机械张力与心律失常

顾春英 李艺

机械张力与心律失常

顾春英 李艺

心脏电活动紊乱是发生心律失常的本质原因，在诸多导致心脏电活动异常的因素中，机械张力所致的心律失常与临床密切相关，逐渐引起越来越多的重视。经研究证实，机械电反馈异常为心律失常的重要发生机制之一。本文就机械性心律失常的细胞电生理机制与临床进展进行阐述。

机械性心律失常；机械电反馈；张力性钾离子通道

在竞技运动场上，当运动员心前区受到撞击时，会突然发生死亡。大家通常认为是心脏受到外伤所致，但这部分患者尸检证实心脏完好无损。那么他们的死亡原因是什么呢？

我们先来回顾一下，早在1920年，外国学者Schott曾使用胸部锤击成功救治一例阿斯综合征患者[1]。直到现在，心前叩击法在临床上一直被沿用。临床观察证实，心前叩击可以使部分快速室性心律失常恢复窦律。也就是说，外力可以使心脏电活动发生改变。

1 机械性心律失常的概念

心脏存在电活动和机械活动两种功能。电活动在前，机械活动在后；电活动引领着机械收缩，称为兴奋-收缩偶联，其中的机制已经被研究的比较清楚。同样，机械收缩也将影响、调控电活动，称为机械-电反馈。如果这个反馈作用过强，将使得心脏电活动的节律、频率发生紊乱，称为机械性心律失常。接下来讨论机械活动如何对电活动产生影响。

首先我们来看一个实验研究。研究对象是猪，工具为心前区撞击的装置，撞击时同步记录心电图。研究者采用三个时间点启动撞击，分别为QRS波群、ST段以及T波所对应的时间点，并同步记录心电图。随后研究者发现，如果在QRS波群发生时同步撞击心前区，会引起撞击后心搏的ST段抬高(90%)、房室阻滞(40%)、左束支阻滞(90%)，见图1、图2。如果与ST段同步撞击心前区，则会引起ST段抬高(80%)、左束支阻滞(40%)。而如果在T波发生时(易损期)同步撞击，将会引起室速、室颤(90%)，见图3。

图1 QRS波群同步撞击所致一过性高度房室阻滞、室内阻滞以及ST-T改变

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

图2 QRS波群同步撞击所致ST段抬高

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

图3 T波易损期同步撞击所致室颤

2 机械性心律失常的发生机制

基础研究证实，当心肌细胞受到张力时，出现钾电流的增强。随后研究者预先使用钾通道阻滞剂阻断钾通道，并重复实验，发现此时ST段未见抬高(图4)。因此证实，心前区撞击后ST段抬高与复极过程中钾电流增强有关。后来进一步研究证实心肌细胞膜上存在张力敏感性钾离子通道。该通道的特点是，受到张力时开放，使钾离子外流增加，心肌复极时限缩短。所以心脏受到撞击时出现钾电流增强，复极加快。并且着力部位受到张力越大，钾电流越强，复极越快。而同样是遭受撞击，心外膜心肌张力改变较内膜更为明显，复极加快程度更大，故在二相复极期形成跨壁电位差——电流从高电位向低电位传导，即由内膜向外膜传导，该方向指向体表记录电极，所以记录到ST段的抬高(图5)。这就是心前区撞击后ST段抬高的发生机制。

关于QRS波群同步、ST段同步撞击后新发传导/束支阻滞的机制目前还不清楚。我们可以通过撞击后QRS波明显增宽的现象推测可能是撞击后钠通道出现异常，使得除极时钠离子内流减少，引起0相除极速率及幅度减低，导致房室或室内传导延迟，但尚无试验依据。有待于基础研究进一步证实(图1、2、4)。通过这一实验结果，推测机械外力导致患者猝死可能机制：① T波同步撞击，即发生在易损期的撞击，可直接诱发室速室颤；② 撞击引起缓慢性的心律失常；③ 撞击使得心外膜钾电流明显增强致二相丢失，发生二相折返，引起的RonT室早、多形性室速、室颤。我们引用一个典型案例来加深对于上述机制的理解：一名14岁小男孩踢足球时心前区被撞击，发生猝死。所幸抢救及时，除颤3次后恢复窦律，心电图证实ST段抬高。这个病例完全揭示全过程。

图4 阻断钾通道后撞击 ST段未见明显抬高

图5 心前区撞击后ST段抬高机制

上述所阐述的内容是瞬时机械外力对心脏的影响。而临床上，各种原因引起心肌张力升高所致的机械性心律失常并不少见。举例说明。

首先，在一些腔内介入手术中，当具有一定张力的导管或电极接触心室壁时，常伴有室性早搏出现；导管后撤脱离心室壁，早搏消失。这就是一个典型的机械牵张引起的心律失常。其次，二尖瓣脱垂患者，心脏收缩中晚期二尖瓣脱入左房，腱索和乳头肌拉力达到最大，故此类患者室性早搏常发生在收缩晚期，心电图表现为室早落在T波降支终末或紧随T波之后。二尖瓣前叶脱垂，室早起源前乳头肌，同理后叶脱垂室早起源后乳头肌。从某种程度上而言，我们可以通过心电图室早形态，大致估测脱垂瓣叶。临床上假腱索也是一种常见的心脏解剖学异常，由于机械牵拉引发早搏。左室假腱索，其室早大多起源于左室，而右室假腱索室早则多起源于右室(图6)。

接下来讨论一下室壁瘤致心律失常机制。室壁瘤瘤体附近心肌由正常心肌、过渡带心肌和坏死心肌组成，三者在心室收缩时所受张力不同。前文已提及，心肌张力越大，钾电流越大，复极时间越短，即不应期越短，故在三种不同张力心肌上形成不应期的离散，易诱发心律失常。因此，引起室壁瘤死亡的恶性心律失常很大一部分与机械牵张相关。进一步引申，当心肌缺血时，心脏彩超常提示节段性室壁运动异常。心肌运动不同步，张力不均一，引起不应期离散，同样容易诱发恶性心律失常。需引起大家重视。

我们再谈谈房颤。房颤发生的原因很多，其中心房压力增高是重要因素，如二尖瓣狭窄等。临床上减轻心房负荷治疗后，部分房颤可自行转复。有学者做了实验研究，在房颤发作时心房压是10 cmH2O，使用利尿剂后，随着房压减轻，F波的频率变慢，房颤终止(图7)。这提示心房颤动的发生与维持，与心房负荷密切相关。心房压高的时候，心房肌张力升高，心肌细胞钾电流增强，心房不应期缩短。而不应期越短，越容易诱发房颤，且越易维持房颤；当房压下降，钾电流减小，不应期延长，折返容易终止，故房颤可自行复律。通过房颤的发生和治疗的过程，我们不难看出心房压是房颤发生和维持的重要机制之一。

最后我们关注下慢性心衰。慢性心衰几乎全部合并有心律失常[2]。经过几代人努力，至今苦无良策。我们尝试从慢性心衰发生心律失常的机制入手，结合前文提到的机械性心律失常的发生机制，或有启发。一项基础研究表明，心室舒张末压(容量负荷)增加到一定程度时，将引发室性心律失常。同时，另一项试验研究表明，在心腔内一次性注射30 mL液体，可引发一次室性早搏，该试验说明心脏压力在短期内迅速增加时，将引起心律失常的发生。这些心律失常的具体机制是什么？再看一个基础研究，研究者把自律细胞分离出来作为研究对象，并给予机械牵张。发现受到机械牵张的细胞自律性增强。当心肌细胞受到持续牵张，细胞内发生钙超载，而钙超载可通过触发等机制引起心律失常。同样，折返也是心律失常的常见机制——不同张力心肌所致的不应期离散，为折返的发生创造了条件。慢性心衰时，机械牵张将通过以上机制导致心律失常，因此有学者进行如下研究：对于牵张性心律失常，给予β受体阻滞剂降低室壁张力，结果心律失常明显减少。同时反向研究表明，给予心衰患者多巴酚丁胺，增加心肌收缩力，结果增加心律失常发生率。有关正性肌力药物，一言概括，即心衰患者使用正性肌力药物，目的是增加心肌收缩力，其结果却是以诱发心律失常为代价而告终。2016年欧洲心衰指南指出：“出于安全考虑，不主张在心衰患者中使用正性肌力药物，除非合并低血压或灌注不足时”[3]，此时挽救生命的决策优先于预后。

图6 二尖瓣脱垂、心室假腱索合并室早起源与病变部位一致

图7 房内压与心房颤动发作关系

3 机械性心律失常的治疗

降低张力是机械性心律失常的主要治疗方法，并且通过改善心肌重构，纠正收缩时的不均一性。首先，β受体阻滞剂是慢性心衰治疗中的基石，在其他器质性心脏病治疗方面，β受体阻滞剂也可有效降低死亡率，其中降低心肌机械张力是不可忽视的机制之一。其次是RAS系统阻滞剂，目的同样是通过改善重构，减少心脏的机械异质性，降低张力，从根本上减少心衰患者的心律失常。

综上所述， 机械性心律失常的发生是通过机械张力激活心肌细胞膜上的张力敏感通道， 那么针对该通道的特异性阻滞剂是抗心律失常治疗上的新思路。最新研究表明，在狼蛛毒液中分离出的多肽具有选择性抑制张力敏感通道的作用，可减少心衰房颤的发生率[4-5]。更多的张力通道阻滞剂尚在研究中。通过以上分析，我们不难得出结论：张力敏感性阻滞剂将来很可能成为新一类有效的抗心律失常药物，特别对器质性心脏病、慢性心衰、房颤患者的治疗将带来新的希望。

[1] 郭继鸿. 机械性心律失常[J]. 临床心电学杂志， 2008,17(3):214-226.

[2] 蒋文平. 尽力治疗心力衰竭的心律失常[J]. 中国心脏起搏与心电生理杂志，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，Franz 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.

(本文编辑：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，天津市第五中心医院心功能科(顾春英)；430014 湖北 武汉，武汉市中心医院心功能科(李艺)

顾春英，教授，主要从事复杂心律失常电生理机制的相关研究，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)