機(jī)械張力與心律失常

顧春英 李藝

機(jī)械張力與心律失常

顧春英 李藝

心臟電活動紊亂是發(fā)生心律失常的本質(zhì)原因，在諸多導(dǎo)致心臟電活動異常的因素中，機(jī)械張力所致的心律失常與臨床密切相關(guān)，逐漸引起越來越多的重視。經(jīng)研究證實(shí)，機(jī)械電反饋異常為心律失常的重要發(fā)生機(jī)制之一。本文就機(jī)械性心律失常的細(xì)胞電生理機(jī)制與臨床進(jìn)展進(jìn)行闡述。

機(jī)械性心律失常；機(jī)械電反饋；張力性鉀離子通道

在競技運(yùn)動場上，當(dāng)運(yùn)動員心前區(qū)受到撞擊時(shí)，會突然發(fā)生死亡。大家通常認(rèn)為是心臟受到外傷所致，但這部分患者尸檢證實(shí)心臟完好無損。那么他們的死亡原因是什么呢？

我們先來回顧一下，早在1920年，外國學(xué)者Schott曾使用胸部錘擊成功救治一例阿斯綜合征患者[1]。直到現(xiàn)在，心前叩擊法在臨床上一直被沿用。臨床觀察證實(shí)，心前叩擊可以使部分快速室性心律失?；謴?fù)竇律。也就是說，外力可以使心臟電活動發(fā)生改變。

1 機(jī)械性心律失常的概念

心臟存在電活動和機(jī)械活動兩種功能。電活動在前，機(jī)械活動在后；電活動引領(lǐng)著機(jī)械收縮，稱為興奮-收縮偶聯(lián)，其中的機(jī)制已經(jīng)被研究的比較清楚。同樣，機(jī)械收縮也將影響、調(diào)控電活動，稱為機(jī)械-電反饋。如果這個(gè)反饋?zhàn)饔眠^強(qiáng)，將使得心臟電活動的節(jié)律、頻率發(fā)生紊亂，稱為機(jī)械性心律失常。接下來討論機(jī)械活動如何對電活動產(chǎn)生影響。

首先我們來看一個(gè)實(shí)驗(yàn)研究。研究對象是豬，工具為心前區(qū)撞擊的裝置，撞擊時(shí)同步記錄心電圖。研究者采用三個(gè)時(shí)間點(diǎn)啟動撞擊，分別為QRS波群、ST段以及T波所對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)，并同步記錄心電圖。隨后研究者發(fā)現(xiàn)，如果在QRS波群發(fā)生時(shí)同步撞擊心前區(qū)，會引起撞擊后心搏的ST段抬高(90%)、房室阻滯(40%)、左束支阻滯(90%)，見圖1、圖2。如果與ST段同步撞擊心前區(qū)，則會引起ST段抬高(80%)、左束支阻滯(40%)。而如果在T波發(fā)生時(shí)(易損期)同步撞擊，將會引起室速、室顫(90%)，見圖3。

圖1 QRS波群同步撞擊所致一過性高度房室阻滯、室內(nèi)阻滯以及ST-T改變

Fig.1 Transient high degree atrioventricular block,intra-ventricular block and ST-T changes resulting fromsynchronous impact by QRS complex

圖2 QRS波群同步撞擊所致ST段抬高

Fig.2 ST segment elevation resulting from synchronous impact by QRS complex

圖3 T波易損期同步撞擊所致室顫

2 機(jī)械性心律失常的發(fā)生機(jī)制

基礎(chǔ)研究證實(shí)，當(dāng)心肌細(xì)胞受到張力時(shí)，出現(xiàn)鉀電流的增強(qiáng)。隨后研究者預(yù)先使用鉀通道阻滯劑阻斷鉀通道，并重復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)此時(shí)ST段未見抬高(圖4)。因此證實(shí)，心前區(qū)撞擊后ST段抬高與復(fù)極過程中鉀電流增強(qiáng)有關(guān)。后來進(jìn)一步研究證實(shí)心肌細(xì)胞膜上存在張力敏感性鉀離子通道。該通道的特點(diǎn)是，受到張力時(shí)開放，使鉀離子外流增加，心肌復(fù)極時(shí)限縮短。所以心臟受到撞擊時(shí)出現(xiàn)鉀電流增強(qiáng)，復(fù)極加快。并且著力部位受到張力越大，鉀電流越強(qiáng)，復(fù)極越快。而同樣是遭受撞擊，心外膜心肌張力改變較內(nèi)膜更為明顯，復(fù)極加快程度更大，故在二相復(fù)極期形成跨壁電位差——電流從高電位向低電位傳導(dǎo)，即由內(nèi)膜向外膜傳導(dǎo)，該方向指向體表記錄電極，所以記錄到ST段的抬高(圖5)。這就是心前區(qū)撞擊后ST段抬高的發(fā)生機(jī)制。

關(guān)于QRS波群同步、ST段同步撞擊后新發(fā)傳導(dǎo)/束支阻滯的機(jī)制目前還不清楚。我們可以通過撞擊后QRS波明顯增寬的現(xiàn)象推測可能是撞擊后鈉通道出現(xiàn)異常，使得除極時(shí)鈉離子內(nèi)流減少，引起0相除極速率及幅度減低，導(dǎo)致房室或室內(nèi)傳導(dǎo)延遲，但尚無試驗(yàn)依據(jù)。有待于基礎(chǔ)研究進(jìn)一步證實(shí)(圖1、2、4)。通過這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果，推測機(jī)械外力導(dǎo)致患者猝死可能機(jī)制：① T波同步撞擊，即發(fā)生在易損期的撞擊，可直接誘發(fā)室速室顫；② 撞擊引起緩慢性的心律失常；③ 撞擊使得心外膜鉀電流明顯增強(qiáng)致二相丟失，發(fā)生二相折返，引起的RonT室早、多形性室速、室顫。我們引用一個(gè)典型案例來加深對于上述機(jī)制的理解：一名14歲小男孩踢足球時(shí)心前區(qū)被撞擊，發(fā)生猝死。所幸搶救及時(shí)，除顫3次后恢復(fù)竇律，心電圖證實(shí)ST段抬高。這個(gè)病例完全揭示全過程。

圖4 阻斷鉀通道后撞擊 ST段未見明顯抬高

圖5 心前區(qū)撞擊后ST段抬高機(jī)制

上述所闡述的內(nèi)容是瞬時(shí)機(jī)械外力對心臟的影響。而臨床上，各種原因引起心肌張力升高所致的機(jī)械性心律失常并不少見。舉例說明。

首先，在一些腔內(nèi)介入手術(shù)中，當(dāng)具有一定張力的導(dǎo)管或電極接觸心室壁時(shí)，常伴有室性早搏出現(xiàn)；導(dǎo)管后撤脫離心室壁，早搏消失。這就是一個(gè)典型的機(jī)械牽張引起的心律失常。其次，二尖瓣脫垂患者，心臟收縮中晚期二尖瓣脫入左房，腱索和乳頭肌拉力達(dá)到最大，故此類患者室性早搏常發(fā)生在收縮晚期，心電圖表現(xiàn)為室早落在T波降支終末或緊隨T波之后。二尖瓣前葉脫垂，室早起源前乳頭肌，同理后葉脫垂室早起源后乳頭肌。從某種程度上而言，我們可以通過心電圖室早形態(tài)，大致估測脫垂瓣葉。臨床上假腱索也是一種常見的心臟解剖學(xué)異常，由于機(jī)械牽拉引發(fā)早搏。左室假腱索，其室早大多起源于左室，而右室假腱索室早則多起源于右室(圖6)。

接下來討論一下室壁瘤致心律失常機(jī)制。室壁瘤瘤體附近心肌由正常心肌、過渡帶心肌和壞死心肌組成，三者在心室收縮時(shí)所受張力不同。前文已提及，心肌張力越大，鉀電流越大，復(fù)極時(shí)間越短，即不應(yīng)期越短，故在三種不同張力心肌上形成不應(yīng)期的離散，易誘發(fā)心律失常。因此，引起室壁瘤死亡的惡性心律失常很大一部分與機(jī)械牽張相關(guān)。進(jìn)一步引申，當(dāng)心肌缺血時(shí)，心臟彩超常提示節(jié)段性室壁運(yùn)動異常。心肌運(yùn)動不同步，張力不均一，引起不應(yīng)期離散，同樣容易誘發(fā)惡性心律失常。需引起大家重視。

我們再談?wù)劮款?。房顫發(fā)生的原因很多，其中心房壓力增高是重要因素，如二尖瓣狹窄等。臨床上減輕心房負(fù)荷治療后，部分房顫可自行轉(zhuǎn)復(fù)。有學(xué)者做了實(shí)驗(yàn)研究，在房顫發(fā)作時(shí)心房壓是10 cmH2O，使用利尿劑后，隨著房壓減輕，F(xiàn)波的頻率變慢，房顫終止(圖7)。這提示心房顫動的發(fā)生與維持，與心房負(fù)荷密切相關(guān)。心房壓高的時(shí)候，心房肌張力升高，心肌細(xì)胞鉀電流增強(qiáng)，心房不應(yīng)期縮短。而不應(yīng)期越短，越容易誘發(fā)房顫，且越易維持房顫；當(dāng)房壓下降，鉀電流減小，不應(yīng)期延長，折返容易終止，故房顫可自行復(fù)律。通過房顫的發(fā)生和治療的過程，我們不難看出心房壓是房顫發(fā)生和維持的重要機(jī)制之一。

最后我們關(guān)注下慢性心衰。慢性心衰幾乎全部合并有心律失常[2]。經(jīng)過幾代人努力，至今苦無良策。我們嘗試從慢性心衰發(fā)生心律失常的機(jī)制入手，結(jié)合前文提到的機(jī)械性心律失常的發(fā)生機(jī)制，或有啟發(fā)。一項(xiàng)基礎(chǔ)研究表明，心室舒張末壓(容量負(fù)荷)增加到一定程度時(shí)，將引發(fā)室性心律失常。同時(shí)，另一項(xiàng)試驗(yàn)研究表明，在心腔內(nèi)一次性注射30 mL液體，可引發(fā)一次室性早搏，該試驗(yàn)說明心臟壓力在短期內(nèi)迅速增加時(shí)，將引起心律失常的發(fā)生。這些心律失常的具體機(jī)制是什么？再看一個(gè)基礎(chǔ)研究，研究者把自律細(xì)胞分離出來作為研究對象，并給予機(jī)械牽張。發(fā)現(xiàn)受到機(jī)械牽張的細(xì)胞自律性增強(qiáng)。當(dāng)心肌細(xì)胞受到持續(xù)牽張，細(xì)胞內(nèi)發(fā)生鈣超載，而鈣超載可通過觸發(fā)等機(jī)制引起心律失常。同樣，折返也是心律失常的常見機(jī)制——不同張力心肌所致的不應(yīng)期離散，為折返的發(fā)生創(chuàng)造了條件。慢性心衰時(shí)，機(jī)械牽張將通過以上機(jī)制導(dǎo)致心律失常，因此有學(xué)者進(jìn)行如下研究：對于牽張性心律失常，給予β受體阻滯劑降低室壁張力，結(jié)果心律失常明顯減少。同時(shí)反向研究表明，給予心衰患者多巴酚丁胺，增加心肌收縮力，結(jié)果增加心律失常發(fā)生率。有關(guān)正性肌力藥物，一言概括，即心衰患者使用正性肌力藥物，目的是增加心肌收縮力，其結(jié)果卻是以誘發(fā)心律失常為代價(jià)而告終。2016年歐洲心衰指南指出：“出于安全考慮，不主張?jiān)谛乃セ颊咧惺褂谜约×λ幬?，除非合并低血壓或灌注不足時(shí)”[3]，此時(shí)挽救生命的決策優(yōu)先于預(yù)后。

圖6 二尖瓣脫垂、心室假腱索合并室早起源與病變部位一致

圖7 房內(nèi)壓與心房顫動發(fā)作關(guān)系

3 機(jī)械性心律失常的治療

降低張力是機(jī)械性心律失常的主要治療方法，并且通過改善心肌重構(gòu)，糾正收縮時(shí)的不均一性。首先，β受體阻滯劑是慢性心衰治療中的基石，在其他器質(zhì)性心臟病治療方面，β受體阻滯劑也可有效降低死亡率，其中降低心肌機(jī)械張力是不可忽視的機(jī)制之一。其次是RAS系統(tǒng)阻滯劑，目的同樣是通過改善重構(gòu)，減少心臟的機(jī)械異質(zhì)性，降低張力，從根本上減少心衰患者的心律失常。

綜上所述， 機(jī)械性心律失常的發(fā)生是通過機(jī)械張力激活心肌細(xì)胞膜上的張力敏感通道， 那么針對該通道的特異性阻滯劑是抗心律失常治療上的新思路。最新研究表明，在狼蛛毒液中分離出的多肽具有選擇性抑制張力敏感通道的作用，可減少心衰房顫的發(fā)生率[4-5]。更多的張力通道阻滯劑尚在研究中。通過以上分析，我們不難得出結(jié)論：張力敏感性阻滯劑將來很可能成為新一類有效的抗心律失常藥物，特別對器質(zhì)性心臟病、慢性心衰、房顫患者的治療將帶來新的希望。

[1] 郭繼鴻. 機(jī)械性心律失常[J]. 臨床心電學(xué)雜志， 2008,17(3):214-226.

[2] 蔣文平. 盡力治療心力衰竭的心律失常[J]. 中國心臟起搏與心電生理雜志，2009，23(6)： 471-472.

[3] Ponikowski P,Voors AA,Anker SD,et al. 2016 ESC Guidelines for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure: The Task Force for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure of the European Society of Cardiology (ESC)Developed with the special contribution of the Heart Failure Association (HFA) of the ESC[J].Eur Heart J，2016 ，37(27):2129-2200.

[4] Kohl P，Sachs F，F(xiàn)ranz MR. Cardiac mechano-electric feedback and arrhythmias[M]. Philadephia：Elsevier Inc， 2005：4-30.

[5] Ravens U, Mechano-electric feedback and arrhythmias[J]. Prog Biophys Mol Biol,2003，82：255-266.

(本文編輯：郭欣)

Mechanical tension and arrhythmias

GuChun-ying1，LiYi2

(1. Department of Cardiac Function, Tianjin Fifth Central Hospital, Tianjin 300450；2. Department of Cardiac Function, the Central Hospital of Wuhan, Wuhan Hubei 430014, China)

The disorder of cardiac electrical activity is the essencial cause of arrhythmia. Among all the influential factors resulting in abnormalities of cardiac electrical activity, mechanical tension is an important one. Mechanical-tension-related arrhythmia is closely associated with clinical practice, and arises more and more attention gradually. It is verified by research that abnormal mechano-electrical feedback is one of the important mechanisms of arrhythmia. This paper elaborates the cellular electrophysiological mechanism of mechanical arrhythmia and research progress.[Key words] mechanical arrhythmia; mechano-electrical feedback; tension potassium ion channel

300450天津，天津市第五中心醫(yī)院心功能科(顧春英)；430014 湖北 武漢，武漢市中心醫(yī)院心功能科(李藝)

顧春英，教授，主要從事復(fù)雜心律失常電生理機(jī)制的相關(guān)研究，E-mail：781269715@qq.com

R540.4

A

2095-9354(2017)01-0006-04

10.13308/j.issn.2095-9354.2017.01.002

2016-10-25)