陳程 夏云龍

自1887年Augustus記錄到人類首份心電圖以來,心電圖技術(shù)經(jīng)過百年的發(fā)展已成為臨床心內(nèi)科最重要的無創(chuàng)檢查方法之一。然而,雖然心電圖有了一個(gè)多世紀(jì)的臨床應(yīng)用,但其許多機(jī)制特別是T 波形成仍然存在爭議。筆者將對(duì)T 波相關(guān)研究作一綜述和總結(jié)。

1 T波的早期研究

1856年,兩個(gè)德國生理學(xué)家Kolliker and Muller首次嘗試探究心臟電活動(dòng)并發(fā)現(xiàn)兩個(gè)收縮波形,而第二個(gè)“收縮”可能就是Einthoven在日后提及的T 波[1]。到1880 年,Burdon-Sanderson等[2]首次在青蛙心臟上發(fā)現(xiàn)心室激動(dòng)順序是基底到心尖部,同時(shí)記錄到正向的R 波和負(fù)向的T 波雙向波形,并且認(rèn)為T 波與心室復(fù)極相關(guān)。Cohen等[3]通過對(duì)羊心室基底部和心尖部的組織切片做電生理檢測(cè),發(fā)現(xiàn)基底部的動(dòng)作電位長于心尖部。并且通過升高基底部的溫度可以縮短動(dòng)作電位時(shí)程,同時(shí)形成更深、更長并且倒置的T 波。自此心尖-基底部離散度被認(rèn)為是T 波在哺乳動(dòng)物形成的主要理論依據(jù),直到90年代初Antzelevitch等人發(fā)明離體楔形模型并提出中層(M)細(xì)胞的概念才將這一理論打破[4－5]。

2 對(duì)T波形成意義的探索

M 細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)極大了推動(dòng)了對(duì)T 波形成的理解。Antzelevitch等人發(fā)現(xiàn)心室肌并非均一性的結(jié)構(gòu),其可以分為心外膜細(xì)胞、M 細(xì)胞以及心內(nèi)膜細(xì)胞三種類型,并且每種細(xì)胞都有獨(dú)特的電生理學(xué)特性[4－6]。隨后,Yan 及Antzelevitch[7]對(duì)離體左室楔形模型同時(shí)記錄三類細(xì)胞的動(dòng)作電位和該塊心肌的模擬心電圖。研究發(fā)現(xiàn)M 細(xì)胞與心外膜細(xì)胞和心內(nèi)膜細(xì)胞復(fù)極過程中產(chǎn)生的電位差形成了T 波的上升支和下降支,T 波頂峰對(duì)應(yīng)著心外膜細(xì)胞復(fù)極結(jié)束,而T 波終點(diǎn)對(duì)應(yīng)M 細(xì)胞復(fù)極結(jié)束。因此,M 細(xì)胞的動(dòng)作電位時(shí)程基本等同于心電圖上的QT 間期,心外膜細(xì)胞動(dòng)作電位時(shí)程基本等于QTpeak 間期,而從T 波頂點(diǎn)至T 波終點(diǎn)的距離(Tpeak-Tend)等同于心室跨壁離散度(圖1)。同時(shí),該研究進(jìn)一步應(yīng)用索他洛爾等藥物干預(yù)心臟組織塊動(dòng)作電位時(shí)程和幅度,并得到一致的結(jié)論。隨后,一些研究也為復(fù)雜形態(tài)T 波比如負(fù)向T 波、雙峰T 波甚至三相T 波的形成提供了理論基礎(chǔ)[8]。至此,T 波形成依賴于心室跨壁離散度成為新的T 波形成機(jī)制理論基礎(chǔ)。

圖1 正常T 波形成的細(xì)胞基礎(chǔ)

3 心室整體復(fù)極離散度在體研究的進(jìn)展

圖2 應(yīng)用CARTO 三維標(biāo)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合單向動(dòng)作電位記錄技術(shù)進(jìn)行心室的整體復(fù)極研究

Xia等[9－10]結(jié)合單向動(dòng)作電位和三維電磁標(biāo)測(cè)系統(tǒng),在120次/分的心房起搏頻率下對(duì)在體豬心進(jìn)行高密度標(biāo)測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)雖然單向動(dòng)作電位復(fù)極最晚多位于心外膜,但是心室整體復(fù)極離散度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相同條件下的心室組織塊的跨壁復(fù)極離散度,而在心電圖上心室整體最早復(fù)極與Tpeak一致,心室整體復(fù)極最晚與Tend一致,提示Tp Te可能更多反映的是心室整體復(fù)極離散度。同時(shí),Opthof等[11－12]也進(jìn)行了狗的在體研究,該研究在同時(shí)記錄心室心內(nèi)膜和心外膜復(fù)極特點(diǎn)的同時(shí),也標(biāo)測(cè)了心室壁內(nèi)的電位記錄,并同時(shí)起搏心室刺激心室電重構(gòu)以觀察T 波的變化。結(jié)果類似于Xia等的發(fā)現(xiàn),并發(fā)現(xiàn)整體心室的復(fù)極離散度在T 波形成中起重要作用。另外,心室電重構(gòu)雖增加了心室跨壁復(fù)極離散度,但Tpeak-Tend并未出現(xiàn)明顯的變化。值得一提的是,在整個(gè)該研究過程中心肌間電極未發(fā)現(xiàn)復(fù)極時(shí)程最長的中間層M 細(xì)胞(圖2)。隨著研究的不斷深入,越來越多的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在T 波形成的過程中包括心尖-基底部,左室-右室在內(nèi)等不同方向的心肌整體復(fù)極離散度起主導(dǎo)作用,這一結(jié)論也在包括狗[11－15]、豬[9－10,16]以及人類[17－19]等不同物種的心臟上得到印證。也有研究發(fā)現(xiàn),雙峰T 波或切跡T 波是由于左室和右室的復(fù)極離散增加導(dǎo)致的[20]。2014 年Meijborg等[16]首次比較不同軸向的復(fù)極離散度和T 波形成的關(guān)系,并發(fā)現(xiàn)Tp Te_total(定義為ECG 上所有導(dǎo)聯(lián)中最早的Tpeak到最晚Tend的距離)和心室整體復(fù)極離散度最相關(guān),也就是說T 波形成是不同軸向的復(fù)極離散度綜合作用的結(jié)果(圖3)。最近,Opthof等[17]對(duì)3 個(gè)心臟捐獻(xiàn)患者的健康心臟進(jìn)行體外灌注Langendorff液和血液,通過24根跨壁探針共92個(gè)單極電極標(biāo)測(cè)心臟除極、復(fù)極以及激動(dòng)恢復(fù)時(shí)間(activation repolarization interval,ARI),結(jié)果提示3個(gè)心臟復(fù)極模式不盡相同,復(fù)極從多個(gè)位點(diǎn)同時(shí)開始,復(fù)極向量包括心電各軸且仍未發(fā)現(xiàn)復(fù)極明顯延長的M 細(xì)胞(圖4)。因此,是否存在跨壁復(fù)極離散度,如果存在其對(duì)T 波形成究竟有無貢獻(xiàn)仍在爭論之中。另外,也有觀點(diǎn)認(rèn)為T 波形成是心室跨壁離散度和心臟整體復(fù)極離散度共同作用的結(jié)果[21－22]。

但是為何在不同模型下會(huì)得出截然不同的結(jié)論? 首先,有研究認(rèn)為離體楔形模型和完整心臟模型的不同導(dǎo)致了結(jié)論的差異[23]。通過標(biāo)測(cè)豬的完整心臟的ARI后將該心臟制備成離體楔形模型,并用相同方法測(cè)量ARI,發(fā)現(xiàn)離體楔形模型的ARI明顯長于完整心臟模型的ARI。提示在離體楔形模型上得出的結(jié)論并不能推論到完整心臟模型;其次,并非所有制備的楔形模型都是相同的。不同的切割方式得到的離體楔形模型對(duì)結(jié)果可能產(chǎn)生巨大的影響。有研究報(bào)道[13],將心肌塊垂直切割制備離體楔形模型可以發(fā)現(xiàn)心肌中存在動(dòng)作電位時(shí)程明顯延長的M 細(xì)胞,而沿心肌束解剖走形方向進(jìn)行切割時(shí),其心內(nèi)膜層、中層和心外膜層的動(dòng)作電位時(shí)程均一致,并未發(fā)現(xiàn)動(dòng)作電位時(shí)程延長明顯的M 細(xì)胞(圖5);第三,心臟本身為三維空腔器官,離體楔形模型無法體現(xiàn)心室前壁、后壁、心尖、心底及間隔部心肌細(xì)胞動(dòng)作電位差異對(duì)T 波形成的影響[22];第四,心室傳導(dǎo)具有時(shí)間性,離體楔形心肌作為有限大小的心肌組織無法反映傳導(dǎo)時(shí)間對(duì)心室復(fù)極離散度的影響[24];第五,離體楔形模型建立在較慢的起搏頻率基礎(chǔ)上(40 次/分),而在較快的頻率起搏時(shí)(100次/分)跨壁復(fù)極離散度會(huì)明顯縮短[6];第六,離體楔形模型缺少記錄組織和細(xì)胞間的相互電張力以及電偶聯(lián)影響[25]。綜上,離體楔形模型的局部動(dòng)作電位不能完全反映在體的復(fù)極離散變化,存在明顯的局限性。

4 心室心肌復(fù)極順序與T波極性關(guān)系的爭議及探索

圖3 典型的除極和復(fù)極在不同層面(基底區(qū)、中間區(qū)及心尖區(qū))的電生理標(biāo)測(cè)結(jié)果

圖4 3個(gè)離體人類心臟的除極(第一行)和復(fù)極模式圖(第二行)

圖5 在犬心中分別按心肌束解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割(A)和直接垂直切割(B)的方式支配離體模型,分別記錄心內(nèi)膜、中間層和心外膜細(xì)胞的單向跨膜動(dòng)作電位

早在1913年,Mines[26]就發(fā)現(xiàn)T 波不僅是心肌復(fù)極的電表達(dá)形式,而且T 波極性與動(dòng)作電位時(shí)程的變化相關(guān)。隨后Wilson[27]于1931年將這一結(jié)論進(jìn)一步完善,認(rèn)為T 波和R 波極性一致原因是在部分心肌除極和復(fù)極必須是方向相反,也就是說在細(xì)胞層面上,先除極的心肌細(xì)胞必須最后復(fù)極才能使T 波和R 波的極性一致,換言之,先激動(dòng)的心肌細(xì)胞其動(dòng)作電位時(shí)程必須長于最后激動(dòng)的心肌細(xì)胞。Cohen等[3]發(fā)現(xiàn)羊心室基底部和心尖部心肌切片動(dòng)作電位時(shí)程有明顯的差別,認(rèn)為這就是造成T 波直立的主要原因。而Higuchi和Nakaya等[28]認(rèn)為,T 波與QRS波極性一致是由于跨壁離散度導(dǎo)致的。他們記錄了7只狗的心內(nèi)膜和心外膜單向動(dòng)作電位,發(fā)現(xiàn)在室溫下心外膜的T 波倒置(與正常狗心電圖一致),當(dāng)逐漸加熱升高心外膜溫度時(shí),T 波負(fù)極性逐漸消失。當(dāng)心內(nèi)膜動(dòng)作電位時(shí)程比心外膜動(dòng)作電位時(shí)程長20～40 ms時(shí)出現(xiàn)等電位線T 波,并且當(dāng)動(dòng)作電位時(shí)程差增加到40～60 ms時(shí)正向T 波出現(xiàn)。但是,Janse等[13]認(rèn)為并非跨壁離散度影響了T 波極性,QRS波和T 波極性是否一致取決于心外膜(或心內(nèi)膜)的除極和復(fù)極時(shí)間。對(duì)正常人類來說,除極晚的區(qū)域復(fù)極時(shí)間短,除極早的區(qū)域復(fù)極時(shí)間長。而在犬心中則相反,其復(fù)極和除極順序大致相同,也就是說除極晚的區(qū)域復(fù)極時(shí)間反而長。這也就是為什么在人類心電圖中QRS波和T 波極性一致,而在狗心電圖中二者極性相反的原因。同時(shí),Janse等人也對(duì)比了跨壁方向和心尖-基底方向的復(fù)極時(shí)間和激動(dòng)時(shí)間的線性關(guān)系,發(fā)現(xiàn)T 波極性和跨壁離散無關(guān)(圖6)。類似的還有Cowan等人的研究,結(jié)果提示QRS波與T 波極性一致的心臟復(fù)極時(shí)間與激動(dòng)時(shí)間成反比,而極性相反的心臟激動(dòng)時(shí)間與復(fù)極時(shí)間成正比[29－30](圖7)。然而,隨著高密度電生理技術(shù)發(fā)展,研究發(fā)現(xiàn)在完整心臟中并非所有心肌除極復(fù)極都遵循上述線性關(guān)系。Maffessanti等[31]對(duì)30 名伴或左束支傳導(dǎo)阻滯的心力衰竭患者分別在左右室和冠狀竇進(jìn)行電生理標(biāo)測(cè),結(jié)果發(fā)現(xiàn)心力衰竭伴左束支傳導(dǎo)阻滯的患者T 波倒置是因?yàn)樽笥沂议g復(fù)極離散造成的,而T 波的極性不單單與復(fù)極時(shí)間和激動(dòng)時(shí)間的線性關(guān)系有關(guān),可能是多因素作用下的結(jié)果。因此,在真實(shí)心臟中心肌除極和復(fù)極順序和T 波極性的關(guān)系可能更加復(fù)雜和多樣(圖8)。

圖6 圖中分別表示在狗和人心臟中復(fù)極時(shí)間和激動(dòng)時(shí)間分別在心尖－基底部方向和心室跨壁方向的關(guān)系

圖7 在T 波與QRS波極性一致和不一致的病人中,AT、RT 和APD 的關(guān)系

圖8 在正常人類完整心臟中,不同部位除極和復(fù)極先后關(guān)系

總之,經(jīng)過數(shù)十年的研究發(fā)展,心電生理學(xué)家對(duì)T 波形成的機(jī)制以及心臟復(fù)極離散的機(jī)制有了更深的理解?？绫趶?fù)極離散和心臟整體復(fù)極離散的爭論隨著研究的不斷進(jìn)展,越來越多的證據(jù)支持心臟整體復(fù)極離散對(duì)T 波形成的貢獻(xiàn),但這并不意味否定離體楔形模型和心室跨壁復(fù)極的價(jià)值。對(duì)于心電生理學(xué)家們來說,T 波形成機(jī)制及心臟的復(fù)極仍有許多未知和爭議,比如究竟M 細(xì)胞是否存在,以及究竟哪個(gè)導(dǎo)聯(lián)可以更好的反映復(fù)極離散等一系列問題仍需進(jìn)一步研究及探討。