1、心房易损性(atrial vulnerability)的概念及电生理(Electrophysiology,EP)基础
在关于心房纤颤(atrial fibrillation,AF)的临床及基础研究中,很多学者应用“心房易损性”来表示诱发房颤的难易程度,然而,对于心房易损性确切概念的理解却各不相同。大多数文献中倾向于这种观念,即房颤时的心房易损性,是额外刺激作用于心房时,诱发房颤的难易程度。学者们多倾向于将房颤时的心房易损性和房颤的可诱发性相等同。DRAGOS COZMA[1]等 在一项关于传导速度和房颤易损性的研究中通过在窦性心律的基础上进行S1S2的程序性电刺激(programmed atrial stimulation,PAS),以是否可以诱发房颤来表示房颤的易损性。
国内学者们通过对房颤时的心电生理研究对于影响心房易损性的主要因素得出了相似的结论,影响房颤时心房易损性主要因素主要有:心房有效不应期离散(atrial dispersion of refractoriness,dEPR,Disp-A)[2-6]以及心房内传导延迟或心房传导速度减慢(decreased atrial conduction velocity)[1,7,8,9]两个方面。其中以不应期离散增加心房易损性的研究最多。
1.1心房不应期离散(dEPR)
心房不应期离散:是指心房不同部位的心肌ERP之间存在显著差异。在心电生理学中用dERP来衡量,其大小用心脏电生理检查中不同部位的最大ERP减最小ERP来表示。dERP可以由细胞复极不均一引起,心房dERP增大会导致心房肌细胞电生理的不均一性,使具有不同ERP的心房肌细胞(例如,心房或心房与肺静脉之间)能够更容易的随机形成折返或传导阻滞,从而更有利于AF的形成[2][10]。在心脏电生理检查(EP)中,通常要测量至少5个部位的有效不应期,如右心耳(RAA)、右房后外侧壁(LRA)、高位房间隔(IAS)、希氏束区(HBE)、冠状窦(CS)等。计算dEPR时,只需将其中最长的有效不应期减去最短的有效不应期即可。
d E R P = E R P MAX - E R P MIN
虽然,在关于dEPR对房颤时心房易损性具有重要影响意义方面国内外学者已经普遍达成共识,然而,在房颤的维持是否与dEPR有关方面,国内外的研究存在争议。Sato S[11]等,认为不应期的离散对房颤的维持(maintenance)中具有一定的意义,Misier A[6]等的研究也得出了类似的结论。而Mario Oliveira[3]等的研究却认为dEPR并不是维持房颤维持的决定性因素,因为在房颤发作阵发性房颤>无房颤。动作电位时程交替对心房易损性的影响将是未来电生理研究的重要方向。
在国内外的研究有用心房易损窗(window of vulnerability,WOV)[16,17]来量化心房易损性的文献报道。所谓心房易损窗是指可以诱发房颤的程序性S1S2刺激的最长间期和最短间期之差。
WOV=S1S2MAX-SIS2MIN
将所有易损窗求即可得到 。这项指标可以简单、明了的量化心房易损性。然而这项指标是否能够准确反映房颤时的心房易损性有待进一步的科学研究。
= WOV1+WOV2+……+WOVn (n=研究组的例数)
2、对房颤心房易损性有显著影响的心律失常研究中的困惑
目前,关于对房颤时的心房易损性有明显影响的心律失常主要集中预激综合征(WolffCParkinsonCWhite syndrome,WPW)以及布鲁加综合症(Brugada Syndrome)两个个方面,且研究大多集中在对WPW的旁道(AP)以及旁道消融对心房易损性的影响方面。
2.1WPW对房颤心房易损性的影响
WPW的患者超过三分之一伴发房颤 [18,19]。对于WPW高发房颤的机制可能有以下几个方面。1、旁道(accessory pathway,AP)的电生理功能; 2、心房本身的易损性[20-23];3、房室折返心动过速时对心房快速刺激;4、AP对心房结构的影响[24];5、自主神经的影响,等。其中以前两项对心房易损性的影响最受研究者的关注。
大量临床研究表明,对WPW患者成功进行消融术后,AF的发生率确实显著降低[25,26,37],而且,文献检索可见到大量关于AP对心房易损性的研究[38-32]。但是,另一方面,即使是成功的旁路消融后仍存在一定的房颤发生率。这种“剩余”发生率提示存在更多影响WPW患者房颤心房易损性的因素,WPW综合征患者心房固有的易损性就是其中最受关注的因素之一。
Riccardi R[33]等,研究发现,伴发AF的WPW患者的心房有效不应期较不伴发AF的WPW患者的有效不应期短,而且随着心率的增高有效不应期有延长的倾向。但这仅仅说明具有心房易损性的WPW患者容易发生房颤,并不能解释这种易损性是由WPW的综合征的旁路还是心房本身的易损性引起。Hamada T[34]等比较了AP消融后发生AF的WPW患者和未发生AF的WPW患者的心房易损性指标(以传导速度的延迟作为指标),发现:伴发AF的WPW患者,旁路的消融并没有改变心房的传导速度。而在术后未发生AF的WPW患者的传导速度却因为AP的消融而正常化。但是,这不能解释术后的心房易损性是否为WPW综合征固有的心房易损性。要对所有WPW患者消融后的心房易损性与非房颤对照的心房易损性进行比较后才能得出WPW患者是否具有除受AP影响以外的心房易损性。然而,在国内外的文献报道中,并没有发现这样的研究。因此,要探讨WPW综合征患者伴发房颤的心房易损性在AP之外的起源,需要更多的研究。
2.2布鲁加综合征对房颤心房易损性的影响。
Hiroshi Morita[35]等研究发现,布鲁加综合征时,心房传导时间延长,并且有效不应期在心房电位中占的比例增加。与对照组相比,布鲁加综合征可以诱发房颤。他们得出了布鲁加综合征可以增加心房易损性,且主要是通过传导延迟来实现的结论。最近,Kofune M[36]等的研究得出了相似的结论,布鲁加综合征患者确实存在心房传导延迟以及不应期在心房电位中比例上升,即心房易损性上升的现象。然而,对这种增加房颤时心房易损性的机制的研究目前未见相关报道,有待进一步的研究。
3、对房颤时心房易损性的一些生理学研究
3.1迷走神经刺激对房颤时心房易损性的影响。
对迷走神经干进行刺激可以诱发房颤很早就已经被发现[37][38][39]。对心脏本身的神经节进行电刺激可诱发房颤这一现象也在2005年被Scherlag, B. J[40]等发现。然而,对于迷走神经刺激对心房易损性的研究却是最近几年才开始受到研究者的重视。
Zhibing Lu[16]等,通过将电刺激6小时后进行神经节(GP)消融、神经节消融后进行6小时电刺激以及6小时电刺激后进行迷走神经阻断(阿托品+普萘洛尔)三组病例的心房易损性进行比较(不应期长短和WOV),发现迷走神经的阻断和GP消融一样,均可以有效的降低心房易损性。进而他们得出自主神经系统在快速刺激下心房电重构的过程中具有重要作用,进而有效的支持了Wijffels and coworkers[41]的“AF begetsAF”理论。
Yuan Zhang[42]等,将代表外来刺激的迷走神经干刺激和代表内在神经刺激的神经节刺激作用于右上肺静脉和右心耳两处,并将两处测量的心房易损性进行比较。发现,迷走神经感刺激对右心耳的心房易损窗影响较神经节刺激明显(较宽的WOV),而在右上肺静脉处,则是神经节刺激可以产生较宽的WOV。进而他们提出了心脏受到内在和外在两种神经支配,且两种神经在心脏的不同部位有着不同分布的结论。
在最近的一项研究中,与Zhibing Lu来自同一所实验室的Xia Sheng[43]等,对在快速心房起搏之前,之中进行低强度的迷走神经刺激进行了研究。发现低强度的迷走神经刺激对 和心房不应期两个易损性指标均可以起到改善作用,而且这种改善作用的机制很可能是通过对心脏内在的自主神经系统的抑制来实现的,进而为房颤的防治找到了新的突破点。
目前,有关于其对心房易损性影响的报道的射频消融方式有碎裂电位消融[44]、肺静脉隔离消融[45]、马歇尔韧带消融[46]、心外膜脂肪垫消融[47]以及环肺静脉线消融和左房线消融[48]。且科学研究得出的结论均显示消融术可以有效的降低心房易损性指标。
Kunihiro Nishida[49]等对环肺静脉线消融和左方线消融进行了比较,发现肺静脉线消融是通过增加心房有效不应期来达到抑制房颤发生的目的(减小易损性),但是不能消除房颤维持发生的根本机制;左房线消融可以抑制房颤发作,但是是对心房易损性没有影响。Nishida K[50]等对环肺静脉消融和肺静脉周围神经节消融进行了比较,发现在心动过速诱导的房颤中环肺静脉消融可以减少心房易损性,但是对房颤发作的时间以及房颤发作时的主导频率没有影响;肺静脉周围神经节消融可以减少发作时间以及主导频率。
根据Yuan Zhang等的观察结果,心房不同部位有着不同的神经分布。不同的手术方式对心房易损性必然有不同的影响。然而,目前对于不同手术方式对心房易损性的对比缺少相应的研究。目前主要的环肺静脉消融和神经节消融均以消除心脏内在神经为主,对于外来神经的影响很小。因此,要进一步明确射频消融对心房易损性的影响,减小消融后房颤的发生率,需要有更多的大规模的针对心脏外来神经支配方面的研究。
3.2压力、扩张和容量等生理学指标对房颤易损性的影响。
大量研究表明[51-54],心房压力,心房的扩张以及心房的容量等生理学指标对房颤的发生发展以及心房的重构具有重要作用。其机制可能与离子通道的以及细胞内钙超载有关[55,56]。
Michael Efremidis[57]等对房颤患者心房内压力和心房易损性(有效不应期离散作为指标)的研究中发现,心房内压力的改变对心房易损性没有明显的影响。Daniel M[58]等通过巧妙的生理学实验将心房内压力和心房扩张对心房易损性影响中的区分开来。他们实验设计的前提是:心包完整时心房内压力不伴随心房扩张的结构变化。基于这个前提,他们对心包完整和心包切开的兔心脏进行了心房易损性研究。表明心包完整时心房内压力在>20mmH2O的情况下,心房的有效不应期没有缩短的趋势;但是心包切开时,当心房内压力只需要>15mmH2O就可以出现明显的有效不应期缩短,即心房易损性的增高。由此他们得出结论,心房容量负荷过重导致的心房电生理重构是由心房扩张引起,而不是由心房内压力的增高引起。Sander Verheule[59]等进一步研究了慢性心房扩张对房颤心房易损性的影响,他们通过人工导管手术制造出狗的二尖瓣狭窄模型,由此产生慢性心房扩张的效果,并对这种情况下的心房易损性(传导时间和有效不应期)进行了测量。他们发现,慢性心房扩张可以增加心房易损性,且使得房颤发作的持续时间延长。由此我们可以看出,心房大小的急性和慢性改变,均对房颤的心房易损性有较大的影响。
在以上研究的基础之上,DRAGOS COZMA[60]等又对心房的扩张对心房易损性的影响进行了深一步的研究。他们发现,应用传统的测量心房直径来表示心房大小的方式对心房实际大小的测量有一定的局限性。他们提出了测量左心房表面面积(surface-LA,LAS)以及对心房形状进行测量的观点。他们通过实验观察,还得出了LAS作为评测房颤可诱发性的界值,即LAS>25cm2。在LAS>25cm2的研究者中,72%伴有心房形状的不规则(房中隔到左房侧壁直径大于左方横径)。3的人群的易感基因频率较CD70岁组中仅有28%的病人可以诱发房颤(小于40岁组:40%,40-50岁组39%,50-60岁组37%,60-70岁组38%),并且高龄组的心房有效不应期较低龄组也显著延长。由此,他们得出结论,虽然高龄是房颤危险因子,然而高龄组患者的房颤易损性指标却有改善的倾向(如心房有效不应期延长),这可能是期前刺激对高龄组房颤的诱发率下降的原因,也因此暗示,高龄族和低龄组的房颤发生机制有着本质不同。高龄组高发房颤,可能是由非电生理学的因素引起。由于,本次研究入选病例较多,且与以前的研究结果吻合,研究的可信度很高。
Yu Hui Yang[96]等,用36-48月龄的兔(衰老组)代表高龄,研究了M样受体在不同年龄心脏中的分布以及副交感神经对房颤易损性的影响,他们以有效不应期离散和动作电位时程延长作为评价易损性的指标。他们发现,M样受体在心脏不同位置的分布不同,以左房游离壁最高。衰老组较成熟组的M受体表达有着明显的增高,衰老组房颤的可诱发性也较其他组高。应用M样受体阻滞剂后,有效不应期离散以及动作电位时程延长均减弱。由此,他们得出结论,与年龄密切相关的M样受体的分布改变,可能是高龄组房颤高发的原因,可以称之为“年龄相关易损性”。
是否可以从神经重构方面探求高龄和低龄房颤发生机制的不同,有待进一步的研究,但这项研究为我们提供了一个重要线索。高龄和低龄对期前刺激诱发房颤的敏感性不同可以从神经体液机制方面寻找答案,进而可以对高龄房颤的治疗提供更新的靶点。
4、对房颤的心房易损性有影响的一些临床疾病
4.1糖尿病
大量流行病学研究表明[97-99], 糖尿病患者伴发房颤患病率升高,因而,糖尿病必然会对心房的电生理特点有一定的影响,将糖尿病与房颤的心房易损性结合在一起进行研究,最近几年才受到研究人员的重视,而且糖尿病增加房颤易损性的机制目前没有统一的定论。
Oliveira M[100]等试图由糖尿病对自主神经系统功能的影响作为切入点,研究糖尿病对心房易损性的影响。他们分别对糖尿病小鼠进行交感神经和副交感神经刺激,并观察心房电生理改变。研究发现,交感神经刺激可以增加糖尿病小鼠的房颤诱发率,缩短心房的有效不应期,增加心房不应期的离散,对照组无此变化;刺激副交感神经系统也有同样的结果。他们由此认为,神经重构可能对糖尿病患者房颤的心房易损性有重要影响。
4.2心脏瓣膜病
在发展中国家,40%的风湿性心脏病二尖瓣狭窄的病人伴有房颤的发生[101]。Bobby John[102]等对二尖瓣狭窄患者的房颤心房易损性进行了研究,选取P波时程、传导速度以及有效不应期的长短作为易损性指标。结果发现,左房和右房都有P波时程的延长,右房有传导速度减低的现象,在有效不应期方面无影响。另外,Nitta T[103]等在研究心脏瓣膜病对房颤易损性的影响中也有类似的发现。他们的研究,从电生理的易损性方面证实了二尖瓣狭窄病人的房颤高发性。然而,都没有对此现象的进一步解释。如前文所属,二尖瓣狭窄模型所造成的心房大小和形状改变,可能是二尖瓣疾病增加房颤易损性的机制。在神经体液的功能方面,并没有见到对这一现象解释的相关报道,因此探讨二尖瓣狭窄对房颤易损性增高的机制,可以成为日后科研工作的新方向。
.3心衰
“房颤可以诱发心衰,心衰也可以诱发房颤”这一观点已经被大多数学者所认同。关于心衰对诱发房颤的机制的研究则主要集中在心肌纤维化对房颤的促进这一环节中[104-106]。可以见到大量RAAS阻断的抗纤维化、转化生长因子β(TGF-β)在心肌纤维化中的作用以及C反应蛋白对心肌纤维化影响的文献报道,但国内外少见真正对心衰房颤易损性具体指标进行研究的报道。
Power JM[107]等(未见到全文)对心衰背景下的心房有效不应期以及心房传导时间进行了研究,从电生理角度证实了心衰时存在的房颤易损性增高。
由于基质金属蛋白酶参与细胞外基质的降解,在心肌的纤维化过程中有重要作用GORDON W. MOE, MD[108]等研究了基质金属蛋白酶(MMP)抑制剂对心衰时房颤易损性的影响。得出了基质金属蛋白酶可以通过抗纤维化的机制降低房颤易损性和降低房颤的可维持度的结论。
除去以上的文献报道,国内外未见到对到心衰和房颤的心房易损性具体指标的关系进行研究的文献报道。心衰促进房颤机制是目前研究的热点,学者们已经从很各种角度对此进行了研究,在易损性具体指标方面研究心衰对房颤的影响是否画蛇添足,其可行性如何有待评估。在此方面是否有进行深入研究的必要有待评估。
结论:对于房颤时的心房易损性,目前大多数研究者倾向于将其定义为:额外刺激作用于心房时,诱发房颤的难易程度。心房不应期离散(dEPR)以及心房内传导延迟(decreased atrial conduction velocity)是被广泛应用的评价房颤是心房易损性大小的指标。有效不应期的离散以及传导速度减慢是房颤时心房易损性增加的电生理标志,在这两种电生理情况下容易诱发房颤。能够影响房颤时心房易损性的因素有:常见的心律失常、迷走神经刺激、心房大小和心房张力等生理学指标、离子通道基因多态性、缝隙连接的功能、临床疾病以及年龄等。若要将“心房易损性”广泛应用在心电生理学检查中并指导房颤的治疗和预后的评价,还需要大量的工作。
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