"R on T"现象的发生机制

  • "R on T"现象的发生机制


作者:丁绍祥 王智杰 王青 卞妮娜 张永利

文章来源:中华心血管病杂志,2017,45(8)

"R on T"现象被认为是高危室性心律失常的可靠标志,易致多形性室性心动过速甚至心室颤动。而该现象只是源于对心电图的理解,其致心律失常电生理基础却鲜有报道。"R on T"是如何产生的,它与心脏异质性关系如何,室性早搏真的能发生于相邻心肌细胞易损期而触发心律失常吗?如何去认识这种心电图现象并做好有效防治,阐述其背后的机制,本文将从心肌电生理角度分别探讨。

一、室性早搏能否落在前一个心动周期的易损期

室性早搏是希氏束分支以下异位起搏点提前产生的心室激动,其产生机制包括心肌电传导和起源异常。前者是相对宏观和整体概念,就相邻细胞而言,相对其动作电位时程(APD),传导时间几乎可以忽略;后者取决于相应细胞膜的稳定性和所受刺激强度大小,与心肌细胞功能状态和特定时空条件相关。如此,则室性早搏不可能落在心肌前一心动周期T波上,原因在于:

其一,早搏产生时,其相邻细胞不可能处于动作电位快速复极阶段,因动作电位从产生到T波这一时段意味着该过程即将结束,所需时间较长,而细胞间心肌电传导时间短,其前较长时间高电位存在使相邻心肌没有不被激动的理由而等待早搏产生。即耗时较长的过程即将结束而同时进行的耗时较短的传导理应早已完成,也就是说,如果相邻细胞间存在处于易损期状态细胞,则其产生R波的相邻细胞早已被激动而不是出现早搏;

其二,若存在两处及以上激动点且均能使被激动细胞产生动作电位,则其相交的波峰面毗邻细胞被先激动的邻近细胞所激动而不会等待被另一激动点所激动,因为心肌细胞只要处于可兴奋间期且有足够的刺激强度即可被激动。波峰面细胞虽理论上可存在2个或多个激动的协同,但这只是在其前刺激未能产生动作电位的条件下出现,只要产生动作电位,其他存在的交汇刺激即湮灭。而处于不应期细胞一般不会产生动作电位,若能产生,则应脱离不应期,此时对其影响首当其冲的也是处于高电位的邻近细胞,而不是早搏。

其三,产生室性早搏的心肌细胞一般兴奋性较高,易于激动,也更易于被邻近产生动作电位的心肌激动,不会因邻近已兴奋细胞的较大刺激未能激动而被其他较小刺激兴奋。因此,相邻细胞出现室性早搏且落在前一个心动周期的易损期可能只是存在于心电图上的一种表象。

另外就是不同心动周期致"R on T"现象,则产生R波的应为早先复极完毕心肌。该心肌如何在尽可能短时间内再次除极本身存在太多疑点。就该现象而言,早先复极心肌是产生R波而不是于T波被激动,换言之,早先复极心肌动作电位已结束,心肌复极已完毕,然后再次除极。从心肌除极角度分析,存在被动和主动因素,就被动因素而言,能在相邻心肌处于易损期而自身又被激动,这种激动源来自何处?为何该激动使静息细胞除极产生室性早搏,然后再由该室性早搏使易损期细胞激动,而不是直接激动易损期细胞?且后者本身更易于激动。

即使目前起搏器广泛应用可错误应答于心肌易损期,也是心肌细胞于T波基础上因刺激产生R波;后者就心室肌本身而言,无论是自动除极增强,还是兴奋阈值降低,毗邻细胞于完成一次心动周期后再次兴奋需要经历时间过程。尽管这一时间本身可能并不算长,但相对于其前动作电位尚未完成且处于正反馈T波的邻近细胞来说,该时间的等待无异于太过漫长。

若相邻细胞间R波和T波能在同一时间内出现,则时间跨度是无法逾越的障碍。也就是说,APD相对较长的心肌细胞T波不可能与再次兴奋的邻近细胞的R波同时存在,真正意义上的"R on T"也不可能成为现实。事实上,对这种心电图现象的理解,我们不仅要关注时间因素,还有机体的精密调节。在生物漫长进化过程中,脏器的调节存在其精准性和高效性,有足够的代偿储备保证其生理功能完成。

急性失代偿多为一过性应激所致,而慢性则是损伤因素超越脏器自身代偿功能的结果。另外,如果产生R波的毗邻细胞能够尽早复极完毕,或许有更多时间自动除极,但毗邻细胞本身也有易损期,在其复极过于提前就极有可能使自身易损期暴露于邻近细胞的高电位而被激动,即"R on T"现象中产生R波的毗邻细胞并不存在。

二、心脏异质性存在是一种必然还是偶然

正常心脏除极始于心内膜,而复极也止于心内膜。这一特征是心脏完成其生理功能的必然,也是生物长期进化的结果,能最大限度优化能量利用,而它的实现依赖于心脏不同部位细胞膜上相关离子通道密度分布的差异致相应APD改变。这种因心肌APD不同进而对各种病理生理因素和药物反应的差异称心脏异质性,对心脏电生理有着重要意义。

它是对心脏总体而言,具体分解到相邻心肌,其异质性微乎其微。正常相邻心肌间异质性不可能差异过大,异质性的存在有其度的范围,这一范围在生理条件下足够保证心脏生理功能的完成而不至于出现心律失常,即使出现一过性心律失常也常为心肌自身电生理代偿所抑制。低于或超出这一范围均不利于心脏作为统一的整体而易致心律失常,心脏同层和不同层心肌间均存在异质性以适应心脏功能。

虽正常相邻心肌细胞间异质性不会差异太大,但在心肌缺血、缺氧、电解质紊乱及基因突变,甚至代谢异常时,心脏异质性可进一步增大,于特定神经内分泌或应激条件下,相邻细胞因APD差异过大而出现高低电位并存致心律失常。研究表明早复极综合征,长、短QT间期综合征及心电图QRS波终未切迹均存在不同程度的心脏异质性增大。但无论是心肌细胞损伤抑或心肌细胞基因突变,均不可能只存在于单个相邻细胞,而是以区域细胞受累为基础;同时,区域内细胞的累及程度也并不相同,增大各微小区域心肌电传导差异和兴奋的非同步,为持续紊乱的心肌电提供了可能。

研究表明,心脏异质性增大是心原性猝死的独立预测指标。因此,从某种意义上说,心脏异质性存在是一种必然,而心脏异质性增大是一种偶然。

三、"R on T"是表象,"T to R"是本质

心肌细胞自身发生"R on T"现象存在2种可能,但这并非有R波落在T波上,而是T波触发后自身除极所致。一是受累细胞出现APD相对延长,而与其相邻细胞APD改变并不明显或小于前者,进而因相对正常APD细胞进入超常期时被邻近受累及的高电位细胞激动所致;二是受累及的细胞APD缩短,于其复极至超常期时被邻近处于高电位相对正常心肌细胞所激动。前者多见于电解质紊乱和心肌受累疾病,后者多见于心肌细胞离子通道变异,两者均易致多形性快速心律失常、尖端扭转型室性心动过速甚至心室颤动。

其机制均为高电位所激动,并非有R波直接触发于心肌易损期,而是在心肌易损期激动后产生R波进而诱发心律失常。之所以为邻近细胞所激动致"R on T"现象,是因处于心肌动作电位超常期细胞,除IK通道外,IK1通道已于心肌复极至-60 mV时激活,由其介导的内向整流K外流明显增强,并加速复极完成,且于心肌受损时,另一内向整流K外向电流IK(ATP)也增强。因此,就单个细胞来说,此期任何内向阳离子流均无法超越外向阳离子流,在没有外来刺激干扰条件下,靠细胞自身离子通道改变而产生净内向电流几无可能。

但此期,Na通道已基本恢复到备用状态,只要有额外刺激逆转膜电位至-70 mV,Na通道即可被再次激活,且此时膜电位低于静息电位,故刺激强度低于阈刺激也可使心肌细胞再次除极。至于触发活动,其本质为"R on T"现象。

生理条件下,心脏有自身严格的保护机制,超常期持续时间短,心肌除复极同步化程度高,特别是心室有蒲肯野神经纤维传导系统的存在,进一步严格心肌除复极同步化程度,不易出现心律失常。但在病理条件下,因心肌缺血、缺氧等损伤因素存在,其兴奋性和自律性均增高,心肌电传导减慢,易致异位激动;加之心室肌APD相对较长,增大心肌复极非同步风险,则于微小区域内有可能出现3相位高电位与超常期并存进而诱发心律失常风险。

因相邻细胞高低电位并存时其APD差异不可能太大,这就不难理解特定时空发生二次激动最可能为相邻细胞3相高低电位并存,因3相变化幅度最大,存在超常期,易于激动。研究发现,冠状动脉慢血流时心脏异质性增大,相邻细胞间轻度的APD差异即为心肌复极的不一致提供了条件,进而为心律失常的发生提供了可能。

因此,"R on T"现象产生机制是建立在心脏异质性增大的基础上,T波上的R波是自身触发后产生,为易损期内再次激动,触发高电位来自邻近细胞3相。其发生的顺序是T波在前,R波在后,并非早搏所致。故传统的"R on T"现象理解可能并不正确,而是易损期的T波被再次激动产生R波,"T to R"则为本质。

可以理解的是,于相邻细胞间,APD差异存在使其不可能同时复极至-60 mV。此时,最先进入该时段心肌加速复极完成,使得相邻细胞间电压梯度逐渐增大,若无心律失常产生,则最先复极完毕细胞于复极完毕即刻,相邻细胞间电压跨膜差值最大。但由于心肌细胞兴奋阈值于-80 mV附近存在拐点,使得毗邻细胞间所诱发的心律失常存在较大不确定性。

"R on T"现象仅是心电图的一种表象,也是一种直觉,这种看似简单的心肌电改变背后有着其复杂的电生理机制。探索表象背后的机制目的不仅是认识的正确和观念的转变,更多的是为疾病的预防和治疗提供依据。该现象的存在提示心脏异质性增大,发生心律失常风险增加,其根本原因与心肌缺血、缺氧、内环境紊乱相关,离子通道变异也只是在特定条件下出现心肌电紊乱。如何去除诱因,回归脏器自身的生理轨迹,是治疗的根本所在。

参考文献【略】

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