Аберантних: електрофізіологічні механізми - аритмії серця (4)

ГЛАВА 4

і електрокардіографічні прояви

Д. .Y. Сінгер і X. К. Коен (D. H. Singer і Н. С. Cohen)

форма комплексу QRS залежить від послідовності активації шлуночків, причому зміни форми відображають відхилення від норми при поширенні збудження. Це може відбуватися за однією з двох основних причин: 1) зміщення місця виникнення імпульсу до желудочковому Ектопічні фокусу або до АВ-вузловим подвійним шляхах певного типу-2) зміна шлуночкового поширення надшлуночкових імпульсів. Останнє в свою чергу може бути результатом вродженого або набутого порушення провідної системи. З іншого боку, це явище може бути функціональним, обумовленим проведенням імпульсу під час рефрактерного періоду.
Терміни «аберантних», «аберація» і «Аберрантное желудочковое проведення» з моменту їх впровадження сером Томасом Льюїсом в- початку нашого століття [1, 2] застосовуються в основному при описі функціональних порушень внутрижелудочкового проведення, особливо тих, які спостерігаються в поєднанні зі змінами тривалості серцевого циклу [3-7]. Однак вони в рівній мірі використовуються і для визначення інших типів порушень внутрижелудочкового проведення. В цьому розділі і в розділі 5 термін «аберантних» буде розглядатися в широкому контексті. Буде також здійснено огляд електрофізіологічних механізмів, клінічних аспектів і ролі різних типів порушень проведення.

Спеціалізована провідна система серця

При розгляді провідної системи тканини серця зручніше розділити на два основних типи (рис. 4.1, А): 1) робочий міокард передсердь і шлуночків, відповідальний за скоротливість серця і поява зубців Р і комплексів QRS на стандартній ЕКГ 2) мережу спеціалізованих тканин [8-10] (див. розділ 2, том 1), що включає синоатріальний (СА) і атріовентрикулярний (АВ) вузли і розгалуження в системі Гіс-Пуркіньє [10-13]. Описано також подвійні шляху в АВ-вузлі і спеціалізовані передсердні міжвузлові тракти [9, 14, 15].
Спеціалізовані тканини несуть відповідальність за нормальне генерування імпульсів і за їх швидке та впорядковане проведення від місця виникнення в інші відділи серця. Зміни в процесі освіти імпульсів і (або) в їх проведенні передують змін частоти серцевих скорочень у відповідь на мінливі фізіологічні умови, а також багатьох порушень ритму і провідності. Електрофізіологічні характеристики спеціалізованих тканин є основними детермінантами аберрантним. Активність спеціалізованих тканин не виявляється на стандартній поверхневої ЕКГ через їх невеликий (щодо робочого міокарда) маси, що ускладнює електрокардіографичну оцінку попередніх механізмів.

Мал. 4.1. Схематичне зображення спеціалізованої провідної системи серця (А) і трансмембранних потенціалів в звичайних і спеціалізованих тканинах серця собаки (Б).
Відзначаються відмінності характеристик потенціалів дії на різних ділянках серця. Взаиморасположение зареєстрованих потенціалів відображає послідовність активації. Внизу показана також стандартна поверхнева ЕКГ. Літерами а-і позначені наступні структури: а - синусовий вузол-б - пучок Брахмана і інші спеціалізовані передсердні міжвузлові тракти (відзначені пунктирними лініями, що з`єднують синусовий та атріовентрикулярний вузли) - в - робочий міокард предсердій- г - атріовентрикулярний вузол-д - пучок Гіса - е - ніжки пучка-(Eп) - права ножка- (їв) - ліва ножка- 1 і 2 - передня і задня гілки лівої ніжки пучка-ж - волокна Пуркінье- з - термінальні волокна Пуркіньє в місці їх контакту з робочим міокардом- і - робочий міокард шлуночків. Фази потенціалу дії робочого міокарда шлуночків позначені арабськими цифрами від 0 до 4, а зубці на поверхневій ЕКГ - латинськими буквами Р, R, S і Т. Обговорення в тексті.

електрофізіологічні аспекти

Як зазначалося раніше, аномалії форми комплексу QRS можуть виникати з дуже багатьох причин. В цьому розділі основна увага спрямована на ряд порушень, вперше описаних сером Томасом Льюїсом [1, 2], для яких був запропонований термін «аберантних», а саме: аномалії форми комплексу QRS при надшлуночкових порушення, які спостерігаються в поєднанні з залежними від тривалості циклу змінами провідності і рефрактерності. аберантних - це один із проявів великої групи залежних від тривалості серцевого циклу порушень проведення, яка включає в себе такі різновиди, як приховане проведення [16-18], яка виняткова проведення [19,20] і пов`язаний з частотою ритму АВ-блок [3-5] . Односпрямований блок і циркуляція збудження [3-7] в деякому сенсі також є проявами цього феномена.
Ми розглянемо аберантних з точки зору залежності змін комплексу QRS від тривалості серцевого циклу, як це запропоновано Singer і Ten Eick [21]. При її обговоренні ми будемо ґрунтуватися на кореляції електрокардіографічних даних і результатах мікроелектродну досліджень трансмембранного потенціалу в серцевих тканинах тварин, а також у хворих, які зазнали операції на відкритому серці.

Електрична активність серцевих клітин

Розуміння механізмів аберрантним залежить від розуміння електрофізіологічних основ формування і проведення збудження в серці, а також від знання тих змін, які передують розвитку порушень провідності. Короткий огляд сучасних концепцій буде дано нижче. Для більш ґрунтовного вивчення цього питання читачеві слід звернутися до глави 3 першого тому цієї книги, а також до численних підручників з фізіології [22-24], оглядам і монографій по електрофізіології серця [25-36].

Нормальний трансмембранний потенціал

Введення скляного мікроелектрода [37] в возбудимую клітку дозволяє зареєструвати різницю потенціалів між внутрішнім середовищем клітини та індиферентним електродом, розташованим зовні від неї. На рис. 4.1, Б показаний ідеалізований трансмембранний потенціал, зареєстрований в різних відділах серця, разом з одночасно отриманої поверхневої ЕКГ. Фази потенціалу позначені арабськими цифрами від 0 до 4. Під час електричної діастоли (фаза 4) внутрішнє середовище клітини негативна по відношенню до позаклітинної рідини. У більшості нормальних серцевих волокон, включаючи робочі міокардіальні клітини передсердь і шлуночків, різниця потенціалів в фазу 4 залишається постійною до моменту виникнення порушення ( «потенціал спокою») і в нормі становить у середньому від - 85 до - 95 мВ. При порушенні в клітці відбувається швидка деполяризація (фаза 0) з короткочасним зміною полярності, після чого починається процес поступової реполяризації (фази 1, 2 і 3), під час якого мембранний потенціал повертається до рівня спокою. Зіставлення зі стандартною ЕКГ показує, що фази 0 і 1 шлуночкових потенціалів дії збігаються з зубцями R і S, а фази 2 і 3 - з сегментом ST і хвилею Г відповідно (див. рис. 4.1, Б). Трансмембранні потенціали, зареєстровані в робочих і спеціалізованих волокнах різних частин серця, - можуть відрізнятися один від одного в деяких відносинах [25], включаючи рівень діастолічного потенціалу, амплітуду потенціалу дії, максимальну швидкість деполяризації у фазу 0 (Vmax), тривалість періоду реполяризації і тривалість потенціалу дії (див. рис. 4.1, Б). Відзначаються також відмінності в збудливості, провідності і пейсмекерной здатності. Локальні відмінності електрофізіологічних властивостей в системі Гіс-Пуркіньє [25, 31-33] можуть мати важливе значення для аберрантним, оскільки вони обумовлюють локальну варіабельність відповідей на різні фізіологічні та фармакологічні чинники [25, 38-47], що включають температуру, рН, частоту, pCO2, гіпоксію, ішемію, неорганічні катіони і ряд антиаритмічнихпрепаратів.

мембранні механізми

Електрична активність серця є наслідком руху іонів через клітинну мембрану [22-36, 48]. Ефект фізіологічних впливів і хімічних речовин, що впливають на утворення і проведення імпульсів в серце, обумовлений в основному їх здатністю змінювати іонні струми [24, 30, 37, 47]. На рис. 4.2 показані основні іонні струми, які сприятимуть розвитку потенціалу дії у волокнах Пуркіньє. Далі ми спрощено опишемо деякі специфічні явища, що мають відношення до аберрантним.
Мембранний потенціал спокою. Різниця потенціалу щодо мембрани серцевої клітини обумовлена відмінністю в іонному складі внутрішньоклітинного середовища і позаклітинної рідини [32, 33]. Під внутрішньоклітинної рідини найважливішим катіоном є К +, а домінуючими анионами - фосфати і радикали органічних кислот. Останні являють собою в основному полівалентні іони, часто пов`язані з білками, для яких клітинна мембрана непроникна. Під позаклітинної рідини переважають Na + і С1. Переміщення цих іонів через мембрану за спеціальними порам або каналам [50] у відповідь на зміну електрохімічного градієнта створює трансмембранні струми [27, 32-35], що сприяють виникненню потенціалу дії. У стані спокою клітинна мембрана в принципі проникна для К + і щодо непроникна для інших внутрішньо-і позаклітинних іонів [32]. Отже, різниця потенціалів по обидві сторони мембрани в спокої визначається головним чином градієнтом концентрації K + [29, 31, 32, 48, 49]. Підтримка відмінностей іонного складу і електричного заряду щодо мембрани в спокої стає можливим завдяки двом факторам [31, 32, 49]: 1) властивостями проникності, або провідності (g), клітинної мембрани для цих іонів, які в свою чергу відображають здатність мембранних каналів до їх використання тими чи іншими іонамі- 2) у функціонуванні різних іонних насосів і обмінних механізмів [51-53], включаючи енергозалежності Na + / K + -обмінні насос, що переміщає Na + назовні, а К + - всередину клітини всупереч їх градиентам концентрації [51, 53] .

Мал. 4.2. Схематичне зображення потенціалу дії в нормальному міокарді шлуночків.
Показані напрямок, величина і час протікання іонних струмів, що призводять до розвитку потенціалу дії даної форми. Напрямок стрілки і її розмір вказують спрямованість і відносну величину струму (т. Е. Входить або виходить ток), а також співвідношення амплітуд різних іонних струмів. Горизонтальне положення стрілки відповідає моменту протікання струмів по відношенню до потенціалу дії. Обговорення в тексті [36].

Потенціал дії: деполяризация. При стимуляції клітини і зниження мембранного потенціалу до критичного рівня (пороговий потенціал, при якому починає генеруватися чисто вхідний струм), відбувається ряд послідовних змін іонної провідності мембрани і іонних струмів, що обумовлює прояв потенціалу дії [27, 31, 33, 36] (див . рис. 15.2). У нормі деполяризация (фаза 0) повністю поляризованих серцевих волокон, за винятком клітин синусового та атріовентрикулярного вузлів, обумовлена перш за все різким збільшенням мембранної проникності для Na + (gNa) і швидкого вхідного струму, що переноситься іонами Na + [24, 27, 29, 31, 33 , 35, 48] (швидкий, спрямований всередину ток Na +, або швидкий вхідний струм), в поєднанні з відкриттям швидких Nа + каналів.
Здатність мембрани до підвищення gNa (т. Е. До відкриття закритих Na + -каналів) залежить від рівня мембранного потенціалу при порушенні. Пропускна здатність каналів для Nа +, як правило, максимальна, тому швидкий вхідний струм Nа + може мати найбільшу величину, коли мембранний потенціал знаходиться в межах від - 85 до - 95 мВ. Якщо мембранний потенціал менш негативний, ніж в нормі, підвищення проникності для Na + і величина швидкого струму Na + менше максимально можливих через зниження пропускної здатності каналів. При зменшенні мембранного потенціалу нижче певного рівня збільшення швидкого вхідного струму Na + може виявитися недостатнім для виникнення регенеративного або навіть підпорогового відповіді, що означає невозбудімості волокна.
Амплітуда і максимальна швидкість деполяризації (Vmax) в нульову фазу (наростання) залежать від швидкого вхідного струму Na +. Отже, вони залежать і від рівня мембранного потенціалу. Амплітуда сильно поляризованих волокон Пуркіньє може досягати 130 мВ, a Vmax висока і, за деякими даними, становить від 500 до 1000 В / с. Обидві величини зменшуються при зниженні рівня потенціалу. На рис. 4.3, А показано поступове зменшення амплітуди і швидкості наростання потенціалу дії волокна Пуркіньє при зниженні рівня мембранного потенціалу. Криві на рис. 4.3, Б показують зв`язок мембранного потенціалу в момент порушення і Vmax відповіді для двох клітин міокарда шлуночків. Цей зв`язок, вперше описану для серцевих волокон Weidmann в 1951 р [54] і пізніше підтверджену Hoffman і співавт. [55], часто називають «ставленням реактивності», а криву - «кривий реактивності». Такі криві іноді використовуються для приблизної оцінки пропускної здатності Na + -каналів.
Другий вхідний струм в серцевої тканини [27, 29, 30, 33-35, 57, 58] активується тільки при «низькому» рівні мембранного потенціалу - від - 35 до - 45 мВ. Цей струм переноситься в основному іонами Са ++ і має набагато меншу щільність (приблизно 10%), ніж швидкий струм Na +. Канали, відповідальні за його проходження, активуються (відкриваються) і инактивируются (закриваються) повільніше, ніж швидкі Na + -канали, так що цей другий ток розвивається повільніше і протікає довше, ніж швидкий струм Na +. Відновлення після інактивації також вимагає більшого часу. Цей струм відповідно отримав назву «повільного вхідного струму». Канали, які пропускають швидкий і повільний вхідний струм, є фармакологічно різними [58, 59]. Тетродотоксин вибірково блокує швидкі канали вхідного Na +, тоді як повільні канали блокуються такими агентами, як марганець (Mn ++), D-600 і верапаміл. У нормі в сильно поляризованих клітинах повільний струм надає лише мінімальний вплив на наростання, вносячи основний внесок в фазу 2 (плато) реполяризації. З іншого боку, деполяризация вузлових клітин з низьким потенціалом [60-64], а також м`язових волокон стулок атріовентрикулярних клапанів [66] і коронарного синуса [67], по-видимому, в великій мірі визначається повільним струмом. Однак його внесок в деполяризацию неузлових волокон зростає при зниженні в них мембранного потенціалу [30, 33-35, 66-69]. Цей останній факт набуває особливого значення, якщо врахувати, що міокардіальні препарати, отримані у собаки після експериментального інфаркту [70-74, 138, 184], а також у хворих з органічним ураженням серця [21, 36, 76-90], містять велику число частково деполяризованого волокон.

Мал. 4.3. Вплив потенціалу спокою на потенціал дії.
А - зміни характеристик потенціалу дії в міру його поширення з нормально поляризованої області в зону, де мембранний потенціал (МП) поступово знижується. Величина МП (в мілівольтах) вказана для окремих ділянок волокна-потенціали дії, що виникають в цих точках, показані вище. Слід, зокрема, відзначити поступове зменшення амплітуди і Imax, яке повинно супроводжуватися поступовим уповільненням проведення. Зверніть також увагу на тимчасові зміни в ході реполяризації і зміни тривалості потенціалу дії. Б - криві, що відображають зв`язок між рівнем мембранного потенціалу збудження (в мілівольтах по осі абсцис) і (? ЩВ «(в В / с по осі ординат) потенціалу дії добре поляризованих клітин« а »(Еm = -90 мВ) і клітин« б »(Еm = -79 мВ) в волокнах шлуночкового міокарда людини-зразки міокарда отримані у хворого з ішемічною хворобою серця і аневризмою шлуночків. Вимірювання здійснювалися для потенціалів дії, що виникають при різних рівнях мембранного потенціалу внаслідок стимуляції препарату з певними інтервалами, під час реполяризації і фази 4. Криві, що відображають Ці змінні, називають «кривими реактивності». Зверніть увагу, що при середніх значеннях потенціалу крива для клітини «б» зміщена вниз і вправо, а при більш низьких значеннях - вгору і вліво. Обговорення в тексті.

Електрофізіологічні властивості волокон, що залежать від повільного вхідного струму (волокна з повільним відповіддю), відрізняються в багатьох відносинах від властивостей волокон, активність яких залежить від швидкого струму (волокна з швидкою відповіддю) [30, 33, 34, 58, 59]. Як правило, волокна з повільним відповіддю характеризуються низьким діастолічним потенціалом, невисокою амплітудою і повільним наростанням потенціалів дії, а також зниженою збудливістю, зміненої реактивності, більш тривалої рефрактерностью і уповільненим проведенням. Крім того, навіть волокна, в нормі не володіють автоматизмом, можуть придбати здатність до спонтанного генерування імпульсів при зниженні мембранного потенціалу до рівня, при якому починає функціонувати повільний ток (рис. 4.4, А). Більшість специфічних рис активностісинусового і атріовентрикулярного вузлів вдається пояснити, виходячи з особливостей поведінки повільного вхідного струму [25, 30, 61-65]. Те ж справедливо для аномальних електрофізіологічних характеристик багатьох частково деполяризованого клітин в ішемізованих і уражених тканинах серця [31, 34, 36, 75, 78, 85, 86, 91-93].
Потенціал дії: реполяризация. Збільшення швидкого вхідного струму Na +, яке передує деполяризації, є самообмеження і нетривалим (приблизно кілька мілісекунд). Інактивація Na + -каналів з подальшим зменшенням струму Nа + дає початок реполяризації, процесу більш тривалого (до декількох сотень мілісекунд) і складного, в якому беруть участь іони Na +, К +, Са ++ і Cl- (див. Рис. 4.2) [ 27, 29, 31, 33, 94]. Його специфічні механізми поки повністю не встановлені. Ясно, однак, що для виникнення реполяризації необхідно зменшення позитивного заряду всередині клітини. В процесі реполяризації волокон Пуркіньє можна виділити 3 чіткі фази. Початкова стадія (фаза 1) є бистрой- вона обумовлена інактивацією струму Na +" і розвитком вихідного струму, що переноситься іонами К + і, можливо, Сl- [27, 95]. Після фази 1 реполяризация істотно сповільнюється (плато, або фаза 2). У фазу плато відбувається зниження сумарної провідності мембрани і виникають при цьому струми невеликої величини більш-менш врівноважують один одного [27, 33, 94, 95] (т. Е. Реполярізующее впливу інактивації струму Na + і активації вихідного струму K + врівноважуються деполярізуется дією залишкового повільного вхідного струму). Струм До + з часом зростає. Таким чином, разом зі зменшенням входять струмів це призводить до збільшення чистих втрат позитивного заряду і, нарешті, до швидкої реполяризації (фаза 3). У міру реполяризації калієва провідність (gK) все більше підвищується, сприяючи додатковому виходу К + з клітини і подальшого прискорення реполяризації. Крім того, процесу реполяризації сприяє накопичення вийшов з клітки K + в обмеженому позаклітинному просторі [96]. Нещодавно була висловлена гіпотеза про те, що певний внесок у реполяризацию може вносити електрогенний натрієво-калієвий насос [97, 98]. Як тільки мембранний потенціал доходить до рівня приблизно -40 або -45 мВ, починається його швидке зниження до значень потенціалу спокою.

Мал. 4.4. Трансмембранні потенціали в зразках міокарда передсердя (фрагменти I і III) і шлуночка (фрагмент II) людини, що дозволяють продемонструвати різні типи аномального автоматизму в серцевої тканини при захворюванні серця.
Фрагмент I: трансмембранні потенціали в добре поляризованому волокні з швидкою відповіддю (А) і низькоамплітудні повільні відповіді частково деполяризованого волокна (Б) в придатку правого передсердя людини. Максимальний діастолічний потенціал (і амплітуда), зареєстрований в клітинах А і Б, склали -72 мВ (-80 мВ) і -55 мВ (-55 мВ) відповідно. Високоамплітудні, швидко наростаючі потенціали, що розвиваються в сильно поляризованому волокні, істотно відрізняються від низькоамплітудних, повільно наростаючих потенціалів в частково деполяризованого волокні. Слід також зазначити, що клітка з повільним відповіддю починає спонтанно деполяризованого відразу після закінчення реполяризації, т. Е. Вона стає автоматично активної (автоматизм, викликаний деполяризацією).
Фрагмент II: трансмембранні потенціали в частково деполяризованої, спонтанно активної клітці папиллярной м`язи хворого з ревматичним захворюванням серця, ускладненим мерехтінням передсердь, шлуночкової ектопією високого ступеня і варіабельними порушеннями шлуночкового проведення, залежними від частоти серцевого ритму. А - реполяризация після основного автоматичного збудження переривається одноразової ранньої постдеполярізаціі, що приводить до розвитку бигеминии. Б - кожне основне порушення переривається низкоамплитудной осцилляцией, за якою слідують 5 повторюваних високоамплітудних відповідей з результуючим вираженим збільшенням тривалості реполяризації. Кожна серія закінчується коливанням мембранного потенціалу дуже низької амплітуди, що ще більше затягує закінчення реполяризації при основному порушення. Фрагмент III: індукція коливань мембранного потенціалу за типом затриманої постдеполярізаціі і розвиток критичної активності в препараті передсердя людини, спочатку не володів спонтанною активністю. Перша осциляція на кожного запису вказана стрілкою. Записи А і Б, а також початок запису У демонструють розвиток постдеполярізаціі при стимуляції зі зростаючою частотою. Відзначається поступове збільшення амплітуди осциляцій при підвищенні частоти стимуляції. Зрештою, коливання мембранного потенціалу досягають порогового рівня і виникає ритмічна триггерная активність (в середині запису В подвійна стрілка), яка зберігається навіть після припинення стимуляції. Хоча кожен з наведених прикладів отриманий на частково деполяризованого препараті, аналогічні явища спостерігаються і в сильно поляризованих тканинах. Обговорення в тексті [87}.

генерування імпульсів

Порушення і прояв потенціалу дії обумовлені протіканням через клітинну мембрану досить деполяризующего струму, який швидко знижує (т. Е. Робить менш негативним) трансмембранний потенціал до порогового рівня. Для різних типів клітин пороговий потенціал різний і пов`язаний з максимальним диастолическим потенціалом [33, 56, 87, 99]. Збуджуючі (деполярізующіе) струми можуть надходити із зовнішнього джерела або ж розвиваються спонтанно. У нормі вони є наслідком локальної різниці потенціалів, що виникає при поширенні потенціалу дії. Певні клітини, звані автоматичними, здатні генерувати такі струми спонтанно- отже, вони можуть відчувати самозбудження і спонтанно (автоматично) ініціювати імпульси [25].
У нормі автоматизм обумовлений періодичним виникненням в спеціалізованих тканинах серця спонтанний деполяризації у фазу 4 [25] (див. Рис. 4.1, Б). Клітини з найбільшою частотою спонтанної діастолічної (фаза 4) деполяризації (в нормі ці клітини синусового вузла) є первинними Пейсмекер, інші ж - є латентні Пейсмекер. Насправді деполяризация в фазу 4 розвивається, швидше за все, тільки в клітинах синусового вузла (див. Рис. 4.1, Б), в латентних ж ( «вислизають») водіїв ритму необхідні зміни виникають лише у відповідь на такі фактори, як уповільнення синусового ритму або АВ-блокада.
Спонтанне генерування імпульсів може бути обумовлено не тільки повільної діастолічної деполяризації спеціалізованих автоматичних клітин, але і іншими механізмами. Оскільки такі альтернативні механізми є недостатніми для роботи в нормальних фізіологічних умовах, їх розглядають як аномальні чинники автоматизму, а виникає в результаті спонтанну активність - як аномальний автоматизм [100]. Цей термін об`єднує цілу групу різних явищ. Спонтанні циклічні пейсмекероподобние осциляції діастолічного потенціалу, не пов`язані з основним ініціював подією, представляють один з найважливіших типів активності. Такого роду активність проявляється переважно в пригноблених, частково деполяризованого волокнах, де мембранний потенціал знижений до рівня, при якому починає функціонувати повільний вхідний ток звідси назва «автоматизм», викликаний деполяризацією ». Мабуть, подібна активність може виникати при зниженні діастолічного потенціалу в більшості клітин (якщо не у всіх), включаючи робочий міокард передсердь і шлуночків [101-103]. Таке явище часто спостерігається в ішемізованих і уражених тканинах серця [36, 74, 75, 87, 91-93]. Цілком репрезентативна в цьому відношенні запис на рис. 4.4 (фрагмент 1), отримана в частково деполяризованого автоматичних клітинах міокарда передсердь людини.
Існують і інші типи осциляцій, які залежать від попереднього ініціюючого потенціалу дії (т. Е. Триггерная активність). Такі осциляції можуть виникати під час (або після завершення) реполяризації ініціюючого потенціалу дії (див. Рис. 4.4, фрагменти II і III). Для їх позначення був запропонований цілий ряд визначень, з яких найбільш широко використовуються терміни, запропоновані Cranefield: відповідно «рання» і «затримана» постдеполярізаціі [30]. Рання постдеполярізаціі найчастіше перериває реполяризацию в фазу 2 на плато при рівні потенціалу від -20 до -25 мВ, але вона може виникнути і під час фази 3. Вона збільшує тривалість реполяризації та рефрактерности іноді на багато секунди (див. Рис. 4.4,11 ). Затримана ж деполяризация (див. Рис. 4.4, III) спостерігається під час фази 4 при більш-менш нормальному рівні діастолічного потенціалу (від -70 до -185 мВ), а також при його зниженому рівні. Постдеполярізаціі, що досягає порогового рівня, призводить до виникнення тригерних ритмів (див. Рис. 4.4, III) [104], з яких найкраще відомий ритм, обумовлений інтоксикацією серцевими глікозидами.
Мембранні механізми, що лежать в основі виникнення пейсмекерних потенціалів, до кінця не з`ясовані [29, 30, 33]. Згідно з останніми, робіт, пейсмекерная активність волокон Пуркіньє є наслідком активації входить струму, що переноситься як Na + так і K + [105, 106]. За деякими даними, в синусовомувузлі певний внесок в пейсмекерного активність вносить і повільний вхідний струм [107-НО]. Іонні механізми, що визначають автоматичну активність частково деполяризованого міокардіальних клітин і осциляції постдеполярізаціонного типу, ще менш вивчені [29, 30, 33, 34, 36, 102, 103].

проведення

Проведення імпульсу (потенціалу дії) в серце є надзвичайно складним і не до кінця вивченим явищем. Останні монографії та огляди Jack і співавт. [Ill], Fozzard [112], Spach і Kootsey [И3], а також Cranefield [30], [114] показали ще більшу складність цього феномена. Проведення вважається результатом послідовної деполяризації суміжних ділянок клітинної мембрани за рахунок локальних струмів, які виникають внаслідок різниці потенціалів між сусідніми сегментами спочиває (поляризованої) і активної (деполяризованої) мембрани і течуть від клітини до клітини через контакти, що володіють низьким електричним опором. Частота, з якою здійснюється цей процес (т. Е. Швидкість проведення), залежить від ряду взаємопов`язаних змінних, включаючи вхідний струм і його детермінанти, збудливість, пасивні кабельні властивості серцевих волокон, їх діаметр і геометрію.
Вхідний струм. У нормальних серцевих клітинах, розташованих поза синусового вузла і АВ-вузла, здатність поширюється потенціалу дії до порушення прилеглих ділянок спочиває мембрани і, отже, до проведення, а також швидкість проведення, залежать від величини швидкого вхідного струму Nа +, а потім - і від Vmax, яка є непрямою мірою входить струму. Вхідний струм і вухах в свою чергу пов`язані з мембранним потенціалом клітин при порушенні. Отже, швидкість проведення також залежить від мембранного потенціалу клітин, що лежать на шляху поширення імпульсів (54-56, 112, 115]. Швидкий натрієвий струм, вухах і швидкість проведення, а також інші рівнозначні чинники оптимальні в досить поляризованих волокнах, де мембранний потенціал становить від - 85 до - 95 мВ. Зниження мембранного потенціалу супроводжується зменшенням швидкого вхідного струму Na +, Vmax і швидкості проведення [30]. Погіршення проведення пов`язано з величиною потенціалу [55, 56, 115], причому перше суттєве уповільнення зазвичай відзначається при значеннях вище - 70 мВ, а порушення проведення - при -50 мВ або нижче. при таких низьких рівнях потенціалу швидкий натрієвий струм в основному інактивується і деполяризация стає все більш залежною від повільного струму. На рис. 4.3, а схематично показано зміна потенціалу дії при його поширенні від нормально поляризованих ділянок до областям з поступово зменшується поляризацією. Просування до частково деполяризованої зоні характеризується прогресивним зниженням амплітуди і підвищенням швидкості деполяризації, т. е. тими змінами, які повинні супроводжуватися все більш зростаючим вираженим уповільненим проведенням.
Проведення залежить також від співвідношення мембранного потенціалу в момент порушення і Vmax відповіді (реактивність). Зміни цього співвідношення обумовлюють зміщення нормальної кривої (клітка а) на рис. 4.3, Б вниз і вправо (крива для клітини б), що відображає пригнічення реактивності і уповільнення проведення, оскільки Vmax відповідей при будь-якому даному потенціалі зменшується щодо норми. Оскільки при такому зміщенні проведення сповільнюється при всіх рівнях потенціалу, це повинно, по-перше, посилити порушення провідності, пов`язані зі зменшенням мембранного потенціалу, і, по-друге, полегшити розвиток порушень провідності при більш нормальних (т. Е. Більш негативних) рівнях потенціалу. Зміни співвідношення реактивності, при яких крива зміщується вгору і вліво в діапазоні високих (негативних) і середніх рівнів потенціалу, призводять до протилежних ефектів. Парадоксально, але при зміщенні кривої вліво в діапазоні низьких потенціалів (рис. 4.3, Б, крива для клітини б) може виникнути схильність до розвитку порушень провідності, так як при цьому полегшується генерування повільно наростаючих і повільно поширюються відповідей при тих рівнях потенціалів, які в інших умовах були б занадто позитивними для підтримки якої б то не було активності.
Численні кардіоактівние препарати, в тому числі багато стандартні антиаритмічні засоби, впливають на провідність за допомогою зміни реактивності міокарда [25, 30, 38-44]. Пригнічуючий вплив хінідину і новокаїнаміду відбивається головним чином в зміщенні кривої реактивності вниз і вправо [116, 117]. Ішемія і пошкодження міокарда, мабуть, надають аналогічну дію. Дослідження інфарцірованного шлуночка собаки [70, 71, 74, 75] і ураженого міокарда у людини [36, 87] показують, що крива реактивності (принаймні для деяких клітин) зміщується вниз і вправо в діапазоні високих і середніх рівнів потенціалу, але вгору і вліво-прі низьких рівнях (рис. 4.3, б, клітина б). Останнє, найімовірніше, відображає активацію повільного вхідного струму при низьких потенціалах. У будь-якому випадку обидва типи зміщення привертають до посилення порушень проведення і аберрантним.
збудливість і проведення. Проведення залежить також від збудливості мембрани [118-120]. Поняття «збудливість» пов`язане з величиною струму, необхідного для зниження мембранного потенціалу від рівня, що існував при стимуляції, до порога з подальшою ініціацією потенціалу дії. Цей показник є складною функцією, яка залежить від ряду факторів, включаючи рівень мембранного потенціалу і пороговий потенціал. Зниження збудливості синонімічно збільшення амплітуди струму, необхідного для возбужденія- при незмінності інших факторів воно супроводжується уповільненням проведення. Підвищення збудливості має протилежний ефект. На цій підставі пояснюється прискорення проведення у відповідь на помірну деполяризацию [118-120]. Дійсно, залежні від тривалості серцевого циклу зміни збудливості пригноблених клітин системи Гіс-Пуркіньє імовірно спричиняють интермиттирующей блокади ніжки пучка [150]. Деякі фізіологічні та фармакологічні чинники, що впливають на провідність, здатні надавати рівноцінне (або принаймні часткове) вплив і на збудливість. Те ж видається справедливим для калію: збільшення його позаклітинної концентрації з 2,7 до 4 мМ супроводжується підвищенням збудливості і швидкості проведення. Подальше підвищення концентрації більше 7 мМ пригнічує збудливість і проведення [119]. Депресивний вплив лідокаїну і новокаинамида на проведення може бути пов`язано з їх дією, що знижує збудливість [121, 122]. Ішемія і захворювання міокарда також можуть пригнічувати збудливість і тим самим впливати на проведення.

Кабельні властивості і проведення. Вважається, що серцеві волокна за своїми електричними властивостями багато в чому нагадують одновимірний коаксіальний кабель [23, 31, 111, 112]. Окремі клітини міокарда електрично пов`язані між собою за допомогою спеціалізованих низькоомних [123] мембранних структур [124, 125] - нексусов, або вставних дисків [126], які полегшують перебіг струму між клітинами, так що ланцюжки клітин можна в функціональному сенсі розглядати як довгі кабелі. Електричні властивості таких структур, що отримали назву «пасивних» або «кабельних» властивостей, включають в себе опір (величину, зворотну провідності) і ємність мембрани, а також внутрішнє поздовжнє опір (сумарний опір цитоплазми і нексусов). Ці фактори визначають протікання струму від клітини до клітини і, отже, є основними детермінантами провідності [23, 30, 36, 111, 112, 114]. Зміна цих параметрів робить глибокий вплив на проведення [127].
Є підстави вважати, що зміни кабельних властивостей під дією препаратів або при патологічних станах можуть сприяти розвитку порушень проведення в клінічних умовах. Наприклад, є дані про те, що токсичні дози оуабаіна [128], ацидоз [129], гіпоксія і ішемія [130], що супроводжуються аномаліями проведення in vivo, мабуть, підвищують опір нексусов. Результати математичного моделювання показують, що певне підвищення внутрішнього опору призводить до повної блокади проведення внаслідок електричного роз`єднання клітин [131]. Є також підстави вважати, що електричне роз`єднання відбувається в ураженому міокарді шлуночків людини [87]. Таким чином, висунуто припущення про можливу роль змін кабельних властивостей у розвитку повільного проведення та порушень ритму у хворих із захворюванням серця. Точний механізм, що лежить в основі електричного роз`єднання, неясний, але певну участь тут, мабуть, беруть іони Са ++, на що вказують результати досліджень, в яких внутрішньоклітинна ін`єкція кальцію викликала підвищення внутрішнього опору [132].
Ряд впливів, що підсилюють викликане ішемією або гіпоксією підвищення внутрішньоклітинного опору, включаючи підвищення частоти стимуляції, також збільшують внутрішньоклітинну концентрацію Са ++ [133].

порушення провідності

Порушення проведення збудження в серці можуть бути обумовлені безліччю різних факторів. Добре відомі вроджені та набуті аномалії спеціалізованих тканин, а також їх руйнування внаслідок захворювання [8]. У нормальному серце, ймовірно, найбільш частою причиною аномалій є поширення імпульсів в волокнах з низьким мембранним потенціалом. Підвищення ступеня аберації проведення, мабуть, пов`язано тут з електрофізіологічними властивостями частково деполяризованого волокон з повільним відповіддю [30, 34], а також змінами, що виникають при ішемії [74, 75] і пошкодженні серця [36, 87]. Важливу роль відіграють також зміни збудливості і кабельних властивостей серцевих волокон, які обумовлені дією препаратів і патологічними процесами [31, 111, 112], особливостями будови волокон, а також тимчасової та просторової конвергенцією імпульсів [134, 135]. Під час обговорення цих питань основна увага буде приділена залежності порушень проведення від мембранного потенціалу.
Порушення проведення внаслідок зменшення потенціалу можуть виникати в будь-якому відділі серця. При цьому можливі різноманітні електрокардіографічні прояви, особливо ЕКГ-елементи, що відображають в кожному конкретному випадку локалізацію деполяризованого волокон і ступінь деполяризації їх мембрани. Якщо, наприклад, в процес залучений пучок Гіса, аномалії проведення проявляються у вигляді АВ-блокади. Якщо ж деполяризованого клітини розташовуються нижче біфуркації, то спостерігаються різні типи дефектів внутрижелудочкового проведення.
Природа порушень проведення та їх електрокардіографічні прояви критично пов`язані з тимчасовими характеристиками зниження мембранного потенціалу. Тут можуть визначатися дві основні категорії порушення. Перша і найбільш часто зустрічається - група порушень пов`язана зі зменшенням мембранного потенціалу внаслідок неповної реполяризації. На рис. 4.5, А показаний потенціал дії волокна правої ніжки пучка Гіса, а також п`ять передчасних відповідей, ініційованих в різні моменти при реполяризації. Зміни характеристик потенціалу дії і проведення під час реполяризації разом з відповідними необхідними змінами величини порогового струму (збудливість) (див. Рис. 4.5, Б) і порогового потенціалу зазвичай визначаються терміном «рефрактерность». На рис. 4.5, А видно, що стимуляція не спроможна викликати активний відповідь до тих пір, поки мембранний потенціал не повернеться до рівня -50 мВ. Найбільш ранній відповідь (а) вказує, отже, на закінчення абсолютного рефрактерного періоду і початок відносного рефрактерного періоду. Однак самі ранні відповіді (а і б) настільки малі за амплітудою і наростають так повільно, що не можуть поширюватися (локальні відповіді). Перший поширюється імпульс (в) визначає кінець ефективного рефрактерного періоду (період, протягом якого не відбувається поширення відповіді). Амплітуда, Vmax і тривалість відповідей, послідовно виникають при більш негативних значеннях мембранного потенціалу, прогресивно збільшуються, що супроводжується покращенням проведення. Оптимальна відповідь (г) спостерігається лише після повернення мембранного потенціалу до рівня -85 або -90 мВ. На рис. 4.5, В показані електрокардіографічні прояви цих подій.

Мал. 4.5. Вплив рефрактерности на електричний відповідь серця.
А - схематичне зображення трансмембранного потенціалу дії нормального волокна Пуркіньє і відповідей, викликаних передчасної стимуляцією в певні моменти реполяризації. Показаний також рівень порогового потенціалу. Зверніть увагу, що амплітуда і Vmах відповідей залежать від рівня мембранного потенціалу при стимуляції. Найбільш ранні відповіді (а і б) виникають при таких низьких величинах мембранного потенціалу і так малі за амплітудою і швидкості наростання, що не можуть поширюватися (градуально або місцеві відповіді). Наступні відповіді (в-д) характеризуються поступовим збільшенням амплітуди, швидкості наростання і тривалості аж до моменту завершення реполяризації. Найраніший поширився відповідь (в) визначає закінчення ефективного рефрактерного періоду. Перший нормальний відповідь (д) визначає закінчення часу повного відновлення. Хоча відповідь г виникає під час закінчення періоду виняткова збудливості, він стає менше і зростає повільніше, ніж відповідь д. Б - звичайна зв`язок між мембранним потенціалом і збудливістю катодних струмом. Величини порогового струму вказані в мікро-амперах (мкА). .Волокно Стає невозбудімості з моменту початку нульовий фази потенціалу дії. Відновлення збудливості, на яке вказують зміни порога, відбувається повільно під час фази 3. На схемі також показана приблизна тривалість абсолютного рефрактерного періоду (АРП), ефективного рефрактерного періоду (ЕРП), відносного рефрактерного періоду (ОРП). Повного рефрактерного періоду (ПРП), часу повного відновлення (ВПВ) і періоду виняткова збудливості (ПСНВ). Вертикальні лінії, що з`єднують фрагменти А і Б малюнка, показують зв`язок між тимчасовими відрізками реполяризації і змінами рефрактерности і збудливості. Граничний потенціал, величина якого стає нескінченною в фазу швидкого деполяризації, також нормалізується при реполяризації (не показано). В - чотири ритмограми у відведенні V з окремими передчасними возбуждениями передсердь, викликаними в різні моменти реполяризації. Ця запис являє собою «аналог» кривої на фрагменті А: передчасні збудження передсердь а-д відповідають відповідям з тими ж позначеннями на А. Найбільш ранні передчасні збудження передсердь (а і б) досягають АВ-провідної системи настільки рано під час реполяризації, що вони або не можуть поширюватися по ній зовсім, або дають лише локально поширюються відповіді, які розглядаються як непровідного передсердні передчасні збудження. Наступні два передчасних збудження передсердь (в і г) досягають провідної системи дещо пізніше і проводяться в шлуночки. Однак проведення стає пригніченим, про що свідчить подовжений інтервал P-R і змінена (аберрантним) форма комплексу QRS. Порушення д спостерігається після завершення реполяризації і проводиться нормально. Обговорення в тексті.

Зі сказаного випливає, що відновлення збудливості і провідності (т. Е. Функціональне відновлення) знаходиться в чіткій залежності від величини потенціалу і відбувається паралельно процесу реполяризації. Це, мабуть, більш-менш справедливо для більшості нормальних серцевих волокон, за винятком вузлових клітин, де функціональне відновлення відбувається після закінчення реполярізаціі- таким чином, процес відновлення збудливості залежить від часу і величини потенціалу [25, 30, 34, 61, 63, 64]. Як показують пізніші дані [136, 137], це в тій же мірі відноситься навіть до неузловим клітинам. Однак таке неспівпадіння зазвичай невелика і стає помітним лише в клітинах зі зниженим діастолічним потенціалом. Різниця між вольтажним і функціональним відновленням позначається терміном «постреполярізаціонная рефрактерность» [138].
Відмінності у відновленні збудливості в нормальних волокнах і в клітинах з низьким потенціалом можуть бути пов`язані з різницею іонних механізмів, що визначають деполяризацию. Деполяризация в більшості нормальних волокон залежить від активації каналів для швидкого вхідного струму Na +. Деполяризация, в свою чергу, призводить до інактивації цих каналів, роблячи їх невозбудімості. Усунення інактивації має відбуватися раніше, ніж натрієві канали знайдуть втрачену реактивність. На той час, коли реполяризация просунеться до рівня -40 або -50 мВ, достатня кількість каналів буде відновлено, що забезпечить відповідь клітини (кінець абсолютного рефрактерного періоду). У нормі до моменту реполяризації клітини до рівня від -85 до -95 мВ відзначається практично повне відновлення швидких Na + -каналів і, отже, збудливості і провідності. З іншого боку, як зазначалося раніше, деполяризация зазвичай низькопотенційних волокон синусового і атріовентрикулярного вузлів [30, 33, 60-65], а також клітин в стулках АВ-клапанів і коронарного синуса [66, 67] залежить головним чином від повільного вхідного струму. Це в певній мірі справедливо і для частково деполяризованого волокон в зоні експериментального інфаркту міокарда [30, 74, 75, 93] і в ураженій (хронічно) серцевому м`язі [36, 78, 85-87, 91, 92]. Усунення інактивації в повільних каналах відбувається значно довше, ніж в швидких, так що рефрактерность може запізнюватися щодо повної реполяризації на сотні мілісекунд. На рис. 4.6 (фрагменти I і II) для порівняння показано відновлення нормально поляризованих і частково деполяризованого волокон Пуркіньє. У нормально поляризованому волокні повернення до диастолическому потенціалу та функціональне відновлення протікають практично паралельно. У частково ж деполяризованого волокні відновлення виявляє свою істотну залежність від часу. Повного функціонального відновлення не спостерігається аж до середини діастоли. Уповільнення процесу відновлення швидких Nа + -каналів можливо і в деяких інших умовах, включаючи вплив певних препаратів [45, 46, 146-149], так що значна постреполярізаціонная рефрактерность може відзначатися навіть в нормально поляризованих клітинах. Показання на рис. 4.6 (фрагмент III) приклади такого явища в нормально поляризованої клітці шлуночкового міокарда людини свідчать про те, що захворювання міокарда здатне надавати аналогічне вплив. Подібні зміни призводять до аберації проведення передчасних відповідей, що виникають в пізні фази або в фазу реполяризації, а також під час діастоли.
Зниження мембранного потенціалу під час електричної діастоли (фаза 4) можливо також внаслідок зменшення потенціалу спокою і (або) в результаті спонтанної діастолічної деполяризації автоматичних клітин. На підставі кривих реактивності (див. Рис. 4.3, Б) можна припустити, що зниження діастолічного потенціалу викличе зміни характеристик потенціалу дії і проведення, аналогічні спостережуваним при реполяризації [54, 56, 115]. Отже, поширення імпульсів в волокнах з низьким діастолічним потенціалом має супроводжуватися повільним проведенням і аберацією.
У нормі низький потенціал спокою зустрічається тільки в клітинах АВ-вузла, де він, мабуть, сприяє повільному проведення [25, 30]. На противагу цьому, при експериментальному інфаркті міокарда [74, 75, 93] і в ураженому серце людини [76, 77, 87, 91, 92] низький потенціал спокою спостерігається досить часто. На рис. 4.7 показані зниження величини діастолічного потенціалу і повільне проведення в желудочковом міокарді людини. Крім того, багато фізіологічні і хімічні впливи на міокард, включаючи перерозтягнення, ішемію, гіпоксію, зміни рН, зміна іонного складу і високі концентрації антиаритмічнихпрепаратів, знижують потенціал спокою [24, 25, 28-30, 32, 35, 38-43] , викликаючи тим самим порушення провідності. Добре вивченим прикладом подібної аномалії служать викликані гиперкалиемией порушення внутрішньопередсердної і внутрижелудочкового проведення.

Мал. 4.6. Реєстрація трансмембранних потенціалів і одночасно отримані біполярні електрограми нормального (фрагмент I) і частково деполяризованого (фрагмент II) волокон правої ніжки пучка Гіса у собаки показують залежне від часу збільшення рефрактерного періоду при деполяризації.
Відповіді 1, 2 і 3 виникають при передчасної стимуляції в певні моменти серцевого циклу. Відповідь I є найбільш раннім з спостережуваних відповідей, який визначає закінчення абсолютного рефрактерного періоду-2 - найпізніший відповідь, що характеризується достатньою зниженням амплітуди і Vmax, в результаті чого форма комплексу на електрограмі змінюється (аберантних QRS) - 3 - найбільш ранній відповідь нормальної форми, який визначає час повного відновлення збудливості. У нормальному волокні відновлення збудливості і проведення, т. Е. Зникнення рефрактерности, практично збігається за часом із закінченням реполяризації. З іншого боку, в частково деполяризованого волокні рефрактерность за тривалістю явно перевершує реполяризацию (в даному випадку має велике значення). Таке залежне від часу збільшення рефрактерного періоду підвищує схильність до аберації навіть пізніх екстрасистол. Фрагмент III: постреполярізаціонная рефрактерность в зразку папиллярной м`язи хворого з ревматичним захворюванням серця, ускладненим застійною серцевою недостатністю, а також передсердній та шлуночковій ектопією високого ступеня на тлі аберантного проведення внаслідок блокади правої і лівої ніжок пучка Гіса. Обговорення в тексті [87}.

Мал. 4.7. Трансмембранні потенціали в 5 клітинах ізольованою папілярної м`язи хворого з ревматичної хворобою серця.
Відзначається варіабельність діастолічного потенціалу та характеристик потенціалу дії при виникненні повільного проведення і локального блоку. Препарат стимулювався з інтервалом в 800 мс. Реєстрація здійснювалася по межі невеликої зони рубця (можливо, давнього мікроінфаркту або фіброзного тіла Ашофа). На кожному фрагменті представлена одночасний запис, отримана в нормально поляризованому волокні (клітина 1) і в одному з чотирьох частково деполяризованого волокон (клітини 2-5), що дозволяє порівняти характеристики потенціалу дії і час межелектродного проведення. Vmax в другій клітці кожної пари визначається різницею у висоті піку на нижній кривій кожного фрагмента. Vmax в клітинах 4 і 5 занадто мала, щоб дати відчутну дефлексію. Нижче наведені значення максимального діастолічного потенціалу (МДП), тривалості потенціалу дії (ДПД- визначено як час реполяризації на рівні - 40 мВ) і Vmax в нульову фазу. Відзначається зростання часу межелектродного проведення між кліткою 1 і клітинами 4 і 5 в порівнянні з таким між кліткою I і клітинами 2 і 3, про що свідчить помітно збільшується різниця в наростанні відповідей, зареєстрованих в цих клітинах. У правому нижньому кутку дана калібрування часу і вольтажу. Обговорення в тексті [87].

З іншого боку, навіть у нормальному серце спостерігається деполяризація автоматичних клітин в фазу 4. Найбільш добре відомий автоматизм клітин синоатріального вузла, який може сприяти повільному проведенню в цій тканини. Експерименти на волокнах Пуркіньє показали, що підвищений автоматизм латентних пейсмекерних клітин може викликати широкий спектр порушень проведення - від простого уповільнення до повного блоку [56]. Крім того, розвиток деполяризації у фазу 4 проксимальніше ділянки вже існуючого блоку може викликати ще більшу пригнічення проведення в даній області [150]. З огляду на поширення в серці латентних пейсмекерних клітин, а також впливу численних факторів навколишнього середовища і впливу препаратів, що підсилюють деполяризацию в фазу 4 [24, 25, 27-29, 30, 33, 34, 38-47], цей механізм може стати причиною порушень проведення у людини. Слід враховувати, що клітини робочого міокарда також можуть проявити автоматичну активність (див. Рис. 4.4) під впливом медикаментів, ішемії та інших патологічних процесів, що посилить схильність до розвитку порушень проведення.