Электрофизиологические детерминанты аберрации - аритмии сердца (4)
Из описанной выше взаимосвязи мембранного потенциала и проведения следует, что на возникновение аберрации должны оказывать влияние факторы, определяющие уровень потенциала в момент прихода распространяющегося преждевременного импульса, а также отношение между мембранным потенциалом и Vmax.
Интервал сцепления. Связь между степенью преждевременности, интервалом сцепления и проведением уже обсуждалась ранее (см. рис. 4.5, А и В). При прочих равных условиях, чем раньше возникает желудочковый комплекс и чем короче интервал сцепления, тем выше вероятность того, что данный преждевременный импульс (комплекс) столкнется на пути своего распространения с неполной реполяризацией тканей. Таким образом, короткие интервалы сцепления предрасполагают к аберрации. Однако слишком ранние преждевременные импульсы (комплексы) могут блокироваться, если мембранный потенциал не успевает достигнуть достаточно отрицательного уровня, что обеспечило бы развитие регенеративного ответа (см. рис. 4.5, В, ответы а и б). Вариации аберрантности преждевременных предсердных комплексов на рис. 4.5, В и 4.7 во многом объясняются с точки зрения степени преждевременности.
Длительность предшествующего цикла. Связь длительности предшествующего цикла с аберрантностью обычно не менее очевидна, по крайней мере в нормальном сердце. Временная последовательность и продолжительность реполяризации и рефрактерности является функцией частоты стимуляции практически во всех тканях сердца, за исключением синусового и атриовентрикулярного узлов [25, 145, 170, 184]. Уменьшение длительности цикла сокращает время реполяризации. Увеличение длительности цикла приводит к противоположному эффекту. Следовательно, чем продолжительнее предшествующий цикл, тем больше длительность потенциала действия основного возбуждения и выше вероятность того, что импульс (комплекс) с данной преждевременностью встретит на своем пути не полностью реполяризованные волокна и его проведение окажется аномальным.
На рис. 4.10, А показано влияние продолжительности цикла на длительность потенциала действия нормальных переходных волокон Пуркинье, а также связь между продолжительностью предшествующего цикла, длительностью потенциала действия и мембранным потенциалом, с которым встречается гипотетический импульс (комплекс), распространяющийся с постоянной преждевременностью (см. рис. 4.10, Б). С одной стороны, при наиболее продолжительном цикле (2000 мс) длительность потенциала действия настолько велика, что преждевременный стимул приходится на тот момент времени, когда уровень мембранного потенциала еще слишком низок, чтобы обусловить распространение ответа, поэтому проведение не осуществляется. С другой стороны, длительность потенциала действия при наиболее коротком цикле (200 мс) настолько мала, что преждевременный ответ возникает непосредственно перед полной реполяризацией или сразу же после нее и поэтому проводится нормально. При промежуточной длительности цикла (400—630 мс) длительность потенциала действия такова, что преждевременный ответ характеризуется уменьшением амплитуды и Vmax, а значит, и нарушением проведения. Таким образом, длительные предшествующие циклы предрасполагают к аберрации преждевременных комплексов. И наоборот, короткие предшествующие циклы способствуют уменьшению аберрации.
Рис. 4.10. Регистрация трансмембранных потенциалов в нормальном волокне Пуркинье сердца собаки показывает связь между длительностью цикла (ДЦ), длительностью потенциала действия (ДПД) и уровнем мембранного потенциала, при котором гипотетическая экстрасистола возникает с фиксированной преждевременностью.
А — влияние резкого повышения частоты возбуждения (уменьшения ДЦ с 2000 до 200 мс) на характеристики потенциала действия, включая ДПД. ДЦ, с которой стимулируется препарат, и ДПД, определяемая как время, необходимое для реполяризации на уровне — 60 мВ, указаны в миллисекундах. Отмечается постепенное уменьшение ДПД при повышении частоты стимуляции. Б — нормальная связь между предшествующей ДЦ и мембранным потенциалом в момент преждевременного возбуждения. Репрезентативный потенциал действия показан для каждой частоты, Для удобства сравнения ДПД моменты начала нарастания потенциалов сделаны равными. Вертикальная линия помогает определить уровень мембранного потенциала в момент возникновения экстравозбуждения с постоянным интервалом сцепления в 190 мс. Метки времени отложены с интервалом в 50 мс. Калибровка потенциала и времени указана в нижнем правом углу. Обсуждение в тексте [21].
Рис. 4.11. ЭКГ-проявления внутриклеточной активности при преждевременном возбуждении.
Фрагмент 1: трансмембранные потенциалы, зарегистрированные одновременно в двух точках волокна Пуркинье (запись А), и ритмограмма сердца мужчины 42 лет с предсердной эктопией высокой степени и аберрантностью, характерной для короткого цикла при блокаде правой ножки пучка Гиса (запись Б), наглядно показывают нормальную связь между величиной интервала сцепления, длительностью предшествующего цикла и проведением преждевременных возбуждений. Интервалы между возбуждениями указаны в миллисекундах. Калибровка потенциала и времени дана внизу справа на каждом фрагменте. А — влияние преждевременной стимуляции на характеристики потенциала действия волокна Пуркинье аналогично влиянию длительности цикла на форму QRS наджелудочковых преждевременных возбуждений на записи Б. Фрагмент II: на схематически представленной поверхностной ЭКГ предсердные экстрасистолы (четвертое возбуждение на нижних кривых А и Б), по-видимому, обнаруживают альтерацию обычной связи между формой QRS, интервалом сцепления и длительностью предшествующего цикла. Несмотря на идентичность сцепления и предшествующих интервалов R—R, экстрасистола на записи А начинается до завершения реполяризации и ее проведение аберрантно, тогда как экстрасистола на записи Б возникает по окончании реполяризации и проводится нормально. На верхней кривой трансмембранные потенциалы зарегистрированы в образце пораженной папиллярной мышцы человека, где аналогичный феномен наблюдается вследствие спонтанной альтерации длительности потенциала действия в основных возбуждениях. В таких случаях только определение альтерации длительности интервала Q—T (если таковая имеется) на ЭКГ позволяет понять природу электрофизиологических механизмов этой аберрантности, Обсуждение в тексте.
На рис. 4.11,1 регистрация трансмембранного потенциала (фрагмент А) показывает взаимоотношение длительности цикла и формы преждевременных комплексов QRS (фрагмент Б). Угнетение потенциала действия и проведения преждевременного ответа, инициированного при длительности цикла 260 мс по сравнению с аналогичными параметрами при цикле в 190 мс (фрагмент А), обусловлено большей продолжительностью предшествующего цикла, точно так же, как и большая аберрантность формы комплексов QRS, инициированных при длительности цикла 500 мс, по сравнению с аберрантностью QRS при цикле в 420—460 мс (фрагмент Б). На рис. 4.11, IA показано также, насколько преждевременные ответы, идентичные по интервалу сцепления, могут отличаться по амплитуде, Vmax и проведению ввиду различий в продолжительности предшествующего цикла. Сравните, например, первый и третий преждевременные ответы, имеющие одинаковый интервал сцепления 260 мс. Уменьшение амплитуды и Vmax, а также аномалии проведения первого ответа связаны с большей продолжительностью предшествующего цикла. Аналогичным образом объясняются различия формы QRS двух комплексов, следующих с интервалом сцепления в 500 мс (Б). Представленная запись позволяет также понять, как различия в длительности предшествующего цикла приводят к тому, что даже очень ранние преждевременные возбуждения проводятся более нормально, чем возбуждения с более длинными интервалами сцепления.
Однако наблюдаются и исключения из описанного выше правила [179, 180], особенно в случаях заболевания сердца и при воздействии некоторыми лекарственными препаратами, включая стандартные антиаритмики. Отчасти это может быть обусловлено ослаблением зависимости длительности потенциала действия и рефрактерности от продолжительности цикла, что наблюдалось in vitro в ишемизированных тканях животных [74, 75] ив миокарде человека [21, 87], а также в клинических условиях [161, 180]. Дополнительное влияние может оказывать спонтанная вариабельность длительности потенциала действия при постоянной продолжительности цикла, которая также наблюдается в миокарде человека. На рис. 4.11,11 схематически представлены две предсердные экстрасистолы. Несмотря на идентичное сцепление и одинаковые предшествующие интервалы R—R, эти два комплекса заметно отличаются: один из них (фрагмент А) является аберрантным, другой (фрагмент Б) — нормальным QRS. Трансмембранные потенциалы волокон желудочкового миокарда человека, указанные над каждым фрагментом ЭКГ для объяснения изменений с точки зрения различий в длительности предшествующих циклов, обусловлены спонтанным изменением длительности потенциала действия.
Мембранный потенциал, длительность потенциала действия и рефрактерность. Ряд физиологических факторов и медикаментозных препаратов, воздействующих на сердце, влияет (обычно снижает) на диастолический потенциал либо прямо, либо опосредованно, через автоматические клетки, изменяя спонтанную диастолическую деполяризацию [25, 29, 30, 32, 33, 38—47]. Ишемия [74, 75, 93] и заболевания сердца [76, 87, 91, 92] также могут уменьшать диастолический потенциал.
Как показывают полученные данные, уровень мембранного потенциала способен влиять на продолжительность реполяризации и рефрактерности. Это видно на рис. 4.7 и 4.14, где потенциалы действия, возникающие при низких уровнях мембранного потенциала, характеризуются сокращением ранних стадий реполяризации (фаза 2 и начало фазы 3). Конечный период фазы 3, с другой стороны, относительно пролонгирован. Это скажется на проведении преждевременных импульсов по крайней мере двояко. Следует ожидать, что сокращение фазы 2 и начала фазы 3 уменьшит число полностью блокирующихся преждевременных импульсов. Увеличение терминального периода фазы 3 повысит вероятность того, что какой-либо из преждевременных ответов встретит на пути своего распространения не полностью реполяризованные волокна. И то и другое в целом предрасполагает к повышенной аберрантности короткого цикла. Увеличение фазы 3 будет отчасти способствовать развитию аберрантности при более длительных, чем в норме, интервалах сцепления.
Как отмечалось ранее, возможны и другие способы влияния уровня мембранного потенциала на рефрактерность и проведение, кроме рассмотренной связи между степенью преждевременности возбуждения и предрасположенностью к нарушениям проведения и аберрации. Одним из таких механизмов является развитие автоматизма и медленного проведения в клетках с низким потенциалом. Кроме того, возможно увеличение рефрактерного периода до значений, превышающих длительность потенциала действия, а также изменения нормальной зависимости длительности потенциала действия от продолжительности цикла. Эти механизмы следует учитывать при заболевании сердца, так как в норме низкий диастолический потенциал наблюдается только в узловых клетках и, возможно также, в клетках створок АВ-клапанов и устья коронарного синуса.
Изменения в пораженных тканях сердца. Ишемия [30, 74, 75, 93, 187] и другие патологические состояния [73—92], вызванные экспериментально [186] или возникшие спонтанно [36], по-видимому, существенно влияют на временные характеристики реполяризации и рефрактерности как прямо, так и посредством снижения диастолического потенциала. За исключением ранних стадий ишемии, когда время реполяризации сокращается, эти состояния, как правило, сопровождаются увеличением длительности реполяризации и рефрактерности. . .
Наблюдаемые изменения отчасти соответствуют приведенным выше данным о том, что в миокардиальных препаратах, полученных у животных после экспериментального инфаркта, а также у человека с заболеванием сердца, содержится большое количество частично деполяризованных клеток, многие из которых обнаруживают признаки медленного ответа. Более того, такого рода изменения реполяризации и рефрактерности отмечаются и в некоторых нормально поляризованных волокнах подобных препаратов [74, 83, 84, 87]. Степень таких изменений в нормально поляризованных клетках неясна. Но учитывая абсолютное преобладание нормально поляризованных клеток даже в пораженном сердце, потенциальное повышение частоты и видоизменения аберрации у больных с заболеванием сердца могут быть значительными.
Длительность реполяризации. На рис. 4.7 показана регистрация активности в 5 глубоких интрамуральных клетках папиллярной мышцы больного с аберрациями коротким циклом блокады правой ножки пучка Гиса и аберрацией типа блока левой ножки при ревматическом поражении сердца, осложненном предсердной и желудочковой эктопией. В отличие от нормального сердца здесь наблюдается значительная локальная вариабельность характеристик как диастолического потенциала, так и потенциала действия, включая Vшах и длительность периодов реполяризации, а также местная блокада высокой степени. В частности, отмечается выраженное увеличение терминальной части фазы 3 в частично деполяризованных волокнах. Аналогичные признаки показаны на рис. 4.14. Увеличение длительности реполяризации может быть еще более выраженным при ранней постдеполяризации типа осцилляторной активности [12—15, 70—72]- иногда отмечается ее возрастание до нескольких секунд [74, 83, 84, 87]. На рис. 4.4, II представлена регистрация в клетке желудочкового миокарда человека.
Постреполяризационная рефрактерность и изменение реактивности. В частично деполяризованных и нормально поляризованных волокнах инфарктного желудочка сердца собаки [74, 75, 138, 185, 187] и пораженных желудочков человека [21, 36, 80, 82—84, 87] также могут наблюдаться постреполяризационная рефрактерность и изменения реактивности миокарда, аналогичные показанным на рис. 4.3, Б (кривая для клетки б).
На рис. 4.6,111 показана постреполяризационная рефрактерность в незначительно деполяризованном волокне желудочкового миокарда человека (потенциал покоя —70 мВ). Обратите внимание, что стимуляция непосредственно перед окончанием реполяризации приводит к угнетению ответа даже при практически полном возврате мембранного потенциала к уровню потенциала покоя (рис. 4.6, IIIA). На рис. 4.6,1НБ второй и гораздо более поздний ответ, инициированный после завершения реполяризации, обнаруживает значительное снижение амплитуды и Vmax в тот момент, когда достигнуто полное восстановление. Еще более поразительны подобные изменения в постэкстрасистолических возбуждениях на рис. 4.12, где интервал между преждевременным и постэкстрасистолическим возбуждениями достаточно велик (около 570— 580 мс). Тот факт, что исследуемая клетка деполяризуется лишь очень незначительно (—78 мВ), означает, что постреполяризационная рефрактерность не ограничивается клетками с низким потенциалом и медленным ответом. Мембранные механизмы, предшествующие этому явлению в нормально поляризованных клетках, еще не известны- однако, как полагают, данный феномен отражает (по крайней мере частично) задержку восстановления каналов для входящего Na+ после их инактивации, вызванной деполяризацией.
Влияние изменений реактивности еще сложнее, поскольку оно связано со смещением кривой вниз и вправо при средних уровнях потенциала и вверх и влево — при низких его уровнях (см. рис. 4.3, Б). Смещение кривой вправо приводит к возникновению медленно проводящихся (аберрантных) ответов при более отрицательных уровнях потенциала и, следовательно, в более позднюю фазу цикла, чем в норме. С другой стороны, смещение влево при меньших величинах потенциала должно повысить число аберраций в самом начале периода восстановления, поскольку облегчается генерирование медленно проводящихся ответов при уровнях потенциала, в норме являющихся слишком низкими для поддержания какой бы то ни было активности.
Рис. 4.12. Трансмембранные потенциалы в папиллярной мышце или в переходных волокнах Пуркинье, зарегистрированные в образце миокарда больного с хронической ревматической болезнью сердца, а также схематическая поверхностная ЭКГ.
Нераспространяющиеся преждевременные ответы обусловливают аберрации проведения постэктопического возбуждения даже при отсутствии изменений длительности основного сердечного цикла. Препарат регулярно стимулировался с интервалом в 100 мс (60 уд/мин). Фрагменты А—В: основное возбуждение прерывается во всех трех случаях ранним преждевременным ответом (а, бив). Преждевременный ответ «а» возникает достаточно поздно и не вызывает распространения экстравозбуждения, что электрокардиографически проявляется типичной аберрантностью короткого цикла. С другой стороны, преждевременный импульс «в» возникает Столь рано, что в результате наблюдается лишь небольшой, нераспространяющийся, локальный (скрытый) ответ. То же, вероятно, справедливо для ответа «б». Обратите внимание: постэкстрасистолические возбуждения 1, 2 и 3 дают выраженное снижение амплитуды и Утаи по сравнению с другими основными возбуждениями, что обусловливает аберрантность. В случае постэкстрасистолического возбуждения 3 аберрация будет наблюдаться как возникающая в отсутствие ощутимых изменений длительности цикла, поскольку предшествующий нераспространяющийся локальный ответ «в» электрокардиографически не проявится. Возбуждения 1, 2 и 3 также характеризуются вариабельной альтерацией во время реполяризации, что определяется по изменениям постэктопического зубца Т. Существенные изменения амплитуды и Vmax не проявляются вне первого постэкстрасистолического возбуждения. Изменения же в реполяризации сохраняются в течение нескольких возбуждений. Отметки времени даны с интервалом 50 мс. Калибровка потенциала и времени показана справа вверху. Обсуждение в тексте [21].
Рис. 4.13. Трансмембранные потенциалы нормально поляризованной клетки миокарда, зарегистрированные в образце свободной стенки левого желудочка больного с желудочковой аневризмой.
Показано изменение зависимости длительности потенциала действия (ДПД) от длительности цикла (ДЦ), а также необходимость большего времени для достижения нового стабильного значения длительности после изменения частоты стимуляции. Фрагмент I: влияние резкого повышения частоты стимуляции. А — при стимуляции с ДЦ 2000 мс (30 уд/мин). Б—Г — непрерывная регистрация активности до и после резкого повышения частоты стимуляции до 300 уд/мин (ДЦ=200 мс). Артефакты стимуляции отмечены точками. Вначале полное возбуждение наблюдается при каждом втором стимуле, за исключением одного локального ответа (первая стрелка, запись Б). Стрелки в конце записи Б, в начале и в конце записи В, а также в начале записи Г указывают моменты репрезентативно неэффективной стимуляции. Уменьшение ДПД, необходимое для возникновения ответа 1:1, наблюдается лишь через 15 с после повышения частоты (конец записи Г). Отмечается начальное чередование амплитуд ответов вследствие различий в величине мембранного потенциала при возбуждении. Такая вариабельность сохраняется до тех пор, пока ДПД не уменьшится в достаточной мере, что обеспечит возникновение последующих возбуждений при том же уровне потенциала (запись Д). Достижение нового стабильного состояния требует дополнительно 30 с, в целом составляя 45 с (190 возбуждений). Отмечается также более выраженное замедление фазы нарастания потенциала действия (Vmах) при ДЦ 200 мс по сравнению с нормальным миокардом желудочка собаки (см. рис. 4.10). Фрагмент II: влияние последующего снижения частоты стимуляции снова до 30 уд/мин (ЛЦ= 2000 мс). Запись А получена вскоре после записи Д на фрагменте I- она показывает стабильные потенциалы действия при ДЦ 200 мс, а также первое возбуждение после снижения частоты стимуляции. Записи А и Б являются непрерывными- записи В, Г и Д получены соответственно через 48, 106 и 206 с после снижения частоты. При сравнении с записью А на фрагменте I видно, что форма потенциалов действия возвращается к контрольной лишь через 206 с после снижения частоты стимуляции (103 возбуждения). Калибровка потенциала и времени показана справа вверху и внизу. Отметки времени даны с интервалом 50 мс. Обсуждение в тексте.
