Электрофизиологические механизмы нарушений ритма

В клетках организма существует различие в величине электрического заряда между внутренней и наружной стороной клеточной мембраны – мембранный потенциал. Клетки миокарда (сократительные и проводящей системы) обладают возбудимостью. Стимулирующие воздействия изменяют свойства клеточной мембраны в отношении ионного тока через неё, что и лежит в основе возникновения потенциала действия. Он распространяется на соседние клетки, то есть проводится электрический импульс, вызывающий в мышечной клетке процесс электромеханического сопряжения. Рассмотрим фазы процесса электрической возбудимости клеток миокарда в норме – кривую трансмембранного потенциала (рис 1.).

 

 

Рис. 1. Кривая трансмембранного потенциала действия.

Фаза 0 - фаза деполяризации, быстрого активирования. В результате потока ионов Na+ внутрь клетки клетка приобретает положительный заряд +30 мВ, пройдя критическую величину порогового потенциала –60 мВ.

Фаза 1 – фаза ранней быстрой реполяризации. Обусловлен выходящим из клетки током ионов калия.

Фаза 2 – фаза медленной реполяризации – в клетку через медленные кальциевые каналы поступают ионы Са++.

Фаза 3 – фаза быстрой поздней реполяризации – выход ионов калия из клетки.

Фаза 4 – фаза поляризации (диастола), сердечная клетка находится в состоянии покоя (горизонтальный отрезок). В это время в клетках СУ, АВ узла, в системе Гиса происходит спонтанная медленная диастолическая деполяризация (кривая имеет наклон, медленную скорость). Внутри клетки миокарда электрический потенциал имеет отрицательный заряд по отношению к наружной стороне клеточной мембраны за счет концентрационного градиента ионов калия: внутри клетки К+ - 150 моль/л, вне клетки К+ в 30 раз меньше - 5 моль/мл. Это достигается тем, что во время этой фазы ионы калия перемещаются обратно вовнутрь клетки, а ионы натрия и кальция – из клетки.

На электрокардиограмме волна Р соответствует предсердной деполяризации, комплекс QRS отражает желудочковую деполяризацию - фазу 0, сегмент ST – фазам 1 и 2 реполяризации, зубец Т – фазе 3 реполяризации.

В работе сердца выделяют 3 периода рефрактерности, то есть периоды сниженной возбудимости сердечных клеток:

АРП – абсолютный рефрактерный период: сердце не отвечает возбуждением, сокращением на любой силы раздражители. Период соответствует фазам 0, 1, 2 потенциала действия, на электрокардиограмме – комплексу QRS, сегменту ST.

ЭРП – эффективный рефрактерный период: сердце способно к слабому возбуждению, но без сокращения при воздействии сильных электрических стимулов, раздражителей. Период соответствует фазе 3 реполяризации, на электрокардиограмме – начальному отрезку восходящего колена зубца Т.

ОРП – относительный рефрактерный период: в миокарде возникает возбуждение (потенциал действия) и сокращение в ответ на более сильные, чем в норме, раздражители.

УП – уязвимый период (вульнерабельный период): потенциал действия могут вызвать даже очень слабые раздражители. Так, экстрасистолия высокой градации типа R/T, вызывая раздражение в уязвимый период, может вызвать залп фибрилляции желудочков. На электрокардиограмме период соответствует нисходящему колену зубца Т и зубцу U.

Причины возникновения аритмий можно сгруппировать в три большие категории: а) нормальное или ненормальное возникновение импульсов; б) ненормальное проведение импульсов; в) одновременное нарушение возникновения (генерации) импульсов и проведения импульсов.

 

Таблица 1. Механизмы аритмогенеза (по Waldo A.L., Wit A.L., 1993)

I. Нормальное и ненормальное возникновение импульсов

1. Автоматизм

А – Нормальный автоматизм:

1. Спонтанные аритмии, исходящие из синусового узла

2. Эктопические спонтанные ритмы

Б. Ненормальный механизм автоматизма

2. Триггерные ритмы:

1. Ранние следовые деполяризации (РСД)

2. Поздние следовые деполяризации (ПСД)

II. Ненормальное проведение импульсов

1. Блокада проведения

2. Однонаправленная блокада и ре-ентри (reentry)

3. Рефлексия (отражение)

III. Одновременное нарушение генерации и проведения импульса

1. Парасистолия

2. Блокада 4-й фазы деполяризации

Автоматизм. В норме клетки водителя ритма сердца способны во время диастолы находиться в состоянии медленной спонтанной деполяризации (фаза 4). Сердечный ритм, инициируемый ими, называют автоматическим. Доминирующий водитель ритма сердца расположен в синусовом узле. У взрослых людей он инициирует импульсы с частотой 60 – 100 в минуту. Три фактора определяют изменение частоты импульсов: максимальный потенциал в диастолу, пороговая величина потенциала, скорость и наклон фазы деполяризации. К спонтанным аритмиям, исходящим из синусового узла, относят синусовую тахикардию, синусовую брадикардию, синусовую аритмию.

Клетки, способные к автоматизму и расположенные вне синусового узла, называются эктопическими водителями ритма. У взрослых нормальная скорость инициации импульсов этими эктопическими водителями ритма составляет 40-60 в минуту в АВ соединении (АВ узле и пучке Гиса) и 20-40 в минуту в ветвях пучка Гиса. Возникновение эктопических ритмов можно объяснить следующими обстоятельствами: 1) когда синусовый узел инициирует очень низкую частоту сердечных сокращений (ЧСС), роль водителя ритма сердца начинает брать на себя более низко расположенный эктопический центр. При этом ЧСС из этого ранее латентного водителя ритма может увеличиваться под влиянием повышенной симпатической активности; 2) собственная частота импульсации из эктопического центра увеличивается выше частоты импульсации синусового узла; 3) импульс из нормального синусового узла преграждён блокадой, но при этом функционирует эктопический водитель ритма.

Автоматические эктопические тахиаритмии встречаются не очень часто (менее 10% всех тахиаритмий). Чаще наблюдается механизм аномального ускорения активности в фазу 4 в предсердиях, АВ соединении или желудочках. Автоматические тахиартмии, как и синусовые, часто демонстрируют «разогрев» и «охлаждение» - ступенчатое нарастание ЧСС при развитии тахикардии и постепенное снижение ЧСС при стихании аритмии.

Причиной возникновения автоматических тахиаритмий чаще всего служат нарушения метаболизма при острой ишемии миокарда, в результате гипоксемии, гипокалиемии, гипомагниемии, кислотно-основного дисбаланса, высокого симпатического тонуса или использования симпатомиметиков. Поэтому автоматические аритмии часто выявляют у пациентов с острыми заболеваниями, обычно находящихся в палате интенсивной терапии. Типичными примерами автоматических тахиаритмий являются мультифокальные предсердные тахикардии при обострении хронических легочных заболеваний, многие предсердные и желудочковые тахиаритмии при индукции в общую анестезию и восстановлению после неё (результат волнообразности симпатического тонуса), желудочковые аритмии в первые минуты и часы острого инфаркта миокарда, острых состояний. Важно в данном случае идентифицировать и скоррегировать основную метаболическую причину. По мере стабилизации состояния пациента аритмии устраняются.

Нарушенный механизм автоматизма. Нормально работающие кардиомиоциты не проявляют свойства автоматизма. Однако при ишемии возникает ненормальный автоматизм: 1) мембранный потенциал волокон становится меньше (-60 до-30 мВ) его собственного нормального уровня (-90 до –80 мВ); 2) мембранный потенциал не подавляется синусовым узлом в должной степени. Ускоренные идиовентрикулярные ритмы после инфаркта миокарда, по-видимому, обусловлены ненормальным автоматизмом в клетках Пуркинье в ишемизированном участке миокарда.

Триггерные ритмы. Под триггерной активностью понимают инициацию импульсов нового потенциала действия: в 3 фазу реполяризации – ранние последеполяризации (ранняя следовая деполяризация, РСД), в 4 фазу потенциала действия - поздняя последеполяризация (поздняя следовая деполяризация, ПСД, рис. 2).

 

 

Рис. 2. Ранние и поздние следовые деполяризации

Клиническим примером возникновения аритмий по механизму триггерной активности в раннюю следовую деполяризацию (РСД) служат желудочковые аритмии на фоне синдрома пролонгированного QТ (зависимые от паузы триггерные аритмии, пароксизмы двунаправленной веретенообразной желудоч-ковой тахикардии – типа torsade de pointеs). РСД обычно встречается при состояниях, удлиняющих потенциал действия – при электролитных нарушениях (гипокалиемия и гипомагниемия) или при приёме ряда препаратов, преимущественно антиаритмических (табл. 3).

Таблица 3. Препараты, способные вызвать тахиаритмию torsade de pointеs

Группы	Названия
Антиаритмические препараты: I класс III класс	хинидин, прокаинамид, дизопирамид, пропафенон соталол, амиодарон, бретилий, ибутилид
Трициклические и тетрациклические антидепрессанты:	амитриптилин, имипрамин, доксепин, мапролитин
Фенотиазины:	тиоридазин, хлорпромазин
Антибиотики:	эритромицин, триметоприм-сульфаметоксазол
Прочие:	бепридил, лидофлазин, пробукол, галоперидол, хлоралгидрат

На ЭКГ конфигурация зубцов Т часто искажена, регистрируется зубец U, удлинение QT. Необходимо отменить лекарственные препараты, которые удлиняют потенциал действия. Проводят нормализацию электролитных нарушений – внутривенное введение магния обычно подавляет аритмию даже при нормальном уровне магния в сыворотке. Однако основная задача экстренного лечения данной аритмии – устранение пауз, запускающих аритмию, за счет повышения ритма методом электростимуляции предсердия и желудочков обычно с частотой 100 – 120 имп/мин. или иногда – инфузией изопротеренола. Затем назначают лечение, направленное на профилактику состояний, удлиняющих потенциал действия.

ПСД возникают в условиях дигиталисной интоксикации, ишемии миокарда и у определённых пациентов с врождённым удлинением интервала QT. ПСД ответственны за катехолзависимые триггерные аритмии в 4 фазу потенциала действия, некоторые аритмии при дигиталисной интоксикации. В основе лежит дисбаланс симпатической иннервации сердца с преобладанием сигналов от левого звёздчатого ганглия, стимуляция которого может воспроизводить ПСД. Катехолзависимые аритмии чаще возникают в условиях высокого симпатического тонуса – при выраженном эмоциональном стрессе или при нагрузке; нередко проявляются обмороками – приступами Морганьи – Эдемса – Стокса (МЭС). ЭКГ в покое у них нормальная, но на фоне нагрузки появляется аномалия QT. Начало аритмий не связано с паузой. Симпатэктомия левого звёздчатого ганглия устраняет аритмию у некоторых пациентов. Медикаментозное лечение обычно включает β-адреноблокаторы и антагонисты кальция, поскольку полагают опосредованность ПСД кальциевыми каналами.

Ненормальное проведение импульсов (блокада). Блокада проведения возникает, когда импульс поступает в участок сердца: 1) неспособный к возбуждению, 2) находящийся в состоянии эффективного рефрактерного периода, 3) ненормально деполяризованный до низкого уровня мембранного потенциала. Второй механизм – распространяющийся фронт волны возбуждения недостаточно сильный для инициации возбуждения ткани впереди себя – декрементальное (затухающее) проведение и блокада. Третий механизм – поступление импульса в участок миокарда, неспособный проводить импульсы (постинфарктный, послеоперационный рубец). Клинически к данным нарушениям проводимости относят все варианты блокад: блокада при выходе из синусового узла, сино-аурикулярная, межпредсердная и АВ блокады, блокады ножек пучка Гиса (неполные, полные, ветвей левой ножки пучка Гиса, проксимальные, дистальные), одно-, двух- и трёхпучковые блокады.

Однонаправленная блокада с возвратом возбуждения (механизм reentry). Механизм ре-ентри ответственен за большинство клинически значимых тахиаритмий. Предпосылки для ре-ентри: необходимо наличие анатомического круга, две части которого (пути А и В) имеют существенные различия электрофизиологических свойств. Например, путь А проводит электрические импульсы медленно и имеет короткий рефрактерный период, а путь В имеет большую скорость проведения импульса, но более длинный рефрактерный период. Инициирование ре-ентри: преждевременный электрический импульс может блокироваться в пути В, который находится в состоянии рефрактерности (длинный рефрактерный период), но проходить по пути А. Поскольку скорость проведения по пути А медленная, путь В имеет запас времени для восстановления возбудимости, что позволяет импульсу проводиться по нему ретроградно. Затем этот импульс может снова пройти по пути А. Таким образом, происходит непрерывная циркуляция импульса с развитием реципрокной тахикардии.

 

 

Рис. 3. Инициирование re-entry.

 

Примером врождённых петель ре-ентри являются врождённые аномалии проводящих путей в рамках cиндрома Вольфа-Паркинсона-Уайта (WPW) – дополнительный АВ тракт (пучки Кента, Махайма, Джеймса) и продольная диссоциация АВ узла, приводящие к пароксизмам суправентрикулярных тахикардий. Петли ре-ентри, приводящие к желудочковым тахикардиям, чаще всего являются приобретёнными при заболеваниях сердца – следствие постинфарктного, атеросклеротического кардиосклероза, фиброза при кардиомиопатиях.

В связи с тем, что реципрокные аритмии можно повторно индуцировать и купировать стимулами с соответствующей задержкой, они идеальны для исследования в электрофизиологической лаборатории. Во многих случаях (чаще при суправентрикулярных аритмиях) можно точно картировать петлю ре-ентри, оценить эффект различных препаратов и даже провести абляцию критических отделов круга ре-ентри через электрод катетер.

Рефлексия (отражение). Этим термином описывают форму ре-ентри в линейном пучке, в котором два участка возбужденной ткани разделены областью угнетённой проводимости. При рефлексии возбуждение может медленно продвигаться в одном направлении вдоль пучка и при этом продолжается распространение и возбуждение в обратном направлении. Одной из форм рефлексии может быть микроре-ентри, обусловленной функциональной продольной диссоциацией внутри угнетённого сегмента.

Парасистолия. Эктопический водитель ритма может иногда быть связанным с остальным сердцем через ткань, в которой имеется однонаправленная блокада. Такая блокада предохраняет доминирующий ритм, особенно синусовый, от вхождения в участок расположения эктопического водителя ритма. В результате этого эктопический очаг не угнетается доминантным синусовым ритмом. Более того, из-за однонаправленной блокады импульсы генерируемые эктопическим водителем ритма могут проводиться в другие участки сердца с возникновением преждевременных сокращений сердца или даже тахикардии.

Блокада фазы 4. Импульс может быть заблокирован, когда он достигает места (например, в пучке Гиса или одной из его ветвей), которое деполяризовано частично (не достигло порога деполяризации) во время спонтанной фазы 4 деполяризации. Однако такая спонтанная диастолическая деполяризация всё же может деполяризовать ткань в достаточной мере для того, чтобы инактивировать быстрый натриевый канал и стать причиной невозможности распространения волны возбуждения.

Таким образом, быстрые сердечные аритмии обычно опосредованы одним из трёх механизмов: 1) аномальным автоматизмом (менее 10% всех аритмий); 2) обратным входом (reentry) – наиболее частый механизм аритмий; 3) триггерной активностью.

 

Таблица 4. Классификация суправентрикулярных тахиаритмий

Автоматические аритмии:

Некоторые предсердные тахикардии, связанные с острыми медицинскими состояниями

Некоторые мультифокальные предсердные тахикардии

Реципрокные аритмии (re-entry):

СА-узловая реципрокная тахикардия

Внутрипредсердная реципрокная тахикардия

Трепетание и фибрилляция предсердий

АВ-узловая реципрокная тахикардия

Реципрокная тахикардия, связанная с дополнительными проводящим путём (макроре-ентри)

Триггерные аритмии:

Предсердная тахикардия, вызванная дигиталисной интоксикацией

Некоторые мультифокальные предсердные тахикардии

Таблица 5. Классификация желудочковых тахиаритмий

Автоматические аритмии:

Некоторые желудочковые тахикардии, связанные с острыми медицинскими состояниями:

Острый инфаркт миокарда или ишемия

Электролитный или кислотно-основной дисбаланс или гипоксия

Высокий симпатический тонус

Реципрокные аритмии (re-entry):

Желудочковая тахикардия и фибрилляция, связанные с некоторыми хроническими заболеваниями сердца:

Предшествующий инфаркт миокарда

Дилатационная кардиомиопатия

Гипертрофическая кардиомиопатия

Триггерные аритмии (возможный механизм):

- Зависящая от паузы тахиартимия типа torsade de pointеs (РСД), связанная с препаратами, удлиняющими интервал QT

- Катехолзависимая тахиаритмия типа torsade de pointеs (ПСД), связанная с дигиталисной интоксикацией или идиопатическая

(РСД – ранние следовые деполяризации, ПСД – поздние следовые деполяризации.)