慢性心力衰竭患者心電圖QRS 波時限與心室電-機械不同步的關系

張琳 焦錦玉 劉鳴

慢性心力衰竭(簡稱心衰)是各種器質性心臟病的最終結局和主要死亡原因,我國2012 至2015年的一項心衰流行病學調查資料顯示,≥35 歲人群中,心衰患病率為1.3%,較2003 年的0.9%顯著上升[1]。 造成心衰患病率升高的原因主要有兩方面：一方面是隨著生活質量的顯著改善,國人壽命明顯增加,老齡化人口增多;另一方面,由于受現代生活方式的影響,心臟病人群日益年輕化。 2017 年1 月至2020 年10 月全國113 家醫院記錄了33 413 例心衰患者,住院心衰患者的病死率為2.8%[2]。

心肌的機械收縮是由心肌細胞的電活動引起的,良好的心臟泵血功能取決于正常的電激活和機械同步性,其中心室內快速傳導系統起著關鍵作用,心臟機械活動一般在電活動激動50 ms 后觸發[3]。 當心肌傳導發生異常時可引發電活動不同步,從而出現心肌的不同步收縮舒張(機械不同步),導致心功能受損。 心衰是持續惡化的心電機械活動不同步所致心臟結構和病理生理改變的最終表現,其主要機制在于心臟重構,包括結構重構和心電特性重構;兩者互為因果,相互影響,加重心衰惡化進程。 心衰時,心電特性的改變和心臟結構形態的改變同時出現,甚至先于心臟形態結構改變發生。 這些改變以及心肌缺血損傷等都可能導致心室內和心室間的心電傳導速度減慢甚至傳導阻斷,從而表現為QRS 波時限延長。

QRS 波時限是慢性心衰的預測因子,QRS 波時限延長是心衰患者預后不良的標志;左心室機械不同步在心衰的發病機制中也起著重要作用(盡管二者的耦聯關系有時并不十分密切)。 研究發現,心衰伴窄QRS 波(QRS 波時限＜130 ms)患者的機械不同步發生率為20%～40%;在心衰伴寬QRS 波(QRS 波時限＞150 ms)患者中,這一比例上升到80%～90%[4-5]。 本文旨在回顧和討論慢性心衰患者發生電-機械不同步的可能機制及其與QRS 波時限的關系,并綜述二者對心功能的影響。

1 慢性心衰患者的電不同步

心電圖可以反映心臟結構及電活動的改變,其中QRS 波群是左右心室綜合除極向量在相應導聯上的投影[6]。 因此QRS 波時限反映的是心室整體的去極化時間,與傳導系統病變、心肌病變關系密切,也是評估患者心臟收縮同步性的關鍵指標。 自心電圖技術應用于臨床以來,國內外學者對QRS 波時限及形態的變化與心衰的相關性進行了反復研究和探討,QRS 波群特征對心血管事件的預測價值已得到普遍認可。 正常成人QRS 波時限為0.06 ～0.10 s,一般不超過0.11 s,QRS 波時限＞0.12 s 是篩選高危患者的指標[7]。

心室電活動有其固定傳導通路,沖動首先從房室結發放,再通過希氏束分別向左右束支及其各分支傳導,然后傳至浦肯野纖維網,最后擴布到心肌。正常的心電傳導使左右心室和心室內各部分幾乎同時激動;而當心室傳導通路發生障礙,或心肌發生損傷甚至梗死時,異常的心電傳導可能會導致心室間和(或)心室內傳導延遲甚至阻滯,即心電活動失同步,在心電圖上可表現為QRS 波群增寬、波形頓挫、振幅減小。

慢性心衰是各種器質性心臟病進展的最終階段,這類患者往往伴有心室傳導障礙,導致心電活動不同步。 心衰患者的心肌細胞因長期缺血、缺氧,同時神經體液系統被激活,導致心肌細胞肥大、心肌間質纖維化、心肌細胞凋亡、胚胎基因和蛋白再表達等心室重構現象。 縫隙連接是心肌細胞間介導相鄰細胞信息傳遞的一種特殊通道,可以保證心室電活動的快速有效擴布。 縫隙連接蛋白43(Cx43)是人心室中最普遍的蛋白亞基,在心肌細胞動作電位的0 相負責Na+的傳輸。 在心衰初期,Cx43基因表達開始下降,Cx43 會發生去磷酸化并重新分布,主要表現為數量減少,在表達方式上逐漸側化,在表達比例上逐漸趨于橫向表達,從而使得心臟電活動擴布的方向和速度發生改變[8-9],導致心電活動在時空上的不對稱,以及心電傳導的不連續,最終造成部分心肌細胞間或整個心肌電傳導速度減慢、傳導延遲,膜電位水平和去極化程度不完全一致,使心肌細胞沖動傳導時間延長;同時,具有特定結構的室間隔傳導減慢,尤其是在心肌重塑后,室間隔傳導減慢也進一步促進了右心室和左心室激活的電分離狀態[10]。

心衰時,除了上述病理生理方面的改變,心肌細胞離子通道也會受到影響。 0 期去極化主要由鈉內向電流(INa)引起。 雖然AKAR 等[11]發現,分別從正常犬和心衰犬中分離的心室肌細胞動作電位去極化速度沒有差異,但是大多數學者包括UFRETVINCENTY 等[12]發現心衰小鼠的Na+通道失活速度較慢,且激活和失活的電壓依賴性發生改變,同時INa通道減少;VALDIVIA 等[13]的研究顯示,與從非衰竭心臟獲得的心肌細胞比較,從衰竭心臟分離的心肌細胞中瞬時鈉電流的峰值密度降低了57%,當INa受抑制時動作電位0 相最大去極化速度(反映Na+通道開放的速度)減小,去極化過程變慢,上升幅度減小,興奮傳導減慢。

近年來,在12 導聯心電圖的基礎上,矢量心電圖、超高頻心電圖,以及更加復雜的電子心臟成像系統等多種非侵入性心臟檢查技術相繼出現。 利用這些檢查手段,可以捕獲潛在的和異常的心電活動,通過結合空間和時間信息來更精確地分析心電活動[14-15]。 基于QRS 波的形成機制,12 導聯心電圖無法準確地區分左側或右側傳導異常,也難以分辨心室間或室內不同步,但心電圖呈現出來的QRS波時限和形態可作為評估心電活動及心功能的簡便易得的指標。

2 慢性心衰患者的機械不同步

心室通過舒張充盈入血,并通過收縮射血,二者單獨或同時受損時,可導致心功能不全、心衰。Ca2+是參與心肌收縮、舒張的重要離子。 心衰初期,Ca2+通道數量減少,但其開放程度會代償性加大,以使心肌細胞攝取更多Ca2+來維持心肌的收縮功能;而進入失代償期時,這部分代償性的增加無法抵消過分增大的心肌細胞導致的Ca2+密度相對降低[16]。在人類心肌活檢組織中發現RYR2、SERCA2a 和鈉鉀泵在心肌的肌質網、肌絲中大量表達,也正是胞外Ca2+進入細胞膜,與RYR2 結合,誘導鈣激活鈣釋放,從而使肌絲間產生相對滑行,使心肌收縮,隨后再經SERCA2a 和鈉鉀泵回收Ca2+,如此循環往復,以完成心臟的持續充盈泵血[17]。 在心衰時,RYR2、SERCA2a 和鈉-鉀泵表達下調導致細胞內Ca2+穩態失衡, Ca2+釋放速度減慢,Ca2+回收時程延長,最終引發心肌收縮舒張功能障礙[17-18]。

基于心臟結構的特性,在正常生理狀態下,左右心室間存在一定的運動時間差,同時心室內各節段的收縮-舒張時間和幅度也會有細微差異,即正常人的左右心室并非同時收縮;左心室內的機械收縮幾乎是同步的,而機械運動的同步性是實現正常泵血的必要條件[19]。

心衰患者由于心肌功能和結構嚴重受損,其心室間和(或)心室內存在不同程度的收縮運動不同步。室間運動不同步時,左心室激動延遲,且左心室舒張期縮短,導致冠狀動脈充盈時間縮短,局部心肌灌注減少,以及心室間壓力變化,發生室間隔矛盾運動,使有效心排血量減少;室內運動不同步時,提前激動的心肌不能產生足夠的收縮力而無法有效射血并且較早進入舒張期,延遲激動的心肌和已開始舒張的心肌產生矛盾運動引起心排出量下降,舒張亦不同步[20]。 這一過程是持續進行的,即便沒有新的心肌損傷,這種不同步也會持續造成心室各部分心肌張力不同,還會造成心室壁的不對稱性肥厚和細胞外膠原的沉積,進一步影響心臟傳導系統的傳導速度和局部收縮功能,加重原有的心室機械不同步。

目前可采取多種影像學方法,包括超聲心動圖、門控核素心肌顯像和心臟磁共振成像評價心室收縮功能、收縮同步性及左心室機械激活的成像等方面[21-22]。 目前仍以超聲心動圖應用最為普遍,斑點追蹤超聲心動圖是廣泛使用的可定量評價心肌機械性功能的方法[22]。

3 慢性心衰患者心電圖QRS 波時限與心室電-機械不同步的關系

QRS 波時限越長,左右心室激動時間差異越大,心室收縮同步性也越差,此時易發生心室重構及心室擴大,發展成心衰[23]。 心電激動和心肌收縮關系密切,興奮-收縮耦聯使電激活不同步,導致心室收縮不同步,但研究表明,QRS 波時限與心室機械不同步并非完全呈線性關系。 部分患者出現機械不同步是由心肌活性的改變造成的,如心肌水腫和局部炎癥,這些異常可以誘發心肌結構改變或局部的收縮功能受損[24-25],導致心室壁各節段無法同時開始收縮、舒張,或者出現不同強度的收縮-舒張活動,最終導致左心室機械活動不同步。 SUEVER等[4]在心電-機械測量實驗中發現,91%的心衰患者電激活最晚的部位和心肌收縮最晚的部位相同,證明大多數患者的心肌收縮不同步是由電傳導活動不同步導致的。

3.1 不同類型束支阻滯的QRS 波時限與機械不同步的關系

正常生理狀態下,心室的電活動發生順序為希氏束—左束支—右束支。 左束支阻滯(left bundle branch block,LBBB)時,心室的電活動由右束支先行下傳,隨后經室間隔緩慢擴布到左心室,使得左心室電活動延遲進行;完全性LBBB 時,QRS 波時限可延長至≥120 ms。 王靜等[26]對比了完全性LBBB 患者和正常人的心室除極順序,發現前者的右心室前壁電除極-收縮耦聯正常,左心室壁各相應節段較正常組除極均明顯減緩,最終可導致左心室整體和局部舒縮功能受損。 完全性右束支阻滯(right bundle branch block,RBBB)時,左心室電活動正常,左心室除極后右心室才開始除極,右束支傳導障礙時右心室主要通過心室內膜擴布激動,使得傳導明顯減慢,導致右心室收縮明顯延遲。 MARTERER 等[27]在研究RBBB 對心臟功能的影響時發現,RBBB 患者室間隔和右心室游離壁收縮的平均時間差為(90.7±42.6)ms。

3.2 不同起搏方式的QRS 波時限與機械不同步的關系

在傳統的起搏方式下,由于電極位置特殊,因此起搏后的心室違背了生理狀態的電傳導路徑,導致激動逆行傳導,左右心室電活動不能同步激動擴布,心室傳導時間明顯延長,左右心室收縮失同步。隨著相關理念以及電極和鞘管的不斷改進,目前最接近生理狀態的起搏方式是傳導系統起搏[23],包括希氏束起搏和左束支區域起搏,能在顯著縮短QRS波時限的同時獲得更理想的心室機械同步。 左束支起搏通過繞過傳導阻滯部位直接激動左束支的分支及浦肯野纖維,使左心室的電激動正常下傳,同時逆傳至希氏束延遲激動右束支。 LIANG 等[28]在對左束支起搏和雙心室起搏的研究中發現,前者可以明顯改善心電和機械的再同步性以及心臟的血流動力學。 希氏束起搏通過同時激活左右束支來保持或恢復電-機械同步。 SHAN 等[29]研究了將心臟再同步化治療升級為希氏束起搏的心衰患者,發現這類患者起搏后QRS 波時限由156 ms 明顯縮短至107 ms。 ARNOLD 等[30]發現希氏束起搏可以更有效地改善心室再同步,縮短心室激動時間,從而獲得血流動力學的改善。

4 QRS 波時限延長和心室機械不同步對心功能的影響

隨著QRS 波時限延長,慢性心衰患者心臟不良事件的發生率逐漸上升,且QRS 波時限與患者心臟不良事件具有相關性,臨床可以結合心電圖QRS 波時限來判斷病情發展及預后。 QRS 波時限也是心衰患者遠期死亡的獨立預測危險因素。 BADER等[31]對左心室射血分數≤45%且無心肌梗死病史的心衰患者進行研究,發現存在機械不同步的患者發生心血管事件風險顯著增高,但與QRS 波時限和左心室射血分數無關。 QRS 波時限及其動態變化和機械不同步相關指標不僅可以用于預測慢性心衰患者的預后及全因死亡,對判斷急性心衰患者預后也有一定的價值[32]。

5 小結與展望

心電圖QRS 波時限可以作為判斷心衰患者是否存在電活動不同步的一個指標,同時結合超聲心動圖及其他影像學提示的機械不同步指標,可為心衰患者治療方案的制定與優化提供參考。 心衰患者的治療器械也在不斷改進,尤其是心室起搏器,其起搏部位越來越接近生理性心室激動傳導位置,起搏后的QRS 波時限逐漸由寬變窄,心室的收縮、舒張活動也更加協調。 心室起搏器的適應證更加廣泛,QRS 波時限標準逐漸從寬QRS 波擴展到窄QRS 波,在很大程度上解決了部分心衰患者無法適應傳統起搏器的困境。