Фибрилляция желудочков и желудочковые тахикардии

Новая теория и описание ФЖ были предложена Winfree[26,27]. Она предполагает существование трехмерных роторов электрической деятельности, которые становятся непостоянными. Ротор определен как волна возбуждения, развивающаяся вокруг дефекта. Скорость роторов вносит вклад в появление характерных признаков ФЖ. Термин "ротор" введен, чтобы описать источник быстрой активации, который создает спиральную волну в 2 измерениях и завивающуюся волну видную в 3 измерениях. Хотя спираль или завивающаяся волна имеют большой фронт импульса вращения, фактический источник активации - ротор в центре.

Рисунок 3. Спиральная волна и разрыв (по Noble, 1962) на модели миокарда

(t: a = 1720 ms, b=1880 ms, c= 2920 ms, d = 3080 ms) [23] )[цит.  по А.Панфилов].

Чтобы спиральной волне вести себя как  высокочастотному источнику, он должен остаться в одном месте и иметь  длинную продолжительность жизни. Ротор относительно устойчив в тонких тканях, но обычно имеет короткую локальную продолжительность жизни в нормальных желудочках у собак. В попытке обнаруживать устойчивые роторы у больших животных, Rogers и др выполнил трансмуральный меппинг, используя электроды погружения в левом желудочке. Найден только спорадический и коротко живущий интрамуральный реентри, хотя более устойчивый (больше чем несколько секунд) был выявлен на эпикарде у 3 из 6 животных. Отсутствие устойчивых внутренних роторов у крупных животных, кажется, противоречит гипотезе, что относительно устойчивый периодический источник лежит в основе механизма ФЖ.

По  данным Winfree, "несколько скрепленных роторов все вместе напомнил бы ФЖ в ЭКГ с поверхности тела и эпикардиальных электродов”. Скорость перемещения роторов вносит вклад в появление характерных признаков ФЖ [20,21]. Было показано, что когда нормальный миокард активизирован отдельным локальным ротором – на ЭКГ это представляется как мономорфная тахикардия. В связи с чем предположено, что если есть перемещение ротора - тогда ЭКГ приобретает вид полиморфной тахикардии, который напоминает “витые шнурки - пуанты”. Если это перемещение быстрее или медленнее перемещения ротора в другой локализации, тогда ЭКГ приобретает вид ФЖ. Однако Grey и сотрудники представили свидетельство, что единственный быстро двигающийся ротор вызывает изменения на ЭКГ идентичные ФЖ. Хотя не все эпизоды ФЖ происходили только при одном роторе, они предположили, что толщина многих роторов критична для развития ФЖ.

Реентри происходит, когда электрическая  волна в желудочках формирует  ротор (также названный “волной-свитка”  или функциональным реентри). Если направленные наружу от ротора волны развивают  дополнительное нарушение фронта волны (который может формировать новые роторы) развивается ФЖ. Гетерогенность тканей, усиленную электрическим и структурным ремоделированием, традиционно рассматривают как главный фактор преобразования в ФЖ.

Панфилов моделировал “электрическую турбулентность” в 3-х мерном виде. Их гипотеза – “волна-свиток” в 3-х мерном виде имеет более сложные движущие силы из-за перемещений [15,28]. Карты активации показали, что стадии ФЖ зависят от организации фронтов импульса вокруг небольшого количества областей нарушений с короткой продолжительностью жизни и формой в результате взаимодействий фронтов импульса с препятствиями в их путях перемещения. Анализ ФЖ выявил наличие сильного периодического компонента 500 ударов в минуту. “Маточный круг” по которому циркулирует возбуждение и определяет ритм всей массы миокарда

Компьютерное моделирование, выполненное в полностью гомогенных моделях ткани, показало, что все же выраженная дисперсия рефрактерности заканчивается просто от динамической неустойчивости роторов. В этом случае волны реентри постоянно создаются и исчезают в нерегулярном или хаотическом ритме, заканчивающемся нерегулярной низкоамплитудной ФЖ.

Недавно, однако, динамические клеточные  факторы были также признаны в  качестве ключевых: характеристики потенциала действия и цикл Cai, которые в динамике генерируют неустойчивость волны и ее нарушение даже в ткани, которая является первоначально полностью гомогенной. Вопрос "Какова причина ФЖ?" может быть сформулирован более точно - "Какова причина нарушения фронта активации?" или еще более определенно - "Как существующая ранее и вызванная в динамике гетерогенность взаимодействуют, чтобы вызвать ФЖ?" [29, 35].

Спиральный разрыв и гипотеза реституции [29,30,31,32]. Гипотеза реституции предполагает, что характеристика крутизны наклона восстановления (“restitutionslope“) APD определяется отношениемAPD/ DI- первичным динамическим фактором, значения которого определяют возможность разрыва волны возбуждения (рис.4). При компьютерном моделировани [33, 34] установлено, что восстановление APD – является критическим параметром, который управляет стабильностью ротора, а его дисперсия – значительную роль в аритмогенезе. Метод определения восстановления APD заключается в использовании стандартного протокола S1S2 стимуляции с прогрессивным изменением интервала S2 на модели APD Luo-Rudy. При проведении стимуляции (см. рис 5.2) когда кривая восстановления амплитуды APD является пологой (restitutionslope < 1) – вызванный ротор устойчив и остается неповрежденным, напоминая ЖТ. Если кривая восстановления крутая (restitutionsloupe > 1), то вызванный ротор непостоянен и разбивается спонтанно и многократно в маленькие волны реентри, напоминая ФЖ

А В

Рисунок 4. А) Механизм возникновения  и принцип анализа характеристики крутизны кривой наклона восстановления APD (‘restitutionslope” – отношение APD/DI). Представлена пространственная и временная дисперсия APD. (адаптировано с WeissJN, 2005) Схема кривой восстановления амплитуды потенциала действия. Правая кривая с пологой кривой “reducedslope” – эффект вагусной стимуляции, первая слева – эффект симпатической стимуляции.

Две формы ФЖ. Недавно Chen et al. [30,33], преложено выделение двух различных типов ФЖ, которые демонстрировались в изолированных перфузируемых сердцах кролика, и механизм которых связан с электрическими свойствами восстановления (реституции). Изучалась динамическая зависимость APD и CV (скорость проведения) на предыдущем диастолическом интервале. Тип I ФЖ (быстрый) ассоциировался с крутой характеристикой восстановления APD, пологой восстановления CV и множественными блуждающими небольшими волнами. Тип II ФЖ (медленный), связан с пологим восстановлением APD, быстрым восстановлением CV, уменьшением возбудимости и пространственно-временной периодичностью в картах возбуждения. Поэтому, сглаженная реституция APD может и подавить способность ранней экстрасистолы начать 1-ю стадию ФЖ, и препятствовать трансформации стадии I ФЖ в стадию II ФЖ.

5.1 5.2

Рисунок 5.1. Кривая восстановления АPD и стабильность ротора. A) Укорочение APD и его альтернация при уменьшении длительности цикла (PCL) (компьютерная моделирование). В) кривая восстановления APD с отношением >1 (slope >1 – сплошная линия) и <1 – пунктирная линия (50% эффект снижения ICa ). С и D – спиральные волны после нескольких секунд запуска ротора в гомогенной 2-х мерной ткани при крутой (C) или пологой (D) “APD restitutionslope” (адаптировано с Wuetal,35 ) 5.2. A. S1S2 стимуляция для измерения кривой восстановления APD по данным изменения диастолического интервала и APD в модели Luo-Rudy34 B, С кривые APD и CV построенные относительно DI и эффект снижения (ICa) на 50%. D, Разрыв спиральных волн (белое - depolarized, черная - repolarized). C. E, стабильная спиральная волна, когда кривая восстановления APD плоская при снижении ICa.

Разрыв фронта происходит, когда  альтернация скорости проведения достигает критической величины. Альтернация поэтому играет причинную роль в разрыве и является надежным предшественником ФЖ, составляя основу полученных экспериментальных и клинических корреляции между альтернацией и вероятностью желудочковых аритмий. Возможно, что медикаменты или другие вмешательства, которые благоприятно изменяют CV и восстановление ERP (или APD), могут быть использованы чтобы подавить пространственно-временные колебания, вызывающие разрыв фронта активации и быть эффективны в предотвращении ФЖ и внезапной сердечной смерти.

Пространственная дискордантная  альтернация и эффекты восстановления CV. При распространении волны  в сердечной ткани, имеются варианты динамики, среди которых пространственная дискордантная альтернация APD, которая  является наиболее хорошо изученной сначала в экспериментах [22,23] и затем объяснена с теоретических позиций. [36,37,38] (рис. 6) Фигура 6A, B показывает результаты оптической картографии согласующейся с дискордантной альтернацией APD (эксперимент на свиньях).

При увеличении частоты стимуляции, APD сначала чередуется в том же самом длинном-коротком-длинном-коротком интервале и альтернация является пространственно согласованной (конкордантной). При более быстрой стимуляции, APD начинает альтернировать в противофазе - в одном регионе паттерн длинный-короткий-длинный-короткий, в то время как смежная ткань чередуется в коротком-длинном-коротком-длинном, что является пространственно конкордантным. То же самое явление демонстрировалось в компьютерных моделированиях (рис. 6C). Приблизительно сходная динамика получена для CV. Сходная реституция APD и СV описывает функциональные отношения между CV, удлиняющего потенциал действия, и предыдущим DI (рис. 6D). Когда нет восстановления CV, происходит пространственно конкордантная (согласующаяся) альтернация. Когда наблюдается восстановление CV с изменением фронта импульса, альтернация APD становится пространственно дискордантной. Реституция CV, главным образом, определена восстановлением кинетики Na каналов.

Таким образом, пространственная конкордантная альтернация обычно происходит на низкой частоте, когда реституция CV является пологой, но становится дискордантной при более быстрой стимуляции, когда ее восстановление нарушено (см. рис. 6C, D). Важно то, что, когда альтернация является конкордантной, альтернирует только зубец T на ЭКГ, но когда альтернация является пространственно дискордантной, происходит альтернация и T-волны и QRS комплекса (рис. 6E). [39,40] Таким образом, QRS является отражением проводимости фронта импульса, альтернация QRS указывает на вовлечение восстановления CV в пространственно дискордантную альтернацию. Второй механизм, производящий пространственно дискордантную альтарнацию независимо от восстановления CV, является эктопическое сокращение, которое смещает градиент в DI. В этом случае, пространственная дискордантная альтернация является транзиторной.

Рисунок 6. Пространственная дискордантная  альтернация и эффекты восстановления CV (см текст)

(адаптировано с Cao JM, 1999; Qu Z,2006)

.

Проведенный анализ [37] пространственно-временной  гетерогенности при индукции ФЖ быстрой  стимуляцией показал, что пространственно-временная альтернация определяется свойствами миокарда к восстановлению. Восстановление скорости проведения (CV) и эффективного рефрактерного проведения (ERP) играют ключевые роли. Во-вторых, присутствие начальной разнородности существенно в индукции начального нарушения волны при быстрой стимуляции. Действительно, взаимодействие разнородности ткани и свойств реституции миокарда является критическим для индукции ФЖ при быстрой стимуляции. В-третьих, присутствие пространственно-временной альтернации облегчает индукцию начала нарушений волны активации наличием гетерогенности.

В течение индукции ФЖ быстрой стимуляцией  свойства СV и эффективного рефрактерного  периода (или APD) лежат в основе функциональной дисперсии рефрактерности, которая ведет к разрывам фронта и ФЖ. Восстановление скорости проведения обуславливает пространственный способ колебаний в длительности цикла и диастолического интервала, который через эффективный рефрактерный период (или APD) временно переводит пространственные различия в рефрактерные. Если наклон реституции APD крутой, его взаимодействие со скоростью проведения ведет к большим пространственным градиентам рефрактерности в течение последовательных сокращений и ФЖ.

В моделируемой 2-х мерной ткани  миокарда, существующая исходно разнородность необходима для начала разрыва фронта активации, но это не важно для поддержания ФЖ, как только происходит разрыв. В течение быстрой стимуляции, различия в длительности цикла, и следовательно DI и APD, чередуются и в месте и во времени (рис 7).

С D

Рисунок 7. Электрическое восстановление и стабильность спиральной волны при моделировании в гомогенной двухмерной ткани. А – кривая восстановления (restitution) АРD пологая (flat), индуцируемые реентри (спиральные волны) стабильны и соответствует мономорфной тахикардии. В – кривая восстановления APD крутая (steep). Индуцируемые реентри нестабильны, спонтанно разрушаются в множественные мелкие волны (соответствует ФЖ) (адаптировано с 41,37 ), C и D – схема построения и анализа кривой восстановления APD.

Была тестирована гипотеза, что 2 типа ФЖ, являющиеся результатом различных  механизмов, могут сосуществовать в  том же самом сердце при различных  условиях [41,42,43,44,45]. Использована оптическая картография для изучения активации ФЖ в исходе и в течение инфузии methoxyverapamil(D600). В дополнительных экспериментах проверили эффекты низкой концентрации D600 плюс блокатор натриевых каналов tetrodotoxin (TTX). В исходе доминирующая частота ФЖ была приблизительно 18 Гц. D600 сглаживал кривую восстановления APD и преобразовал исходный быстрый (I-й тип) ФЖ в ЖТ при концентрации 0.5 mg/L. Однако, последующее увеличение D600 концентрации до 2.5 или 5.0 mg/L конвертировало ЖТ в медленный (II тип) ФЖ со средней доминирующей частотой приблизительно 11 Гц. Поскольку высокие концентрации D600 блокируют Na каналы так же, как Ca каналы, выдвинуто предположение, что уменьшенная возбудимость, может лежать в основе типа II ФЖ.Чтобы проверять последнюю гипотезу, использовали TTX в течение ЖТ, вызванной низкой концентрацией D600. TTX также преобразовал ЖТ во II тип ФЖ. Оптические карты показали, что разрыв фронта активации произошел в течение обоих типов ФЖ. Однако, в отличие от типа I ФЖ с крутым наклоном реституции APD, в течение типа II ФЖ наклон реституции APD были пологим. Поэтому, вероятно, что II тип ФЖ был результатом фактора, связанного с уменьшенной возбудимостью (рис 8).