第2章　心脏起搏治疗血流动力学

一、正常心脏的血流动力学

心脏的基本功能是射血，心排血量是心率与每搏量的乘积。影响心排血量及每搏量主要有前负荷、后负荷、心率和心肌收缩力。这四个因素相互作用，并通过神经体液的调节完成射血功能满足机体代谢需要。

1.前负荷

是心肌纤维在收缩前遇到的负荷，即左心室舒张末期容积。前负荷受总血容量、体位、静脉张力、肌肉活动对静脉的压力、静脉回心血量及动脉系统对心室充盈作用的影响。Frank-Starling曲线表明在一定生理范围内，在心肌收缩功能正常条件下，左心室舒张末期容积和心排血量呈正比关系（图2-1）。

2.后负荷

是心肌开始收缩后遇到的负荷，主要决定于总的外周血管阻力，受动脉系统血管顺应性、血液黏稠度、血管内容积等因素影响。后负荷与每搏量呈反比关系。

3.心肌收缩力

是心肌纤维在不受前、后负荷影响的条件下所固有的收缩特性，受神经体液药物等因素影响。在前负荷不变时，心肌收缩力与心排血量成正比关系，在后负荷恒定时，心肌收缩力可表现为每搏量的增加或减少。

4.心率

取决于窦房结自身发放冲动的频率。当机体代谢需求增加时，如运动、缺氧、体温高等，机体首先表现心率加快，以提高心排血量。

二、起搏方式对血流动力学影响

AAI起搏模式为心房按需起搏，其主要血流动力学效应在于AAI不仅能提供房室顺序收缩功能，而且能保持正常的心室除极顺序，在没有房室传导障碍的情况下，使血流动力学效应达到最佳。心房收缩对心排血量主要表现为两方面，一是协助血液从体循环或肺循环注入心室；二是增强房室瓣关闭的功能，有效防止心室收缩开始时血液回流入心房。因此，心房收缩加速心室充盈，提高了心脏前负荷，改善心功能。

VVI起搏模式为心室按需起搏，由于无心房感知功能，心房仍由窦房结或是心房异位节律点的激动控制，心室由起搏脉冲控制，这样形成了心房、心室收缩的分离，心房生理功能消失，对心脏血流动力学不利。所以，这种模式仅用于持续心房颤动（房颤）或者心房静止而需要行起搏治疗的患者。

DDD起搏模式包括房室顺序收缩心室抑制型起搏方式（DVI），心房同步心室按需起搏方式（VDD或VAD）和房室全能型起搏（DDD）。这种模式使房室顺序起搏，保持了心房有效的“辅助泵”作用，避免因心脏异常收缩而引发房内压力增高、左心室射血分数（LVEF）降低；同时由于心房起搏可降低患者心房肌的有效不应期，并使因心房率突然变化所致的心房不应期的不均匀性得到改善，而且持续心房起搏还能保持正常的房室传导顺序，避免VVI起搏的室房逆传，有效预防起搏后房颤的发生。

澳大利亚儿科医生在先天性完全房室阻滞患儿应用无创的测量方法，比较分析了VVIR模式和DDD/VDD下心排序量，结果分别是（5.2±1.4）L/min和（6.6±1.8）L/min（P＜0.001）。CTOPP（Canadian trial of physiologic pacing）试验比较了心动过缓患者VVI/VVIR起搏与生理性起搏（DDD/DDDR或AAI/AAIR）对预防房颤的作用，结果发现房颤的发生率在不同的起搏组有显著差异。慢性房颤发生率在生理性起搏组和心室起搏组分别为2.9%和3.8%。MOST试验将2010例病态窦房结综合征（SSS）患者随机分为VVIR和DDDR组，平均随访2.7年，一级终点（非致死性脑卒中，各种原因死亡）两组无差异，但心衰住院率在DDDR组较VVIR组减少（10.3%vs 12.3%，P=0.021）。生理性起搏还能保持正常的心室激动顺序：在正常窦性心律时，心室激动沿希氏-浦肯野系统（希浦系统）迅速传导，几乎均匀、同步扩布到左右心室。最早收缩激动点源于室间隔上部偏左侧，沿室间隔下传到心尖部，后向左右心室的外方、游离壁扩布，几乎同时终止于两侧心室的基底部。如果患者的心室收缩不同步，心室收缩变形的推进速度明显减缓，同时也减低了心室收缩的协调性，使心室收缩性大大降低。Won等回顾分析了186例SSS而无房室传导阻滞患者，其中73例植入AAI（R），113例植入了DDD（R），平均随访（69.6±49.7）个月，完成随访170例，结果显示一级终点事件（心血管事件死亡或其他事件死亡）两组差异无统计学意义，而二级重点事件（栓塞发生率或心衰入院率）AAI（R）组显著低于DDD（R）。其研究结果与较前Nielsen和Masumoto研究结果相似。血浆脑钠肽（BNP）水平常被认为是心室功能不良的特异性指标，右心室心尖部起搏时增宽的QRS波说明双心室同步性差，导致左右心室收缩不协调，心功能受到影响。Lin等通过对116例缓慢性心律失常起搏治疗患者血浆BNP浓度的观察，在植入3.5年后，DDDR起搏患者（大于80%心室起搏比例）较AAIR患者血浆N末端脑钠肽前体（NT-proBNP）浓度明显升高［（503±111）pg/ml vs（194±42）pg/ml］。可见，对于SSS伴正常房室传导患者，AAI起搏为优。近期Nilsen等对1 415例SSS对比了AAIR与DDDR起搏的临床注册研究结果，显示两组死亡事件无差别，但AAIR房颤事件发生率高于DDDR，且有2倍的AAIR患者需升级为DDDR。

三、起搏部位对血流动力学影响

正常的心室激动顺序是保持心室舒缩功能的必要条件。心室电激动顺序和心室收缩同步性均是影响心功能的重要因素。传统起搏部位是右心室心尖部（RVA），但动物实验及临床系列研究表明长期的RVA起搏可以引起心肌组织学的改变，心肌纤维排列不整齐和左心室不对称肥厚等。因为RVA起搏时电脉冲由心尖部向室间隔逆行传导，而左心室大部分是经由心肌传导，除极速度慢，形成左心室内和左右心室间除极不同步；室间隔、心尖部与左心室后壁呈反常运动，使整个心脏收缩丧失协调性，并使心室顺应性降低。另外，单腔VVI起搏时，由于生理性房室顺序活动消失，心房收缩可发生于心室的各个时期，当心房收缩发生在心室的收缩期时，心房失去辅助泵作用，这种室内激动-收缩顺序异常使心室收缩期延长，左心室射血期缩短，动脉压下降，使每搏量下降，左心室舒张末压增高，左心房压升高，对血流动力学和心功能产生不良影响，患者表现低血压、胸闷、心悸、眩晕、头胀等临床症状，称为“起搏器综合征”。由于右心室心尖部起搏致左心室非生理性激动，生理性起搏一直在探索中。随着主动导线的问世，右心室选择部位起搏应用于临床，包括直接希氏束、右心室间隔部和近几年开展的左束支区域起搏（图2-2）。2000年Deshmukh等第一次报道了12例窄QRS、慢性房颤的扩张型心肌病，经房室结消融后行永久希氏束起搏，急性期阈值（2.46±0.9）V/0.5ms，随访时间（23.4±8.3）个月，11例持续希氏束起搏，心脏超声显示左心室射血分数（LVEF）升高及舒张末期内径减低。随后一系列关于希氏束对比右心室心尖部起搏的血流动力学研究均显示了希氏束起搏保留了左心室收缩功能及机械同步性，提高了心肌的收缩和舒张功能。虽然希氏束是理想起搏部位，但由于有限的植入工具使得植入导线比较复杂，及后期起搏阈值高、感知不良等，限制了其在临床的应用。由于希氏束是左右心室电扩布的起始部，靠近希氏束区域起搏必然符合心室内的生理传导顺序。近年来我国学者黄伟剑等提出了左束支起搏，即经间隔左侧传导系统起搏，系列研究已显示左束支起搏具有夺获阈值低，可操作性强，跨越阻滞、安全可靠等优势，越来越被更多术者接受。但左束支起搏区域相比希氏束起搏不是完全生理性，存在左右心室间的电不同步，表现为起搏后呈右束支形态。因此，希氏束远端或左束支近端起搏兼具希氏束起搏和左束支区域起搏的优点，是未来希浦系统起搏位点的发展方向。无论是临床研究还是动物实验，与心尖部起搏相比，右心室间隔（RVS）近希氏束部位起搏能基本保持左、右心室间正常的电激动顺序和同步收缩，平均动脉压、心排血量及+左心室收缩期压力最大上升速率（dp/dtmax）明显高于心尖部起搏，肺毛细血管压明显低于心尖部起搏，提高左心室收缩功能，获得急性和长期的血流动力学效果，且组织学改变不明显。但是RVS起搏的这种优越性只体现在无室内传导阻滞的患者，因为完全性单侧束支阻滞和多束支阻滞所引起的双室激动顺序差异会抵消RVS起搏所带来的近生理起搏效应。华伟等曾对10例房颤伴长间歇或缓慢心室率患者行抑制型按需心室起搏模式不同部位起搏对血流动力学研究观察，10例患者均在术中比较右心室心尖部和RVS起搏时的LVEF、左心室短轴缩短率和每搏量，并各自与术前进行比较，结果显示术中RVS的血流动力学参数明显优于RVA起搏；与术前相比，术中RVS起搏时LVEF和每搏量未显示显著差异，而RVA起搏时两参数明显降低。在系列研究中无论是超声心动图组织多普勒的参数还是反射性核素心肌灌注研究均显示RVS起搏有效避免了心室重构，改善了血流动力学和心功能。

四、AV间期对血流动力学影响

通过多普勒超声观察发现，随着AV间期的延长，心房收缩逐步提前，发生两种改变：①心房收缩充盈峰A峰提前，逐渐与心室早期舒张充盈峰E峰相重叠，E峰的速度时间积分值（Ei）降低，Ei/Ai比值减少；②二尖瓣关闭明显提前，而二尖瓣开放时间虽略提前但变化不大，因此心室舒张充盈时间明显缩短。研究发现AV间期的变化也与每搏量高度相关。

AV间期除了与心脏的收缩舒张功能高度相关外，适当延长AV间期还可使室上性激动经正常希浦系统纤维激动心室，以免心室正常的激动顺序遭到破坏后引起的左、右心室收缩不同步，室间隔运动异常，心功能受损以及长期心室起搏可能引起的心肌组织学改变。因此，优化AV间期是获得最佳血流动力学的关键，尤其对合并有心功能不全者，在一定心率范围内双腔起搏优化AV间期可以改善心功能，提高生活质量。心室收缩前适时的心房收缩可使心排血量增加10%～20%。当左心房收缩正好始于左心室充盈后期，二尖瓣因左心室舒张压渐升高而上浮关闭时，结束在左心室等容收缩开始，二尖瓣“被迫”关闭之时的AV间期为最优化。一般研究认为AV间期100～200ms较为合适，但由于受基础病变、心率变化、心功能、不同起搏方式影响，最佳AV间期因不同情况而定，所以超声心动图是临床普遍优化AV间期的方法。

不同的AV间期可引起二尖瓣血流频谱的变化（图2-3）。一项研究表明在超声监测下优化AV间期获得最大心排血量的AV间期是168.9ms±15.6ms。寿锡凌等对房室阻滞患者采用Swan-Gans导管对比研究术中DDD和VDD不同起搏方式下不同AV间期的急性血流动力学效应，DDD右心耳起搏优化AV间期（149ms±15ms）比VDD起搏AV间期（114ms±12ms）延长了38ms±12ms，差异有统计学意义，表现为平均肺动脉压和肺毛细血管楔压减低，心排血量增加。其机制可能是DDD右心耳起搏时改变了心房固有的电传导顺序，使房间传导时间延长，进而影响心房电机械活动，左心房收缩运动推迟。为保证左心房室同步收缩，须使左心室收缩也相应延迟，因此，DDD起搏优化AV间期的选择较VDD有所延长。该研究者同时研究了心功能Ⅱ～Ⅲ级（NYHA分级）伴有房室传导阻滞植入DDD的患者，通过Swan-Gans导管和超声心动图对比术中不同AV间期对心脏急性血流动力学效应及收缩、舒张功能的影响。以任意次序分别将AV间期程控为100ms渐增至250ms，结果心力衰竭组心功能参数左心室舒张末期内径、心排血量、每搏量随AV间期的延长相应增高，达峰值后又逐渐降低，AV间期分别在131ms±12ms、140ms±17ms、136ms±10ms起搏时，左心室收缩功能、舒张功能、右心室舒张功能各参数较基线及250ms显著改善。这项研究结果说明过短或过长的AVD对心力衰竭患者均不利，过短会使心室充盈不良，心排血量下降；过长则心房收缩血液流入心室产生的房室压差可使房室瓣过早关闭，造成心室充盈减少。在房室瓣关闭时，因没有心室收缩参与，造成二尖瓣关闭不全，形成反流，心排血量下降。

五、频率适应性起搏对血流动力学影响

心功能取决于心排血量，而后者为心率与每搏量的乘积。每搏量取决于心肌收缩力，但增加有限。所以，运动时心排血量的增加主要来自心率的增加。当窦房结变时功能不全时，患者的心率不能随运动而增加，出现运动耐量减低等一系列临床表现。普通起搏器只能提供基础频率支持，不能根据患者新陈代谢及活动量的变化提供更高的频率支持。频率反应性起搏是通过传感器感受体内生理、生化及物理参数的变化随时自动调整起搏频率使之符合生理需要。传感器包括感知体动、每分通气量、QT间期变化的单传感器，及体动+每分通气量、体动+QT间期的复合传感器和感知血流动力学变化的心内膜加速度峰值传感器（PEA）及闭环刺激传感器（CLS）。

超声心动图研究结果表明静息状态下非频率适应和频率适应时的心律和心排血量无明显差异，而运动高峰时频率适应性起搏比非频率适应起搏时的心律和心排血量分别增加14%和17%，说明频率适应起搏能按照机体需氧量情况而自动增减其起搏频率。在心肌收缩性好的患者较非频率适应性起搏更能适应运动的需要，有助于改进患者的生活质量。研究发现，对于有变时功能不全的患者，DDDR和DDD相比还可提高心肺运动功能，使24h心率变异正常。LIFE研究结果表明在变时功能不全的患者应用体动+每分通气量双感知频率适应性起搏器比体动单感知起搏器明显提高患者的运动能力。

六、起搏治疗对基础心脏病血流动力学影响

1.起搏治疗肥厚梗阻性心肌病的血流动力学异常

肥厚梗阻性心肌病（hypertrophic obstructive cardiomyopathy，HOCM）是一种以左心室壁及室间隔非对称性肥厚引起的以左心室流出道梗阻为特征的心肌病。最典型特征是在收缩期肥厚的室间隔突入左心室流出道及二尖瓣前叶前向运动贴近室间隔而造成主动脉瓣下左心室流出道的梗阻，二尖瓣前叶与肥厚的室间隔贴靠发生持续时间不仅与左心室流出道压差大小和左心室射血时间延长的程度相关，而且与二尖瓣反流程度及左心室在梗阻时的射血量有关。HOCM主要表现为舒张功能受损，导致充盈障碍，使患者在运动时因左心房压及肺毛细血管压力上升而出现呼吸困难的症状；约2/3患者有非典型心绞痛，可能是肥厚的心肌需氧量增加、冠状动脉供血不足所致；约1/3患者在活动后有先兆晕厥或晕厥，这是由于左心室流出道梗阻引起脑供血不足所致。另外，肥厚心肌供血不足造成心肌细胞除极不均匀，易产生心室颤动，与猝死的发生有关。

目前HOCM的治疗包括药物治疗和非药物治疗，后者包括外科手术治疗、经冠状动脉化学消融和植入双腔起搏器。药物治疗主要是β受体阻滞剂和非二氢吡啶类钙离子拮抗剂，药物治疗的临床有效率为40%～60%。虽然外科手术治疗及经皮冠状动脉化学消融治疗均有一定的疗效，但存在与手术相关的死亡与术后发生完全性房室阻滞需植入永久起搏器等问题，所以心脏起搏治疗对某些患者能显著改善症状，被列为Ⅱb适应证。双腔起搏治疗HOCM与房室同步、AV间期及起搏频率有关，尤其以AV间期最为关键，有效的AV间期必须短于自身PR间期，这样可保证心室起搏，从而改变心室的收缩顺序，使心室心尖部及室间隔首先收缩。Galve等对50例患者进行了10年的观察研究，在植入起搏器后3个月、1年及10年的压差分别为55mmHg±37mmHg，41mmHg±26mmHg，28mmHg±24mmHg（基线压差86mmHg±29mmHg）；6min步行试验分别为334m±106m，348m±78m（基线为281m±112m）。侯翠红等随访2002年1月～2006年12月在中国医学科学院阜外医院确诊并接受治疗的48例HOCM患者，其中19例行双腔起搏（PM）治疗，29例行经皮冠状动脉化学消融（PTMSA）治疗，平均随访时间3.9年±2.3年和3.6年±1.2年，结果PM组和PTSMA组左心室流出道压差降低百分比率、胸闷胸痛症状缓解率分别为58%±29%和71%±12%，93.7%和75%（P=0.05），可见起搏对于HOCM患者具有一定疗效，尤其对于合并缓慢性心律失常的患者更应建议PM治疗。目前双室起搏治疗HOCM在部分病例显示较好的治疗效果，但缺乏大规模的临床试验研究。

2.心力衰竭伴室间（内）传导阻滞和激动延迟的血流动力学异常

心力衰竭是由于心脏结构和功能异常发生的临床综合征，主要表现为静息或活动时出现疲劳、乏力、呼吸困难及水肿等。20世纪后期认识到交感神经系统（SNS）和肾素血管紧张素醛固酮系统（RASS）在慢性心力衰竭的发生发展中起到了至关重要作用。大量循证医学证据表明，足量应用血管紧张素转换酶抑制剂（或受体拮抗剂）、β受体阻滞剂及醛固酮受体拮抗剂能有效拮抗SNS、RASS及神经体液因子过度激活，阻断了心力衰竭的恶性循环链，改善心力衰竭患者预后，降低病死率。但部分慢性心力衰竭患者尽管给予充分的药物治疗心功能仍未见改善，其原因可能为长期心力衰竭致心肌细胞凋亡，为纤维组织替代，甚至累及心脏传导系统。电传导在纤维组织中的传导速度远慢于正常心肌纤维，这样导致各种心脏传导系统阻滞发生，造成心脏失同步，降低心脏工作效率。传导阻滞包括室间（内）、房间（内）或房室传导阻滞。心室激动延迟在心力衰竭的心电-机械失同步化中最为重要。大量临床观察认为QRS时限是心力衰竭患者预后不良的独立危险因素。

由于左束支从室间隔发出，正常心脏左心室面比右侧略早激动5～10ms或基本同步，左右心室同步球形收缩将血液主动向主动脉和肺动脉排出。当左束支阻滞时，右心室和室间隔收缩基本同步，丧失了室间隔对左心室射血的支持作用，使原本有严重病变的左心室失去了协调的球形收缩，进一步使心功能下降，在超声心动图可见到代表左心房收缩的A峰和代表左心室舒张期快速充盈的E峰融合在一起，表明左心室充盈时间短，充盈减少。在左束支阻滞时，乳头肌收缩延迟，二尖瓣关闭的质量和效率下降，产生不同程度的二尖瓣反流。二尖瓣反流产生无效射血，增加左心房和肺静脉压力，引起肺淤血，导致呼吸困难和活动耐力下降等临床表现。

在正常传导的心脏存在生理性房室延迟以确保心房在心室舒张晚期收缩，提供20%～30%的心排血量。当房室传导阻滞时，心房收缩丧失了对心室充盈的辅助泵作用，充盈量减少，降低了心室前负荷。另外，正常传导的心脏舒张末期心房收缩后随即心室收缩时，心室内压力迅速升高超过心房，二尖瓣受压力作用关闭，防止血液向左心房内反流。当房室传导阻滞时，左心房收缩后开始舒张，心房压力下降，而这时冲动尚未传到左心室，左心室处于舒张晚期，压力的上升程度不足以有效关闭二尖瓣，二尖瓣反流，影响心功能。

3.心脏再同步治疗慢性心力衰竭的机制

心脏再同步治疗（CRT）指心房同步的双心室起搏治疗心力衰竭。主要是通过双心室起搏纠正心室间或心室内的不同步，增加心室排空和心室充盈，及优化房室传导，增加心室充盈时间，减少二尖瓣反流，提高LVEF。置于左心室的导线可以按照设置提前激动左心室最为延迟收缩的部位，通常为左心室侧壁或后壁，使室间隔和左心室游离壁同步球形收缩，恢复室间隔对左心室收缩的支持作用，左心室压力上升速率加快，缩短左心室等容收缩时间，相应的增加了左心室的充盈时间，左心室充盈的增加相应增加了前负荷，提高心肌收缩力。通过程控AV间期或PV间期优化房室传导，提高心房收缩对心排血量的作用，减少因为房室延迟造成的舒张期二尖瓣反流，增加前向射血和有效射血分数。长期慢性心力衰竭由于电机械不同步诱导改变心肌能量代谢、基因表达和蛋白合成，这些变化引起收缩和非收缩细胞重新分布、纤维化和细胞凋亡，促进了心肌重塑进程。已公布的一些大型临床试验认为CRT治疗可提高运动耐量、LVEF及降低左心室舒张末期内径和收缩末期内径，部分逆转了左心室重构。慢性心力衰竭心脏失同步化使额外的能量消耗在心室内分流和无效射血中，降低了心肌工作效率。CRT通过提高各个心腔协调工作的效率，减少室间隔反常运动和心室内分流，减少二尖瓣反流，提高能量利用。另外CRT提高心脏功能并不是通过降低心率及心脏负荷，而是在提高心脏功能的同时不增加心肌耗氧量，甚至中等程度降低心肌耗氧量。慢性心力衰竭会导致神经内分泌紊乱，也可引起自主神经系统失去平衡，交感神经兴奋而迷走神经张力下降。临床数据表明长期心脏同步化治疗会增加BNP等神经激素，并能重建自主神经平衡。

（侯翠红　浦介麟）

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