魏登斯基效应的发生机制

魏登斯基效应的发生机制

尽管韦登斯基现象很少见，但它是心电图中最经典的概念之一。它经常被讨论。最初，它被认为是一种特殊的异常调解。然而，近年来的观点与此相矛盾，将此现象作为研究和讨论的热点。一.魏登斯基现象的发现1887年,Wedensky在蛙神经肌肉标本进行的神经组织刺激实验中发现,对神经或肌肉给予强刺激后的一段时间内,神经的兴奋性异常增强,出现激动阈值的暂时降低,表现为原来不引起应激反应的阈下刺激,此时能够激活该神经,引发的激动能够扩布传导。随后有人将这一现象称为魏登斯基效应(Wedenskyeffect)。1903年,他在另一项刺激神经组织的研究中发现,给予神经组织一次强刺激后(用电击或刺激一块神经肌肉柱体),不仅使该神经标本的同侧传导功能加强,还可使对侧的阈下刺激变为能传导的阈上刺激,这种强刺激能促进对侧激动传导的现象称为魏登斯基易化作用(Wedenskyfacilitation)。魏登斯基先后发现的强刺激促进传导的这两种作用合称魏登斯基现象。1933年,首次发现人体心脏组织对强刺激也存在魏登斯基现象。直到1966年,Castellanos应用特殊的电极导管对7例完全性房室阻滞患者进行右室起搏及刺激的研究中,发现2例在强刺激(刺激强度为阈刺激的7倍或15倍)后,房室传导功能出现了一过性改善,发生了魏登斯基现象,这是第一次在人体心肌组织证实这一现象。1969年Schamroth和Friedberg首次报告人体心电图上的魏登斯基现象。对魏登斯基现象发生机制的解释众说纷纭,不少假说先后提出,包括超常传导学说,激动的总合学说,心肌组织不应期回剥学说,4位相阻滞学说等,目前多数学者赞同后两种学说中的观点。二.两个保护者对另一个大量的传导功能的干扰魏登斯基现象是一种特殊的促进传导的干扰现象。当心脏同时存在两个节律点时,两者之间能够发生多种干扰。多数情况时,这种干扰表现为负性频率和负性传导作用。负性频率作用是指一个频率较高的节律点通过超速抑制,可使另一个节律点的自律性受到抑制,频率下降或变为隐匿性。但在少数情况下,一个节律点对另一个节律点的频率干扰表现为正性频率作用,这是指频率较快的节律点,能使同时存在的另一个节律点的频率暂时或持续一段时间的增快,这种少见的正性频率的干扰作用称为钩拢现象。对心脏组织的传导功能也存在两种截然不同的干扰作用。多数情况下,一个节律点发放的激动与传导,可使另一个同时存在的节律点发放的激动传导性降低,表现为传导时间干扰性延长(图1),这种干扰称为负性传导作用。同样,在少数情况时,这种对传导功能的干扰作用也有例外,表现为促进传导的作用,即一个激动及其传导时,对另一个节律点激动的传导产生正性(加速)传导的干扰现象,使其传导时间缩短,这种少见的促进传导的干扰作用即为魏登斯基现象(图2)。因此,魏登斯基现象是两个节律点之间一种少见的正性(加速)传导的干扰现象。三.魏登斯基现象的发生1.心脏传导系统阻滞魏登斯基现象一般发生在器质性心脏病患者,其心脏传导系统某部分存在程度不同的传导阻滞,传导阻滞可以发生在房室结、希浦系、束支、分支以及窦房之间。2.促发性应激在主导节律存在传导阻滞的基础上,需要出现一次有促进传导改善引发魏登斯基现象的激动(简称促发性激动),该激动可以是一次早搏,也可以是一次逸搏,促发性激动经过传导进入传导阻滞区,引起一次未穿透性的隐匿性传导,随后促发魏登斯基现象。促发性激动可以起源于传导阻滞的远端或近端(图2)。3.时性减轻、消失促发性激动(早搏或逸搏)发生隐匿性传导后的一段时间内,原来存在的传导阻滞发生暂时性减轻或消失,传导阻滞的这种意外改善酷似超常传导现象(图3)。上述3条既是魏登斯基现象发生的条件,又是心电图必然出现的表现。其本质是患者存在的传导阻滞部分由功能性因素引起,在促发性激动的作用下功能性因素得到部分逆转,使传导阻滞得到暂时性改善。四.魏登斯基现象的心电图表现1.阻碍部位与传导改善与魏登斯基现象的发生条件一致,其特征性心电图表现有3个方面。(1)不同程度的传导阻滞:传导阻滞是魏登斯基现象心电图的基本表现,阻滞的部位和程度因人而异,可以是二度(图3)、高度或完全性房室阻滞(图2),也可以是左、右束支阻滞或分支阻滞,还可以是窦房阻滞、预激旁道的传导阻滞。其中以房室阻滞更常见,通过体表心电图只能推测其阻滞的部位是房室结还是希浦系。(2)不同种类的促发性激动:除少数研究中促发性激动是起搏或电生理检查的刺激外,临床心电图中引发魏登斯基现象的常是早搏或逸搏性激动。可以是室性早搏、室性逸搏或是交界性早搏、交界性逸搏(图4)。(3)随后出现的传导改善:在促发性激动后的一定时间,心电图可出现传导阻滞的改善,原来被阻滞的激动此时可以意外下传。传导改善的发生时间在魏登斯基易化作用时(即促进对侧传导改善作用),常在促发性激动后300~1000ms(RP间期)时出现,促发性激动是交界性早搏或逸搏时,常在其后370~690ms时发生。原被阻滞的窦性P波或心房激动可在这些时间段发生意外下传,而此间期(RP间期)之外的更早或更晚的窦性P波却不发生传导改善。魏登斯基效应发生时,同侧传导的改善常在促发性激动后360~1000ms时出现,同样落入该间期之外的激动传导不发生传导改善的现象。另外,传导功能的改善可以是传导阻滞的完全消失或传导阻滞的程度减轻。总之,魏登斯基现象特征性心电图三联征表现为:不同程度的传导阻滞、来自不同部位的促发性激动、传导阻滞的随后改善,心电图三个基本表现缺一不可。2.反应系统中室旁路的传导系统魏登斯基现象多发生在有传导阻滞的器质性心脏病患者,它的出现提示传导系统有病理性改变。就传导系统而言,该现象最常发生在房室结、希浦系,还可能发生在束支、分支、窦房区以及预激综合征的房室旁路。发生的部位不同,心电图的相应表现也不同,例如:双侧束支阻滞伴左束支魏登斯基现象,三分支阻滞伴左后分支魏登斯基现象等。五.魏登斯基现象的分类1.魏登斯基易化作用(1)促进对侧传导改善型(魏登斯基易化作用):促发性激动与传导发生改善的激动位于传导阻滞区的两侧,促发性激动从一侧进入传导阻滞区并使对侧激动的传导阻滞发生意外改善。例如,一次室性早搏可引起三度房室阻滞的暂时消失,使室早后适时的窦性P波意外下传,引发魏登斯基易化作用(图2A、图5A)。(2)促进同侧传导改善型(魏登斯基效应):促发性激动与传导发生改善的激动位于传导阻滞区的同侧,促发性激动在阻滞区隐匿性传导的作用使同侧激动的传导阻滞发生暂时性改善。例如:交界性早搏引起房室阻滞的暂时性改善(图2B、图5B),使其后的窦性P波意外下传。这种促进同侧传导改善的作用也称魏登斯基效应,这一效应有时在几个心动周期连续发生。(3)混合型:混合型是指魏登斯基易化作用与魏登斯基效应组合发生,常是易化作用在前,先发生促进对侧传导的改善,发生传导改善的激动又成为一次新的促发性激动,并使随后的同侧激动再次下传,形成促进同侧传导改善的魏登斯基效应,两者组合后形成混合型(图2C、图5C)。2.魏登斯基现象根据传导阻滞的部位可分成窦房阻滞、房室阻滞和束支阻滞的魏登斯基现象。临床心电图中房室阻滞的魏登斯基现象多见,束支阻滞的魏登斯基现象少见,窦房阻滞时该现象更少见。六.窦房结的功能及其与功能性传导功能的相互作用如前所述,魏登斯基现象是一个节律点对另一个节律点激动的传导产生正性传导的干扰现象,那么这个节律点如何对已有的传导阻滞产生促进传导改善的作用呢?心脏特殊传导系统任何部位的传导性都由两部分因素决定,一个是固有传导功能,是由其组织结构、电的传导特性以及病理改变等因素共同决定,另一个是功能性传导功能,后者受各种生理因素、心脏节律以及频率等因素的调节和影响。如同窦房结的自律性功能一样,其包括窦房结的固有心率和结外因素的影响。窦性心律快慢的最终显露是这两部分功能相互作用的综合结果。对于传导性,固有传导功能决定于传导组织本身的各种因素,固有传导功能的异常,属于“器质性”改变,逆转困难,例如:先天性三度房室阻滞、室间隔修补术后的三度房室阻滞都将永久、持续性存在。而功能性传导功能主要受自主神经、心率的快慢、不应期的长短等因素的影响,存在程度较大的可逆性变化,可使传导性出现一定程度的变化,或加速(正性传导作用)或减慢(负性传导作用)。魏登斯基现象虽然常发生在器质性心脏病的患者,但其存在的传导阻滞不是百分之百的由固有传导功能的异常引起,其内含一定程度的功能性改变,后者有可能被“缓解”,进而出现正性传导作用,引起传导阻滞意外的改善。魏登斯基现象的发现与提出已经整整一个世纪了,但卓有成效的研究集中在近40年,截至目前,尚无最终的答案和解释,只是提出了不同的观点和学说。1.超常期与魏登斯基现象这种学说认为超常传导与魏登斯基现象同属心脏传导性受到严重抑制时的代偿机制,两者都能暂时性改善心脏的传导,避免过长的停歇。而魏登斯基现象是一种特殊类型的超常传导,只是心脏传导改善的持续时间可能稍长。超常传导学说认为,传导阻滞存在时,一次促发性激动(早搏或逸搏)在传导阻滞区发生隐匿性传导的过程中存在超常期,当随后而来的同侧或对侧激动落入该超常期时,发生的超常传导能够使其穿透阻滞区,出现传导阻滞发生意外的改善。超常传导由Lewis在1924年首先提出,他在1例完全性房室阻滞的病例发现,当窦性P波落在自主心室波T波的后半部时,可出现房室传导的暂时性改善,窦性P波意外的下传,他推断窦性P波暂时下传的机制与超常期传导有关,他用超常传导这一术语表示传导的抑制状态被短暂缓解和意外改善。超常期相当于心电图T波的后半部和T波结束后短暂的等电位间期,相当于动作电位3位相的后部和4位相的初始,持续时间约90ms,超常期持续时间的长短不受心率或动作电位时限的影响。超常期处于动作电位的复极末期,动作电位此时尚未完全恢复到最大的静息电位,处于复极还不完全、尚未达到完全极化的一种准极化状态。此时跨膜电位处于最大的极化电位与发生兴奋和传导的阈电位水平之间,其与阈电位的距离比最大的极化电位更近,更容易达到阈电位水平而引发新的除极和传导(图6)。此时一个较弱的阈下刺激落入该区时,该阈下刺激可以变为阈上刺激,并引发新的除极活动和超常传导(图7)。用这一理论解释魏登斯基现象时认为:由于传导系统某部分的传导功能下降,相当于传导阈值的升高,使平素能够下传的激动此时变为阈下刺激而不能传导,出现传导阻滞。促发性激动的出现,以及产生的超常期,使随后而至的阈下激动落入超常期而变为阈上刺激,并发生超常期的意外传导。在心电图则表现为三度房室阻滞时一次室性早搏引起的窦性P波突然下传,发生魏登斯基现象。1966年,Castellanos等在三度房室阻滞患者,应用心内程序刺激的方法证实超常期及魏登斯基效应在人体心脏的存在。全组7例患者均有三度房室阻滞,他将1支刺激电极导管放在右室,并测定有效起搏的阈值。超常期是指应用阈下刺激还能夺获心室的时间段。在患者自主心室节律时,一旦出现阈下刺激夺获心室时,则改用7或15倍的强刺激形成人工室早。应用这种方法证实4例患者的超常期为160~195ms,全组只有2例在右室刺激过程中出现魏登斯基现象,1例在促发性激动后160~260ms,相当于T波结束后,另一例出现在T波后260ms,该研究中应用的强刺激相当于阈刺激的15倍,作者认为这种强刺激之后发生的激动和传导不是折返的结果,而是与超常传导相关的心电活动。超常传导学说认为,“强刺激”产生了隐匿性传导及超常期,使紧随其后的P波发生超常传导。但是,应用8~15倍的强刺激诱发的这些现象显然与心电图中魏登斯基现象的自然发生条件不一致。此外,魏登斯基现象中,传导发生改善的时间常不在超常期,而多敉发生在超常期之后。因此,魏登斯基现象发生机制的传导超常学说一直受到质疑。2.性加速度引起的不应期回剥和缩短机理1968年,Moe等在动物体应用标准强度的程序刺激复制出魏登斯基现象。当一次心房或心室刺激不能引起房室或室房传导时,可在刺激发放前在传导阻滞的对侧给予一般强度的刺激夺获心室,其后再发放心房或心室刺激时,原来不能前传或逆传的心房或心室激动此时能够下传或逆传,出现了明显的促传导改善的作用。Moe的实验与1887年魏登斯基的实验方法及结果十分相似,而与Castellanos的研究不同,两者最重要的区别是刺激的强度,Moe应用的是2倍舒张期阈值的刺激强度,这与临床心电图出现的情况类似。Moe主张应用不应期回剥(peelingbackrefractories)学说解释魏登斯基现象中传导意外改善的机制。不应期回剥学说认为:传导阻滞存在时,一次促发性激动出现后,可通过多种途径使存在阻滞的心脏组织有效不应期缩短,使随后的激动下传时避开了有效不应期而发生意外的传导。促发性激动引起阻滞区不应期回剥和缩短的机理有以下几种。(1)心动周期的变短使有效不应期缩短:一般情况下,心脏的心房肌、心室肌、不同的特殊传导系统(房室结除外)、以及预激综合征的旁路等,其不应期具有频率自适应性特征(图8),即每一个心动周期中上述组织的不应期长短均与前心动周期的长短呈正变规律。例如:某个心动周期中心房肌的不应期与前面的PP间期呈正变规律,前者随后者变长或变短。心室肌和希浦系的不应期也有同样特点,这一特性称为不应期的频率自适应性。显然,魏登斯基现象发生时,当促发性激动是一次早搏时,室早或交界性早搏都将缩短RR间期,使下一个心动周期中心室肌及希浦系的有效不应期缩短,如果原来的传导阻滞就发生在希浦系,则其后的窦性P波就可能下传,出现传导阻滞发生意外的改善。这种理论可以解释希浦系、心室肌、心房肌等不应期过长引起的传导阻滞及阻滞的暂时消失,但不适合房室结不应期过长引起的房室阻滞及暂时消失,因房室结不应期的频率自适应性与其他心肌组织相反,其有效不应期与前心动周期呈反变规律。当促发性激动是一次早搏时,随着心动周期的缩短,房室结在下一个心动周期中的有效不应期将延长,结果原有的传导阻滞不仅不减轻反而会加重。(2)促发性激动使不应期提前结束:当促发性激动是一次早搏时,其可使邻近的心肌组织提前除极,不应期也随之提前开始并提前结束。当传导阻滞就位于这些心肌组织时,该不应期的提前结束将使原来被阻滞的激动能够下传(图9)。图9中房室阻滞的部位靠近心室,心室发放的剌激能使邻近心室肌提前除极,不应期提前结束。在上述过程中,阻滞区的有效不应期并未缩短,但提前开始及提前结束的结果,使原来不能下传的心房激动P(3)阻滞区两侧同时被激动的总合作用缩短不应期:心脏电生理的研究表明,在阻滞区两侧同时给予刺激时,两个刺激(或激动)在阻滞区发生对向传导,并可能发生碰撞而产生总合(summation)作用,使阻滞区的不应期缩短,使原有的传导阻滞出现暂时性改善(图10)。图10中,心房、心室发放的激动同时传入房室传导系统,使不应期明显缩短而提前结束,原被阻滞的心房激动PJosephson的研究中清楚地证实了这种情况(图3),该患者存在2:1房室阻滞,A波下传的周期中AH间期290ms,提示房室结传导阻滞与延长并存。在第4个A波出现的同时,发放了一次心室刺激,两者从两侧同时激动房室结,使房室结的有效不应期缩短,传导改善。本应被阻滞的心房波此时却下传,而且下传的时间从290ms缩短到255ms。不应期回剥学说认为,魏登斯基现象不是真性的超常传导,而是一种伪超常传导,因为该现象的发生不是传导阻滞部位本身传导功能发生了改善,而是以促发性激动为介质使不应期缩短的结果。3.4静息膜电位与0相电位鉴于魏登斯基现象发生时常伴心率缓慢,而传导阻滞的改善又发生在促发性激动之后,心率缓慢暂时消失时,因此,不少学者应用4位相阻滞学说解释魏登斯基现象。该学说认为,伴心率缓慢的传导阻滞多数为4位相阻滞。当促发性激动的出现使心率暂时变快时,4位相阻滞也暂时消失,使原来因4位相阻滞而不能下传的激动得以下传,传导阻滞得到暂时改善。一般认为,激动在心脏组织的传导与扩布受解剖、生理、病理等因素的影响,而传导阻滞也是多种因素相互作用的结果。心脏电生理的研究证明:决定心脏组织传导性的关键因素是动作电位0相上升的速率(dv/dt)和幅度(Vmax)。幅度越大、速率越快时,其产生的传导速度则越快,反之,传导速度将减慢。当0相电位的幅度低于心肌组织发生传导的阈值时,则发生传导阻滞。决定0相电位幅度的因素很多,其中与0相超射前的膜电位水平关系甚大,该时膜电位的负值越低(负值越小),钠通道的失活越严重,兴奋时0相电位的幅度就越低,传导速度越慢。而影响除极前膜电位值的原因很多,包括复极不全、部分除极、4位相后的除极等。4位相阻滞的概念系Singer率先提出,他认为,具有自律性的细胞发生除极时,如果正恰落在前次激动动作电位4位相的后期时(图11B),此时心肌细胞膜的跨膜动作电位显然比复极刚结束时要高(膜电位的负值减小),这使激动的超射期0相电位的幅度和速率明显下降,进而影响该次激动的传导。正常时,除极前的静息膜电位为-75mV~-70mV,具有很好的传导性,当膜电位为-70mV~-65mV时,可出现明显的传导障碍,当膜电位为-65mV~-60mV时,将发生传导阻滞(图11B)。当激动起始于前次激动的4位相后期并发生传导阻滞时,称为4位相阻滞。4位相阻滞常在心率缓慢时发生,因而又称慢频率依赖性4位相阻滞。第1次4位相阻滞发生后,随后缓慢而至的除极如果仍然在4位相的后期发生时,可使4位相阻滞持续存在。当4位相阻滞持续存在时,突然出现一次提前的促发性激动,其可使缓慢的心率暂时变快,并使随后的除极在该次激动4位相的初期发生,此时膜电位水平较低(负值较大),使除极的0相电位幅度增加,原来的4位相阻滞将消失,传导功能得到暂时改善,形成魏登斯基现象(图11C)。4位相阻滞学说能解释部分病例魏登斯基现象的发生机制。目前,多数学者主张应用不应期回剥和4位相阻滞两个学说解释不同病例魏登斯基现象的发生机制。七.促发性激、传导阻滞及治疗魏登斯基现象心电图三联征包括:存在着不同程度的传导阻滞、从不同部位起源的促发性激动、传导阻滞的随后改善。虽然上述心电图三联征的特征性强,容易识别,但诊断魏登斯基现象时,需要注意与阵发性传导阻滞和超常传导相鉴别。1.患者持续不变的情况下传阵发性传导阻滞的心电图中可以发生传导阻滞及阻滞消失的交替出现,阻滞消失可自然发生,也可能夹杂早搏,一旦阻滞消失时存在早搏,则二者的鉴别十分困难。确定魏登斯基现象的诊断前应当有一个反向思维的过程,即要反问自己为什么该心电图不是阵发性传导阻滞,如何排除阵发性传导阻滞等。当确切排除了阵发性传导阻滞后,魏登斯基现象的诊断才相对可靠(图12)。图12中,如果先肯定患者存在持续不变的三度房室阻滞时,则心电图中窦性P波的下传就会被错误地认为发生了传导的意外改善。如果认为患者本来就是一个二度房室阻滞,可以间断表现为2:1房室下传,又能在瞬间变为高度或几乎完全性阻滞时,则2:1阻滞时的窦性P波下传就不会被认为是传导改善的结果了。因此,图12诊断为二度房室阻滞更为合理。2.超常传导如上所述,魏登斯基现象中,促发性激动可以是早搏,也可能是逸搏。当主导节律之外的一次早搏促发了传导改善时,魏登斯基现象的诊断相对容易,因为该传导的改善与早搏激动的出现有关,这种心电图表现容