慢性心力衰竭患者心电图QRS 波时限与心室电-机械不同步的关系

张琳 焦锦玉 刘鸣

慢性心力衰竭(简称心衰)是各种器质性心脏病的最终结局和主要死亡原因,我国2012 至2015年的一项心衰流行病学调查资料显示,≥35 岁人群中,心衰患病率为1.3%,较2003 年的0.9%显著上升[1]。 造成心衰患病率升高的原因主要有两方面：一方面是随着生活质量的显著改善,国人寿命明显增加,老龄化人口增多;另一方面,由于受现代生活方式的影响,心脏病人群日益年轻化。 2017 年1 月至2020 年10 月全国113 家医院记录了33 413 例心衰患者,住院心衰患者的病死率为2.8%[2]。

心肌的机械收缩是由心肌细胞的电活动引起的,良好的心脏泵血功能取决于正常的电激活和机械同步性,其中心室内快速传导系统起着关键作用,心脏机械活动一般在电活动激动50 ms 后触发[3]。 当心肌传导发生异常时可引发电活动不同步,从而出现心肌的不同步收缩舒张(机械不同步),导致心功能受损。 心衰是持续恶化的心电机械活动不同步所致心脏结构和病理生理改变的最终表现,其主要机制在于心脏重构,包括结构重构和心电特性重构;两者互为因果,相互影响,加重心衰恶化进程。 心衰时,心电特性的改变和心脏结构形态的改变同时出现,甚至先于心脏形态结构改变发生。 这些改变以及心肌缺血损伤等都可能导致心室内和心室间的心电传导速度减慢甚至传导阻断,从而表现为QRS 波时限延长。

QRS 波时限是慢性心衰的预测因子,QRS 波时限延长是心衰患者预后不良的标志;左心室机械不同步在心衰的发病机制中也起着重要作用(尽管二者的耦联关系有时并不十分密切)。 研究发现,心衰伴窄QRS 波(QRS 波时限＜130 ms)患者的机械不同步发生率为20%～40%;在心衰伴宽QRS 波(QRS 波时限＞150 ms)患者中,这一比例上升到80%～90%[4-5]。 本文旨在回顾和讨论慢性心衰患者发生电-机械不同步的可能机制及其与QRS 波时限的关系,并综述二者对心功能的影响。

1 慢性心衰患者的电不同步

心电图可以反映心脏结构及电活动的改变,其中QRS 波群是左右心室综合除极向量在相应导联上的投影[6]。 因此QRS 波时限反映的是心室整体的去极化时间,与传导系统病变、心肌病变关系密切,也是评估患者心脏收缩同步性的关键指标。 自心电图技术应用于临床以来,国内外学者对QRS 波时限及形态的变化与心衰的相关性进行了反复研究和探讨,QRS 波群特征对心血管事件的预测价值已得到普遍认可。 正常成人QRS 波时限为0.06 ～0.10 s,一般不超过0.11 s,QRS 波时限＞0.12 s 是筛选高危患者的指标[7]。

心室电活动有其固定传导通路,冲动首先从房室结发放,再通过希氏束分别向左右束支及其各分支传导,然后传至浦肯野纤维网,最后扩布到心肌。正常的心电传导使左右心室和心室内各部分几乎同时激动;而当心室传导通路发生障碍,或心肌发生损伤甚至梗死时,异常的心电传导可能会导致心室间和(或)心室内传导延迟甚至阻滞,即心电活动失同步,在心电图上可表现为QRS 波群增宽、波形顿挫、振幅减小。

慢性心衰是各种器质性心脏病进展的最终阶段,这类患者往往伴有心室传导障碍,导致心电活动不同步。 心衰患者的心肌细胞因长期缺血、缺氧,同时神经体液系统被激活,导致心肌细胞肥大、心肌间质纤维化、心肌细胞凋亡、胚胎基因和蛋白再表达等心室重构现象。 缝隙连接是心肌细胞间介导相邻细胞信息传递的一种特殊通道,可以保证心室电活动的快速有效扩布。 缝隙连接蛋白43(Cx43)是人心室中最普遍的蛋白亚基,在心肌细胞动作电位的0 相负责Na+的传输。 在心衰初期,Cx43基因表达开始下降,Cx43 会发生去磷酸化并重新分布,主要表现为数量减少,在表达方式上逐渐侧化,在表达比例上逐渐趋于横向表达,从而使得心脏电活动扩布的方向和速度发生改变[8-9],导致心电活动在时空上的不对称,以及心电传导的不连续,最终造成部分心肌细胞间或整个心肌电传导速度减慢、传导延迟,膜电位水平和去极化程度不完全一致,使心肌细胞冲动传导时间延长;同时,具有特定结构的室间隔传导减慢,尤其是在心肌重塑后,室间隔传导减慢也进一步促进了右心室和左心室激活的电分离状态[10]。

心衰时,除了上述病理生理方面的改变,心肌细胞离子通道也会受到影响。 0 期去极化主要由钠内向电流(INa)引起。 虽然AKAR 等[11]发现,分别从正常犬和心衰犬中分离的心室肌细胞动作电位去极化速度没有差异,但是大多数学者包括UFRETVINCENTY 等[12]发现心衰小鼠的Na+通道失活速度较慢,且激活和失活的电压依赖性发生改变,同时INa通道减少;VALDIVIA 等[13]的研究显示,与从非衰竭心脏获得的心肌细胞比较,从衰竭心脏分离的心肌细胞中瞬时钠电流的峰值密度降低了57%,当INa受抑制时动作电位0 相最大去极化速度(反映Na+通道开放的速度)减小,去极化过程变慢,上升幅度减小,兴奋传导减慢。

近年来,在12 导联心电图的基础上,矢量心电图、超高频心电图,以及更加复杂的电子心脏成像系统等多种非侵入性心脏检查技术相继出现。 利用这些检查手段,可以捕获潜在的和异常的心电活动,通过结合空间和时间信息来更精确地分析心电活动[14-15]。 基于QRS 波的形成机制,12 导联心电图无法准确地区分左侧或右侧传导异常,也难以分辨心室间或室内不同步,但心电图呈现出来的QRS波时限和形态可作为评估心电活动及心功能的简便易得的指标。

2 慢性心衰患者的机械不同步

心室通过舒张充盈入血,并通过收缩射血,二者单独或同时受损时,可导致心功能不全、心衰。Ca2+是参与心肌收缩、舒张的重要离子。 心衰初期,Ca2+通道数量减少,但其开放程度会代偿性加大,以使心肌细胞摄取更多Ca2+来维持心肌的收缩功能;而进入失代偿期时,这部分代偿性的增加无法抵消过分增大的心肌细胞导致的Ca2+密度相对降低[16]。在人类心肌活检组织中发现RYR2、SERCA2a 和钠钾泵在心肌的肌质网、肌丝中大量表达,也正是胞外Ca2+进入细胞膜,与RYR2 结合,诱导钙激活钙释放,从而使肌丝间产生相对滑行,使心肌收缩,随后再经SERCA2a 和钠钾泵回收Ca2+,如此循环往复,以完成心脏的持续充盈泵血[17]。 在心衰时,RYR2、SERCA2a 和钠-钾泵表达下调导致细胞内Ca2+稳态失衡, Ca2+释放速度减慢,Ca2+回收时程延长,最终引发心肌收缩舒张功能障碍[17-18]。

基于心脏结构的特性,在正常生理状态下,左右心室间存在一定的运动时间差,同时心室内各节段的收缩-舒张时间和幅度也会有细微差异,即正常人的左右心室并非同时收缩;左心室内的机械收缩几乎是同步的,而机械运动的同步性是实现正常泵血的必要条件[19]。

心衰患者由于心肌功能和结构严重受损,其心室间和(或)心室内存在不同程度的收缩运动不同步。室间运动不同步时,左心室激动延迟,且左心室舒张期缩短,导致冠状动脉充盈时间缩短,局部心肌灌注减少,以及心室间压力变化,发生室间隔矛盾运动,使有效心排血量减少;室内运动不同步时,提前激动的心肌不能产生足够的收缩力而无法有效射血并且较早进入舒张期,延迟激动的心肌和已开始舒张的心肌产生矛盾运动引起心排出量下降,舒张亦不同步[20]。 这一过程是持续进行的,即便没有新的心肌损伤,这种不同步也会持续造成心室各部分心肌张力不同,还会造成心室壁的不对称性肥厚和细胞外胶原的沉积,进一步影响心脏传导系统的传导速度和局部收缩功能,加重原有的心室机械不同步。

目前可采取多种影像学方法,包括超声心动图、门控核素心肌显像和心脏磁共振成像评价心室收缩功能、收缩同步性及左心室机械激活的成像等方面[21-22]。 目前仍以超声心动图应用最为普遍,斑点追踪超声心动图是广泛使用的可定量评价心肌机械性功能的方法[22]。

3 慢性心衰患者心电图QRS 波时限与心室电-机械不同步的关系

QRS 波时限越长,左右心室激动时间差异越大,心室收缩同步性也越差,此时易发生心室重构及心室扩大,发展成心衰[23]。 心电激动和心肌收缩关系密切,兴奋-收缩耦联使电激活不同步,导致心室收缩不同步,但研究表明,QRS 波时限与心室机械不同步并非完全呈线性关系。 部分患者出现机械不同步是由心肌活性的改变造成的,如心肌水肿和局部炎症,这些异常可以诱发心肌结构改变或局部的收缩功能受损[24-25],导致心室壁各节段无法同时开始收缩、舒张,或者出现不同强度的收缩-舒张活动,最终导致左心室机械活动不同步。 SUEVER等[4]在心电-机械测量实验中发现,91%的心衰患者电激活最晚的部位和心肌收缩最晚的部位相同,证明大多数患者的心肌收缩不同步是由电传导活动不同步导致的。

3.1 不同类型束支阻滞的QRS 波时限与机械不同步的关系

正常生理状态下,心室的电活动发生顺序为希氏束—左束支—右束支。 左束支阻滞(left bundle branch block,LBBB)时,心室的电活动由右束支先行下传,随后经室间隔缓慢扩布到左心室,使得左心室电活动延迟进行;完全性LBBB 时,QRS 波时限可延长至≥120 ms。 王静等[26]对比了完全性LBBB 患者和正常人的心室除极顺序,发现前者的右心室前壁电除极-收缩耦联正常,左心室壁各相应节段较正常组除极均明显减缓,最终可导致左心室整体和局部舒缩功能受损。 完全性右束支阻滞(right bundle branch block,RBBB)时,左心室电活动正常,左心室除极后右心室才开始除极,右束支传导障碍时右心室主要通过心室内膜扩布激动,使得传导明显减慢,导致右心室收缩明显延迟。 MARTERER 等[27]在研究RBBB 对心脏功能的影响时发现,RBBB 患者室间隔和右心室游离壁收缩的平均时间差为(90.7±42.6)ms。

3.2 不同起搏方式的QRS 波时限与机械不同步的关系

在传统的起搏方式下,由于电极位置特殊,因此起搏后的心室违背了生理状态的电传导路径,导致激动逆行传导,左右心室电活动不能同步激动扩布,心室传导时间明显延长,左右心室收缩失同步。随着相关理念以及电极和鞘管的不断改进,目前最接近生理状态的起搏方式是传导系统起搏[23],包括希氏束起搏和左束支区域起搏,能在显著缩短QRS波时限的同时获得更理想的心室机械同步。 左束支起搏通过绕过传导阻滞部位直接激动左束支的分支及浦肯野纤维,使左心室的电激动正常下传,同时逆传至希氏束延迟激动右束支。 LIANG 等[28]在对左束支起搏和双心室起搏的研究中发现,前者可以明显改善心电和机械的再同步性以及心脏的血流动力学。 希氏束起搏通过同时激活左右束支来保持或恢复电-机械同步。 SHAN 等[29]研究了将心脏再同步化治疗升级为希氏束起搏的心衰患者,发现这类患者起搏后QRS 波时限由156 ms 明显缩短至107 ms。 ARNOLD 等[30]发现希氏束起搏可以更有效地改善心室再同步,缩短心室激动时间,从而获得血流动力学的改善。

4 QRS 波时限延长和心室机械不同步对心功能的影响

随着QRS 波时限延长,慢性心衰患者心脏不良事件的发生率逐渐上升,且QRS 波时限与患者心脏不良事件具有相关性,临床可以结合心电图QRS 波时限来判断病情发展及预后。 QRS 波时限也是心衰患者远期死亡的独立预测危险因素。 BADER等[31]对左心室射血分数≤45%且无心肌梗死病史的心衰患者进行研究,发现存在机械不同步的患者发生心血管事件风险显著增高,但与QRS 波时限和左心室射血分数无关。 QRS 波时限及其动态变化和机械不同步相关指标不仅可以用于预测慢性心衰患者的预后及全因死亡,对判断急性心衰患者预后也有一定的价值[32]。

5 小结与展望

心电图QRS 波时限可以作为判断心衰患者是否存在电活动不同步的一个指标,同时结合超声心动图及其他影像学提示的机械不同步指标,可为心衰患者治疗方案的制定与优化提供参考。 心衰患者的治疗器械也在不断改进,尤其是心室起搏器,其起搏部位越来越接近生理性心室激动传导位置,起搏后的QRS 波时限逐渐由宽变窄,心室的收缩、舒张活动也更加协调。 心室起搏器的适应证更加广泛,QRS 波时限标准逐渐从宽QRS 波扩展到窄QRS 波,在很大程度上解决了部分心衰患者无法适应传统起搏器的困境。