊伐布雷定與房顫發生的具體機制及在ATX-Ⅱ處理的心臟伊伐布雷定引起心房肌MAPD縮短的原因尚不清楚，有待我們進一步的研究。

伊伐布雷定單獨作用可延長心房肌和心室肌MAPD90。無論在正常心臟還是晚鈉電流增大心臟，伊伐布雷定延長心室肌MAPD90的幅度與伊伐布雷定單獨作用相似，且不具有致室性心律失常的作用。與此相比，當晚鈉電流增大后，伊伐布雷定可能導致房性心律失常的發生，并且隨著心率的減慢，房性心律失常發生的危險性增加。本研究表明伊伐布雷定不具有致室性心律失常作用，但有潛在的引起房性心律失常的危險性。

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Effect of Ivabradine Prolonging the Cardiac Action Potential Duration With its Proarrhythmic Action in Experimental Rabbit in vitro

YANG Qiao-mei, LIANG Yu-zhi, YANG Wei, DING Yan-sheng, REN Lu, HUANG Si-hui, WEI Xiao-hong, WU Lin.
Department of Cardiology, Peking University First Hospital, Beijing (100034), China

Objective: To observe the effect of ivabradine (IVA) on atrial and ventricular monophasic action potential duration (MAPD) and its proarrhythmic action at presence of sea anemone toxin-II (ATX-II) in isolated rabbit heart model in vitro.

Proarrhythmia action; Action potential duration; Late sodium current; Ivabradine

2015-01-21）

（編輯：漆利萍）

國家自然科學基金資助項目（81270253）

100034 北京市，北京大學第一醫院 心內科 分子心血管學教育部重點實驗室（楊巧梅、楊威、丁燕生、任璐、黃思慧、衛曉紅、吳林）；河南省商丘市人民醫院（梁玉芝）

楊巧梅 碩士研究生 研究方向為心電生理與心律失常 Email: 742619322@qq.com

吳林 lin_wu@163.com

R541

A

1000-3614（2015）06-0585-05

10.3969/j.issn.1000-3614.2015.06.019