国内长QT综合征发生室性心律失常的电生理机制基础研究的历程

广州军区武汉总医院心血管内科 丁世芳 武汉大学人民医院心内科 向晋涛

    长QT综合征（LQTS）表现为心电图上QT间期延长，常发生室性心律失常，尤其是尖端扭转性室性心动过速（Tdp），从而导致一组临床症侯群，是目前研究的热点。有关其室性心律失常的电生理发生机制，国内学者作了大量的基础研究。回顾历程，笔者发现其电生理发生机制的研究有一个从现象到本质的逐步深入的过程。首先是早期后除极（EAD）与LQTS室性心律失常现象相关联的研究，其次是心肌中层（M）细胞及EAD与心律失常起源的研究，最后是心脏兴奋恢复性与室性心律失常发生的研究。现将有关内容回顾如下。

    1、EAD与室性心律失常现象相关联的研究

    上世纪80年代，基础电生理研究的一个最激动人心的进展就是单相动作电位（MAP）记录技术的出现。通过心外膜接触电极及心内膜普通双极电极均可记录MAP，并且证实MAP能真实反映记录电极下数量占优势细胞的跨膜动作电位（TAP）的复极化过程，而且，以BaCl₂灌流标本导致的浦氏纤维和心室肌的EAD及4相自动去极化等异常电活动，亦可被MAP记录精确描绘。此为心律失常起源的研究提供了方法学。早期的研究证实EAD与再灌注心律失常相关联。在这种背景下，国内学者开始利用MAP技术研究LQTS、EAD与室性心律失常的关系。

    临床上奎尼丁中毒，心电图上常出现U波，伴随U波出现的是室性心律失常。弄清EAD与U波的关系，等于间接弄清了EAD与室性心律失常的关联。张微等^[1]采用静脉注射中剂量奎尼丁建立犬QTU间期延长综合征，应用接触电极记录犬左室心内膜MAP。发现奎尼丁注射后，体表心电图上QTU间期延长，U波与MAP上的EAD相一致。右室程序起搏后形成长间期，其长间歇之后的第1个窦性心搏的QTU及MAP 明显延长，其U波与EAD的振幅较间歇前明显增高。郑良荣，周金台^[2]采用Franz接触电极记录22条闭胸犬右室心内膜MAP，观察CsCl引起的U波与EAD的关系。U波的联律间期（V1导联上T与U波的分界点至QRS波起始点的水平距离）与EAD的联律间期呈良好线性相关，5条犬U波振幅的下降伴随EAD振幅的下降。何建新等^[3]亦用CsCl建立了兔多形性室性心动过速（简称室速）模型，模拟I临床QT间期延长引起的Tdp。采用接触电极记录心外膜MAP。结果CsCl使QT间期延长，16只兔，4只出现明显U波，并成功诱发EAD以及Tdp。上述三位研究者的实验说明：EAD与产生U波相关联，EAD可能为QT间期延长Tdp的重要发生机制。

    虽然QT间期延长时，U波、Tdp的发生与EAD有关，但是不是所有的Tdp发生均与EAD有关。Tdp的发生可能还与邻近组织电生理特性有关。龚爱华等^[4]采用猫为实验对象，开胸缝制心包吊床，静脉注射BaCl₂，采用心外膜接触电极记录左室相邻部位MAP，浮置电极引导心肌细胞的TAP。结果表明用药后，心动周期、QT间期及心肌细胞的动作电位时程（APD）均延长，U波与EAD相应出现，不同部位APD不一致。EAD能诱发多形性室速；无EAD出现，但有心律失常的猫，其Tdp和室速的发生与动作电位4相斜率的动态变化有关，表现为4相最大舒张电位与基线的角度突然显著增大（APD延长，4相斜率下降为零），随后出现心律失常。此实验表明，QT间期延长发生室性心律失常，除与EAD有关外，还与其他因素有关。

    另外，上述所有实验均观察到EAD可引起室性心律失常，但不是所有EAD都能引发室性心律失常，那么是什么基质易引起QT间期延长的心肌发生心律失常，EAD是如何启动心律失常发生的呢?这引发了对其的进一步研究。

    2、M 细胞、EAD与室性心律失常的发生

    上世纪90年代初期，心肌M细胞的电生理特性被发现。M细胞的APD最长，心内膜次之，心外膜最短。当心率变慢或给予慢刺激时，M细胞的APD显著延长。在某些诱因下，M细胞可产生EAD和触发性心律失常。本世纪初又发现M细胞并非呈均一地分布在心内膜与心外膜的中层，而是呈岛状分布。因此，国内两个中心对M细胞在LQTS中的作用进行了较深入的研究。

    金印彬等^[6]采用计算机仿真模型（Luo-Rudy模型LRd00），模拟动物实验中灌注d-sotalol阻断Ikr （设置Ikr 电导为零），形成LQT2模型。在先期的研究中发现，Tdp的产生对M细胞的跨壁分布岛形敏感。跨壁复极梯度越大，其易损窗越大。折返能否形成和维持取决于M细胞跨壁岛形的分布形态及M细胞中心区域的大小。M细胞具有较强的频率适应性，随着折返的进行，M细胞APD变小，未复极完成的区域变小，折返进一步加快，最终折返不再被维持，出现Tdp的自限现象^[5] 。此与临床观察到的大多数Tdp发生的自限现象相一致。此后，该研究团队^[6]利用该模型在虚拟的心室肌心内膜侧加S1S1为500 ms的刺激10次，间歇5000 mS后，再给一个单刺激，通过改变M细胞岛形分布的形态、大小和位置，观察M细胞的分布与EAD发生的关系。结果表明，当M细胞岛形区域的形态、大小适当时，可产生EAD并维持EAD的不断产生，引起心内膜与M细胞交界处的区域产生较高振幅的EAD，形成由EAD触发活动引起并维持的折返激动，其折返激动在心电图上表现为室性心律失常或Tdp。

    刘金秋等^[7]采用冠状动脉灌注的犬左室楔形心肌块，用d-sotaM，海银花分别模拟LQT2和LQT3，使用跨壁动作电位光学标测系统，观察LQTS的跨壁复极离散（TDR）和EAD的致心律失常机制。程序刺激：脉宽2 ms，2倍的舒张阈值心内膜起搏。10个稳定的基础刺激后（S₁S₁=1 000 ms），给予早搏刺激（S₂），早搏刺激的配对间期逐渐缩短直至落人不应期或诱发心律失常慢速起搏的周期为1500 ms。结果表明，正常情况下，心内膜细胞与M细胞APD没有差别，在长QT（LQT）条件下，跨壁APD不均匀地延长，M细胞最为突出。LQT3对APD及TDR影响最大。正常情况下，无EAD、Tdp。在LQT2下，EAD很少发生，未诱发Tdp。在LQT3下，可见频发EAD、Tdp，在心动过缓时更明显，EAD不局限于某一种细胞，心内膜和M细胞更多见。19次Tdp发作，12次为长间歇依赖性Tdp。因此认为，在LQT条件下，TDR增大为心律失常发生提供了基质，M细胞起了较大作用，EAD诱发了心律失常。此后，该研究中心^[8]在原有研究的基础上，观察了长间歇对长QT间期发生Tdp的机制。长间歇通过电刺激模拟室性早搏后获得，并在长间歇后加一个刺激（S₃），S₃后再加一个早搏S₄，直到落入不应期或诱发心律失常。结果在QT间期延长的条件下，长间歇明显延长了APD和TDR；长间歇明显延长了M细胞的APD，导致TDR增加，在LQT3下，这种作用更加显著。对照组，长间歇之后没有EAD和Tdp发生；在LQT2条件下，EAD发生率17%，且程序刺激未能诱发Tdp；在LQT3条件下，长间歇之后更多的标测部位出现EAD，发生率82%，并有自发性Tdp发生。呈现临床上类似的长短周期现象诱发的Tdp，而等时图和激动顺序图显示，最早激动的部位位于M细胞岛的边缘，靠近心外膜复极化阶差最大的部位，向心外膜扩布，沿M细胞岛的中央；动作电位最大的部位出现了传导阻滞或缓慢传导，如激动再次突破到心外膜，则形成Tdp。因此，得出结论：在LQT条件下，M细胞岛是Tdp发生和维持的关键部位。

    3、TDR、心脏兴奋的恢复性与室性心律失常的发生

    研究表明正常状态下的三层心肌存在TDR，只有当TDR增加时，才构成心律失常的发生基质，三层TDR是心肌电特性在空间上的离散。研究发现即使TDR正常或接近正常亦没有EAD，一些时候也能发生心律失常。如前述龚爱华等^[4]的研究发现无EAD，也能发生心律失常，但动作电位的第4相斜率增大。是不是还有一种机制可诱发心律失常呢?近年来，关于心室颤动机制的研究，提示了复杂室性心律失常发生的另一概念，心脏兴奋的恢复性，即反映心肌在时间上离散的程度指标。心脏兴奋的恢复性是指APD和波的传导速度与前一次动作电位的舒张间期（DI）有关。如以DI为横坐标，以APD为纵坐标作图，得一曲线。如果曲线斜率>1，表示小的DI缩短（如早搏），就会引起随后APD大幅度的减小，而APD幅度下降又会缩短DI，出现正反馈反应，一旦APD足够短时，达不到继续传播的波长，波就碎裂，发生室性心律失常。

    Tdp属于复杂心律失常，在QT间期延长基础上，心脏兴奋的恢复性异常应该参与室性心律失常的发生。对长QT模型心脏的兴奋性指标的研究，可能会提示一些更深层的机制。杨小波和杨琳^[9]利用兔左室楔形组织块标本，d-sotalol制作LQT2模型，观察心室肌内、外膜心肌细胞动作电位和TDR。结果与对照组相比，模型组TDR增大，模型组内、外膜APD恢复曲线最大斜率均大于1，而对照组均小于1。两组间APD恢复曲线最大斜率比较差异显著。模型组S₁S₁程序刺激下Tdp发生率为70%。对照组无1例发生室性心律失常。这一实验因同时观察了TDR和心脏兴奋恢复性指标，提示两者均可能参与LQT2室性心律失常的发生，但不能突现出心脏兴奋恢复性指标的作用究竟有多大。随后该中心^[10]又利用上述LQT2模型，将28只兔分四组（对照组、模型组、模型+低钾组、模型+低钾+维拉帕米组）。观察不同刺激（500，1000和2000 ms）条件下，四组TDR和APD恢复性的变化与室性心律失常的关系。结果显示，在1000ms周长刺激时，模型+低钾组和模型+低钾+维拉帕米组，TDR一样（没有显著差异），但后者因维拉帕米使APD恢复曲线斜率显著减少（0.7±0.3 VS 2.2±0.5），并且小于1，该组无Tdp发生，而模型+低钾组有5例Tdp。说明APD恢复性异常可直接影响LQT2室性心律失常是否发生。

    在LQT条件下，TDR增大为心律失常的发生提供了基质，这是被实验证实并被大家公认的事实。但是，有了TDR的增大，即使给予一定的程序电刺激也不能诱发室性心律失常的现象在少有的实验中被发现。卜军等^[11]采用Langendorff灌流技术，在Ⅲ度房室传导阻滞和低钾、低镁的条件下，用d-sotalol灌流制作离体兔心脏Tdp模型，观察钙调蛋白拮抗剂W-7对Tdp发生的影响。结果制模成功，增加了左室三层心肌的TDR。W-7能抑制Tdp模型的EAD和Tdp的发生，但并没有对Tdp模型QT间期和增大的TDR产生影响。此表明，W-7可能并非通过影响APD和TDR来发挥抗心律失常作用；而从另一方面提示，在Tdp发生的机制中，TDR增加可能是一个重要的促发因素，但并非充分条件。与文献^[10]类似，此种情况下，是否是心脏兴奋恢复异质性（时间上）离散所致值得关注和研究。因此开发不影响QT间期、TDR的药物，而又有抗心律失常作用，将避免抗心律失常药所致的心律失常发生。

    4、历程回顾的启示

    上述关于研究历程的回顾，其资料来源于文后所列11篇文献，而这11篇文献选自从网上检索和手工检索相关的22篇文献，另11篇文献资料因不符合主题内容，故未予采用。对11篇文献的发表时间进行分析，笔者惊奇地发现，11篇文献来自相差整10年的两个时间段，并且两个段的时间均为2年。分析此两段时间的科技背景，发现相关科技研究成果的产生与新科学手段的应用密切相关：第1个时间段（1994～1995年）是因为MAP记录技术的应用；第2个时间段（2004～2005年）是因为跨壁动作电位光学标测系统和计算机仿真技术的应用；此外，还与当时本学科发展状况有关：第1个时间段，当时是EAD现象的发现；第2个时间段，是M细胞电生理特性的确定。故学科的需要和技术手段的运用推动了学科研究的进展。

    另外，从研究历程上还可以看出，对事物发生机制的探讨有一个从现象到本质的过程。第1个时间段，是对现象之间相关联的探讨，即EAD与室性心律失常的发生存在现象上的关联；第2个时间段，是对现象背后本质的揭示，即M细胞、心脏兴奋的恢复性决定了室性心律失常的发生。

    当前，关于心室颤动的机制研究是热点，单纯室速模型简单，而心室颤动模型又难建立。因Tdp模型易于制作，且Tdp又有自限性，故推测通过改造Tdp模型，有可能为心室颤动机制的研究提供便利，此应引起关注。

    参考文献（略）

    文章来源：中国心脏起搏与心电生理杂志2010年第24卷第1期