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【CHRS2017】刘念:心脏电传导基本原理与射频消融电生理现象

作者:李梦梦 来源:首都医科大学附属北京安贞医院 日期:2017-07-14
导读

         心脏的电传导是指电激动沿心肌细胞在心肌组织细胞间扩布的现象,该过程有赖于扩布的电信号与细胞水平(细胞膜、细胞间缝隙连接)及宏观水平上(微脉管系统、结缔组织、肌小梁)的各个组织结构间的相互作用与配合。

关键字:  心脏 | 电传导 | 心肌细胞 

        心脏电传导心肌细胞产生可扩布电流的基础。然而如何应用该特性指导临床射频消融术,是每位电生理医师所面临的难题。首都医科大学附属北京安贞医院刘念教授,对心脏电传导基本原理与射频消融电生理现象进行精彩解析。

        一. 心脏电传导基本原理

        心脏的电传导是指电激动沿心肌细胞在心肌组织细胞间扩布的现象,该过程有赖于扩布的电信号与细胞水平(细胞膜、细胞间缝隙连接)及宏观水平上(微脉管系统、结缔组织、肌小梁)的各个组织结构间的相互作用与配合。

        物理公式欧姆定律定义:同一电路中,导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。将该定律应用于心脏电生理领域则为源-库(source-sink)理论。该理论指出,动作电位能否顺利传导,取决于电源(动作电位)与电库(细胞连接和周围组织)两方面。

        在动作电位传导过程中,一个心肌细胞产生动作电位,作为电源去极化临近未兴奋细胞。临近静息细胞达到阈电位,为兴奋细胞形成一个电库(即荷载)。在该过程中,初始心肌细胞须为未兴奋细胞提供足够的电荷,令膜电位(Em)从舒张电位达到阈电位,未兴奋细胞则可产生动作电位,成为下一个兴奋细胞的电源。电源的强度则取决于相关内向电流通道的效率与密度(图1)。

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        图1

        细胞间连接和组织连接网络是心肌电传导的重要影响因素。动作电位能否成功扩布,需上一个细胞离子通道去极化所产生的电流(源)大于下一个心肌细胞兴奋周期中所消耗的电流(库)。我们可将其理解为欧姆定律中的电路电阻,它包括了缝隙连接的数量和分布,以及相邻心肌细胞的几何关系。1997年刊载于《科学》(Science)的文章正基于此证实了上述因素在电传导方面的重要性(图2)。体外实验中,条形心肌细胞与扇形心肌细胞相连接,当在条形心肌细胞末端予以刺激,动作电位终止于条形细胞末端与扇形心肌细胞连接处。而当灌流细胞失偶联剂棕榈油酸时,则发生矛盾性改善传导。其原因在于心肌细胞传导失偶联时,移行处心肌细胞缝隙连接密度相对降低,电流损失相对减少,动作电位得以顺利传导。电生理医师如何应用上述基本原理,指导射频消融手术是问题的关键所在。

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        图2

        临床中常见的房室结折返性心动过速(AVRT)的发生有赖于房室旁路的存在。研究提示,右侧房室旁路前传、左侧房室旁路逆传是最常见的AVRT类型。可能原因在于右室壁相对较薄,右侧旁路前传电冲动更易在右室扩布。而左室壁相对较厚,左侧旁路前传电冲动,在左室扩布困难,但逆传电冲动更易在左房中扩布(图3)。与此类似,马海姆纤维相关心动过速的解剖学基础也可用上述原理解释。81.1%~88.5%的马海姆纤维相关心动过速为房-束连接(右心房-分支),其次为房室连接(右心房-右心室),而束-室纤维(希氏束-右心室)未证实可致心动过速,传导效率决定了心动过速的发生与否。

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        图3

        局灶的触发活动能否成功扩布,取决于是否有一定数量的心肌细胞(电源)作为支持。计算机模拟的三维模型显示,一个晚后除极信号至少需要81万余细胞为该触发活动提供“能量”(表1)。与此同时,相邻结构组织的特性也决定了异位灶的发生部位。相关研究显示,心内膜及心外膜起源早搏较深层心肌常见,如右室流出道、主动脉窦及肺动脉窦等肌壁异性处常为异位搏动的起源点,且右室流出道室早常经右室游离壁经左室后壁、前壁返回流出道,构成折返诱发持续性室速(图4)。这是由于该处心肌组织周围所“支配”心肌较少,电信号多经与“电源”相匹配的传导通路进行传导。

        表1

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        图4

        二. 射频消融电生理现象

        房颤射频消融术中,术者常将Lasso电极导管置于肺静脉内,验证单向传入阻滞,而无需肺静脉内起搏验证传出阻滞。这是因为肺静脉肌袖位于心房肌与肺静脉的移行处,若窦性心律无法从较厚心肌(心房)传至较薄心肌(肺静脉内)处,则逆向传导传导通路亦难以维持(图5)。在上腔静脉电隔离时,我们亦只需行点消融即可确保传导阻滞,避免过度消融损伤临近膈神经。因此,掌握心肌电传导特性,还可以在简化术式的同时提高手术安全性。

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        图5

        不仅如此,房颤“转子”理论、浦肯野纤维相关特发性室速及ATP指导的肺静脉隔离策略均可应用上述原理加以解析。

        综上所述,随着心律失常发病机制研究深入,我们对相关疾病的诊疗理念不断更新。心脏的电传导特性作为桥梁,完成从心脏基础研究到临床工作实践的转化,充分了解该原理将为患者的个体化消融提供重要理论依据。

        专家简介

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        刘念,现任首都医科大学附属北京安贞医院心内科副主任医师,曾在欧美遗传性心律失常中心工作多年,目前主要从事心律失常的临床和转化研究工作,擅长遗传性心律失常的诊治。

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