雙心室起搏不應(yīng)期電刺激的急性血液動(dòng)力學(xué)變化和計(jì)算機(jī)仿真研究

1、雙心室起搏不應(yīng)期電刺激的急性血液動(dòng)力學(xué)變化和計(jì)算機(jī)仿真研究         11-01-09 09:38:00     編輯：studa20         作者：舒娟，王東琦，金印彬，楊琳，薛小臨，馬奕，蘇顯明，趙小靜，崔長(zhǎng)琮【摘要】  目的 觀察雙心室起搏對(duì)病態(tài)竇房結(jié)綜合征(sick sinus syndrome, SSS)患者的急性血液動(dòng)力學(xué)變化及心臟絕對(duì)不應(yīng)期電刺激對(duì)心功能的影響

2、，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真研究，探討絕對(duì)不應(yīng)期電刺激的離子流作用機(jī)制。 方法 對(duì)10例SSS患者經(jīng)冠狀靜脈左室后外側(cè)支和右心室心尖部進(jìn)行雙心室起搏，通過(guò)漂浮導(dǎo)管觀察起搏前后5min的血流動(dòng)力學(xué)和心電圖變化的指標(biāo)。應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，觀察心臟絕對(duì)不應(yīng)期電刺激前后鈣濃度的變化。 結(jié)果 雙心室起搏時(shí)，心臟每分輸出量(cardiac output, CO)、心臟排血指數(shù)(cardiac index, CI)分別增加16.2%、16.8%，肺毛細(xì)血管嵌壓(pulmonary capillary wedge pressure, PCWP)下降，跨室壁復(fù)極離散度(transmural dispersion of re

3、polarization, TDR)變小，絕對(duì)不應(yīng)期電刺激使仿真的心室肌細(xì)胞在絕對(duì)不應(yīng)期正向波刺激，可明顯增加Ca2+內(nèi)流。 結(jié)論 雙心室起搏可增加心肌收縮功能，減小跨室壁復(fù)極離散度。心臟絕對(duì)不應(yīng)期電刺激可觸發(fā)電壓依賴性鈣通道開(kāi)放，使心肌鈣濃度增加，增強(qiáng)衰竭心室肌細(xì)胞的收縮功能。 【關(guān)鍵詞】  雙心室起搏；絕對(duì)不應(yīng)期電刺激；心臟再同步治療； 鈣濃度；計(jì)算機(jī)仿真    ABSTRACT: Objective  To observe the acute homodynamic changes of biventricular pacing (Biv

4、P) in patients with sick sinus syndrome (SSS) and investigate the Ca2+ changes during absolute refractory period electrical stimulation (ARPES) by applying computer simulation. Methods  The hemodynamic parameters and ECG changes were measured in ten SSS patients five minutes before and after Bi

5、vP connecting RVA and LVB. The extent of contraction and Ca2+ transient (CaT) changes during ARPES were recorded through computer simulation. Results  During BivP cardiac output per minute and cardiac index increased by 16.2% and 16.8%, respectively. In contrast, pulmonary capillary wedge press

6、ure and transmural dispersion of repolarization decreased. The inward calcium current was increased by applying repolarization stimulation during ARPES. Conclusion  Appropriate biventricular pacing may strengthen contractility and decrease transmural dispersion of repolarization. ARPES can trig

7、ger voltagedependent calcium channel to open, thus increasing inward calcium current and contractility of myocytes in failure ventricles.    KEY WORDS: biventricular pacing; absolute refractory period electrical stimulation; cardiac synchronization therapy; calcium concentration; comp

8、uter simulation慢性心力衰竭(chronic heart failure, CHF)位居心血管疾病死亡病因之首，雖心臟再同步治療(cardiac resynchronization therapy, CRT)采用雙心室起搏(biventricular pacing, BivP)使左右心室的再同步性改善，QRS變窄1，但仍有20%30%患者心功能改善與QRS波的變窄無(wú)相關(guān)性23。    研究表明49，心臟絕對(duì)不應(yīng)期的電刺激(absolute refractory period electrical stimulation , ARPES)可以觸發(fā)細(xì)胞膜

9、上的電壓依賴性鈣通道(IcaL)開(kāi)放，使鈣濃度增加，產(chǎn)生鈣瞬變(CaT)，增加心肌的收縮功能。因此，BivP改善心功能可能也與ARPES有關(guān)。我們觀察BivP對(duì)病態(tài)竇房結(jié)綜合征(sick sinus syndrome, SSS)患者的急性血流動(dòng)力學(xué)變化，并通過(guò)ARPES對(duì)心功能及心室肌細(xì)胞鈣離子流的計(jì)算機(jī)仿真研究，探討絕對(duì)不應(yīng)期電刺激的離子流機(jī)制。    1  對(duì)象與方法    1.1  BivP急性血液動(dòng)力學(xué)變化的測(cè)定  選擇心功能正常且QRS正常、需要植入心臟起搏器的SSS患者10例，平均竇性心率(4

10、6.8±19.6 )次/min，年齡(54.1±6.8)歲，男7例，女3例；其中3例在臨時(shí)起搏器保護(hù)下進(jìn)行?；颊咴谥橥鈺?shū)上鑒字后，用自制Y形轉(zhuǎn)換器，分別連接經(jīng)冠狀靜脈的電極。以70次/min的同一起搏頻率，分別行右心室心尖部(right ventricle apex, RVA)、右室流出道(right ventricle outflow tract, RVOT)、左室后外側(cè)基底部(left ventricle base, LVB)、右室雙部位(RVA+RVOT)和BivP (RVA+LVB，其中LVB設(shè)為S1刺激，RVA為S2刺激)，S1與S2的間期約10ms，采用正向

11、波刺激法，其刺激脈寬為0.5ms，脈沖為2.5mV。用SwanGanz漂浮導(dǎo)管熱稀釋法測(cè)定起搏后5min的心臟每分輸出量(cardiac output, CO)、心臟排血指數(shù)(cardiac index, CI)、肺動(dòng)脈壓(pulmanary artery pressure, PAP)和肺毛細(xì)血管嵌壓(pulmanary capillary wedge pressure, PCWP)；同步記錄12導(dǎo)心電圖，測(cè)定QRS離散度(QRS dispersion, QRSd)、QT離散度(QT dispersion, QTd)和跨室壁復(fù)極離散度(transmural dispersion of repo

12、larization, TDR)，即T波頂點(diǎn)至T波終點(diǎn)間期(TpTe)10 。    1.2  LR91模型的仿真算法  LR91模型 (1991年發(fā)表的模型 )是基于用 HodgkinHuxley公式對(duì)心室動(dòng)作電位進(jìn)行數(shù)值重建形成的11。LR91動(dòng)作電位模型實(shí)現(xiàn)了6種跨膜電流，并且考慮了細(xì)胞膜內(nèi)Ca2 +濃度的改變。膜電位 (V) 的變化率用公式表示：dV/dt= -(1/C) (Iion+ Ist)。其中C=1A/cm2 是膜電容。 Ist(A/cm2 )為 單位面積上的刺激電流強(qiáng)度，Iion(A/cm2) 為六種跨膜離子電流的總和，Iio

13、nINa+ ISi+ IK + IK1 + IKP+ Ib；快速內(nèi)向Na+電流 INa=GNam3·h·j (V- ENa )；L型 Ca2+電流 ISi=G Na·f (V-ESi)；時(shí)間依賴型延遲整流 K+電流 IK =GKx·x1 (V- EK )；時(shí)間非依賴型 K+電流 IK1 =GK1 K1·(V-EK1)；平臺(tái)期 K+電流 IKp = 0.0183Kp(V-EKP )；總的背景電流 Ib=0.03921(V+59.87)。m、h、j、d、f和x為門(mén)控因子 ，d和f分別為 L型 Ca2+電流的激活和失活門(mén)控因子。  

14、;  通過(guò)在絕對(duì)不應(yīng)期加不同方式的刺激研究細(xì)胞膜內(nèi)Ca2+濃度的變化情況。首先通過(guò)改變絕對(duì)不應(yīng)期刺激的波形(脈沖=2.5mV，寬度=0.5ms，其計(jì)算機(jī)仿真的數(shù)據(jù)與SSS 患者相同)尋找哪種波形的刺激可引起細(xì)胞膜內(nèi)Ca2+濃度的增加(圖1)，然后調(diào)節(jié)絕對(duì)不應(yīng)期刺激的位置，尋找最佳的刺激時(shí)間點(diǎn)。圖1  3種絕對(duì)不應(yīng)期電刺激波形    心肌細(xì)胞興奮過(guò)程中細(xì)胞膜內(nèi) Ca2+ 濃度越高，心肌細(xì)胞的收縮能力越強(qiáng)。為研究絕對(duì)不應(yīng)期刺激對(duì)細(xì)胞膜內(nèi)Ca2+濃度的影響，我們采用Ca2+濃度的時(shí)間積分12來(lái)判斷哪種絕對(duì)不應(yīng)期刺激方式效果最好。Area表示Ca2+濃

15、度曲線與時(shí)間軸之間的面積。    2  結(jié)    果    2.1  BivP的急性血液動(dòng)力學(xué)變化  RVA、RVOT、LVB、RVBi和BivP等 5種起搏方式的CO、CI依次增加，后4種方式起搏較RVA起搏CO分別增加5.1%、7.3%、12.6%和16.2%；CI則分別增加6.3%、8.0%、13.9%和16.8%(表1)。其中BivP時(shí)CO和CI分別增加16.2%和16.8%；PCWP下降20%左右，且QRSd、QTd、TDR均顯著縮小，表明 BivP 對(duì)心功能正常Q

16、RS正常的患者也可增加心肌收縮功能，減小跨室壁離散度。 表1  不同部位起搏對(duì)CO、CI、PWP和QRSd、QTd、TDR的影響    2.2  絕對(duì)不應(yīng)期刺激波形對(duì)細(xì)胞膜內(nèi)Ca2+濃度的影響  在絕對(duì)不應(yīng)期加不同方式的電刺激對(duì)動(dòng)作電位和細(xì)胞膜內(nèi)的Ca2+濃度將產(chǎn)生不同的影響。從圖2可以看出 ，在絕對(duì)不應(yīng)期加正向波刺激時(shí)可以使細(xì)胞膜內(nèi)Ca2+濃度的峰值增大 ，Ca2+濃度曲線與時(shí)間軸之間的面積增大；在絕對(duì)不應(yīng)期加負(fù)向波刺激時(shí)，細(xì)胞膜內(nèi)Ca2+濃度的峰值減小，Ca2+濃度曲線與時(shí)間軸之間的面積減小；在絕對(duì)不應(yīng)期加雙向波刺激時(shí)，Ca2+濃度曲線與時(shí)間軸之間的面積與不加絕對(duì)不應(yīng)期刺激接近?？梢?jiàn)，要想通過(guò)在絕對(duì)不應(yīng)期加電刺激的方法提高心肌組織的收縮力，所加刺激必須為正向波刺激方式。故Ca2+濃度與刺激波形有關(guān)。    2.3  絕對(duì)不應(yīng)期刺激位置對(duì)細(xì)胞膜內(nèi)Ca2+濃度的影響  對(duì)處于靜息狀態(tài)的心室肌細(xì)胞，加除極化刺激引起細(xì)胞興奮，產(chǎn)生動(dòng)作