1、心房易損性(atrial vulnerability)的概念及電生理(Electrophysiology,EP)基礎
在關於心房纖顫(atrial fibrillation,AF)的臨床及基礎研究中,很多學者應用“心房易損性”來表示誘發房顫的難易程度,然而,對於心房易損性確切概念的理解卻各不相同。大多數文獻中傾向於這種觀念,即房顫時的心房易損性,是額外刺激作用於心房時,誘發房顫的難易程度。學者們多傾向於將房顫時的心房易損性和房顫的可誘發性相等同。DRAGOS COZMA[1]等 在一項關於傳導速度和房顫易損性的研究中通過在竇性心律的基礎上進行S1S2的程式性電刺激(programmed atrial stimulation,PAS),以是否可以誘發房顫來表示房顫的易損性。
國內學者們通過對房顫時的心電生理研究對於影響心房易損性的主要因素得出了相似的結論,影響房顫時心房易損性主要因素主要有:心房有效不應期離散(atrial dispersion of refractoriness,dEPR,Disp-A)[2-6]以及心房內傳導延遲或心房傳導速度減慢(decreased atrial conduction velocity)[1,7,8,9]兩個方面。其中以不應期離散增加心房易損性的研究最多。
1.1心房不應期離散(dEPR)
心房不應期離散:是指心房不同部位的心肌ERP之間存在顯著差異。在心電生理學中用dERP來衡量,其大小用心臟電生理檢查中不同部位的最大ERP減最小ERP來表示。dERP可以由細胞復極不均一引起,心房dERP增大會導致心房肌細胞電生理的不均一性,使具有不同ERP的心房肌細胞(例如,心房或心房與肺靜脈之間)能夠更容易的隨機形成折返或傳導阻滯,從而更有利於AF的形成[2][10]。在心臟電生理檢查(EP)中,通常要測量至少5個部位的有效不應期,如右心耳(RAA)、右房後外側壁(LRA)、高位房間隔(IAS)、希氏束區(HBE)、冠狀竇(CS)等。計算dEPR時,只需將其中最長的有效不應期減去最短的有效不應期即可。
d E R P = E R P MAX - E R P MIN
雖然,在關於dEPR對房顫時心房易損性具有重要影響意義方面國內外學者已經普遍達成共識,然而,在房顫的維持是否與dEPR有關方面,國內外的研究存在爭議。Sato S[11]等,認為不應期的離散對房顫的維持(maintenance)中具有一定的意義,Misier A[6]等的研究也得出了類似的結論。而Mario Oliveira[3]等的研究卻認為dEPR並不是維持房顫維持的決定性因素,因為在房顫發作陣發性房顫>無房顫。動作電位時程交替對心房易損性的影響將是未來電生理研究的重要方向。
在國內外的研究有用心房易損窗(window of vulnerability,WOV)[16,17]來量化心房易損性的文獻報道。所謂心房易損窗是指可以誘發房顫的程式性S1S2刺激的最長間期和最短間期之差。
WOV=S1S2MAX-SIS2MIN
將所有易損窗求即可得到 。這項指標可以簡單、明瞭的量化心房易損性。然而這項指標是否能夠準確反映房顫時的心房易損性有待進一步的科學研究。
= WOV1+WOV2+……+WOVn (n=研究組的例數)
2、對房顫心房易損性有顯著影響的心律失常研究中的困惑
目前,關於對房顫時的心房易損性有明顯影響的心律失常主要集中預激綜合徵(WolffCParkinsonCWhite syndrome,WPW)以及布魯加綜合症(Brugada Syndrome)兩個個方面,且研究大多集中在對WPW的旁道(AP)以及旁道消融對心房易損性的影響方面。
2.1WPW對房顫心房易損性的影響
WPW的患者超過三分之一伴發房顫 [18,19]。對於WPW高發房顫的機制可能有以下幾個方面。1、旁道(accessory pathway,AP)的電生理功能; 2、心房本身的易損性[20-23];3、房室折返心動過速時對心房快速刺激;4、AP對心房結構的影響[24];5、自主神經的影響,等。其中以前兩項對心房易損性的影響最受研究者的關注。
大量臨床研究表明,對WPW患者成功進行消融術後,AF的發生率確實顯著降低[25,26,37],而且,文獻檢索可見到大量關於AP對心房易損性的研究[38-32]。但是,另一方面,即使是成功的旁路消融後仍存在一定的房顫發生率。這種“剩餘”發生率提示存在更多影響WPW患者房顫心房易損性的因素,WPW綜合徵患者心房固有的易損性就是其中最受關注的因素之一。
Riccardi R[33]等,研究發現,伴發AF的WPW患者的心房有效不應期較不伴發AF的WPW患者的有效不應期短,而且隨著心率的增高有效不應期有延長的傾向。但這僅僅說明具有心房易損性的WPW患者容易發生房顫,並不能解釋這種易損性是由WPW的綜合徵的旁路還是心房本身的易損性引起。Hamada T[34]等比較了AP消融後發生AF的WPW患者和未發生AF的WPW患者的心房易損性指標(以傳導速度的延遲作為指標),發現:伴發AF的WPW患者,旁路的消融並沒有改變心房的傳導速度。而在術後未發生AF的WPW患者的傳導速度卻因為AP的消融而正常化。但是,這不能解釋術後的心房易損性是否為WPW綜合徵固有的心房易損性。要對所有WPW患者消融後的心房易損性與非房顫對照的心房易損性進行比較後才能得出WPW患者是否具有除受AP影響以外的心房易損性。然而,在國內外的文獻報道中,並沒有發現這樣的研究。因此,要探討WPW綜合徵患者伴發房顫的心房易損性在AP之外的起源,需要更多的研究。
2.2布魯加綜合徵對房顫心房易損性的影響。
Hiroshi Morita[35]等研究發現,布魯加綜合徵時,心房傳導時間延長,並且有效不應期在心房電位中佔的比例增加。與對照組相比,布魯加綜合徵可以誘發房顫。他們得出了布魯加綜合徵可以增加心房易損性,且主要是通過傳導延遲來實現的結論。最近,Kofune M[36]等的研究得出了相似的結論,布魯加綜合徵患者確實存在心房傳導延遲以及不應期在心房電位中比例上升,即心房易損性上升的現象。然而,對這種增加房顫時心房易損性的機制的研究目前未見相關報道,有待進一步的研究。
3、對房顫時心房易損性的一些生理學研究
3.1迷走神經刺激對房顫時心房易損性的影響。
對迷走神經幹進行刺激可以誘發房顫很早就已經被發現[37][38][39]。對心臟本身的神經節進行電刺激可誘發房顫這一現象也在2005年被Scherlag, B. J[40]等發現。然而,對於迷走神經刺激對心房易損性的研究卻是最近幾年才開始受到研究者的重視。
Zhibing Lu[16]等,通過將電刺激6小時後進行神經節(GP)消融、神經節消融後進行6小時電刺激以及6小時電刺激後進行迷走神經阻斷(阿托品+普萘洛爾)三組病例的心房易損性進行比較(不應期長短和WOV),發現迷走神經的阻斷和GP消融一樣,均可以有效的降低心房易損性。進而他們得出自主神經系統在快速刺激下心房電重構的過程中具有重要作用,進而有效的支援了Wijffels and coworkers[41]的“AF begetsAF”理論。
Yuan Zhang[42]等,將代表外來刺激的迷走神經幹刺激和代表內在神經刺激的神經節刺激作用於右上肺靜脈和右心耳兩處,並將兩處測量的心房易損性進行比較。發現,迷走神經感刺激對右心耳的心房易損窗影響較神經節刺激明顯(較寬的WOV),而在右上肺靜脈處,則是神經節刺激可以產生較寬的WOV。進而他們提出了心臟受到內在和外在兩種神經支配,且兩種神經在心臟的不同部位有著不同分佈的結論。
在最近的一項研究中,與Zhibing Lu來自同一所實驗室的Xia Sheng[43]等,對在快速心房起搏之前,之中進行低強度的迷走神經刺激進行了研究。發現低強度的迷走神經刺激對 和心房不應期兩個易損性指標均可以起到改善作用,而且這種改善作用的機制很可能是通過對心臟內在的自主神經系統的抑制來實現的,進而為房顫的防治找到了新的突破點。
目前,有關於其對心房易損性影響的報道的射頻消融方式有碎裂電位消融[44]、肺靜脈隔離消融[45]、馬歇爾韌帶消融[46]、心外膜脂肪墊消融[47]以及環肺靜脈線消融和左房線消融[48]。且科學研究得出的結論均顯示消融術可以有效的降低心房易損性指標。
Kunihiro Nishida[49]等對環肺靜脈線消融和左方線消融進行了比較,發現肺靜脈線消融是通過增加心房有效不應期來達到抑制房顫發生的目的(減小易損性),但是不能消除房顫維持發生的根本機制;左房線消融可以抑制房顫發作,但是是對心房易損性沒有影響。Nishida K[50]等對環肺靜脈消融和肺靜脈周圍神經節消融進行了比較,發現在心動過速誘導的房顫中環肺靜脈消融可以減少心房易損性,但是對房顫發作的時間以及房顫發作時的主導頻率沒有影響;肺靜脈周圍神經節消融可以減少發作時間以及主導頻率。
根據Yuan Zhang等的觀察結果,心房不同部位有著不同的神經分佈。不同的手術方式對心房易損性必然有不同的影響。然而,目前對於不同手術方式對心房易損性的對比缺少相應的研究。目前主要的環肺靜脈消融和神經節消融均以消除心臟內在神經為主,對於外來神經的影響很小。因此,要進一步明確射頻消融對心房易損性的影響,減小消融後房顫的發生率,需要有更多的大規模的針對心臟外來神經支配方面的研究。
3.2壓力、擴張和容量等生理學指標對房顫易損性的影響。
大量研究表明[51-54],心房壓力,心房的擴張以及心房的容量等生理學指標對房顫的發生發展以及心房的重構具有重要作用。其機制可能與離子通道的以及細胞內鈣超載有關[55,56]。
Michael Efremidis[57]等對房顫患者心房內壓力和心房易損性(有效不應期離散作為指標)的研究中發現,心房內壓力的改變對心房易損性沒有明顯的影響。Daniel M[58]等通過巧妙的生理學實驗將心房內壓力和心房擴張對心房易損性影響中的區分開來。他們實驗設計的前提是:心包完整時心房內壓力不伴隨心房擴張的結構變化。基於這個前提,他們對心包完整和心包切開的兔心臟進行了心房易損性研究。表明心包完整時心房內壓力在>20mmH2O的情況下,心房的有效不應期沒有縮短的趨勢;但是心包切開時,當心房內壓力只需要>15mmH2O就可以出現明顯的有效不應期縮短,即心房易損性的增高。由此他們得出結論,心房容量負荷過重導致的心房電生理重構是由心房擴張引起,而不是由心房內壓力的增高引起。Sander Verheule[59]等進一步研究了慢性心房擴張對房顫心房易損性的影響,他們通過人工導管手術製造出狗的二尖瓣狹窄模型,由此產生慢性心房擴張的效果,並對這種情況下的心房易損性(傳導時間和有效不應期)進行了測量。他們發現,慢性心房擴張可以增加心房易損性,且使得房顫發作的持續時間延長。由此我們可以看出,心房大小的急性和慢性改變,均對房顫的心房易損性有較大的影響。
在以上研究的基礎之上,DRAGOS COZMA[60]等又對心房的擴張對心房易損性的影響進行了深一步的研究。他們發現,應用傳統的測量心房直徑來表示心房大小的方式對心房實際大小的測量有一定的侷限性。他們提出了測量左心房表面面積(surface-LA,LAS)以及對心房形狀進行測量的觀點。他們通過實驗觀察,還得出了LAS作為評測房顫可誘發性的界值,即LAS>25cm2。在LAS>25cm2的研究者中,72%伴有心房形狀的不規則(房中隔到左房側壁直徑大於左方橫徑)。3的人群的易感基因頻率較CD70歲組中僅有28%的病人可以誘發房顫(小於40歲組:40%,40-50歲組39%,50-60歲組37%,60-70歲組38%),並且高齡組的心房有效不應期較低齡組也顯著延長。由此,他們得出結論,雖然高齡是房顫危險因子,然而高齡組患者的房顫易損性指標卻有改善的傾向(如心房有效不應期延長),這可能是期前刺激對高齡組房顫的誘發率下降的原因,也因此暗示,高齡族和低齡組的房顫發生機制有著本質不同。高齡組高發房顫,可能是由非電生理學的因素引起。由於,本次研究入選病例較多,且與以前的研究結果吻合,研究的可信度很高。
Yu Hui Yang[96]等,用36-48月齡的兔(衰老組)代表高齡,研究了M樣受體在不同年齡心臟中的分佈以及副交感神經對房顫易損性的影響,他們以有效不應期離散和動作電位時程延長作為評價易損性的指標。他們發現,M樣受體在心臟不同位置的分佈不同,以左房遊離壁最高。衰老組較成熟組的M受體表達有著明顯的增高,衰老組房顫的可誘發性也較其他組高。應用M樣受體阻滯劑後,有效不應期離散以及動作電位時程延長均減弱。由此,他們得出結論,與年齡密切相關的M樣受體的分佈改變,可能是高齡組房顫高發的原因,可以稱之為“年齡相關易損性”。
是否可以從神經重構方面探求高齡和低齡房顫發生機制的不同,有待進一步的研究,但這項研究為我們提供了一個重要線索。高齡和低齡對期前刺激誘發房顫的敏感性不同可以從神經體液機制方面尋找答案,進而可以對高齡房顫的治療提供更新的靶點。
4、對房顫的心房易損性有影響的一些臨床疾病
4.1糖尿病
大量流行病學研究表明[97-99], 糖尿病患者伴發房顫患病率升高,因而,糖尿病必然會對心房的電生理特點有一定的影響,將糖尿病與房顫的心房易損性結合在一起進行研究,最近幾年才受到研究人員的重視,而且糖尿病增加房顫易損性的機制目前沒有統一的定論。
Oliveira M[100]等試圖由糖尿病對自主神經系統功能的影響作為切入點,研究糖尿病對心房易損性的影響。他們分別對糖尿病小鼠進行交感神經和副交感神經刺激,並觀察心房電生理改變。研究發現,交感神經刺激可以增加糖尿病小鼠的房顫誘發率,縮短心房的有效不應期,增加心房不應期的離散,對照組無此變化;刺激副交感神經系統也有同樣的結果。他們由此認為,神經重構可能對糖尿病患者房顫的心房易損性有重要影響。
4.2心臟瓣膜病
在發展中國家,40%的風溼性心臟病二尖瓣狹窄的病人伴有房顫的發生[101]。Bobby John[102]等對二尖瓣狹窄患者的房顫心房易損性進行了研究,選取P波時程、傳導速度以及有效不應期的長短作為易損性指標。結果發現,左房和右房都有P波時程的延長,右房有傳導速度減低的現象,在有效不應期方面無影響。另外,Nitta T[103]等在研究心臟瓣膜病對房顫易損性的影響中也有類似的發現。他們的研究,從電生理的易損性方面證實了二尖瓣狹窄病人的房顫高發性。然而,都沒有對此現象的進一步解釋。如前文所屬,二尖瓣狹窄模型所造成的心房大小和形狀改變,可能是二尖瓣疾病增加房顫易損性的機制。在神經體液的功能方面,並沒有見到對這一現象解釋的相關報道,因此探討二尖瓣狹窄對房顫易損性增高的機制,可以成為日後科研工作的新方向。
.3心衰
“房顫可以誘發心衰,心衰也可以誘發房顫”這一觀點已經被大多數學者所認同。關於心衰對誘發房顫的機制的研究則主要集中在心肌纖維化對房顫的促進這一環節中[104-106]。可以見到大量RAAS阻斷的抗纖維化、轉化生長因子β(TGF-β)在心肌纖維化中的作用以及C反應蛋白對心肌纖維化影響的文獻報道,但國內外少見真正對心衰房顫易損性具體指標進行研究的報道。
Power JM[107]等(未見到全文)對心衰背景下的心房有效不應期以及心房傳導時間進行了研究,從電生理角度證實了心衰時存在的房顫易損性增高。
由於基質金屬蛋白酶參與細胞外基質的降解,在心肌的纖維化過程中有重要作用GORDON W. MOE, MD[108]等研究了基質金屬蛋白酶(MMP)抑制劑對心衰時房顫易損性的影響。得出了基質金屬蛋白酶可以通過抗纖維化的機制降低房顫易損性和降低房顫的可維持度的結論。
除去以上的文獻報道,國內外未見到對到心衰和房顫的心房易損性具體指標的關係進行研究的文獻報道。心衰促進房顫機制是目前研究的熱點,學者們已經從很各種角度對此進行了研究,在易損性具體指標方面研究心衰對房顫的影響是否畫蛇添足,其可行性如何有待評估。在此方面是否有進行深入研究的必要有待評估。
結論:對於房顫時的心房易損性,目前大多數研究者傾向於將其定義為:額外刺激作用於心房時,誘發房顫的難易程度。心房不應期離散(dEPR)以及心房內傳導延遲(decreased atrial conduction velocity)是被廣泛應用的評價房顫是心房易損性大小的指標。有效不應期的離散以及傳導速度減慢是房顫時心房易損性增加的電生理標誌,在這兩種電生理情況下容易誘發房顫。能夠影響房顫時心房易損性的因素有:常見的心律失常、迷走神經刺激、心房大小和心房張力等生理學指標、離子通道基因多型性、縫隙連線的功能、臨床疾病以及年齡等。若要將“心房易損性”廣泛應用在心電生理學檢查中並指導房顫的治療和預後的評價,還需要大量的工作。
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