急性机械刺激的抗心律失常作用

急性机械刺激的抗心律失常作用PeterKohl,AngieM.King与ChristianBoulin现代医学中没有什么程序会比尝试使死者复苏更能激起争议。AlbertHyman的声明提出了他在1930年关于“心内治疗”—将药物注射到停止的心脏内的机械成分的文章。Hyman记录到尽管肾上腺素看似是应当选择的药物，注射阿托品、咖啡因甚至葡萄糖都可产生相似的有益结果。这种明显的不依赖药物的处置使他提出由于针刺入心肌产生的机械刺激，足以重新启动停止的心脏—他继续在几个患者中论证的一个假说。他的文章与其公开声明一致。Hyman开始了在他那个时代医学界一个最具争议的辩论。用机械的介入方法使被扰乱的心脏节律重整仍然是一个争论的课题。本文总结了心脏机械刺激的方法和抗心律失常的效用，概括了调整因素，提出机制和这种处置的潜在应用。心脏机械刺激的方法直接手法刺激通过“手指轻敲”对心肌进行的直接机械刺激是外科医生已经确立的一种在心脏开放手术过程中在诱导停搏之后促进心脏有节律的收缩活动的方法。尽管这种方法是最经常地使用的恢复心跳的机械干预方法，根据机械学和机制来说，它同样是最不具特征的。经胸针刺Hyman发现经过胸壁将针刺入心脏可能使停搏的心脏复苏。他用直针（刺激心室用）和弯曲的针（以到达右心房心耳部）来触发异位搏动，在25%的病例中随后出现短暂的或完全的窦性节律恢复。尽管他的观察具有历史性意义，经胸注射仍偶尔被用于急救心脏复苏中，其机制值得考虑。心内导管尖端刺激心导管经常与诱发室性期前搏动（PVB）有关。有趣的是导管尖端与心壁相互作用也可能使快速心律失常发生复律。Befeler在68例进行诊断性导管检查的患者中对这个现象进行了系统的研究。发现导管尖端刺激心房和心室肌肉，在24%的病例中能有效的转复房性心动过速，60%的病例中转复交界性心动过速，14%的病例中转复室性心动过速（在这个研究中另有27%的室速患者采用心前区捶击处置，见下文）。在这个研究中未尝试用导管尖端诱导转复颤动。然而，在其它地方有一个病例报告导管刺激使慢性房颤成功转复并维持。胸腔内压力增加一些报道提示在胸腔内压力突然增加与快速性心律失常终止之间的联系。这个类型的机械性心脏复律可以是通过咳嗽或Valsalva手法自已实施的，已经发现在移植的受体中也起作用。身体外冲击人们最熟悉的急性心脏机械刺激可能是心前区捶击，通常在胸骨上用拳头捶击（尽管有成功的脊柱冲击报告）。首先被描述为在停搏患者中触发有效的心室收缩，心前区捶击被用于起搏心脏或终止心动过速和颤动。这个方法也被提议作为患者自救措施，尽管不是没有严重异议。抗心律失常作用停搏在1920年，Schott报道了单纯一次敲击胸部可能使由于阿斯发作引起的心室静止恢复可触知的脉搏。根据Schott的观察，后来显示节律性捶击心前区（心前区敲击）心室静止的患者可能触发心室收缩。这些机械诱发的搏动具有的血流动力学作用大于胸外按压，他们可能被用于使患者在长时间的心室静止过程中（据报道最长达1.5小时）维持意识清醒。尽管具有历史性和机械论的意义，引起阿斯发作的停搏在现代西方医学中起到的作用没有那么突出（因为这些患者正常情况下会植入起搏器）。心动过速在成功应用心前区捶击作为重新启动停搏的心脏的方法的报道之后，人们发现心前区捶击可能也会被用来使室速转复为正常窦性节律（NSR；图1）在室速患者中最佳施行的心前区捶击的成功率可能超过40%，而如果冲击恰好与心电图中的R波巧合则结果最好。图1一位室速（VT）患者的心电图。单一心前区捶击（箭头）胸骨下部后转复为正常窦性心律（NSR）（摘自PenningtonJE,TaylorJ,LownB:Chestthumpforrevertingventriculartachycardia.NEnglJMed283:1192-1195,1970）由于相对于心动周期的计时，人工进行的心前区捶击不能可靠的控制，人们关注在易损期（T波）过程中的机械刺激，它可能对心脏节律产生有害的作用。然而，除了在先前存在严重低氧的患者和实验中，错误时间的心前区捶击可能将室速转化为室颤的预期并未被证实。如果在室速发生的早期应用心前区捶击更有效，此时，看似使节律恶化的风险很小。为了控制冲击的时间，已经发明了能够由心脏节律监测器触发的机械刺激器。在Zoll及其同事的一项研究中10例患者（9位患者有不同的心脏节律异常包括心房颤动，1例为正常窦性心律，进行了血流动力学研究）中8例可靠的激起心室激动，没有观察到1例反复性反应，心动过速或颤动。此外，人们发现成人体外机械刺激室性期前收缩的阈值是0.04到1.5J。这是体外电刺激所需能量（除颤刺激双相150J而单相200J以上）的一小部分。有趣的是，这也是几个大小等级低于在竞争性运动中发生心脏震荡所需要的机械能量。例如，一个标准规则棒球（重0.142kg）速度为45米/秒时（这个数值对主要加盟比赛中打击球中并不罕见）产生的动能144焦耳。这个差异在机械介入的主要参数中可能解释心前区捶击的罕见负性副作用。事实上，应用机械性动作电位（AP）刺激阈值的10倍的对照胸部冲击也不会触发室速或室颤，即使是在T波上应用。因而，看似是最小的“许可的”能量等级（在成人中是数十焦耳）必须超过冲击时间，在决定冲击的致心律失常作用方面成为决定性因素。颤动与相对乐观的关于在停搏或室速患者中心前区捶击的有效性的报道相反，通过机械处置成功治疗室颤仅是偶然的（观察的成功率低至2%）。在所有报道的病例中在室颤发生的早期应用心前区捶击，或者在从室速恶化的濒临边缘或者是在室颤的前10秒内（图2）通过心电图及偶然的动脉压力记录验证2。图2一例患者在室颤的早期通过单次心前区捶击（箭头）转复为正常窦性节律（NSR）（摘自BarrettJS:Chestthumpsandtheheartbeat.NEnglJMed284:393,1971）全面应用在医院环境中应用机械刺激作为心脏转复的一种方法在社会、医院甚至在单一的健康护理组织中显示了较大的变化。例如，在中国医务人员采用心前区捶击作为对经历危及生命的心律失常患者来说是理所当然的事情。相反，专门的心导管实验室人员通常选择在进行任何介入治疗之前先连接好自动除颤电极板；因此，他们正常情况下不会考虑应用心前区捶击。通过大多数发表的报道来判断，如果在发生严重心脏节律紊乱的早期应用的话心前区捶击具有最佳的效益-花费比。自动化的机械刺激仪技术应当战胜对冲击时间、部位及能量还有伦理问题的关心（如打击一个清醒的患者），并且，如果用作预防性方法（如在患者疏散或运输过程），这个技术可能减少在心律失常发作与尝试机械（或电）终止之间的时间延迟。有趣的是，那不是目前有关复苏意见的流行说法。立法历史美国心脏协会（AHA）在1974年首次出版了关于高级生命支持（AdvancedLifeSupport,ALS）的正式指南（并于1980年，1986年以及1992年进行修订）。英国复苏理事会在1984年发表了高级生命支持指南（于1989年，1992年，1995年和1998年进行了更新）。在2000年国际复苏联络委员会（ILCOR），一个关键的国际复苏组织，发表了他们首个心肺复苏指南，这个指南建立了全世界范围的高级生命支持的基础（在其它组织中如AHA和欧洲复苏委员会被采纳）。建议在20世纪70年代和80年代，高级生命支持指南倾向于推荐采用心前区捶击治疗停搏、室速和室颤。人们相信即使在不同研究者中心前区捶击的成功率差别很大，操作迅速并且整体的负性副作用很低，保证了常规使用心前区捶击。这特别应用于临床环境，那里有其它治疗形式（例如电除颤器）作为后备（即使有一些延迟）。在医院外，心前区捶击被认为是适用于任何无脉搏的节律异常。自从20世纪90年代，心前区捶击日益不受重视。在1992年，AHA去除了停搏作为一个适应证。在2000年ILCOR指南中，心前区捶击仅在目击或监测心脏骤停之后作为第一个高级生命支持程序，并且提示心前区捶击在心脏停搏30秒之后不可能成功。这个指南不再提供如何应用心前区捶击的程序说明。在先前的指南及注释中的描写的心前区捶击是用紧攥的拳头的尺侧从20厘米的高度猛击胸骨的下半部（图3）。这可以被适当地扩展，即建议在完全冲击之后主动收回拳头，以强调象脉冲似的最理想的刺激。图3“如何进行”心前区捶击的图解（摘自HuszarRJ：EmergencyCardiacCare,BowieMA,RobertJBrady,1982）因此，心前区捶击是目前目击心脏骤停进行高级生命支持的第一个描述的程序，但在什么情况下应用以及采用什么方式应用并未进行充分的细节解释。机制总论在20世纪70年代发展起来的心前区捶击的基础理论假定机械刺激通过机械-电反馈（MEF）引起心肌电学特性变化。这已经特别被提出使可激动的心室组织除极，并且如果除极足够大可以在静息的组织中触发异位搏动或消除折返激动所需要的可激动间隙。实验发现实验研究势不可挡的证实了牵张静息的心肌确实可以引起除极。如果机械诱发除极达到阈值产生动作电位（阈上机械刺激）它们在预备的心室组织中产生异位搏动。节律性应用阈上机械刺激可以被用来在离体灌注的心脏中进行机械起搏，并因而模拟在人心脏停搏过程中心前区捶击或心前区敲击。机械诱发除极可能用在心室心肌中非选择性牵张激活的阳离子通道（SACCAT）的激活来解释。SACCAT具有反转电位在0到-15mV，而且它们的激活能够在分离的心肌中触发动作电位。适当地，药物抑制SACCAT可防止在停搏的离体心脏中诱发室性期前收缩。另一组牵张激活的离子通道是选择性钾通道（SACK），反转电位在-95mV附近。这些通道对静息细胞仅有中等作用，其固有的跨膜电压在钾反转电位附近。与对停搏的心脏的机械作用相反，对于机械转复室速和室颤实验性洞察相当少见。少数成功机械终止室速和室颤的研究报道不能量化对心脏的机械作用，并且不能排除器质性组织损伤，这使其解释变得复杂。在患者和试验模型中仍然可以观察到的从室速和室颤瞬间转复为正常窦性节律，提示提示牵张激活离子通道可能在这些环境中发挥作用。牵张激活通道的与异位灶或折返激动的动态相互作用很复杂，然而，仍未从细节阐明。在室速或室颤中一些细胞会处于静息电位水平，它们对机械刺激的反应可能与先前仔细描述的相似。其它细胞处于动作电位的不同阶段，机械刺激的作用受一个细胞实际跨膜电位的不同以及SACCAT、SACK或两者兼有的影响。这是一个高度动态环境，其解释受益于量化的模型。量化模型近年来生物物理学精细的心脏计算机模型出现令人印象深刻的进步。目前可能确定心脏解剖、纤维定位、细胞特性、耦联、以及在心脏电机械周期中刺激的机械-电因素的区域梯度。这些量化模型开始具有预测能量，他们可能帮助解释数据和形成假说。我们采用心室心肌的二维栅格研究了在相对简单的室速模型中（8字折返）机械刺激的可能抗心律失常作用（图4A）。模拟短暂的（5秒）机械冲击，脉冲样激活SACCAT，SACK或两者兼有（牵张激活导电性25nS）。机械激活SACCAT（逆转电位-10mV）在心室组织模型中可靠地终止折返，恰恰通过三十年前提出的机制：使形成可激动间隙的组织除极（见图4B）机械刺激激活的离子通道之外SACK的数量增加使“净牵张激活电流”逆转电位向更负的电位迁移。这使提供给静息细胞不易激动的能力降低并且缩短了动作电位。在SACCAT与SACK比值大约为1:0.4（相应的净牵张激活逆转电位为-35mV，参见图4C）这导致在这个模型中不能瞬间地终止室速。图4心室心肌的二维模型（2.5×2.5cm），由251×251单个细胞模型组成（跨膜电压为灰色层次编码）对照8字折返活动。B，机械刺激，模拟SACCAT激动5毫秒（逆转电位-10mV），导致可激动间隙内的组织除极而终止折返。C，在模拟缺血促进SACK对牵张的感受性迁移到净机械诱发的逆转电位到更负的水平（这里是-30mV）之后再机械刺激组织，阻止了静息组织除极并且缩短动作电位时程，使机械刺激不能瞬时终止折返。这很有趣据报道在预先存在低氧血症的过程中心前区捶击的有效性降低。低氧血症降低了组织中的三磷酸腺苷（ATP），进而降低对ATP依赖的钾通道KATP的抑制。在心房肌中这些通道显示出结合ATP的敏感性和机械敏感性。因而，缺血已显示出能加强KATP通道的机械敏感性。如果心室通道具有相似特性，预先存在的低氧血症可能使KATP“敏感化”对机械刺激的反应更有效，进而使心前区捶击的效果更差或者甚至有害。这些由模型得出的预测尽管保持了对心前区捶击的临床洞察力，仍需要全面的实验证实。然而，他们说明了临床是如何认为的，理论上模拟及实验证实可能有利于新的研究方向。新的见解心前区捶击的临床应用：美国与英国正如前文所述，在机械性心脏复律的方法学方面存在国际差别。由于仅从2000年起英国和美国才共同使用同一份高级生命支持指南，我们实施了一项以调查表为基础的调查得以窥视目前心前区捶击在英国和美国中的应用，并阐明心前区捶击的临床用途与特殊应用之间的任何区别，从口头描述和随后的生物力学测量方面进行评估。一封说明调查目的的信件和一份与“个人经历心前区捶击经验”有关的调查表被派送到567位卫生保健专业人士手中（英国n=279；美国n=288）。到2004年三月收到95份回答（英国n=52；美国n=43），总报告了1740例心前区捶击（英国n=813；美国n=927）。92.5%的参与者认为“发放速度”是采用心前区捶击的最重要的原因，然而报道由于“感觉低效能”（60.2%），“有其它确立的程序”45.9%，以用“不知道技术”（37.8%）而排除了更加频繁的采用心前区捶击。仅54.3%的专业人士被教导心前区捶击是课程的一部分，并且没有确立的工具来训练或评价。宣布在室速和室颤中适当的应用心前区捶击存在不同看法。英国参与者将室颤发作（89.5%）、跟随有室颤（54.4%）作为心前区捶击的主要适应症，室速作为第三个适应证（35.1%）。在美国，记录的趋势相反，室速（62.8%）勉强超出室颤发作（58.1%）而室颤作为第三个适应证（25.6%）。这与美国卫生保健专业人士成功率相关联，他们报道应用心前区捶击“至少暂时心脏复律为正常窦性节律”为27.7%，而英国仅13.3%，不利的副作用少见（占全部患者的0.5%，在英国0.8%，美国0.2%）很大程度上取决于结构本质。无疑地，这是一项有限的初步研究，是相对数目较小的回顾性报道。然而，数据提示“早期应用”心前区捶击（在室速或室颤早期）可能使心前区捶击的结果具有有益的效果。尽管这可能为在英国与美国临床应用心前区捶击的差别提供一个引人注目的解释，但它未排除在心前区捶击应用的实际机械学的系统性国家偏见。心前区捶击的机械学为确定心前区捶击的机械学，我们发明了一种“捶击计”来测量预冲击的拳击速度（图5）。两个国家的卫生保健专业人士（英国n=22，美国n=22）每人进行三次心前区捶击样冲击。然后将生物力学记录与报道的应用心前区捶击的个人成功率相联系。图5心前区捶击记录捶击计在预冲击的拳击速度的个人之间的差异范围是从0.42到8.14米/秒。参与者的拳击速度低于2.25米/秒的报道的心前区捶击病例的成功心脏复律为18%±3%，而那些冲击速度更快者的成功率为36%±2%（P<0.01）。预冲击拳