【郭继鸿教授心电系列之四十三】缺血性J 波
自1938 年Tomashewski 首次发现并报告低温性J 波至今已整70 年了, 目前已发现约十多种明确的病因可引起J 波。1994 年Bierregarrd 和日本的Aizawa分别报告心电图伴有J 波者可发生特发性室颤后, J波开始受到临床的高度重视。随后, 有价值的研究结果相继面世: 证实伴有J 波者的特发性室颤系2 相折返机制引起; 证实Brugada 综合征心电图的类右束支阻滞的r′波就是J 波, 并与患者猝死的发生相关。近年来, 又提出缺血性J 波的概念, 并立即受到临床的高度重视, 本文介绍缺血性J 波。冠状动脉因阻塞性病变或功能性痉挛引起严重的急性心肌缺血事件发生时, 心电图可以新出现J波或原来存在的J 波振幅增高或时限延长时, 称为缺血性J 波, 缺血性J 波是心肌严重缺血时伴发的一种超急性期的心电图改变。已经证实伴有急性心肌缺血的多种临床情况可引起缺血性J 波。目前较多的资料证实, 冠状动脉痉挛变异型心绞痛发作时, 心电图可出现缺血性J 波。变异型心绞痛是在神经体液因素的作用下, 大的冠状动脉强烈地收缩及痉挛, 引发冠脉功能性“闭合”, 进而引起严重的透壁性心肌缺血。可以认为变异型心绞痛实际是一次流产的“急性心肌梗死”, 变异型心绞痛的诊断在某种意义上属于回顾性诊断。( 1) 多数发生痉挛的冠脉已存在器质性病变, 即已有不同程度的固定性狭窄, 少数痉挛发生在正常冠脉。( 2) 冠脉痉挛分为闭塞性和非闭塞性两种。闭塞性冠脉痉挛引起透壁性心肌缺血伴ST 段抬高, ST段抬高的程度与冠脉狭窄的程度平行; 非闭塞性冠脉痉挛引起心内膜下心肌缺血伴ST 段下移。( 3) 冠脉痉挛多数发生在一支冠脉的主支, 也可发生在分支, 此外还可能单支冠脉呈多个节段同时痉挛, 而多支冠脉同时痉挛的情况较少发生。( 4) 冠脉痉挛的发生率从高到低依次为: 前降支、右冠脉、回旋支、对角支和后降支。但无器质性病变的冠脉痉挛, 以右冠脉最多见, 其次为前降支。( 5) 冠脉痉挛常伴心电图ST 段的抬高, 一般认为ST 段抬高的导联与冠脉供血部位的相应导联对应。当ST 段实际抬高的导联数低于常规出现ST 段抬高的导联数目时, 可能是冠脉分支痉挛的结果。( 6) 冠脉痉挛的发作过程中, 心电图改变的初期ST 段逐渐升高, 随后抬高的ST 段逐渐下降。一般情况下, ST 段逐渐抬高的阶段为缺血期, ST 段逐渐下降的阶段为再灌注期。( 1) ST 段: 发作时ST 段暂时性抬高, 伴对应导联的ST 段下移; 缓解时ST 段迅速恢复正常。( 2) T 波: 常在ST 段明显抬高前出现T 波幅度的增加, 有时发作较轻者仅有T 波高尖。( 3)QRS 波: 发作时R 波幅度相应增高或时限增宽, S 波的幅度变小。3. 冠脉痉挛引起变异型心绞痛时的缺血性J 波冠脉痉挛引起的变异型心绞痛中, 缺血性J 波的发生率并不低。图1 患者男、52 岁, 有反复发生冠脉痉挛的病史。本次冠脉痉挛发生时伴发2 次室颤。图1A 的心电图基本正常; 图1B 系冠脉痉挛发生时的心电图。
可以看出, 在心脏的下壁、侧壁导联出现明显的J 波( 箭头指示) , 同时这些导联的ST 段伴有明显下移。图1B 记录20min 后患者发生了室颤, 随后患者进行了冠状动脉造影, 证实其存在回旋支的痉挛。按一般规律推测, 本例患者回旋支发生的痉挛属于非闭塞性痉挛, 因而心电图伴ST 段的下移。冠脉痉挛引起严重心肌缺血时, 缺血性J 波多数伴ST 段抬高。图2 患者女、75 岁, 频发心绞痛3 年, 本图为患者进行12 导联动态心电图检查时记录的心电图。图A 为无胸痛发作时的12 导联心电图; 图B 为冠脉痉挛引起剧烈胸痛时的心电图。
图中可见下壁导联与左室侧壁(V5、V6) 导联出现明显的ST 段抬高及T 波倒置。此外在II、III、aVF、V5、V6 导联还存在R 波振幅的增高, S 波振幅的减小, 甚至消失。上述改变都符合冠脉痉挛时心电图的各项特点。患者痉挛的冠脉为回旋支。应当注意, 仔细同步观察与测量后能够发现, 在ST 段抬高之前, 存在着明显的J 波, 尤其在V6、Ⅱ、Ⅲ、aVF 导联较明显。此外下面的图3、图4 与图2 是同一患者的心电图, 图3 更能证实确实存在着J 波。由于图中J 波是冠脉痉挛引起, 因此属于缺血性J 波。图3 是三导联( Ⅱ、V1、V5) 同步记录的动态心电图。图3A 可以看成是对照图, 记录时间19:12:07, B图中Ⅱ、V6 导联的ST 段已有明显的弓背向下的抬高, 抬高幅度0.7～0.8mV, B 图记录时间为19:13:08,与A 图仅差1min, 但与A 图相比, 除ST- T 改变外,图B 中V5 导联出现明显的J 波(箭头指示), Ⅱ导联也一样。
因此, 冠脉痉挛发生后, ST- T 改变的同时出现了缺血性J 波。本例说明, 缺血性J 波在严重缺血后很快就可能出现。
图4、图5 还提示缺血性J 波可能是心脏电功能极不稳定的敏感指标, 图5 与图3 记录时间相差不到3min, 但患者已发生了室颤及阿斯综合征。我们继续分析图4 和图5, 两图是图3 的后续记录。图4 与图5 相差1min, 图4A 中, ST 段继续抬高,并形成单向曲线或称墓碑样改变, 但在V5 导联依然能看到明显的J 波。图4B 是图4A 的连续记录, 但在图4B 中, ST 段开始下降, 同时出现了室性早搏( 第2个QRS 波) , 随后发生了多形性室速, 心率达150～160bpm。应当注意Ⅱ、V5 导联的图形, 此图中J 波依然存在, 而且不同心动周期中J 波的形态和持续时间存在逐搏的变化, 直到室速发生。本图提示J 波是心电极不稳定的标志性表现, 而J 波的不稳定则更是心脏电功能极不稳定的敏感标志。
图5 于19:15:55 时记录, 距图3 仅差2min, 距图4 仅差1min。图5A 中已发生室颤伴阿斯综合征; 图5B 中, 室颤自行终止, 出现缓慢的窦律, 缺血性J 波和ST- T 的改变同时消失。近年来, 冠脉造影日趋普及, 病例数呈指数样递增, 同时PCI( 经皮冠状动脉成形术) 的介入治疗也与冠造病例呈平行的同步增长。冠脉造影与PCI 术的广泛开展使临床医生对冠脉病变的认识, 对冠心病心电图的诊断与解释起到巨大的推动作用。但在这些操作与介入治疗术中, 难免对冠脉血流、冠脉的组织结构发生不良影响, 甚至明显的损伤。这些影响与损伤势必能影响心肌的功能及相应的心电图改变。例如, 大量资料表明, 结果阴性患者的冠脉造影中, 右冠脉造影时发生室颤最多见。有学者提出, 这是正常右冠脉容易发生痉挛的结果。又例如, 在PCI 术球囊扩张时, 扩张的球囊将冠脉闭塞后, 能发生一系列的心电图改变, 其中有些心电图十分不好解释。这些不好解释的心电图还可能植入的支架过长而压迫一些分支的开口时出现, 或因治疗的需要, 为了扩张大的冠状动脉, 必需牺牲一些冠脉小的灌注与血运, 这些情况都可能伴发一些不易解释的心电图改变。我们分析和讨论图6 的病例。患者男、66 岁,2001 年因下壁心肌梗死在右冠脉的近端放置一枚支架, 术后病人情况稳定。但近期患者反复出现劳力性心前区疼痛, 住院后再次行冠脉造影及PCI 术。本次造影结果表明, 患者左冠脉系统仍然正常,右冠脉近端植入的支架内出现明显的狭窄, 因此在原支架内准备放置新的支架。新支架放置后再次造影发现, 支架贴靠冠脉管壁不理想, 需要用高压球囊再次扩张。
图6A 是再次扩张前的心电图, 用高压球囊再次扩张时, 12 导联心电图发生了显著的变化( 图6B) , 发生显著改变的是V1~V4 导联, 不注意时很可能把该心电图的改变误为仅有显著的ST 段抬高, 进而判断为冠脉痉挛或其他原因引起的严重心肌缺血。术者看到该心电图, 怀疑左冠脉系统发生了痉挛, 立即进行了左冠脉的再次造影。结果左主干、前降支、回旋支未见痉挛及狭窄( 图7A) , 此时心电图的改变仍在持续。术者再回到右冠脉仔细观察时, 发现右冠脉圆锥支的血流明显减弱( 图7B) , 右冠脉近端用高压球囊扩张支架时影响了圆锥支的血流。
大约几分钟后,图7B 的心电图改变消失, 并恢复正常( 图6C) , 再做右冠脉造影时发现, 圆锥支的血流基本恢复( 图7C) 。前后资料表明, 引起图6B 心电图改变的直接原因与圆锥支血流的急性锐减有关, 心电图改变的本质是心肌严重缺血时引起了缺血性J 波。正常时, 右冠脉的圆锥支是其第一分支, 在右冠脉起源后数毫米处发出, 其向前、向上围绕着肺动脉圆锥走行。与之十分靠近的右冠脉的另一个分支为窦房结动脉, 其向后、向上走行, 沿右房外缘到达窦房结, 为窦房结及大部分心房肌供血。由于这两个分支从右冠脉分出的部位邻近, 二个分支又是一个向前、一个向后, 因此在X 线影像上表现为“八字胡”样。此外, 圆锥支还可以由左冠脉发出, 或同时由左、右冠脉发出。圆锥支供血范围与圆锥支的大小有关,较大的圆锥支除给肺动脉圆锥供血外, 还给部分室间隔供血。左主干病变引起的心电图改变除广泛侧壁、左胸前导联的ST 段下移外, 还有aVR 和V1 导联的ST 段抬高。当aVR 导联ST 段抬高的幅度>V1 导联ST段抬高的幅度时, 常诊断左主干病变, 其敏感性及特异性都在80%以上, 此时的圆锥支可能起源于左冠脉。仔细分析图6B 时还能发现心电图的另外两个重要问题。一个是心电图在右胸导联的改变几乎与Ⅰ型Brugada 波完全一样, 出现的导联也大致相同。众所周知, Brugada 波是右胸导联出现的心电图三联征, 由高大的J 波、ST 段下斜型抬高及T 波倒置组成。图6B 中除ST- T 改变之外, 尚有高大的J 波存在。根据上文分析, 这是一例因急性严重的心肌缺血引起的缺血性J 波, 其图形的改变与Brugada 波一样, 只是出现的导联已经影响到V4 导联。虽然病因不同, 但两者的临床意义相同, 即代表此时心电活动十分不稳定, 心肌复极的离散度较大, 容易发生恶性室性心律失常。另一个重要表现是图6B 中存在A、B顺序的T 波电交替, 而且T 波电交替的幅度较大, 肉眼就能看出并诊断, 属于毫伏级的T 波电交替。T 波电交替也是心室复极十分不均衡的心电图表现, 也是发生恶性室性心律失常可靠的预测指标。因此在图6B 中, T 波电交替与缺血性J 波这两个心电图指标同时出现, 提示患者发生恶性室性心律失常的可能性极高, 二者能够起到相互印证的作用。从图6 可知, 缺血性J 波可以和同时存在的ST 段和T 波改变形成Brugada 波样改变, 这与图1 和图2明显不同, 后者伴发的ST 改变的形态与之明显不同。可以肯定, 如果术者给予足够重视时, PCI 术中能够发现更多的缺血性J 波。急性心肌梗死, 尤其伴ST 段抬高的心肌梗死,常因红色血栓引起冠脉的完全性闭塞, 进而引起长时间、严重的心肌缺血而导致较大面积的心梗。此时, 程度不同的心肌坏死区域之间、坏死区与正常心肌、以及心肌坏死周围的缺血心肌之间, 肯定存在机械、病理解剖学、生化功能、电功能等诸多方面的差异及离散, 尤其电功能的异常与差异更为显著, 造成急性心肌梗死患者的室颤阈值下降, 造成急性心肌梗死患者室颤的发生率高达10%。而缺血性J 波也一样, 其不仅在急性心肌梗死时发生, 而且出现的时间早, 目前已和急性心梗时的超急期T 波改变一样,两者都是急性心肌梗死超急期的心电图表现, 有着十分重要的临床价值。
图8 患者男、78 岁, 因2 月前反复心前区剧烈疼痛而住院, 该心电图能确定患者存在陈旧性前壁心肌梗死。
而图9 是患者两个月后再次剧烈胸痛时的心电图, 并在Ⅰ、aVL、V2~V4 导联都有形态怪异的心电图QRS 波图形。急诊室的医师急请心内科医生会诊该心电图时, 病人突然发生了室颤伴阿斯综合征,随后的抢救过程中, 由于除颤器到位太晚, 有效电击的时间拖后太久, 虽然室颤转复为窦性心律, 但病人却发生了脑死亡, 几日后病人死于循环和呼吸衰竭。痛定思痛, 让我们讨论和分析图9 出现的心电图改变。显然图9 中V2~V4 导联的改变与前几例心电图改变相似, 但又不完全相同。可以肯定这些心电图改变中, 除ST- T 改变外尚有缺血性J 波的出现,与图8 相应导联比较后, 可以肯定图9 的Ⅰ、aVL、V5、V6 导联肯定出现了缺血性J 波, 而V2～V4 导联除ST 段下斜型抬高外, 也同时出现高大的缺血性J 波,这些代表心电极不稳定的缺血性J 波出现后, 引起患者随后室颤的发生, 造成脑死亡和最终的死亡。患者心肌坏死生化标记物的检测结果表明, 患者本次确实发生了一次新的心肌梗死, 图9 中缺血性J 波是本次急性心梗时的超急期心电图改变。从图9 能够看出, 出现缺血性J 波的心电图导联可以十分广泛, 图形的变化程度也很大, 有的导联单纯出现J 波, 有的导联伴有ST- T 改变, 进而构成Brugada 波样的改变。如能结合病史, 仔细分析和测量12 导联心电图QRS 波群, 尤其与对照的心电图仔细比较时, 缺血性J 波的诊断并不困难, 重要的是医生要有清晰的诊断意识。
我们再来分析一下图10, 该患者男、28 岁, 因剧烈胸痛3h 住院。图10A 中除了Ⅰ和aVL 导联有一明显的J 波外, 没有更多的心电图异常。患者因怀疑存在冠心病心肌缺血而住院, 住院后4h( 图10B) 和12h 的心电图并无改变, 只是上述缺血性J 波变低而不明显。24h 后的心电图中( 图10C) , 胸前V1～V6 导联QRS 波的振幅及形态发生了典型的改变, 同时心肌生化标记物测定的结果及超声心动图的检查结果都证实发生了正后壁及下壁心肌梗死, 左室射血分数仅40%, 回旋支发出第一钝缘支后完全闭塞。随后做了PCI 术, 患者病情得到很好的控制和恢复。随后其变低, 甚至消失, 但在当时除心电图有缺血性J 波的表现外, 直到图10C 才出现了典型的正后壁和下壁心梗的心电图表现。从本例讨论可知, 缺血性J 波可以在急性心肌梗死时单独出现, 不伴有ST- T 的改变, 而且有可能是心梗早期的唯一心电图改变。图10 缺血性J 波相当局限, 只在Ⅰ和aVL 导联J 波明显, 这可能与闭塞发生在第一钝缘支发出后有关。因此, 缺血性J 波的诊断有时对急性心肌梗死的早期诊断也有重要价值。综上, 缺血性J 波的心电图改变可在多种临床情况出现, 包括急性冠脉综合征的急性心肌梗死、变异型心绞痛以及冠脉PCI 术中, 可以推断急性心肌梗死时, 心电图这一改变的发生率不会太低。临床资料表明, 缺血性J 波是心肌缺血的超急期心电图改变。同时, 动物实验的结果表明, 实验性心肌缺血也能引发缺血性J 波。
A 图是犬心肌缺血前的对照心电图。将犬开胸充分暴露心脏后, 应用滑线将冠脉的前降支近端( 第1对角支发出前) 结扎, 使冠脉前降支血流在近端中断进而制造急性心肌缺血的动物模型。B 图是冠脉前降支近端刚被结扎时记录的心电图, 箭头指示心电图新出现的J 波, 其位于QRS 波之后, 该J 波在各个胸导联均可见到。C 图的记录时间比B 图仅晚1min,两图相比, C 图中缺血性J 波虽然变小但仍然可见,而令人注目的是ST 段出现明显的抬高。图1 三份心电图的动态改变证实, 缺血性J 波这种心肌缺血时超急期的心电图改变, 其持续时间可以较短, 而ST段抬高可能紧随其来, 使不显著的缺血性J 波不被注意而被掩盖。在我们系列的整体动物实验中, 不论实验动物的大小( 犬或大鼠) , 均能诱发缺血性J 波, 其特点表现为:①发生率较高: 结扎冠脉后心电图连续记录的结果表明, 缺血性J 波的发生率高达50%;②受累的冠脉: 不论结扎右冠脉还是前降支都可引起心电图这种改变;③出现的导联: 缺血性J 波出现的导联相对广泛, 与心肌缺血区域的导联一致或范围更大;④发生和持续的时间: 结扎冠脉造成急性心肌缺血的同时或紧接其后就能出现缺血性J 波, 也有出现时间稍晚者。缺血性J 波可能持续很短时间就明显变窄、幅度变低甚至消失;⑤部分试验性缺血性J 波出现后很快实验动物就发生致命性室颤导致猝死。1995 年, 我国旅美科学家严干新在研究心肌中层M细胞电生理特征时, 开创性地制成带有灌流动脉的犬心室肌楔形组织块的电生理模型( 图2) 。
该模型中, 持续的组织灌注使心肌块在一定的时间内良好生存, 漂浮式玻璃微电极可同时记录心肌外膜、中层及内膜心肌细胞的动作电位, 还能记录心外膜不同部位心肌细胞的动作电位, 以及心室内膜与外膜之间的跨室壁心电图。借此模型, 可以全面、同步观察不同部位心肌细胞动作电位及相关的心电图QRS 波、J 波、ST 段的形成及变化, 为研究体表心电图的细胞电生理机制提供了全新手段。在离体的、有动脉血供的犬心室肌楔形组织块上, 制成区域性心肌缺血的模型十分容易, 缺血发生后, 在不同的时间, 能记录到不同层次、不同部位心肌细胞的动作电位和跨室壁的同步心电图。
①实验性心肌缺血发生后, 在透壁性心肌缺血组, 全部犬Ito 电流介导的心外膜心肌细胞动作电位2 相的穹顶丢失( 图3A) ;②约50%的动物( 7/15) 缺血发生3～9min 时诱发了室颤, 并伴显著的ST 段抬高;③缺血严重部位心肌细胞( 出现R on T 室早的部位) 动作电位的1相幅度和Ito 电流的密度显著升高;④犬的急性区域性心肌缺血: 在缺血区Ito 电流增强, 其介导的穹顶丢失形成缺血部位跨室壁的心内膜、心外膜动作电位的显著不同;⑤心外膜不同部位的动作电位时程存在明显的差别( 图3B) , 造成心外膜的不同部位存在2 相电位差, 这是发生2 相折返及室颤的基质。心肌缺血可引起超急期缺血性J 波的出现, 其与心外膜心肌细胞Ito 电流的增强和动作电位1 相切迹的增大相平行, 这是跨室壁复极电位差增大的结果, 同时心外膜不同部位之间也存在电位差。总之, 整体动物和离体心肌的实验都证实, 急性心肌缺血可引起缺血性J 波。心电图QRS 波与ST 段的连接点称为J 点( Jointpoint) , J 点从基线向上偏移的幅度≥0.1mV, 时限≥20ms 时, 可形成QRS 波后的J 波。早在1920 年,Krars 就报告了高钙血症时的J 波。包括: “心室提前出现的复极波假说”、“部分心室肌缓慢除极假说”、“植物神经调节异常假说”等, 这些假说都没有心肌细胞的电生理证据, 因而未能得到公认。直到20 世纪80 年代后期, Litovsky 与Antzelevitch在研究犬心室跨壁电生理特性时, 发现右室心外膜心肌细胞的动作电位与左室、右室心内膜心肌细胞的动作电位明显不同, 其在动作电位1 相和2相之初有一显著的切迹, 而其他部位心肌细胞动作电位的这一切迹很小或几乎没有。Litovsky 与Antzelevitch 根据心电图产生的生物物理学原理, 认为任何心电图的电位变化都是心脏内存在与之相对应的电位梯度变化在体表的表现。正常时心室肌的除极从心内膜传到心外膜, 而右室心外膜心肌细胞动作电位的1 相切迹时间与心电图的J 波相对应,进而推测心室肌外膜与内膜细胞的跨室壁1 相复极的电位差形成了体表心电图的J 波( 图4) 。
这一工作首次将体表心电图的J 波与心肌细胞的电生理联系起来, 但这一推论缺乏离子和细胞学的直接证据。此后, 作为Antzelevitch 的学生, 严干新在一系列开创性的研究中逐步证实心电图J 波的细胞学及分子学发生机制。1. J 波与心外膜心肌细胞动作电位的1 相切迹直接对应一次偶然的机会, 严干新意外地发现了产生J波的细胞学的直接证据。他在犬心室肌楔形组织块模型上先刺激心内膜心肌, 使心外膜心肌细胞的除极与复极晚于心内膜, 此时在跨室壁的心电图能记录到J 波, J 波与心外膜心肌细胞动作电位的1 相切迹相对应( 图5A) 。随后, 再刺激心外膜心肌使之先除极, 此时心外膜细胞动作电位的1 相切迹则融合湮没在心内膜细胞的除极波之中, 同时心电图J 波也消失了( 图5B) 。这个意外发现说明, 体表心电图的J 波与心外膜细胞动作电位的1 相切迹相关。
2. 心外膜心肌细胞动作电位的1 相切迹与Ito电流相关Ito 电流又称瞬时外向钾电流( transient outwardpotassium current, Ito) , 是一种重要的钾电流, 分子结构尚不清楚。Ito 电流在去极化的条件下被激活, 并有失活过程, 常在电压- 60mV 时激活, 并随除极时去极化电位的增大而增强, 激活后形成钾外向电流, 其对动作电位1 相的形成起到重要作用( 图6) 。
Ito 电流明显增强时, 意味着将有较多的K+带正电荷流向细胞外, 使动作电位在1 相时下降明显, 形成1 相及2相起始部的向下切迹( 位于2 相平台期之前) 。业已证明, 正常时心外膜心肌细胞的Ito 电流较强, 并形成较深的1 相切迹, 而且右室心外膜心肌细胞的Ito电流更强。应当注意, 这一差异在男性比女性更显著, 使男性的Ito 电流较强。此外, Ito 电流通道作为一种类型的钾通道, 自然也存在其阻断剂, 如临床常用的抗心律失常药物奎尼丁就是其非选择性阻断剂。为证实动作电位1 相切迹与Ito 电流的关系, 严干新进行了另一项研究。在已制备的犬右室肌楔形组织块中, 应用浓度5mmol/L 的Ito 通道阻滞剂4AP 灌注10min 后出现: ①心外膜心肌细胞动作电位的1 相切迹明显降低, 甚至消失; ②心电图原有的J 波幅度同步变低, 甚至消失( 图7B) 。这一实验结果直接证实1 相切迹形成的离子机制是Ito 电流, 证实心电图J 波形成的离子基础为Ito 电流。
实验证明, J 波变化的特征与Ito 电流的变化特征一致。(1) 低温性J 波: 早在1938 年, Tomashewski 报告了低温患者心电图出现J 波。实验证明, 将犬心室肌楔形组织块灌流液的温度由正常36℃降至29℃时, 心外膜心肌细胞动作电位的1 相切迹更加突出, 同时心电图的J 波明显增高、增宽( 图8B) , 随后将灌注液温度升至34℃时, 1 相切迹和J 波又恢复原来形态( 图8C) 。
细胞电生理的研究表明, 组织温度降低时, Ito 电流、INa 电流和ICa 电流都将减弱, 但相比之下, Ito 电流减弱较轻, 这使低温引起的最终净效应是Ito 电流相对增强。此外, Ito 电流本身激活较慢, 最终引起“切迹”增大、增宽, J 波随之增高、加宽, 而变得更为明显。( 2) J 波的慢频率依赖性: 临床医师十分熟悉早复极综合征患者心电图J 波与心率间的关系, 即频率增快时, J 波变小, 反之, J 波变大。J 波的这种慢频率依赖性与Ito 电流强弱的慢频率依赖性完全平行( 图9) 。
在犬右室肌楔形组织块的模型中证实, 除极从心内膜开始时J 波幅度低、时限短, 这是因心外膜心肌细胞动作电位的1 相切迹融合在心内膜心肌细胞除极波中的结果( 图10A) 。如果将心内膜心肌切除后再做同样记录, 原来被融合的切迹得到充分显露,并使整个跨室壁激动传导的时间缩短, 使心电图的J波增高、增宽而变得明显。
总之, 通过系列卓有成效的基础研究, J 波的发生机制最终得到确认, 即J 波形成的分子学机制是Ito 电流增强的结果。其细胞学电生理机制是各种因素( 生理及病理性) 使跨室壁的电压梯度、复极的异质性及离散度加大而最终形成J 波。对上述J 波的发生机制部分学者仍有不同意见, 甚至持反对观点。Martini 指出: Brugada 综合征患者的心电图都有明确而显著的J 波, 如果该J 波确实与Ito 电流相关, 那么为什么已发现的Brugada 综合征多个致病基因中没有1 个与Ito 通道相关的基因突变。Martini 的疑问容易解释。单细胞动作电位是单个心肌细胞的电激动图, 参与这一活动的离子流主要有两类: 一类是INa 及ICa 内向电流, 另一类是Ito 等钾外向电流。除极时, 带阳离子的INa 和ICa 大量进入细胞内, 形成0 相的除极及超射, 随后的复极过程主要是不同种类的K+外流, 使动作电位1~4 相的电压逐渐下降( 图11A) 。
应当指出, 这只是动作电位离子流的总趋势, 实际情况更趋复杂。例如动作电位的2相平台期就是该时段带正电荷的INa 和ICa 进入细胞内的速度和数量与此时带正电荷的IK 外流的速度与数量相对平衡, 使细胞内的总电荷和电压基本保持不变而形成2 相平台期。2 相平台期高出的穹顶则是该时INa 和ICa 进入细胞内的数量相对超出而形成。因此, 这一时段的外向电流的增加或内向电流的减少都能使心外膜心肌细胞动作电位2 相的穹顶降低或消失, 甚至整个平台期发生改变和消失。换言之, INa和ICa 内流的减少, 可造成Ito 电流的相对增强。因此, Ito 电流的增强存在绝对和相对增强两种情况( 图11B) 。Brugada 综合征的J 波形成是INa 减少, Ito 电流相对增强的结果。生理状态下, 心室肌不同部位的Ito 电流就不一致, 表现在右室心肌的Ito 电流比左室明显, 右室心外膜心肌细胞的Ito 电流明显比心内膜的Ito 电流强。因此, 正常心脏就存在一定程度的跨室壁复极电位差及离散度, 只是程度轻微而无关大局, 同时心外膜心肌细胞动作电位的1 相切迹浅而窄, 最终隐匿在QRS 波之中而不显露。在某些生理因素, 如体温、心率、运动、饮酒、药物、植物神经调节功能的变化, 以及某些病理因素, 如心肌缺血、高钙血症、电解质紊乱等的作用下, 可使原来部分或全部隐匿于QRS 波中的J 波变高、变宽而最终显露。总之, 多种因素可使Ito 电流增强或使INa、ICa电流减弱导致Ito 电流的相对增强, 最终使J 波形成。缺血性J 波, 可在临床多种心肌缺血病征时出现, 并具有多种特点。可在心肌急性缺血发生的同时, 也可能稍有间隔后出现。除aVR 导联外, J 波在其他导联都为直立, 因心外膜与心内膜之间的跨室壁电位差的方向指向心外膜,指向位于心外膜的心电图记录电极, 因此J 波直立。缺血性J 波出现的导联与心肌缺血的部位基本一致, 有时出现导联的范围大于心肌缺血心电图改变的范围。与急性缺血时超急期T 波改变一样, 缺血性J波持续时间可以很短, 有时1min 内就有较大的变化, J 波振幅从高变低或变窄。由于持续时间较短, 常引起诊断的疏漏。但部分病例的缺血性J 波能持续存在几个小时, 甚至更长。在不同个体, 不同的临床病症, 缺血性J 波有多种类型的心电图表现。(1) 单独出现: 单纯缺血性J 波是指心肌缺血发生时, 心电图某些导联仅出现J 波, 这种情况容易识别与诊断, 尤其有前后心电图对照时更是如此( 图12A) 。( 2) 与ST 段抬高同时出现: 心肌缺血发生后, 缺血性J 波常和ST 段抬高先后出现, 伴发的ST 段抬高可呈多种形态, 使两者的组合也出现多种类型。当伴发的ST 段呈下斜型抬高时, 两者组合后就形成类似Brugada 波样的心电图改变, 此外, 还可能形成墓碑样改变等( 图12B) 。( 3) 与其他心电图改变同时出现: 缺血性J 波还能与T 波电交替同时出现, 由于这两种心电图改变均提示患者存在着心电不稳定, 因而发生恶性室性心律失常甚至猝死的几率大大增加。缺血性J 波可以单独出现( 图12A) , 也可能与ST 段抬高同时出现( 图12B) 。心电图这两种表现能够发生在同一患者不同次的心电图, 也能发生在患者同次心电图的不同导联中, 两者的发生机制有一定的差别( 图12C) 。( 1) 单纯性J 波: 单纯性J 波是心外膜心肌细胞动作电位1 相切迹形成, 并与Ito 电流的增强相关。即正常时心外膜心肌细胞的Ito 电流强于心内膜而形成两者间1 相的电位差。正常时该电位差很低, 而且心外膜心肌细胞除极在后, 使该1 相切迹隐匿在QRS 波群中而不显露。但在一定条件下, 例如心肌缺血, 右室心外膜心肌细胞对缺血比心内膜细胞更敏感, 产生了更强的Ito 电流, 电流密度的增大使动作电位的1 相切迹加深、加宽, 使振幅增高, 持续时间延长, 结果在QRS 波后显露出J 波。因此, J 波是在一定因素的作用下, 心室心外膜Ito 电流在1 相局限性增强的结果。( 2) ST 段抬高的细胞与离子学机制: 经典理论用“损伤电流”学说解释ST 段的抬高。该理论认为, 急性缺血时, 缺血心肌细胞存在着除极受阻及复极不全, 使复极时电位较高而未能完全极化( 极化状态呈内负外正) , 结果与非缺血部位心肌细胞的完全极化状态之间出现电位差, 缺血部位的电位高于非缺血部位, 而电流方向却规定为电子流动方向, 因此, 心肌缺血引起损伤电流的方向总是从正常心肌指向缺血心肌, 心肌发生透壁性缺血时, 记录电极位于心外膜而记录到ST 段的抬高( 图13A) 。这种经典的损伤电流学说缺乏细胞及离子学证据, 并难以解释其他情况时ST 段抬高的改变。
而严氏在犬心室肌楔形组织块的动物模型实验中揭示了ST 段抬高的离子机制。在心室肌楔形组织块模型制备后, 应用浓度3mmol/L 的钾通道开放剂pinacidil 液进行心肌灌注。灌注后, 心外膜心肌细胞动作电位1 相切迹加大, 使心电图J 波变得明显, 灌注液的作用进一步扩大时, 部分心肌细胞动作电位2相的穹顶及平台期消失, 动作电位时程迅速缩短,体表心电图同时出现ST 段的抬高( 图13B) 。上述实验结果表明, “钾通道开放剂”有利于心肌细胞膜钾离子通道的开放, 使Ito 电流增加, 使J波更明显。此后, pinacidil 液的作用使Ito 电流或其他钾离子外向电流增大, 这一影响使动作电位时程迅速缩短, 使2 相时心外膜与心内膜出现持续时间长,程度较大的电位差, 其方向指向位于心外膜的记录电极而表现为ST 段的抬高( 图14) 。
该实验结果证实缺血性J 波及ST 段抬高均和Ito 电流的增强有关,也证实单纯性J 波与伴ST 段抬高的差别在于外向钾电流( Ito) 增强的幅度及持续的时间不同, 仅仅影响1相时则出现单纯的缺血性J 波, 影响的时间持续到整个2 相时, 则缺血性J 波与缺血性ST 段的抬高将同时出现。这一实验首次证实ST 段抬高的细胞和分子学机制。应当指出, 动作电位2 相的穹顶及平台期的形成是该时段Ca2+和Na+的缓慢内流与K+的外流处于相对平衡而形成。如果Ca2+或Na+的内流增加, 可使穹顶更加突出。当Ito 电流明显增强, 持续时间较长或同时伴Ca2+或Na+内流变弱时, 将使动作电位的时程迅速缩短, 穹顶和2 相平台期消失, 形成缺血性ST段的抬高。( 3) 同一份心电图中, 有的导联仅出现缺血性J波, 有的导联则出现缺血性J 波伴ST 段抬高, 这种情况发生的原因是同一因素对不同部位心肌细胞作用的程度及持续时间不同而引起心电图的不同改变。单纯缺血性J 波的心电图诊断容易、简单, 要点如下。缺血性J 波是严重缺血引起心肌Ito 电流增强的结果, 如果没有心肌急性缺血的病史, 缺血性J 波的发生与诊断无从谈起。但需注意, 临床可能发生无症状性心肌缺血, 这使缺血性J 波的诊断将遇困难。随着心肌缺血的发生、缓解与消失, 伴发的缺血性J 波可在多次、连续的心电图记录中发生动态变化, 或者从无到有、从低到高、或者振幅从高到低、从有到无。应当强调, 缺血性J 波与ST 段抬高常相继出现, 而ST 段的抬高有多种形态, 这使两者组合后的图形也呈现多形性, 给诊断带来一定的困难。因此,伴发心肌缺血症状而又出现心电图类Brugada 波时,应当及时做出缺血性J 波的诊断。诊断有疑问时需做系列心电图进行比较, 以及同一份心电图中不同导联的比较, 因ST 段的抬高并非在每个导联都存在, 不同导联ST 段抬高的程度也不同, 在ST 段抬高不明显的导联, 识别缺血性J 波相对容易。因缺血性J 波和缺血性室内阻滞都由心肌缺血引发, 出现的部位都在QRS 波的终末部, 因而需要鉴别, 两者最重要的鉴别是对快速心率的反应。缺血性室内阻滞是心肌缺血引起心脏的希浦系传导功能下降的结果, 其特点是随基础心率的增加,传导功能障碍趋向严重。当通过药物、运动及心房调搏等方法使心率加快时, 缺血性室内阻滞的改变将加重或不变。缺血性J 波对基础心率增快的反应与上相反,即J 波随之变小, 而心率减慢时缺血性J 波随之增大, 这一特征称为缺血性J 波的慢频率依赖性( 图9、图15) 。
一般情况下, 心率的增快使心外膜心肌细胞动作电位依赖于Ito 电流的1 相切迹变小, 这是外向Ito电流失活后恢复较慢而未能充分恢复的结果, 使对应的J 波振幅降低。该过程中, 跨室壁记录的J 波幅度与心外膜细胞动作电位1 相切迹的深浅变化平行。心率减慢时, 依赖于Ito 电流的1 相切迹变大, J波幅度随之升高, 这与缺血性室内阻滞的心电图改变完全不同。缺血性J 波不仅是心肌缺血的超急期心电图改变, 而且是猝死预警的心电图新指标。缺血性J 波是因心外膜心肌细胞对缺血更敏感, 使其动作电位1 相的切迹加深加宽而引起, 也可能与INa 和ICa 的减少有关。因此, 缺血性J 波的出现提示心肌外膜与内膜1 相及2 相初期存在明显的复极电位差, 复极的这种离散度是心脏电活动处于不稳定的标志, 容易发生致命性室性心律失常。因此,缺血性J 波是猝死高危的心电图预警指标。2. 缺血性J 波伴ST 段抬高是猝死更高危的预警指标当心肌缺血引起Ito 电流的增强不仅影响到1相电位, 同时持续贯穿整个2 相时, 则能出现缺血性ST 段抬高, 动物实验及临床资料都证实了这种情况。美国的资料表明, 每年100 万急性心梗的患者中, 20%～25%的患者死于缺血早期的室颤。动物实验表明, 急性ST 段抬高型心肌缺血发生2～10min 时,室颤常发生在心外膜心肌缺血区的边缘, 触发室颤的室早联律间期短, 伴R on T 现象, 室早本身也常伴有ST 段的抬高。而在非缺血性ST 段抬高时, 也有相似的情况发生, 即R on T 的室早可诱发室颤。但这些观察都缺乏细胞学机制的证实。(1) 非缺血的自身对照组: 右室心外膜心肌细胞存在动作电位2 相的穹顶, 1 相的振幅27.8±1.0mV) , 与其他部位心肌细胞无显著差异。①缺血6min 后全部犬的心外膜心肌细胞动作电位的穹顶消失;③在15 个心肌组织块中, 缺血发生3～9min 内, 7 块诱发了室颤;④缺血区心外膜动作电位穹顶丢失的部位与非缺血区心外膜细胞2 相穹顶未丢失的区域之间存在明显的电位差, 存在着R on T的室早( 图16) 。
动物实验的结果与临床观察结果完全符合。二者均证实:① Ito 电流的显著增加, 不仅能使心外膜心肌细胞动作电位的1 相切迹增大, 还能使2 相的穹顶和平台期消失, 使动作电位时程缩短40%～70%;② 穹顶和平台期的消失在心电图表现为ST 段的抬高, 后者是室颤发生与维持的基质;③ 横跨心肌缺血区的不同部位的心肌细胞存在2 相穹顶正常与消失共存的情况, 可形成心外膜不同部位之间的电位差,结果电激动能从心外膜某一部位传向另一部位, 进而容易发生2 相折返;④ 2 相折返能表现为联律间期很短的R on T 室早, 也可形成室颤。总之, 急性缺血引起的心室外膜心肌细胞Ito 电流的增强可产生两种心电图表现:② 2 相持续的跨室壁电位差表现为ST 段的抬高, 同时还能引起心外膜不同部位心肌细胞之间形成2 相折返, 心电图表现为R on T 室早, 并容易触发室颤。3. 缺血性J 波、ST 段抬高与T 波电交替三者共存是猝死最强的预警指标大量的资料证实, T 波电交替本身就是心脏性猝死敏感性很高的心电图指标, 对于微伏级及毫伏级的T 波电交替都一样。在心肌缺血的早期, 缺血性J波, ST 段抬高及T 波电交替三联心电图表现同时出现时, 属于室颤及猝死的最强预警指标( 图17) 。
因此, 缺血性J 波不论单独出现, 还是与其他心电图指标复合出现, 都可以是猝死的心电图预警指标。缺血性J 波是近年提出的一种心肌缺血超急期的心电图表现, 及时诊断和识别可使心肌严重缺血得到更早的诊断及干预, 其离子学机制是缺血引起心外膜Ito 电流增强的结果, 这种电位差必然形成不同部位心肌复极离散度的增大, 这种心电不稳定存在时, 容易引发室颤及猝死。因此, 提高缺血性J 波的认识水平有着重要的临床意义。
