通过改变前负荷对除颤有效性的机械调整

通过改变前负荷对除颤有效性的机械调整Harish DoppalapudiRaymond E.Ideker通过心脏压缩或扩张或通过改变前负荷可以改变心脏大小和容量这样的变化可能通过改变电流的分布或改变心肌的电生理特性而可能影响除颤的有效性前一个机制涉及电击产生的电场改变而心肌的电生理特性没有变化，这可以被称为外部机械-电反馈，而后一个机制涉及传统概念上的机械-电反馈可以称为内在性的本文回顾了动物和人类研究证据，然后讨论心脏容量变化对除颤有效性的影响的可能基础机制最后，讨论了此现象的一些临床意义证据动物研究通过压缩心脏或减轻心脏的前负荷使心室的大小和容量减少已经被显示能改善除颤的有效性及其同事演示了在心室颤动的猪中在外部压缩心脏的过程中发放电击使除颤Idriss的有效剂量（）降低，电压电流能量除颤剂量-反应曲线向左迁50%EDso37%,49%,63%,移（图）在这个研究中，通过直接机械心室刺激达到心脏压缩的目的，除颤是通过左1室心尖部电极片和上腔静脉（）内导管电极发放双相波形电击在另一项研究中，SVC Strobel及其同事在猪的下腔静脉内的使球囊导管充气以降低心脏的前负荷尽管降低的前负荷使除颤所需的明显降低，电压下降电流下降能量下降这种降低小于前面ED506%,12%,13%,的研究除颤采用的是双相波形电击，但与第一个研究相反，电击在右室心内导线与上腔静脉导管之间发放的图除颤电击力量与成功的可能性1（）锋端电压（）（）锋端电流（）（）总能量（）对于单个动物而言在每一幅图中，A LEV,B LEIC TE实线曲线代表正常心脏状态，虚线曲线代表压缩的心脏状态每种心脏状态，都显示有原始数据点（方形代表压缩，三角形代表正常）每个电击参数的正常心脏状态的数据位于压缩状态的右侧这提示在心脏压缩状态下发放的电击改善了除颤的有效性（修改自Idriss SF,Anstadt MP,Anstadt GL,et al:The effectof cardiaccompression ondefibrillation图连续脉冲和的平均除颤阈值能量以及对照组和起搏动物的总能量512注意对于起搏诱导的心肌病动物的心脏除颤所需要最小的能量，比对照动物高出四倍（修改自Lucy SD,Jones DL,Klein GJ:Pronounced increasein defibrillationthreshold associatedwith）pacing-induced cardiomyopathyin thedog.Am HeartJ127:366-376,1994延长心室颤动容量的作用可能解释为什么除颤能量需要也许随着期间的时间而增加在期间VF VF血液在静脉循环蓄积，因此大约分钟内右心变得逐渐扩张而左心逐渐空虚一些研究VF3报道除颤能量需要随着在期间的时间而增加，而其他研究不变有趣的是，那些VF DFT显示不随着时间而变化的研究使用的是皮肤下或心外膜补片上结合一个心内的电极DFT在先前的研究中，在的增加也许归因于电流从心内电极通过腔的血池增加而分流DFT RV增加所以，使用心内的电极时使的期间减到最小是重要的VF在复苏过程中电击的时间压缩在除颤效力的有利作用提示在闭合或开胸心脏按摩期间，如果电击被计时释放在峰值压缩时也许改善除颤效力然而，这可能是体外除颤不是像它以体内除颤一样重要的体内除颤使用较小的电流力量而且主要受心肌状态的影响相反，体外除颤涉及更加巨大的电流并且受心脏外和心脏因素影响当涉及较小的电击能量时（和体内除颤一样），伴随压缩的相对小的改变倾向于是重要的，但在较高电击能量状况（与体外除颤一样）ED50他们就是微不足道的总结心脏容量变化通过改变电流分布（外在机械-电反馈）或通过改变心肌的电生理特性（内在机械-电反馈）或者两者兼有而影响除颤效力的心脏压缩和前负荷的减少使降低，DFT而心脏病扩张和前负荷的增加使增加虽然心力衰竭患者比正常水平有更大的基线心DFT室容量，倾向于增加基础线是难以预言的，因为在中的肥大、室壁变薄和其DFT,DFT HF他慢性改变也影响导致在心室容量增加的临床情况，例如在心力衰竭和长时间的DFT VF0患者中急性血流动力学的代偿时倾向于增加DFTo（王立群郭继鸿译）efficacy andthe upperlimit ofvulnerability.J CardiovascElectrophysiol6:368-378,1995其它的研究显示除颤阈值（）随着左室扩张和前负荷的增加而增加及在DFT OttReiter离体灌注的兔心脏的左室中用液体充满的胶乳球囊显示急性左室扩张使电Langendorff DFT压增加（这相当于能量增加大约）他们采用位于左室后部的片状电极和30%DFT70%金属主动脉环管之间的单相波形电击及其同事研究了在三种情况下的狗的一基Vigh DFT础状态、在用去甲肾上腺素滴注诱发左室功能不全（使左室射血分数＜）之后，以及

0.35最后在去甲肾上腺素诱发左室功能不全的情况下用生理盐水使容量超负荷（达到肺毛细血管楔压＞）在皮下电极片与静脉内右室心尖部导线发放双相波形的电击与基19mmHg础状态相比，在最后一种状态下即容量超负荷的左室功能不全状态下，能量增加明显超DFT过100%人类研究在例植入经静脉除颤导线系统的患者中，及其同事发现大于的患46Engelstein DFT25J者比小于或等于的患者左室容量明显较大（＞＜）及其同事DFT25J275ml,P

0.01Brooks研究了连续例需要可植入式心脏复律除颤器（）患者，其中例经历成功的非开101ICD72胸植入术，例由于高而需要开胸植入心外膜电极片胸片示心脏大小较小和超声心29DFT动图示舒张期左室大小较小是成功非开胸植入的预测因子同样地，在一项针对例经101受植入经静脉除颤系统的患者的研究中，及其同事报道线片的心脏大小和超声心动Raitt X图左室舒张末直径与之间存在明显的正相关关系（＜；以及『＜DFT r=

0.36,P

0.

00030.40,P）

0.0001o及其同事研究了例接受治疗的患者在这些患者中例适当（＜Kopp95ICD73DFT）成功的植入非外膜导线系统然而，与前面讨论的研究相反，未发现放射线片心脏的25J大小和超声心动图左室的大小是的预测因子及其同事观察了（）例患者在DFT Klein1心肺旁路（在这个过程中心室的容量较小）之前和之中没有差别及其同事DFT Haberman在例患者中观察到与左室容量之间没有关联关系8DFT机制为了理解如何前负荷改变能够影响除颤，必须理解除颤的基础机制为了除颤，电击不仅必须终止颤动波的波锋，也必须不能产生重新诱发颤动的新的波锋一个小的电击不能除颤是因为它不能终止所有心室颤动的激动波锋一个更强一点的电击，但仍低于不能除颤，因为实际上电极或电击诱发不应期延长和阻滞又诱发了折返一个更强DFT,而接近强度的电击可能不能除颤是因为至少诱发了从电击场较弱的中心产生了三条快DFT速激动的电击后环路为了除颤，电击必须足够强使任何电击后激动的异位环路太少或太慢不能诱发折返而产生室颤因此，启动因素和基质的概念，如同先前应用于理解心律失常的开始那样，也可应用于除颤，在三条或更多快速激动的局灶性电击后环路作为启动因素，而后来发生折返的心肌区域作为基质特定的电击对心脏的除颤能力依赖于电击在心肌内产生的电位梯度场看似要一致的除颤的电击必须产生经过整个心室的最小电位梯度电流分布的变化改变了电击产生的电位梯度场对于给定的产生的电位梯度场，心肌的电生理特性可能决定了是否在低梯度区内需要更大的最小电位梯度，因此影响除颤的有效性前负荷的变化可能在这两个水平影响除颤的有效性，一是通过改变电击所产生的电位梯度场，因为它改变了电流的分布；二是通过改变所需要的最小电位梯度场，因为它改变了心肌的电生理特性外部因素第一个水平的改变是在心肌内部产生的电位梯度场，由于心室容量或大小的改变，通过改变电流的分布而实现由于这个机制不涉及心肌电生理特性的直接变化，而被称为外部因素压缩心脏通过机械性使血液流出心室而减小了心室血池对于一个给定的电击强度,减小低阻抗的心室血池导致电击电流的更大部分经过高阻抗的心肌组织这转过来增加了心肌内的电位梯度支持这一观点的是在心脏压缩时除颤过程的阻抗增加，提示当心室内的血液由于心脏压缩而减少时，更少的电流分流到血液而更多的电流经过心肌然而，在Ott及的研究中急性左室扩张显示阻抗增加值得注意的是，尽管在这个研究中通过充Reiter气使左室扩张，在左室内绝缘的气囊对于电流来说呈现的阻抗超过自由流动的血液压缩还减少了心脏截面的面积心腔面积缩小，因此电击电极之间的距离缩小，同样从电极到心室最远部分的距离也缩小由于在心肌的任何部位的电位梯度场随着到电击电极的距离的增加而减小，远离电击电极的心肌区域的距离减小导致经过心肌的最小电位梯度增大压缩的这些作用导致电流分布更有效，结果改善了除颤的有效性心脏容量超负荷引起相反的作用，因而降低了除颤的有效性事实上，如图所示，一个计算机控制的除2颤电击刺激释放到一个心肌容量相同但心腔大小和直径增加的心室，刺激一个扩张的心室，演示了一个更大容量的心室暴露于一个较低的电位梯度V/cm内部半径内部半径

3.0cm5,0m图计算机刺激电击心脏扩张对电位梯度的作用2200V每个圆圈代表左室的截面除颤电极为弯曲的圆盘，位于心脏的顶部和底部，在和中表面积相A B同在和中心肌的容量相同心脏内部半径为；内部半径为中央部分代表A B A,

3.0cm B,

5.0cm血液充满的心腔心肌的传导率假定为血液的传导率为灰度水平代码描述

0.003S/cm,

0.0065S/cm的是合成的电位梯度低梯度区域（灰度较浅的阴影区）在扩张的心脏（）中相当大B（复制于Hillsley RE,Wharton JM,Cates AW,et al:Why dosome patientshave highdefibrillation）thresholds atdefibrillator implantationPacing ClinElectrophysiol17:222-239,1994实验还显示在压缩过程中除颤与没有压缩除颤相比能降低评估值在动物-动物之ED50间的变异这提示在动物之间存在几何学差别，既在室颤开始之前或又在之后，可能解释除颤所需能量在动物之间的变异由于静态心脏压缩在动物之间产生更相似的心脏几何形态，对于给定的除颤导联配置产生的梯度场在不同的动物之间变得更相似内在因素对于给定的电位梯度，机械改变能够通过改变心肌的电学特性而影响除颤的有效性这可能被称为内在性机械-电反馈反过来，电生理改变可以是直接的，或者经自主神经系统介导的（间接的）直接作用前负荷的增加牵张心室在离体组织完整动物心脏和患者中的不同研究已经显示心室肌肉的牵张会缩短动作电位时程（）和不应期，但增加不应性的离散度，减小传导速APD度，并可诱发除极0505050504332211前负荷改变可以被认为是静态，基础容量超负荷以及迅速的动态容量变化同样地牵张包括急性牵张（由迅速的动态容量变化所引起）和慢性牵张（逐渐的，静态容量超负荷）牵张诱发除极主要由急性牵张引起，并且可能由（非选择性）牵张-激活的离子通道所介导）这些和不应期的变化可能由急性牵张经过机械敏感的离子通道，以及慢性牵张可能通APD过钙通道下调所导致慢性牵张还会引起结构性重构包括间隙连接蛋白表达能够增加各向异性现象并引起传导缓慢由急性或慢性牵张引起的所有这些变化能够影响电击除颤的能力他们能影响电击后激动的开始或改变折返的基质对基质的作用一个成功的除颤电击可以划分为、两型，如果电击后最早的激动出现在电击之后A B以后为型，而出现时间短于或等于为型不成功的除颤电击具有与同一130ms A130ms B电击强度的型成功电击在电击后首个周期相同的电击后激动模式然而，在前者中电击B后激动的快速周期持续到经折返发生再次颤动，而在后者中，异位激动周期通常在健康的心脏中少于三个周期，在折返被诱发之前终止（图）因而，改变基质可能通过引起电3击失败增加因为一个或两个快速电击后周期在改变的基质中诱发折返，而在另一方面DFT,他们不会在健康的心脏中诱发折返，结果是反而型成功出现心室扩张（既有急性又有B慢性的）缩短了不应期并增加不应性的离散度慢性容量超负荷诱发结构变化而增加非一致性的各向异性并导致传导缓慢，因此有利于传导阻滞这两方面的作用可能有利于折返，而致使可能在正常基质中表现为型成功的电击失败B图在心室颤动过程中从右室心尖部和上腔静脉内电极（长黑色条）发放的成功的型电击（）与失败3B A的电击（）之后的不同反应成功的型电击在电击之后从电击场较弱的心室区域（星号）开始BA,B出现两个周期的激动并且传播到整个心室外膜（箭头）如（）和（）所示在两个周期之后，自发的i ii激动终止，留下心室电学静止如（）所示然后确立起有组织的复原节律失败的电击从电击场iii B,较弱的区域出现三个电击后激动灶，如（）（）和（）所示第个激动遭遇不应i,ii iii3期组织，所以出现传导阻滞（短黑色条）如（）所示，建立起折返，最终导致重新颤动（）因而局iii iv,灶性激动作为启始因子，出现传导阻滞的心肌作为在一个失败的电击后重新产生颤动的基质出现对启始的作用急性容量超负荷（急性牵张）增加了心肌的兴奋性并造成牵张诱发的除极心室容量的基线增加就增加了对急性牵张诱发除极的敏感性我们先前讨论过在附近强度的电DFT击失败是由于在电击场较弱的地方诱发了局灶性快速的激动电击后周期，我们能够有这样的概念容量超负荷增加了不启动局灶激动所需电击场的阈值，因此增加了除颤所需的电流强度间接作用前负荷的变化能够引起压力感受器介导的副交感和交感神经张力据报道自主神经张力的变化会影响心室的易损性和室颤阈值及基同事已经说明前负荷增加可以通过Lerman激动肾上腺素能受体降低心室的动作电位时程和不应性这可能通过从心肌之间的神经B末端释放儿茶酚胺而发生已被表明这些作用可以被阻滞剂以及儿茶酚胺耗尽所取消B在另一项研究中报道输注多巴酚丁胺可以缩短动作电位时程如前文所讨论的,动作电位时程和不应性的缩短可能增加及其同事已经显示肾上腺素能增加因此，前DFTo SousaDFTo负荷的增加可以通过激活交感神经系统而增加然而，其它研究显示肾上腺素能刺激DFT使降低或不变DFT易损性的上限/除颤阈值关联容量改变对除颤所需能量的作用有助于解释为什么易损性的上限不总是等于或大于易损性的上限假设是除颤状态，为了除颤一个电击必须不仅终止室颤的激动波锋,还DFTo必须不能通过同一能量的电击在起搏的易损期或窦性节律下启动室颤的同一机制重新启动室颤在易损期内一个期前电刺激诱发折返导致颤动，由刺激产生关键性的电位梯度值时，遭遇到心肌不应性的关键性程度易损性的上限的测试是通过在波过程中释放电击，此时电击场最可能经过在心室中T电击场最弱的部分处于关键性不应性程度相反，测试时电击在颤动过程中发放,与心DFT肌复极状态没有固定关联在颤动过程中给予强度轻微低于易损性的上限的除颤电击可能不会产生关键点，如果该组织，在这个区域电击场是最弱的，不处于它的易损期内；因此，电击可能导致成功除颤为此，易损性的上限应当总是大于或等于然而，数位研究DFT者不能阐明这个关系这个差异可能导致心脏几何学或血容量或两者兼有在易损性的上限测试中与在除颤测试中相比是不同的在室颤过程中测量的，此时心脏几何形态发生了变化，心室（特DFT别是右室）的容量比在易损性上限测定时大后者是在心室收缩期过程中的波期间进行T的在几何学和血液容量方面的这些差异可能改变电击诱发的心肌电场导致超过易损DFT性的上限在起搏节律中易损性上限测试过程中和在室颤中测试过程中维持固定的心DFT脏几何学和容量使得易损性上限始终如一地大于这被及其同事所阐明，他们DFT Malkin在易损性上限测试过程中采用快速起搏方案以模拟在室颤过程中出现的电学或机械事件，或两者兼有，而及其同事在起搏节律中测试易损性上限和在室颤过程中测试时Idriss DFT采用外部心脏压缩的方法保持心脏的几何学和容量不变（图）401412121010冷乂8XX X6789101112131467891011121314ULV JULV J图对正常（）和压缩（）的心脏状态下根据总能量定义的除颤阈值（）与易损性上限（）4A BDFT ULVX代表在单个动物中判定的平均和平均实心圆圈表明所有动物组合中平均和平均虚DFT ULV DFT ULV线代表统一的倾斜线，线上的数据点代表和是相等的在图中（正常心脏状态），倾向ULV DFTA ULV于低于（许多点和实心圆圈在统一斜线的上方，在图中（压缩的心脏状态）事实却相反，实DFT B心圆圈和数据点在统一斜线的下方修改自Idriss SF,Anstadt MP,Anstadt GL,et al:The effectof cardiaccompression ondefibrillation efficacyandthe upperlimit ofvulnerability.J CardiovascElectrophysiol6:368-378,1995临床含意心力衰竭心力衰竭（）是一个复杂病理生理情况，包括血液动力学的变动，形态改变和神经内HF分泌活化作用等几个不同的因素也许影响的前负荷变动可能解释在失代偿的患DFT HF者体内除颤设备的失败如前文所讨论的，心室容量与呈正相关心力衰竭的病人比DFT健康个体有更大的基线容量，并且倾向于更大更加重要地，急性心室扩张（即，LVDFT急性血液动力学的失代偿和急性心肌缺血）也许导致除颤所需要的能量的显著增加这是因为，除增加容量的外在作用之外，慢性牵张从基础线被提高的心室容量，增加对急性牵张诱导的电生理改变的敏感性在这些情况下这也许导致除颤失败，即使在植入时获得的低于设备提供的程控的或最大能量DFT容量变化在除颤的能量需要方面也许也有间接效应通常同心脏肥大和质量HF HFLV增加联系在一起及其同事在人和狗中发现了质量和之间的重要正相关Chapman LVDFT关联在动物中和在人类的几项研究显示了一种相似的交互作用，但其他研究则不然在中容量超负荷（慢性牵张）通过影响缝隙连接蛋白的表达影响肥大、纤维变性和其他结HF构变化而起到一定作用有趣的是，几项研究没有发现射血分数（）和除颤效力之间的EF交互作用，而两项小规模研究显示了负相关这也许是，因为是一个较差的替代物EF HF（和容量超负荷）或由于不同的患者的病因学因素不同的结果HF在中是受扩张、肥大、室壁变薄和其他慢性改变的影响的虽然大多这HF DFT LV些变动倾向于使增加，一些改变（特别是室壁变薄）倾向于使它减少因此，在中DFT HF预言是困难的在快速起搏导致的心力衰竭一个犬模型中，及其同事显示了与对DFT Lucy照个体比较能量增加了四倍（图）并且这与心室重量显著相关联（在快速起搏组心DFT5,室重量明显大）当表示为每克心室组织时，作者发现了在快速起搏组与对照个体比DFT较时明显增加，因而提示心肌肥大和功能不全独立地影响他们为除颤使用DFTLVDFT了两个连续单相电击，第一个电击在前壁的网状电极与左侧游离壁上的网状电极之间RV释放，第二个电击在后壁的网状电极与左侧游离壁状网电极之间释放同样，当在RV RV顶端电极和电极之间提供了双向除颤波形时，及其同事显示了在狗中由快速起SVC Huang搏放发的使能量增加了他们也表示，通过一个在心大静脉内的电极辅助HF DFT180%电击到减少了在中的然而，在一个相似的狗模型，及其同事发现当LV HFDFTo Friedman在左侧胸壁上被提供了一个长方形皮肤补片和静脉内线卷之间发放双相信号波形时，RV在失败的和不失败的心脏之间或没有差别在他们的研究中，快速起搏没有导ED50DFT致在质量上的变化然而，它导致心室腔扩张以及室壁变薄，这在除颤能量需要方面LV也许有相反的作用，造成在心力衰竭中上的没有净变化ED50脉冲脉冲总能量12。