Связь между аномалиями электролитного состава и аритмией - аритмии сердца (1)
ГЛАВА 4. Связь между аномалиями электролитного состава и аритмией
Б. Суравиц (В. Surawicz)
Электрическая активность в возбудимых тканях сопровождается изменениями проницаемости клеточной мембраны и трансмембранных потоков ионов. Для лучшего понимания изложенного в главе материала необходимо знание некоторых электрофизиологических основ- читатель может найти это в прекрасных учебниках [1, 2], обзорных статьях и в главе 3 данной книги. Предлагаемое здесь обсуждение электрофизиологической теории охватывает только те явления, которые непосредственно связаны с представленными в этой главе клиническими наблюдениями. Поэтому приведенные экспериментальные данные касаются почти исключительно концентраций электролитов, встречающихся в повседневной клинической практике. Наибольшее внимание уделено ионам калия, так как их роль в развитии аритмии представляется нам более значимой и лучше изученной, чем роль других ионов.
Гиперкалиемия
Электрофизиологические механизмы
1. Мембранный потенциал покоя (МПП), или максимальный диастолический потенциал (Относится к миокардиальным волокнам предсердий или желудочков, а также к волокнам Пуркинье). (МДП), снижается (т. е. становится менее отрицательным) при повышении внеклеточной концентрации калия. В диапазоне плазматических концентраций калия, встречающихся in vivo, изменения внутриклеточной концентрации калия весьма ограничены и, следовательно, не способны играть существенной роли в изменении МПП или МДП. Это позволяет нам считать изменения внеклеточной концентрации калия основным фактором, определяющим величину МПП или МДП [3]. При деполяризации, обусловленной повышением внеклеточной концентрации ионов калия, мембранный потенциал приближается к значению, определяемому по уравнению Нернста для мембраны, свободно проницаемой для K+. Это означает, что при плазматической концентрации калия, превышающей норму, мембрана ведет себя как калиевый электрод. МПП в миокарде желудочков составляет около—84 мВ при [К+]0= 5,4 мМ/л- примерно —67 мВ при [К+]0=10,0 мМ/л- около —60 мВ при [К+]0=16,2 мМ/л. При менее отрицательных величинах МПП клетки чаще всего недолго остаются возбудимыми, по крайней мере в ответ на электрический стимул обычной силы.
2. Реполяризация ускоряется, так как возросший [К+]0 повышает проницаемость мембраны для ионов калия и сокращает длительность потенциала действия. В миокардиальных волокнах желудочков такое сокращение обусловлено преимущественно ускорением фазы 3.
3. Диастолическая деполяризация в волокнах Пуркинье связана с повышением проницаемости мембраны для Na+ и, возможно, с ее понижением для K+. Гиперкалиемия, при которой проницаемость мембраны для калия возрастает, уменьшает наклон в фазу 4 (диастолическая деполяризация), тем самым снижая или подавляя автоматизм.
4. Пороговый уровень потенциала снижается (потенциал становится менее отрицательным) при усилении деполяризации (менее отрицательный МПП или МДП). Однако гиперкалиемия обычно вызывает большее изменение МПП в сторону деполяризации, чем изменение порогового потенциала. Это может привести к уменьшению «расстояния» (разности) между МПП и пороговым потенциалом. Поэтому при увеличении [К+]0 не всегда наблюдается снижение скорости проведения или частоты возбуждения пейсмекерных волокон. Напротив, как будет описано ниже, умеренное повышение [К+]0 может ускорить проведение без изменения частоты водителей ритма.
5. Двухфазное влияние повышенного [К+]0 на проведение и возбудимость обусловлено зависимостью последних как от абсолютной величины МПП, так и от разности между МПП и пороговым потенциалом. Если [К+]0 повышается постепенно, проведение сначала ускоряется, а порог возбудимости снижается в связи с уменьшением разности между МПП и пороговым потенциалом. Затем проведение замедляется, а порог возбудимости повышается вследствие снижения абсолютного уровня МПП [4]. Повышение [К+]0 может оказывать такое же двухфазное влияние на частоту спонтанного возбуждения волокон Пуркинье (сначала повышение активности, а затем ее снижение и прекращение).
6. Разные типы сердечных волокон весьма различаются по своей чувствительности к калию [5]. Так, угнетение возбудимости и проведения в миокарде предсердий отмечается при более низком [К+]0 по сравнению с другими миокардиальными волокнами. Изолированные ткани синусового узла и пучка Гиса более «резистентны» к повышению [К+]0, чем рабочий миокард желудочков, который в свою очередь более «резистентен» к высокой концентрации калия, чем миокард предсердий.
7. При неодинаковой внеклеточной концентрации калия в различных частях миокарда могут возникать «токи повреждения».
8. При повышенной концентрации калия отмечается тенденция к снижению дисперсии рефрактерности, так как длительность потенциала действия в этих условиях уменьшается независимо от частоты сердечного ритма, а частотозависимые различия в дли тельности потенциалов действия волокон Пуркинье и волокон рабочего миокарда желудочков сокращаются. При этом уменьшаются также различия между потенциалом действия волокон Пуркинье и клеток желудочков при любой частоте сердечного ритма [6]. Уменьшение различий в рефрактерности миокарда, обусловленное указанными факторами, отражается главным образом на нормальных циклах возбуждения. Однако существенное уменьшение длительности потенциала действия при, ранних экстравозбуждениях может способствовать повышению дисперсии рефрактерности.
9. Умеренная гиперкалиемия устраняет аномалии проведения и возбудимости. Этот эффект наблюдался в волокнах Пуркинье и ветвях пучка Гиса как in vitro, так и in vivo [7]. При аналогичном явлении в миокарде желудочков может отмечаться уменьшение или исчезновение наклона кривой возбудимости [8].
10. Отрицательный инотропный эффект гиперкалиемии, который может иметь косвенное влияние на развитие аритмии, по-видимому, сильнее выражен при сердечной недостаточности, чем в здоровом сердце [9]. В экспериментах на животных было показано, что угнетение сократимости миокарда под действием калия связано с поглощением К+ клетками сердца и определяется скорее скоростью повышения [К+]0, нежели абсолютной величиной [К+]0 [10].
Электрокардиографические проявления
Когда концентрация калия в плазме крови превышает 5,5 мэкв/л, Т-волны заостряются и их амплитуда увеличивается, а при уровне калия выше 6,5 мэкв/л обычно отмечаются изменения комплексов QRS. Диагноз гиперкалиемии нельзя с уверенностью поставить только на основании изменений Т-волны. В одном из исследований характерные Т-волны (высокие, с наклоном, узкие и заостренные) наблюдались лишь у 22 % больных с гиперкалиемией, тогда как у остальных — высокоамплитудные Т-волны не отличались от аналогичных волн другой этиологии. При дифференциальной диагностике целесообразно измерение интервала Q—Т. Если высокая, заостренная Т-волна является единственной электрокардиографической аномалией, вызванной гиперкалиемией, а длительность комплекса QRS и сегмент ST остаются в норме, то интервал Q—Т не изменен или укорочен- при других же состояниях, сопровождающихся появлением высокоамплитудных Т-волн, интервал Q—Т почти всегда увеличен [11]. U-волны у больных с гиперкалиемией обычно снижены или отсутствуют [11].
Точный ЭКГ-диагноз гиперкалиемии обычно можно поставить, если концентрация калия в плазме крови превышает 6,7 мэкв/л. Равномерно расширенный комплекс QRS при гиперкалиемии отличается от его ЭКГ-характеристик при блоке ножки пучка Гиса или экстравозбуждения, когда расширение наблюдается как в начальной, так и в терминальной части комплекса QRS. Широкая S-волна в левых грудных отведениях помогает отличить электрокардиографические проявления гиперкалиемии от ЭКГ-признаков типичного блока левой ножки пучка Гиса, а широкая начальная часть комплекса QRS — от блока правой ножки пучка Гиса. Однако широкий комплекс QRS у больных с гиперкалиемией может напоминать его типичную форму при блоке левой ножки пучка Гиса. Нередко ось QRS смещается вверх, а иногда и вниз. Это предполагает неоднородную задержку проведения на основных участках левой ножки. Как и следовало ожидать, медленное внутрижелудочковое проведение сопровождается удлинением интервала Н—V, которое развивается параллельно увеличению длительности комплекса QRS [12]. Длительность QRS постепенно возрастает с повышением плазматической концентрации калия- между этими двумя параметрами отмечается достаточно тесная корреляция.
При высокой степени гиперкалиемии ЭКГ-изменения почти идентичны регистрируемым в умирающем сердце. Иногда у больных с далеко зашедшей гиперкалиемией сегмент ST имеет заметные отклонения и симулирует форму сегмента при остром повреждении, напоминающую острую ишемию миокарда. Такое отклонение сегмента ST быстро исчезает, когда ЭКГ-признаки гиперкалиемии регрессируют в результате лечения гемодиализом. «Токи повреждения», ответственные за отклонение сегмента ST, вероятно, вызваны неоднородной деполяризацией в различных частях миокарда. Подъем сегмента ST или монофазный ЭКГ-признак легко воспроизводится при нанесении калия на поверхность желудочков или при внутрикоронарном введении КС1 [10].
Если концентрация калия в плазме крови превышает 7 мэкв/л, амплитуда Р-волны обычно снижается, а ее длительность увеличивается в связи с замедлением проведения в предсердиях. Интервал Р—R часто увеличен, однако появление большинства таких интервалов обусловлено увеличением длительности Р-волны. Когда концентрация калия в плазме превышает 8,8 мэкв/л, Р-волна на электрокардиограмме обычно исчезает. При наличии широкого комплекса QRS низкая амплитуда Р-волны или отсутствие Р-волны позволяет дифференцировать ЭКГ-признаки гиперкалиемии и нарушений внутрижелудочкового проведения иного происхождения. Наличие регулярного сердечного ритма в отсутствие Р-волн связывается с проведением возбуждения из синусового узла в желудочки при синусно-предсердном блоке [14]. Эта концепция получила подтверждение в недавних экспериментах на собаках [15], где было показано, что даже при исчезновении Р-волны во время гиперкалиемии электрическая активность в области синусового узла и пограничного гребня сохраняется и каждому комплексу QRS предшествуют ЭГ-признаки возбуждения пучка Гиса (рис. 4.1). Правильный сердечный ритм в отсутствие Р-волн может быть обусловлен перемещением водителя ритма в АВ-соединение или в волокна Пуркинье, однако установить его точную локализацию у больных с отсутствием Р-волн обычно невозможно. Когда концентрация калия в плазме крови превышает 10 мэкв/л, желудочковый ритм может стать нерегулярным вследствие одновременной активности нескольких ускользающих пейсмекеров в угнетенном миокарде. Сочетание нерегулярного ритма и отсутствия Р-волны может симулировать фибрилляцию предсердий.
Рис. 4.1. Проведение возбуждения от синусового узла в желудочки при гиперкалиемии (А и Б).
Представлены электрокардиограмма во II отведении и электрограммы синусового узла (ЭГСУ 4 и 8), полученные в двух различных точках. Обсуждение в тексте. Гис — электрограмма пучка Гиса- Н — потенциал пучка Гиса- ППГ — потенциал пограничного гребня- ЭГУПП — электрограмма ушка правого предсердия [15].
Повышение концентрации калия в плазме крови до 12— 14 мэкв/л вызывает асистолию желудочков или их фибрилляцию. Развитию фибрилляции может предшествовать учащение желудочкового ритма [16]. Фибрилляция желудочков, вероятно, обусловлена циркуляцией, которая облегчается замедлением внутрижелудочкового проведения и уменьшением длительности потенциала действия желудочков. Эксперименты на собаках показали, что выраженные нарушения внутрижелудочкового проведения могут сопровождаться изменением последовательности активации или даже ее реверсией (т. е. возбуждение эпикарда возникает раньше, чем возбуждение эндокарда) [12].
Электрокардиографические проявления гиперкалиемии могут до некоторой степени нормализоваться при повышении содержания кальция и натрия в плазме крови [17]- они становятся более выраженными при уменьшении плазматической концентрации калия, а возможно, и натрия.
Рис. 4.2. Изменения потенциала действия предсердий (П) и желудочков (Ж), а также ЭКГ при повышении внеклеточной концентрации калия (Ка).
Числа слева — мембранный потенциал (в мВ), а числа внизу — концентрация калия (в мэкв/л) [11}.
Описанные выше ЭКГ-изменения, вызываемые гиперкалиемией, легче понять, если соотнести их с соответствующими изменениями потенциала действия предсердий и желудочков, как это показано на рис. 4.2 (сравнение на основании экспериментальных данных, полученных на изолированных перфузируемых сердцах кроликов). За исключением длительности комплекса QRS и интервала Q—T, нормальные ЭКГ-характеристики и признаки изменений электролитного состава у кроликов практически идентичны таковым у человека [18]. На рис. 4.2 видно, что длительность потенциала действия в предсердных волокнах меньше, чем в волокнах желудочков. Мы полагаем, что характеристики Р-волны и Та-волны отражают суммарную величину всех деполяризации и реполяризаций предсердных волокон, а характеристики комплекса QRS, сегмента ST и Т-волны — активность волокон желудочков. Продолжительность фазы 0 составляет всего лишь несколько миллисекунд, но время, необходимое для деполяризации всех волокон, соответствует длительности комплекса QRS. Продолжительность фазы 2 приблизительно соответствует длительности сегмента ST, а продолжительность фазы 3 соответствует длительности Т-волны. Окончание Т-волны приблизительно соответствует окончанию потенциалов действия на поверхности желудочков. Наклон кривой в фазу 3 обычно аналогичен наклону терминальной части Т-волны. Окончание Т-волны почти совпадает с окончанием желудочковой фазы изгнания, а U-волна обычно появляется при расслаблении. На рис. 4.2, Б показано влияние повышения концентрации калия до 6 мэкв/л на реполяризацию, ответственную за сужение и заострение Т-волны. При этой концентрации эффект некоторого понижения МПП еще не очевиден. Как показывает рис. 4.2, В—Д, постепенное повышение концентрации калия сопровождается постепенным снижением МПП, в результате чего скорость нарастания потенциала действия уменьшается. Это в свою очередь замедляет внутрипредсердное и внутрижелудочковое проведение, увеличивая, таким образом, длительность Р-волны и комплекса QRS соответственно [19]. При концентрации калия 12 мэкв/л деполяризация желудочков происходит очень медленно, участки желудочкового миокарда подвергаются реполяризации еще до завершения деполяризации, поэтому определение конца комплекса QRS часто затруднено или даже невозможно (рис. 4.2, Д). На рис. 4.2, В и 4.2, Г деполяризация предсердных волокон выражена в большей степени, чем в волокнах желудочков. На рис. 4.2, В Р-волна широкая, с низкой амплитудой- на рис. 4.2, Г Р-волна уже едва различима, а на рис. 4.2, Д она отсутствует, так как низкоамплитудный импульс не позволяет достигнуть порогового уровня и обеспечить распространяющийся ответ [20]. Исчезновение Р-волны в тот момент, когда желудочковый комплекс еще хорошо различим, свидетельствует о том, что возбудимость предсердных волокон подавляется при более низкой концентрации калия, чем возбудимость волокон желудочков.
