T波形成的心电生理机制研究进展

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T波形成的心电生理机制研究进展
大连医科大学附属第一医院 作者：夏云龙(综述) 高连君　杨延宗(审校)　

关键词：心电图 T波 心室复极  心律失常 心电生理
编者按：Einthoven将心电图应用于临床已逾百年，虽然临床上T波的形态学变化对于许多疾病已经有了特征性的指导意义，但是对于T波自身形成的心脏电生理机制仍然不完全清楚。本文总结关于T波形成的几条理论，并对T波形成的电生理机制研究最新进展作一综述。


      Einthoven将心电图应用于临床已逾百年，虽然临床上T波的形态学变化对于许多疾病已经有了特征性的指导意义，但是对于T波自身形成的心脏电生理机制仍然不完全清楚。本文总结关于T波形成的几条理论，并对T波形成的电生理机制研究最新进展作一综述。
      1．传统心电图学关于T波形成的理解
      正常心电图T波和QRS主波方向一致是由于心室除极和复极向量一致。限于研究方法的限制，传统心电图学认为心内膜下心室肌由于受到射血的反作用力，压力较高，所以虽然除极最早，但复极最晚；而心外膜下心室肌由于周围受脂肪包围，温度较高，所以虽然除极开始最晚，复极却最早。这样，就形成了心室的复极和除极向量一致。这样的假设也是基于心脏是一个合体细胞的概念，认为心内膜下和心外膜下心室肌复极的不同是由于心脏外的原因引起。但这一理论限于当时方法学的限制，缺乏客观的实验证据。
      70年代末期，Noble等发现心室不同区域心肌细胞的动作电位时程有差异，右心室长于左心室，心尖长于心底。后来Franz等应用单向动作电位研究记录心室不同部位几点的激动时间和APD的关系，发现单向动作电位时程与激动传导的时间成反比，似乎也支持除极早的部位复极结束晚这一概念。这些研究都试图用这种心室复极离散度来解释心电图T波的形成，但末引起广泛关注。
      2．心室跨壁复极离散与T波形成
      随着细胞膜片钳等技术的逐渐开展，心肌单个细胞与不同层次心肌细胞电生理特性的差异逐渐得到认识。90年代初，Antzelevitch等发现在狗左心室壁中，除了有心内膜下和心外膜下心室肌细胞外，还有电生理特性与它们不同的心室壁中层M细胞，从而提出了心肌细胞不均一性的概念，取代了传统观念心脏是一个合体细胞的概念，这在认识上对于心室复极研究具有里程碑式的意义。其后，M细胞被发现存在于多种哺乳类动物包括人类的心脏中，并与心内膜和心外膜区别具有独特的电生理特性。在此基础上，跨壁复极离散度(transmural dispersion of repolarization)的概念广泛应用，并对各种室性心律失常机制的研究和理解帮助极大。为研究跨壁复极离散度和心电图T波形成之间的关系，1998年Yan等将一块狗楔形左心室壁放在槽中离体灌流，同时记录三类心室肌细胞的动作电位和这块心室壁的心电图，以观察动作电位与心电图T波的关系。研究发现，如果心电图记录电极放在标本的首尾两端，记录不到T波，如果将记录电极分别放在近心内膜下和心外膜下心室肌处(后者为正)，则可以记录到很好的T波。与此同时，他们用浮置细胞内电极分别插入沿心电图记录轴的三类细胞中，在记录心电图的同时，记录三类细胞的动作电位，发现三类心肌细胞动作电位之间存在电位差，M细胞的平台电位最高(最正)，由于M细胞在中层，所以它和心内膜下、心外膜下心室肌之间的电位差方向相反。M细胞和心外膜下心室肌细胞之间的电位差形成一个正向波，而M细胞和心内膜下心室肌细胞之间的电位差形成一个负向波。这两个波之差是一个正向波，与记录到的心电图T波吻合。再对比三类细胞复极过程的差异与T波之间的关系发现，当心外膜心室肌细胞平台和M细胞平台间出现电位差时，T波开始；当上述两种细胞都在复极时，两者的电位差逐步加大，反应为T波的上升支；当前者复极完毕，后者尚在进行复极，两者的电位差最大时，T波达到顶峰(Tpeak)；心内膜下心室肌细胞和M细胞的电位差由于方向与M细胞和心外膜下细胞的电位差相反，所以心内膜下心室肌的复极限制了T波幅值的高度；由于心内膜下心室肌细胞的动作电位时程长于心外膜下心室肌细胞，其复极也参与了T波降支的初期；当M细胞复极完毕，T波也结束(Tend)。进而，他们通过药物干预各层细胞动作电位的时程和幅度，上述现象仍然符合这一规律。因此，它们认为T波的形成机制主要依赖跨壁复极离散度。
      但是，把在一块楔形心室壁上研究T波形成原理的结果引申到整个心室显然具有较强的局限性。首先，心室本身为三维的空腔器官，心室前壁、后壁、心尖、心底以及间隔部心肌细胞的动作电位差异对于T波形成的影响显然无法在这一模型中体现出来；其次，心室的传导具有一定的时间性，自His束激动间隔部到最后激动心室的后外侧基底部需要约100ms左右的时间，而有限的心室组织块无法反应传导时间对于最终心室复极离散的影响；第三，该心室组织块的研究是建立在较慢的起搏频率基础上的（40次/分），而在较快频率起搏时（100次/分）跨壁离散度会明显缩短，远远短于同频率下正常心电图时的T波终末时间。第四，楔形心室组织块上的动作电位记录时缺少组织和细胞间相互电张力（electrotonic）作用以及电耦联（electrical coupling）影响，而使得局部的动作电位记录结果不能完全反应在体的复极离散变化。基于以上原因，该理论也引起了众多学者的广泛争论，进而开始尝试进行心室的在体复极离散研究。
      3.在体研究心室整体复极离散与T波形成的关系
      鉴于应用离体组织块等进行心电图研究的局限性，一些学者努力尝试进行在体的T波形成机制研究。Xia等结合单向动作电位和三维电磁标测系统（CARTO系统），对猪的心内膜和心外膜进行高密度在体三维动作电位标测，并在120次/分的心房起搏频率下同步记录体表心电图。发现所有记录的单向动作电位中，当记录局限在心室内外膜对应位置时，心内膜电位大多长于心外膜电位。但是对于所有记录的单向动作电位，虽然复极结束最晚部位多为心外膜，但是复极结束最早也发现记录于心内膜。这一结果显然与离体心室组织块的研究结果不一致。进一步研究发现，心室整体的复极离散度要远远大于同等频率条件下心室组织块的跨壁离散度，而这一离散度与Tpeak-Tend数值接近，即最早的复极结束与Tpeak一致，而最晚的复极结束与Tend一致。提示T波的形成应该不仅仅与跨壁离散相关，而且与心室整体的离散相关，Tpeak-Tend间期可能反应更多的是心室整体离散。但是，该系列研究仍缺少心室壁内电位的纪录，而且没有病理情况干预下的相关研究。进而，Opthof等进行了狗的在体研究，该研究不仅应用单极电图高密度记录了整体心室内膜和外膜的复极特点，而且还进行了心室壁内的电位纪录。同时还进行了T波变化的干预——起搏**心室电重构。发现心室跨壁复极离散虽然存在，但远远小于心室的整体复极离散度，而整体复极离散度与Tpeak-Tend相近。在心室电重构后，跨壁复极离散度虽然增加，但是Tpeak-Tend间期并没有出现明显变化。结合既往许多在体研究几乎一致性的记录到有限的跨壁复极离散度这一结果，以及在体心肌细胞间电张力作用以及电耦联作用,这一结果进一步证实了T波形成并不仅仅取决于跨壁复极离散本身的变化，而是与心室整体的复极离散密切相关的。
      当然，这些在体研究仍然有着自身的局限性，主要在于M细胞在心室壁内的位置不固定，可以在心外膜下或心内膜下深处。而且M细胞整体数量相对较少，应用在体的跨壁电极纪录本身可能会错过最长的M细胞电位记录。尤其心室间隔部心肌动作电位复极的记录在该研究中有所欠缺，而且研究者仅选择了几个导联作为T波测量导联，而未进行12导联整体的T波观察等等。另外，该在体研究中应用的一些麻醉剂可以改变钠离子通道的特性，进而可能影响M细胞的动作电位形态与时程。针对这些问题，Antzelecitch等对上述研究进行了评论，并且进一步分析了关于Tpeak-Tend可能的临床意义。即认为在胸前导联这些单极记录中，由于中心电端位于心脏中心，这样胸前导联可能对于评价跨壁离散更为合适，而肢体导联，尤其是双极肢体导联可能更多地反应心室整体的复极离散。但是针对Antzelevitch提出的问题，Opthof和Rosen等用明确地“心室组织块不是心脏”这一标题回应了Antzelevitch的评论，指出**本身虽然可以减少甚至消除跨壁离散，但是却无法消除心电图T波。而且，在众多的在体跨壁复极离散研究中，均未记录到巨大如离体组织块模型中的跨壁复极离散度，难道任何一次记录都遗漏了M细胞吗？正确的结论应该是三维在体心室复极研究与离体组织块研究本身的差异导致了如此巨大的研究结果的差异。
      4．两种T波形成理论的争论对心室组织块研究的影响
      需要提出的是，在体的心室整体复极离散对于T波形成的研究结果决不意味着对利用心室组织块对跨壁复极离散研究的否定。心室复极离散对于诱发室性恶性心律失常作用的本身，取决于在较短距离上产生较大的复极离散，从而易于诱发早期后除极以及折返的发生。而心室组织块为这种较短距离形成较大复极离散度本身提供了一个完美的基础研究模型。换言之，即使在在体情况下，如果能在如此短的距离产生如此巨大的复极离散度，无论是这种复极离散发生在跨壁方向，还是这种离散仅仅局限于心内膜或者心外膜单一层面（如发生局部心肌缺血等影响时），都会由于相同的机制诱发室性恶性心律失常。
      综上，目前的T波形成机制仍然不完全明确，进一步的研究有待在体三维复极离散，尤其是包括跨壁复极离散研究的进一步进行，来帮助我们更加深刻的理解T波形成机制。但是从目前的研究结果提示，T波的形成既有跨壁复极离散本身的作用，也有心室整体复极离散的作用。而在哪些导联，在那些病理情况下，跨壁复极离散还是整体复极在T波成分中所占作用分别如何，以及哪一导联反应更多的跨壁复极离散等等，还需要更多的研究来证实。