心臟的變時性 【關(guān)鍵詞】 心臟 變時性 在很長一段時期, 心臟的變時性功能僅僅是運(yùn)動生理學(xué)的術(shù)語 。具有變時性功能的頻率反應(yīng)性起搏器的問世大大推進(jìn)了心臟變時性功能的研究 , 并使這一概念逐漸滲透到臨床心臟病和心電學(xué)領(lǐng)域 。目前認(rèn)為, 變時性是心臟電活動和心臟節(jié)律方面的一個重要功能。 一、心臟的變時性功能 1 .定義 人體運(yùn)動時心率升高, 極量運(yùn)動時能夠達(dá)到的最高心率與靜息心率間的差值稱為心率儲備(Heartrate reserve , HRR)。人體運(yùn)動時 , 或在各種生理及病理因素的作用下 ,心率能夠跟隨機(jī)體代謝需要的增加而適宜增加的功能稱為變時性功能 。 2 .變時性功能的發(fā)生機(jī)制 人體運(yùn)動后心率的增快通過多種機(jī)制完成, 包括副交感神經(jīng)活動的減弱 ,交感神經(jīng)活動的增加, 循環(huán)中兒茶酚胺水平的增加, 靜脈回流增加導(dǎo)致右心房擴(kuò)張時的 Bainbridge 反射, 骨骼肌運(yùn)動對心率的調(diào)節(jié) ,左室負(fù)荷降低等機(jī)制。 ⑴副交感神經(jīng)活動的減弱:人體開始運(yùn)動后 ,心率在 0 .5s 內(nèi)就開始增加 ,心率在短時間內(nèi)增加是迷走神經(jīng)張力突然下降, 興奮性突然減弱的結(jié)果。 眾所周知, 迷走神經(jīng)和交感神經(jīng)共同支配心臟 ,并從相反的方向調(diào)節(jié)心臟的活動 ,適應(yīng)機(jī)體的整體活動。在心臟的雙重自主神經(jīng)的支配中, 遵循著緊張性支配的特點(diǎn) ,即心迷走神經(jīng)和心交感神經(jīng)都處于興奮狀態(tài) ,都持續(xù)不斷地發(fā)放緊張性沖動調(diào)節(jié)心臟,兩者作用對抗后達(dá)到平衡, 并反應(yīng)在靜息時心率。然而 ,對抗后盡管達(dá)到平衡,但人體是迷走神經(jīng)的王國 ,兩者作用平衡的結(jié)果仍以迷走神經(jīng)的作用占優(yōu)勢,這可通過經(jīng)典的動物試驗(yàn)證實(shí) 。當(dāng)靜息心率 90bpm 時 ,切斷心迷走神經(jīng) , 去除迷走神經(jīng)的調(diào)節(jié)作用,心率可增快到 180bpm 。相反切斷心交感神經(jīng) , 去除交感 神經(jīng)的 調(diào)節(jié)后 , 心率僅減慢到70bpm 。如果二者同時切斷,心率可上升到120bpm , 這些說明自主神經(jīng)雙重調(diào)節(jié)的最終效應(yīng)是心迷走神經(jīng)的作用占優(yōu)勢。 除調(diào)節(jié)的強(qiáng)度不同外, 調(diào)節(jié)的速度也不相同 ,表現(xiàn)為迷走神經(jīng)的調(diào)節(jié)效應(yīng)快 ,交感神經(jīng)的調(diào)節(jié)效應(yīng)相對滯后 。迷走神經(jīng)的結(jié)后纖維支配著竇房結(jié)、房室結(jié)和心房肌 ,竇房結(jié)對迷走刺激發(fā)生反應(yīng)的間隔期很短, 單次迷走神經(jīng)刺激后的最大效應(yīng)出現(xiàn)在刺激后的 0 .4s 內(nèi) ,一般不超過 0 .75s 。 人體運(yùn)動一經(jīng)開始 ,迷走神經(jīng)的活性隨即降低,迷走神經(jīng)興奮性受到抑制后的 0 .4 ~ 0 .75s 內(nèi), 心率馬上增快,幾乎與運(yùn)動開始同步發(fā)生 。 ⑵交感神經(jīng)活動的增加:交感神經(jīng)是心臟的加速神經(jīng),其結(jié)后纖維支配著整個心臟 ,包括竇房結(jié)、房室結(jié) 、心房和心室肌 。交感神經(jīng)興奮時心率加快,心肌收縮力增強(qiáng) ,同時傳導(dǎo)速度加快 。與迷走神經(jīng)不同 , 交感神經(jīng)刺激后起效延遲約 5s, 此后心率逐漸增加達(dá)到穩(wěn)態(tài)并持續(xù) 20 ~ 30s 。運(yùn)動后交感神經(jīng)興奮性增加的作用表現(xiàn)在運(yùn)動幾秒后心率顯著上升 。在其作用顯露之初心率可能出現(xiàn)“ 鋸齒” 效應(yīng)(Saw tooth effect), 這是自主神經(jīng)的張力尚不穩(wěn)定,發(fā)生的“震蕩”現(xiàn)象 。 運(yùn)動期間交感神經(jīng)的激活將啟動 Frank -Star-ling 機(jī)制增加心輸出量 ,適應(yīng)機(jī)體代謝的需要。低強(qiáng)度運(yùn)動時, 心輸出量的增加是每搏量和心率同時增加的結(jié)果。但是每搏量的增加受到了兩個限制。一個是依靠心肌收縮力的增加提高每搏量有一定的限度,大約只能增加原心搏量的 30 %~ 40 %。此外 ,當(dāng)心率達(dá)到 110 ~ 120bpm 時 , 每搏量的增加將停止 ,這是被心率增快后心室充盈時間明顯縮短等因素抵消的結(jié)果。此后, 心輸出量的增加主要依靠心率的增加。當(dāng)心率超過最大預(yù)測心率的 80 %以上時 ,心率的增加速度逐漸減慢,最后傾向于停止增加。 ⑶循環(huán)中兒茶酚胺水平的增加 :運(yùn)動時心交感中樞興奮, 其直接對心肌起到正性的變時和變力作用,使心率增快 。此外,興奮的交感中樞還能使腎上腺腺質(zhì)的分泌增多, 引起循環(huán)中兒茶酚胺濃度升高 。升高的交感胺中腎上腺素占 80 %,去甲腎上腺素占20 %,兩者都能與心肌的β 受體結(jié)合,引起正性的變時和變力作用, 使心肌收縮力增強(qiáng) ,心率加快 。 ⑷Bainbridge 反射 :心血管調(diào)節(jié)中有一些非特異性心血管反射 。實(shí)驗(yàn)證明在許多動脈 、靜脈 、心房及心室壁中存在壓力或化學(xué)物質(zhì)的感受器和傳入神經(jīng)的末梢, 遇到相應(yīng)刺激時可產(chǎn)生一些作用微弱的反射 ,朋氏(Bainbridge)反射就是其中的一種。人體運(yùn)動后,靜脈回流量增多 ,引起右心房膨脹、擴(kuò)張, 進(jìn)而引起右心房部位的壓力感受器興奮, 并通過迷走傳入神經(jīng)向中樞傳導(dǎo), 反射性引起運(yùn)動后的心率增快。由于回心血量增多, 引起心房容積增大而引起這一反射 ,因此又稱“容量反射” 。位于右心房部位的感受器也稱“容量感受器” , 或稱低壓力感受器, 因其位于循環(huán)系統(tǒng)壓力較低的部位, 而頸動脈竇 、主動脈弓的壓力感受器則稱“高壓力感受器” 。 ⑸骨骼肌運(yùn)動對心率的調(diào)節(jié):人體運(yùn)動時 , 全身的骨骼肌收縮 ,單位時間的做功增加 ,這將引起全身耗氧量明顯增加, 并與肌肉做功的增加量成正比 。同時 ,能量代謝儲備與變時性心率儲備呈線性關(guān)系 ,因此運(yùn)動時心率明顯增加 。 除此, 骨骼肌的運(yùn)動加強(qiáng), 回心血量的增加 , 可通過朋氏反射增加心率 。運(yùn)動時肌肉內(nèi)血管舒張 ,平均動脈壓下降可引起升壓反射, 使心率增快 。另外,長時間運(yùn)動后,大量的機(jī)械能將轉(zhuǎn)換為熱能使體溫升高,通過體溫調(diào)節(jié)機(jī)制,心率將進(jìn)一步升高??梢钥闯?人體運(yùn)動后 ,骨骼肌的節(jié)律性收縮可從多個方面進(jìn)行變時性的調(diào)節(jié)。 ⑹左心室負(fù)荷降低的調(diào)節(jié)作用:從心室肌收縮的力學(xué)角度分析, 心室的收縮可能遇到兩種負(fù)荷 。前負(fù)荷(preload)是指心室肌在收縮前處于某種被拉長的狀態(tài) ,使其具有一定的初長度 ,這時心室肌承受的是前負(fù)荷。另一種為后負(fù)荷(afterload),是指心室肌開始收縮時才遇到的阻力或負(fù)荷 ,其不增加心室肌收縮前的初長度, 卻能增加心室肌纖維的張力, 阻礙心室肌纖維收縮時的縮短。體內(nèi)的動脈壓可以代表心臟的后負(fù)荷 。機(jī)體運(yùn)動時, 由于肌肉血管的舒張 ,使平均動脈壓下降 ,心臟后負(fù)荷減輕。動脈血壓的下降可使頸動脈竇 , 主動脈弓的壓力感受器反射減弱,使心率增快 。 除上述因素外, 還有一些其他因素也參與了心臟變時性的調(diào)節(jié) 。在這些眾多因素中, 似乎最后的“共同通路”是自主神經(jīng)系統(tǒng) ,但也不完全如此, 象移植術(shù)后的心臟在去自主神經(jīng)的情況下, 仍然可在循環(huán)中高兒茶酚胺的作用下表現(xiàn)變時性功能。另外,調(diào)整心臟變時性的眾多因素在運(yùn)動的不同階段, 在不同個體的各種情況時 ,其產(chǎn)生影響的輕重,發(fā)揮作用時間的先后都有不同 。 3 .運(yùn)動時變時性的調(diào)節(jié) 人體運(yùn)動或活動過程中的不同階段, 各種機(jī)制對變時性的調(diào)節(jié)交錯發(fā)揮作用。在運(yùn)動第一階段的準(zhǔn)備期, 就可出現(xiàn)心率加快、心輸出量增加 、動脈血壓升高等反應(yīng) 。這一階段的變時性反應(yīng)與受檢者的條件反射 、心理因素、情緒活動有關(guān) ,是自主神經(jīng)興奮性改變產(chǎn)生的調(diào)節(jié)作用 ,準(zhǔn)備期能夠縮短運(yùn)動后心率達(dá)峰需要的時間 。在運(yùn)動第二階段的起始期 ,不論準(zhǔn)備期的調(diào)節(jié)情況如何 ,在運(yùn)動開始的幾秒內(nèi) ,心率和心搏量均會增加 ,在前 3個心動周期的心搏量能比運(yùn)動前提高 60 %, 是迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)作用迅速受到抑制的結(jié)果。隨著運(yùn)動的繼續(xù) ,心率和心輸出量呈指數(shù)性增長,這與交感神經(jīng)興奮性升高直接相關(guān) ,該興奮性可在數(shù)秒內(nèi)達(dá)到高峰。在運(yùn)動開始后 10 ~ 45s, 心率可達(dá)到最大心率的50 %。這一階段自主神經(jīng)的調(diào)節(jié)機(jī)制起主導(dǎo)作用,心肌收縮力增強(qiáng), 回心血量增多引起的容量反射 ,以及局部代謝產(chǎn)物對肌肉血管的舒張也起重要作用。在運(yùn)動第三階段的平衡期 ,心血管活動達(dá)到相對的穩(wěn)定狀態(tài),這一階段 ,隨著運(yùn)動強(qiáng)度的升高 ,除上述調(diào)節(jié)機(jī)制繼續(xù)起作用外 , 循環(huán)和呼吸的調(diào)節(jié)機(jī)制對變時性功能的調(diào)節(jié)作用更為明顯, 此時心率儲備的升高決定于代謝儲備百分?jǐn)?shù)的增高, 決定于耗氧量的多少。在運(yùn)動的持續(xù)期 ,代謝率的提高已使體溫逐漸升高,隨運(yùn)動的延續(xù)心率會進(jìn)一步緩慢升高 ,并逐漸達(dá)到預(yù)測最大心率 。 在心率儲備的百分?jǐn)?shù)逐漸增高的過程中 ,初期是每搏量與心率兩個因素的共同作用, 進(jìn)入中期心率達(dá) 110 ~ 120bpm 時,每搏量的增加將被心率的進(jìn)一步增快而抵消, 因此這一因素在心輸出量進(jìn)一步增加中不起作用, 每搏量甚至可能相對下降。此后,心率的持續(xù)增加 ,保證了心輸出量的不斷增加 ,當(dāng)心率達(dá)到預(yù)測最大心率的 80 %以上后, 心率的增加將逐漸飽和 ,心輸出量相應(yīng)也不再增加。 機(jī)體運(yùn)動停止后 ,心率從運(yùn)動時的高水平急劇回降, 這一過程中迷走神經(jīng)活性的恢復(fù)是心率下降的主要決定因素 ,而且這一機(jī)制獨(dú)立于年齡和運(yùn)動強(qiáng)度。運(yùn)動員的迷走神經(jīng)張力相對高, 因此運(yùn)動后心率恢復(fù)較快, 而心力衰竭患者的交感神經(jīng)處于長期激活狀態(tài) ,因此運(yùn)動后心率恢復(fù)遲緩。注射阿托品阻斷迷走神經(jīng)后 ,停止運(yùn)動后心率可以完全不恢復(fù)。運(yùn)動達(dá)峰時的心率與運(yùn)動停止后 1 、2 、3min 時心率的差值稱為心率恢復(fù)值 , 該值的中位數(shù)為30bpm ,心率恢復(fù)值≤18bpm 時為異常, 提示迷走神經(jīng)的活性降低, 是預(yù)測死亡的獨(dú)立危險因素。老年人、婦女和服用 β 受體阻滯劑者心率恢復(fù)值下降 。 除自主神經(jīng), 特別是迷走神經(jīng)的活性恢復(fù)對運(yùn)動后心率調(diào)整外 ,肌肉的傳入沖動減少或停止也能迅速引起運(yùn)動后心率的回降。又因體液因素、腎上腺素 、乳酸等在血液中的清除速度較慢 ,故在運(yùn)動后心率恢復(fù)的第二階段 ,心率以較慢的速度繼續(xù)回降 。一般情況下,輕到中等度的運(yùn)動后 ,心率在幾分鐘內(nèi)即可恢復(fù)到運(yùn)動前水平。運(yùn)動時和運(yùn)動停止后正常心率變化曲線見圖 1 。應(yīng)當(dāng)指出 ,心臟的變時性功能是否正常不僅與運(yùn)動時心率能否達(dá)到最大預(yù)測心率值相關(guān) ,也與心率變化曲線的形態(tài)相關(guān)。 4 .變時性功能的檢測方法 變時性功能最重要的檢測方法是運(yùn)動試驗(yàn), 其能檢測各種級別運(yùn)動量的變時性功能, 除能做出“定性”判斷外 ,還可以做定量分析。除運(yùn)動試驗(yàn)外 , 還可應(yīng)用動態(tài)心電圖檢測對受檢者變時性功能做一般性評估。 ⑴運(yùn)動試驗(yàn) :運(yùn)動負(fù)荷試驗(yàn)是一種冠心病無創(chuàng)性檢查 ,觀察心臟負(fù)荷增加的情況下能否誘發(fā)心肌缺血的癥狀(心絞痛)和缺血的心電圖表現(xiàn)(ST 段下移),目前國內(nèi)尚未將運(yùn)動試驗(yàn)用于檢測心臟的變時性功能 。 1)運(yùn)動的形式:多種形式的運(yùn)動試驗(yàn)可用于變時性功能的檢測 。在北美 ,用于變時性功能檢測最多的仍然是活動平板運(yùn)動試驗(yàn), 大部分受檢者在2min 左右達(dá)到穩(wěn)態(tài)心率,并在 15 ~ 20min 內(nèi)完成整個檢測 。檢測中如果允許受試者在運(yùn)動時抓住前面的扶桿或旁邊的扶手時 , 在運(yùn)動的相同階段要比沒有支持下完成試驗(yàn)的攝氧量和心率降低 , 負(fù)荷量還可能被錯誤地高估 。在歐洲 ,更常用自行車測力計的運(yùn)動試驗(yàn) ,其優(yōu)點(diǎn)是心電圖記錄的干擾小,缺點(diǎn)是負(fù)荷量容易出現(xiàn)“跳躍”式增加, 無充分的“溫醒”過程 。應(yīng)用自行車測力計試驗(yàn)時受檢者運(yùn)動后心率常能達(dá)到最大預(yù)測心率的 65 %~ 70 %。顯然, 在做變時性評價時踏車試驗(yàn)不如活動平板運(yùn)動試驗(yàn)。此外 ,醫(yī)師還可選用一些非正式的運(yùn)動試驗(yàn) ,如原地步行 、原地下蹲 、反復(fù)爬樓梯等 。這些簡易的運(yùn)動試驗(yàn)尚缺少統(tǒng)一的判定標(biāo)準(zhǔn) ,缺少心電監(jiān)護(hù),不能連續(xù)打印資料等。 2)檢測時的運(yùn)動方案 :有多種方案可用于檢測變時性功能 ,醫(yī)生可根據(jù)病人的年齡 、性別 、平素有否體育鍛煉等情況選擇不同的方案。目前很多研究者設(shè)計了專用于評價變時性功能的運(yùn)動試驗(yàn)方案,例如 Blackburn 提出的 CAEP(chronotropic assess-ment exercise protocol)方案。這一檢測方案可以得到靜息和極量運(yùn)動之間不同心率的多個數(shù)據(jù)點(diǎn), 能夠分析靜息 、次極量 、極量運(yùn)動時的反應(yīng) , 有利于全面評價變時性功能。德國慕尼黑的學(xué)者 Lehmann提出的方案更適用于評價有基礎(chǔ)心臟病或軀體缺陷患者的變時性功能 。 ⑵動態(tài)心電圖監(jiān)測:24 小時動態(tài)心電圖可用于變時性功能的一般性評價 ,通過全天的平均心率、最小均值及最大心率等, 并結(jié)合病人的年齡、性別、運(yùn)動訓(xùn)練情況做出初步判斷 。但是動態(tài)心電圖記錄的運(yùn)動和活動屬于輕 ~ 中等量的活動, 常常達(dá)不到亞極量的運(yùn)動水平 。此外, 動態(tài)心電圖的 24 小時檢測期間患者運(yùn)動的形式和強(qiáng)度不易標(biāo)準(zhǔn)化 ,因此會出現(xiàn)較高的假陽性或假陰性 。有研究者進(jìn)行了運(yùn)動試驗(yàn)和動態(tài)心電圖評估變時性功能的對比研究, 發(fā)現(xiàn)動態(tài)心電圖的評價有一定比例的誤判。因此, 動態(tài)心電圖只能做為變時性功能的初步評估手段, 而不宜做為常規(guī)方法推廣應(yīng)用 。但是否可將動態(tài)心電圖檢測與一定的運(yùn)動形式相結(jié)合 ,創(chuàng)立一種新的變時性功能的檢測方法 ,尚需深入思索與研究。 5 .正常變時性功能的判定標(biāo)準(zhǔn) 正常變時性功能的判定標(biāo)準(zhǔn)很多 , 雖然不同的標(biāo)準(zhǔn)之間存在著較大的差異, 但對臨床醫(yī)生都有一定的參考價值。 ⑴最大預(yù)測心率 :Astrand 和 Rhyming 在 1950s年代提出,最大的變時性反應(yīng)與年齡有關(guān) ,不同年齡的受試者應(yīng)當(dāng)達(dá)到的最大預(yù)測心率值見表 1 。其計算公式可簡化為:220 -年齡(歲)。當(dāng)受試者運(yùn)動后心率達(dá)到最大心率的 90 %以上時, 則認(rèn)為其變時性功能正常。 ⑵變時性指數(shù) :應(yīng)用能否達(dá)到最大預(yù)測心率的百分?jǐn)?shù)評估變時性功能的方法受到了年齡、靜息心率及身體狀況等因素的影響 。為此 ,Wilkoff 提出了應(yīng)用變時性指數(shù)評價心臟變時性功能的方法 。變時性指數(shù)考慮了患者的年齡、靜息心率和峰值心率的影響 ,并應(yīng)用了心率儲備和代謝儲備間穩(wěn)定的 ,斜率幾乎為 1 的線性關(guān)系 , 而進(jìn)行變時性功能的評定 。心率儲備的定義與前述相同, 代謝儲備定義為能達(dá)到的最大運(yùn)動負(fù)荷和靜息負(fù)荷間的差值 。 變時性指數(shù)等于心率儲備與代謝儲備的比值 ,正常值大約為 1 , 正常值范圍為 0 .8 ~ 1 .3 。其中, 心率儲備=(運(yùn)動后心率—靜息心率)/(最大預(yù)測心率—靜息心率), 代謝儲備 =(運(yùn)動后代謝值 —1)/(極量運(yùn)動的代謝值 —1)。當(dāng)變時性指數(shù)<0 .8 時為變時性功能不全 , 當(dāng)變時性指數(shù) >1 .3 時為變時性功能過度(圖 2)。 ⑶運(yùn)動后心率值:當(dāng)運(yùn)動后心率值 >120bpm ,則可簡捷地判定受試者變時性功能正常。這一判定標(biāo)準(zhǔn)尤其適用于非正式 、簡易運(yùn)動試驗(yàn)的結(jié)果判定,或用于 24 小時動態(tài)心電圖對變時性功能的判定 。 ⑷運(yùn)動后心率增高值 :對于非正式運(yùn)動試驗(yàn)方法的結(jié)果進(jìn)行判定時, 有人提出 ,當(dāng)運(yùn)動后心率比運(yùn)動前提高 30bpm 以上時 ,提示受試者變時性功能正常 ,但檢測中應(yīng)當(dāng)達(dá)到的運(yùn)動量缺乏嚴(yán)格的定義 。 6 .變時性功能檢測的評價 ⑴變時性功能是心臟重要的功能之一 ,其不僅與受檢者可能存在的多種疾病有關(guān), 也和受檢者的運(yùn)動耐量 、心功能密切相關(guān)。當(dāng)某些疾病, 如冠心病 、病竇綜合征患者合并變時性功能不良時,將使原發(fā)心臟病的嚴(yán)重程度加重。因此, 及時了解和評價變時性功能有重要的臨床意義。 ⑵變時性功能結(jié)果的判定需將運(yùn)動后心率達(dá)標(biāo)的情況與心率反應(yīng)曲線結(jié)合考慮, 當(dāng)心率確實(shí)達(dá)標(biāo) ,而心率的反應(yīng)曲線異常時,應(yīng)密切結(jié)合臨床資料進(jìn)行判斷。 ⑶變時性功能測定的結(jié)果多數(shù)重復(fù)性好 ,少數(shù)病例的重復(fù)性差, 可能與受檢者變時性功能發(fā)生急劇改變有關(guān), 也可能與受檢者不同時間的狀態(tài)不同相關(guān)。 ⑷經(jīng)運(yùn)動試驗(yàn)或動態(tài)心電圖測定變時性功能的工作在國內(nèi)幾乎為空白。應(yīng)當(dāng)逐步推廣 ,逐步應(yīng)用 。 二 、心臟變時性功能不良 1918 年 ,Bousfield 最早描述了運(yùn)動時心電圖改變的現(xiàn)象 , 10 年后 Feil 等證明運(yùn)動不僅可以引起心絞痛,還能引起ST 段的改變。1955 年Master 創(chuàng)用二階梯運(yùn)動試驗(yàn), 1956 年 Bruce 創(chuàng)用平板運(yùn)動負(fù)荷試驗(yàn),用來誘發(fā)冠心病患者冠脈供血不足和心肌缺血。 1970s 初期 , Ellestad 醫(yī)生為一名 51 歲的患者做運(yùn)動試驗(yàn),患者曾是運(yùn)動員 ,運(yùn)動耐力良好, 運(yùn)動試驗(yàn)中未誘發(fā) ST 段的壓低和胸痛, 而最大心率只達(dá)到 110bpm 。此后不久 ,患者發(fā)生了猝死 , 尸檢證實(shí)其前降支和回旋支都有 80 %的狹窄 。這一事件促使 Ellestad 醫(yī)生回顧分析了過去的 2700 例患者的運(yùn)動試驗(yàn)資料 ,結(jié)果發(fā)現(xiàn)運(yùn)動試驗(yàn)時心率升高幅度低的患者比那些誘發(fā)了缺血性 ST 段壓低的患者發(fā)生心臟事件的危險更高 , Ellestad 稱其為“不良性心動過緩” 。 1974 年, 他在撰寫論文時 , 發(fā)現(xiàn) 1972年Hinkle 已經(jīng)報道了一組類似病例 , Hinkle 把這一臨床綜合征命名為“持續(xù)性相對性心動過緩”(sus-tained relative brady cardia)。Hinkle 報告了 301 例患者 7 年隨訪的結(jié)果, 即運(yùn)動后心率不能達(dá)到預(yù)測值者, 心血管事件明顯增多(圖 3)。 Ellestad 在論文準(zhǔn)備寄出前的一分鐘 ,決定把這種現(xiàn)象命名為“變時功能不良”(chro notropic incompetence)。 隨后 Rubinstein 發(fā)現(xiàn), 自主神經(jīng)功能不良的病竇綜合征患者運(yùn)動時心率常有遞增不良的現(xiàn)象 ;Eckberg 發(fā)現(xiàn)心臟病患者迷走神經(jīng)的作用下降 ;并發(fā)現(xiàn)變時功妮不良是嚴(yán)重冠心病患者的間接表現(xiàn) 。無疑 ,這些研究的結(jié)果令人著迷,也激發(fā)了眾多的研究者深入研究變時性不良現(xiàn)象的熱情。 1 心臟變時性不良的定義 心臟變時功能不良的概念正在不斷擴(kuò)展 。經(jīng)典的概念認(rèn)為 ,人體運(yùn)動時或在各種生理和病理因素的作用下, 心率不能隨著機(jī)體代謝需要的增加而增加,并達(dá)到一定程度時稱為心臟變時功能不全 。此后 ,變時性功能不良的經(jīng)典概念擴(kuò)展為:從靜息到極量運(yùn)動, 只要心率達(dá)不到機(jī)體的代謝需要都可視為變時性不良 。 近幾年, 隨著心臟病學(xué)和心臟電生理學(xué)的進(jìn)展發(fā)現(xiàn) ,心臟的變時性不良還可表現(xiàn)為變時功能過度(本文暫命名), 即心率增快的反應(yīng)超過了運(yùn)動時機(jī)體的代謝需要, 運(yùn)動后的心率高于預(yù)測最大心率,這種過度的變時性反應(yīng)在臨床并非少見 。因此 ,目前對心臟變時性不良的定義可以概括為:心率對機(jī)體代謝的需要發(fā)生了不適當(dāng)性變化稱為心臟變時性不良。 2 .變時性功能不良的分類 根據(jù)上述擴(kuò)展后的定義, 變時性功能不良可進(jìn)一步分為 : ①變時性不全 ②變時性過度 , 二者都應(yīng)視為變時性功能不良或稱變時性異常 。我們認(rèn)為這種分類便于理解, 便于記憶 ,便于應(yīng)用 。運(yùn)動時心率變化曲線主要有 3 種類型 。 ⑴運(yùn)動早期變時功能不全型:該型是指運(yùn)動早期心臟變時性功能不全 , 該階段心率的增長明顯低于正常,使患者可能發(fā)生疲勞, 甚至出現(xiàn)呼吸困難。但經(jīng)過一定時間的運(yùn)動熱身后, “溫醒” 的心率逐步可達(dá)到預(yù)測最大心率值 ,并能夠完成長時間的運(yùn)動,而且運(yùn)動停止后心率的下降與正常無異 , 該型運(yùn)動的心率曲線示意圖見圖 4 。 ⑵運(yùn)動后期變時功能不全型 :本型是指運(yùn)動早期變時功能完全正常, 但在運(yùn)動后期出現(xiàn)變時功能不全(圖 5)。 ⑶停止運(yùn)動后心率速降型:顧名思義 , 該型是指運(yùn)動時變時功能正常, 但在停止運(yùn)動后,代謝需求下降時,心率驟然下降,并在較短的時間內(nèi)降回到運(yùn)動前水平(圖 6)。如前所述, 運(yùn)動后心率恢復(fù)值過高時 ,提示受試者的迷走神經(jīng)張力較高 。 3 .變時性功能不良的發(fā)病率 因變時性功能不良尚缺乏統(tǒng)一明確的診斷標(biāo)準(zhǔn) ,因此普通人群中變時性不良的流行病學(xué)研究幾乎為零 。文獻(xiàn)中對病態(tài)竇房結(jié)綜合征患者變時性不良發(fā)生率的研究較多 。 Rickards 的資料表明, 需要植入永久起搏器的患者中, 約 55 %的人存在變時性功能不良而應(yīng)植入有變時功能的頻率反應(yīng)式起搏器 ,相反也有相當(dāng)數(shù)量的病竇患者的變時性功能正常(圖 7)。 Rosenqvist 的研究認(rèn)為 ,如果以運(yùn)動后心率 <120bpm 為變時性不良的判斷標(biāo)準(zhǔn), 則病竇患者中平均 40 %(28 %~ 50 %)伴有變時性不良。而另一項研究中, 以運(yùn)動后心率達(dá)不到最大預(yù)測心率的80 %作為判定標(biāo)準(zhǔn)時 , 則病竇患者合并變時性功能不良的發(fā)生率為 58 %。這些研究的結(jié)果一致表明,病竇和需要植入起搏器的患者中, 變時性功能不良的發(fā)生率很高 ??梢哉J(rèn)為 ,絕大多數(shù)病竇和需要植入起搏器的患者需要植入頻率反應(yīng)式起搏器。 對心房顫動患者房室結(jié)變時性反應(yīng)的研究表明,心房顫動患者變時性功能正常者僅為少數(shù) ,而變時性功能不良的房顫患者中, 變時功能過度的發(fā)生率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變時性功能不全的發(fā)生率。而冠心病多支病變的患者、心力衰竭的患者、心臟移植的患者 ,以及服用抗心律失常藥物的老年患者中, 變時性功能不良的發(fā)生率很高 。 4 .心臟變時性不良的診斷標(biāo)準(zhǔn) 診斷和評價心臟變時性功能不全的標(biāo)準(zhǔn)多而不統(tǒng)一, 但大體分成 3 種。 第一種標(biāo)準(zhǔn)是和預(yù)測最大心率值比較。這一標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為, 預(yù)測最大心率值為(220 -年齡)bpm ,當(dāng)運(yùn)動后最高心率 <90 %的預(yù)測最大心率值時為變時性功能不全(Bruce , 1980 年);當(dāng)運(yùn)動后最高心率值 <75 %的預(yù)測最大心率值時為明顯的變時性功能不全 。也有的作者提出, 運(yùn)動后最高心率 <80 %的預(yù)測最大心率值時為變時性功能不全。 第二種標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)運(yùn)動后達(dá)到的最大心率值進(jìn)行判定。當(dāng)運(yùn)動后最高心率 <120bpm 時為變時性功能不全(M cNeer, 1978 年), <110bpm 時為明顯的變時性功能不全(Simonsen , 1987 年), <100bpm 時為嚴(yán)重的變時性功能不全(Sutton , 1990 年;Dreifus,1991 年)。目前認(rèn)為 , 動態(tài)心電圖記錄時患者僅有輕到中等量的活動, 而運(yùn)動試驗(yàn)的運(yùn)動量比較強(qiáng)。因此,動態(tài)心電圖檢查的患者,按醫(yī)生的要求進(jìn)行了一定量的運(yùn) 動后, 記錄的 24 小時 最高心率 <100bpm 時 ,應(yīng)考慮患者存在變時性功能不全 。 第三種標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)變時性指數(shù)判定, 當(dāng)變時性指數(shù) <0 .8 時為變時性不全 。 目前, 診斷和評價變時功能過度的標(biāo)準(zhǔn)研究尚少 。運(yùn)動試驗(yàn)中, 運(yùn)動后的最高心率明顯超過預(yù)測最高心率值的 100 %時 , 則認(rèn)為受試者存在變時性過度。另一個常用的標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)患者坐位, 直立位或者輕微活動后心率 >100bpm , 又無其他原因時 , 可診斷變時功能過度 。此外 , 當(dāng)變時性指數(shù) >1 .3 時也能診斷變時性過度 。 5 .心臟變時性不良的發(fā)生機(jī)制和常見原因 變時性不良發(fā)生的根本機(jī)制仍不清楚, 但與變時性不良發(fā)生的相關(guān)因素有多種。 ⑴年齡因素:在健康人群中 ,隨著年齡的增長 ,運(yùn)動時最大心率值逐漸下降, 對靜滴異丙腎上腺素的變時性反應(yīng)也會下降。 ⑵廣泛的心肌損害:廣泛的心肌損害是發(fā)生變時性不良的解剖學(xué)基礎(chǔ), 各種心血管病患者常伴有變時功能不良。已有證據(jù)表明 , 充血性心力衰竭患者變時性反應(yīng)發(fā)生了顯著而復(fù)雜的改變, 表現(xiàn)為靜息心率增快,最大負(fù)荷心率下降,代謝-變時關(guān)系曲線的斜率下降。 ⑶自主神經(jīng)功能受損:研究發(fā)現(xiàn) ,變時功能不良的患者與變時功能正常者相比 ,心率變異性顯著下降, 提示自主神經(jīng)功能的損害與運(yùn)動不耐受和變時性不良的發(fā)生相關(guān) 。 ⑷心肌缺血 :心肌缺血是最早發(fā)現(xiàn)的變時性不良的原因, 弗萊明漢心臟中心的研究表明 ,變時性功能不全與心肌缺血 、冠心病之間呈強(qiáng)相關(guān)性 。缺血造成的室壁運(yùn)動異常、心肌纖維化都與變時功能異常有關(guān)。這些患者靜息心率升高,運(yùn)動后最大心率降低 ,以及心率儲備與代謝儲備的關(guān)系曲線有明顯變化。 ⑸竇房結(jié)功能障礙:竇房結(jié)功能障礙者中合并變時性不良者多見, 尤其是高齡患者,病竇病程較長者。其表現(xiàn)為靜息心率下降, 運(yùn)動時心率輕微升高 ,運(yùn)動耐量減弱, 運(yùn)動停止后心率的恢復(fù)異常。 ⑹抗心律失常藥物:所有抗心律失常藥物都有負(fù)性變時作用, 對于年齡較大 ,或已存在隱匿性竇房結(jié)功能不全者, 服用正常劑量 ,甚至很小劑量的藥物就能嚴(yán)重抑制變時功能 ,尤其服用的是 β 受體阻滯劑。因此, 抗心律失常藥物是引發(fā)變時性不良的重要基礎(chǔ)或直接原因。 ⑺心臟對自主神經(jīng)的調(diào)節(jié)高敏:心臟對心迷走神經(jīng)的調(diào)節(jié)處于高敏狀態(tài)時, 能引起變時性不全;對交感神經(jīng)的調(diào)節(jié)的高敏狀態(tài)能導(dǎo)致變時功能過度 。目前, 對自主神經(jīng)調(diào)節(jié)發(fā)生高敏狀態(tài)的原因尚不清楚。 ⑻其他:還有不少因素可引起變時性功能不良,如心臟移植術(shù)、內(nèi)分泌疾病 、低溫等 ??傊l(fā)心臟變時功能不良的機(jī)制復(fù)雜, 相關(guān)疾病的種類較多 。 6 .對變時功能不良檢測的評價 發(fā)現(xiàn)并及時診斷患者存在的變時性功能不良有重要的臨床意義。 ⑴變時性功能不良的演變 :隨著時間的推移,變時功能不良可以改善, 也可以惡化 。一組病竇患者的隨訪研究表明, 原有變時性不全的患者再次進(jìn)行運(yùn)動試驗(yàn)時 ,其變時性不全的情況可能出現(xiàn)明顯的變化, 其中部分改善 , 部分恢復(fù)正常 , 部分惡化。近年也有文獻(xiàn)報告變時性不全可自發(fā)“康復(fù)” ,而植入起搏器后約有 50 %的患者出現(xiàn)該現(xiàn)象 。相反 ,變時性功能不良發(fā)展或惡化的報告更多, 惡化可以急劇發(fā)生, 或在長期隨訪中逐漸發(fā)生。在一組變時功能不全患者交叉分析的研究中 , 2 ~ 4 年后運(yùn)動試驗(yàn)的最大心率與預(yù)測最大心率的百分比從 77 %下降到 68 %。不少患者變時功能惡化的原因是服用抗心律失常藥物引起 。 ⑵變時功能不良是冠心病獨(dú)立的相關(guān)因素 :變時性功能不良與冠心病廣泛而重要的關(guān)系幾乎被完全忽視 。 1)診斷作用:可疑冠心病患者常常需做平板運(yùn)動負(fù)荷試驗(yàn), 如果能誘發(fā)缺血癥狀或缺血性 ST 段下移則試驗(yàn)結(jié)果為陽性 。但運(yùn)動試驗(yàn)時心臟的變時性功能是否正常卻常被忽視。一個有對照組 、有冠脈造影證實(shí)的前瞻性研究結(jié)果表明, 運(yùn)動試驗(yàn)中無ST 段下移改變而僅有變時性功能不全者, 72 %的人有明顯的冠狀動脈病變。該研究表明, 運(yùn)動試驗(yàn)中變時性功能不全可能是診斷冠脈病變的一個獨(dú)立而敏感的陽性指標(biāo), 應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視。 Ellestad 的報告認(rèn)為 ,運(yùn)動試驗(yàn)中有 S T 段異常壓低伴變時性不良者冠脈三支病變的發(fā)病率高于運(yùn)動試驗(yàn)時僅有ST 段孤立變化的患者 。這些資料提示變時性不良應(yīng)當(dāng)成為運(yùn)動試驗(yàn)中值得重視的陽性診斷指標(biāo) 。 2)預(yù)后作用:大量的資料證實(shí),變時功能不良是冠心病患者重要的預(yù)后判斷指標(biāo) 。Ellestad 的一組長達(dá) 14 年的隨訪資料表明 , 運(yùn)動后最大心率 <120bpm 的冠心病患者存活率為 60 %, 而最大心率>120bpm 的存活率為 90 %(表 2)。另一個研究表明 ,超過 3 年的隨訪期間,存在變時性功能不全的冠心病患者發(fā)生急性冠脈綜合征的風(fēng)險明顯提高(比數(shù)為 2 .20)。 3)兩者相互為因果:冠心病患者在運(yùn)動試驗(yàn)中出現(xiàn)變時功能不良常是病人發(fā)生了心絞痛而中止試驗(yàn)的結(jié)果。另一方面, 變時性功能不全者易患冠心病,Ellestad 的研究表明 ,運(yùn)動后最高心率達(dá)不到預(yù)測最大心率 90 %的患者 ,其罹患冠心病的風(fēng)險增加了 4 倍。變時性不良與冠心病間這些相關(guān)性的發(fā)生機(jī)制仍有不同的解釋和爭論。 ⑶變時功能過度與心肌病:變時功能過度的患者常有持續(xù)的心率增高。以不適宜性竇性心動過速為例 ,患者全日平均心率可能高達(dá) 120 ~ 160bpm ,在輕微活動后 , 竇率可升高到 160bpm , 甚至 200bpm以上 。長期無休止性心動過速可引發(fā)患者心功能的下降, 造成心律失常性心肌病, 引發(fā)嚴(yán)重的臨床后果。 ⑷變時功能不全者的起搏治療:相當(dāng)比例的病竇患者合并變時性不全, 而具有變時性功能的頻率反應(yīng)式起搏器是變時性功能不全患者重要的治療方法。治療后 ,很多患者的變時性不全的情況得到逆轉(zhuǎn)。在美國植入的心臟起搏器中 , 83 %的起搏器具有變時性功能。在我國, 由于醫(yī)生缺乏相關(guān)認(rèn)識使該類起搏器植入的比例甚低。 變時性功能不良是臨床經(jīng)常遇到的實(shí)際問題 ,常可使心電圖變得更加撲朔迷離。隨著對這一問題的重視及深入研究 ,變時性功能不良的概念及相關(guān)內(nèi)容將對臨床及心電圖醫(yī)生有更大的啟發(fā)。 三、房室結(jié)的變時性 整體心臟中 ,變時性功能最明顯的除竇房結(jié)外 ,其次是房室結(jié)。 房室結(jié)的變時性和竇房結(jié)的變時性有其相似性,也有異同點(diǎn) 。竇房結(jié)在運(yùn)動后表現(xiàn)的變時性功能主要受自主神經(jīng)、兒茶酚胺、靜脈回流等因素影響,而這些因素也同時或同樣影響著房室結(jié)。以心房顫動患者為例 ,運(yùn)動后在竇律消失的情況下 ,這些影響因素通過作用于房室結(jié)而增加心室率, 使心臟在運(yùn)動時表現(xiàn)出良好的變時性 。 但兩者的變時性反應(yīng)很不相同, 竇房結(jié)的變時性主要表現(xiàn)在自律性的提高, 僅在少數(shù)有竇房傳導(dǎo)阻滯者才通過變傳導(dǎo)性提高心率 。而房室結(jié)卻相反 ,當(dāng)上述影響因素作用在房室結(jié)時 ,同時影響其自律性和變導(dǎo)性,而對整個心臟的心率影響而言, 房室結(jié)變傳導(dǎo)性的改變更顯著, 更重要,其直接決定著心室率 ,因而房室結(jié)的變傳導(dǎo)性對心率的影響相當(dāng)于房室結(jié)的變時性功能。 1. 房室結(jié)的植物神經(jīng)支配 房室結(jié)內(nèi)含有起搏的 P 細(xì)胞、移行細(xì)胞、浦氏細(xì)胞和普通的心肌細(xì)胞。房室結(jié)可以分成 3 個區(qū)域 :即房結(jié)區(qū)(AN)、結(jié)區(qū)(N)和結(jié)希區(qū)(NH)。房室結(jié) 3 個區(qū)域的劃分不是根據(jù)細(xì)胞和組織解剖學(xué)、形態(tài)學(xué) ,而是根據(jù)電生理學(xué)特點(diǎn) , 根據(jù)動作電位的類型 。在結(jié)區(qū), 慢鈣通道和快鈉通道各占 80 %和20 %,兩者比值為 4 :1 ,而在房結(jié)區(qū)和結(jié)希區(qū)兩者各占 60 %和 40 %,比值為 3 :2(圖 8)。顯然 ,鈣拮抗劑和鈉通道阻滯劑作用在房室結(jié)的不同部位 。 房室結(jié)的交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的分布和支配十分豐富, 其主要接受左胸背側(cè)心交感神經(jīng)和左側(cè)迷走神經(jīng)的支配 , 但神經(jīng)末梢的分布不均勻 , 表現(xiàn)為后 、側(cè)區(qū)域比中、前區(qū)域的分布多 。迷走神經(jīng)對房室結(jié)的作用主要在結(jié)區(qū), 作用增強(qiáng)表現(xiàn)為傳導(dǎo)減慢 ,而在房結(jié)區(qū)或結(jié)希區(qū)的迷走神經(jīng)作用較弱。 自主神經(jīng)對房室結(jié)的影響十分復(fù)雜, 包括房室結(jié)本身的功能 、交感和迷走神經(jīng)的相互作用等。正常時 ,房室結(jié)的遞減性傳導(dǎo)與心房率呈反變 。心房率高于 150bpm 和 180bpm 時房室結(jié)將出現(xiàn)生理性的文氏阻滯和 2 :1 傳導(dǎo) 。而自主神經(jīng)的調(diào)節(jié)可使房室結(jié)的遞減傳導(dǎo)的出現(xiàn)提前或推后 。十分奇怪的是 ,對于竇房結(jié) , 交感神經(jīng)張力增加時, 迷走神經(jīng)對竇房結(jié)的抑制作用更為明顯 ,表現(xiàn)為同時激活, 或稱迷走神經(jīng)的作用被動加強(qiáng)。而對房室結(jié) , 迷走神經(jīng)的作用與交感神經(jīng)張力的變化無關(guān)。 2. 心房顫動時房室結(jié)的變時性功能 早在 1924 年,Blumgart 報告了心房顫動患者運(yùn)動時心率的變時性反應(yīng), 而 Knox 在 1949 年進(jìn)行了房顫時房室結(jié)變時性的先驅(qū)性研究。他觀察到 ,21 %的房顫患者房室結(jié)在運(yùn)動后初期表現(xiàn)為變時性功能不全 ,心率處于緩慢狀態(tài) ,隨著運(yùn)動的持續(xù)可出現(xiàn)較高的心率反應(yīng)。還有約 32 %的患者運(yùn)動時, 房室結(jié)表現(xiàn)為變時功能過度 ,引起了心動過速, 其心室率超過預(yù)測最大心室率的 100 %, 較高的心率可一直延續(xù)到運(yùn)動后的恢復(fù)期 。 在Knox 研究的基礎(chǔ)上 , 1989 年 Co rbelli 等進(jìn)行了更為深入的研究 。研究中, 他應(yīng)用了 Wilkoff等最早描述的心率儲備和代謝儲備間的代謝 -變時關(guān)系曲線, 研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)房顫患者運(yùn)動后存在幾種情況 : ⑴部分受檢者全程各級運(yùn)動時心率都緩慢, 約占全組的 16 %,這些人肯定能在頻率反應(yīng)性起搏器的治療中獲益(圖 9)。 ⑵部分受檢者全程各級運(yùn)動中, 心率表現(xiàn)為心動過速,約占 32 %(圖 10)。 ⑶約有 74 %的患者存在運(yùn)動早期心動過速。 ⑷約有 32 %的患者存在運(yùn)動后期有不適宜性心動過速 。 ⑸32 %的患者運(yùn)動早期心動過速 ,運(yùn)動后期心動過緩(圖 11)。 ⑹另有 42 %患者僅在運(yùn)動的某些點(diǎn)有心動過緩 。 顯然,房顫患者運(yùn)動時有不適宜性心動過速者,應(yīng)當(dāng)給予有負(fù)性變時作用的藥物 。但是服用β 受體阻滯劑能夠改善運(yùn)動時心動過速, 而又能引起休息或睡眠時的心動過緩。另外 ,運(yùn)動后心率的下降可使收縮壓大幅度的下降 ,氧的攝取下降,使患者的運(yùn)動耐量下降。相反, 對于變時性不全的房顫患者應(yīng)當(dāng)停用有負(fù)性變時作用的藥物,例如β 受體阻滯劑,但服用后能引起患者休息 、運(yùn)動時發(fā)生不適宜性心動過速。因此 ,希望房顫患者休息和運(yùn)動后心率都能得到適當(dāng)控制的愿望有時難以達(dá)到 。 根據(jù)臨床資料, 房顫病人的心臟變時性功能可以分成 4 型 : ⑴變時性功能不全型(圖 9); ⑵變時性功能過度型(圖10),風(fēng)濕性心臟瓣膜病伴發(fā)房顫者多屬于此型; ⑶變時性功能過度及不全混合型(圖 11); ⑷變時性功能正常者(僅占少數(shù))。與竇性心律不同, 竇性心律時變時功能不全者遠(yuǎn)比變時性功能過度多見, 而房顫患者的情況相反,變時性功能過度型遠(yuǎn)多于變時性功能不全者(表3)。 3 .竇性心律時房室結(jié)的變時性功能 竇性心律時房室結(jié)的變時性功能研究較少 ,但在臨床中可以見到兩種不同類型。一種是休息或睡眠狀態(tài)時竇性心律較慢存在房室阻滯, 而白天活動后竇性心律較快的情況下房室結(jié)卻能 1 :1 下傳(圖12)。這種情況多見于兒童或年齡偏低的患者 ,可以認(rèn)為靜息時患者的迷走神經(jīng)作用明顯(或房室結(jié)對迷走神經(jīng)的反應(yīng)敏感), 結(jié)果使竇性心律較慢, 房室結(jié)的傳導(dǎo)功能也下降 ,而運(yùn)動后交感神經(jīng)活性增高 ,竇房結(jié)的變時性功能正常 ,因而竇率可增快, 房室結(jié)的變時性也較好 ,表現(xiàn)為下傳功能改善 ,兩者共同的作用使運(yùn)動后心率提高 。另一種是竇性心率較慢時房室結(jié)傳導(dǎo)功能尚好 , 而竇性心率增快時房室結(jié)遞減性傳導(dǎo)變得明顯 ,屬于快頻率依賴性房室阻滯 ,常常引起阻滯的竇性頻率較慢 ,因而這種房室阻滯多數(shù)屬于阻滯型(病理性)阻滯 。這種情況多見于年齡較大,而伴有器質(zhì)性心臟病的患者(圖 13)。 版權(quán) 臨床心電學(xué)雜志 |
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