J波和2相折返形成离子流机制研究进展

丁绍祥 (青海省康乐医院心内科，青海 西宁 810006)

J波和2相折返形成离子流机制研究进展

丁绍祥 (青海省康乐医院心内科，青海 西宁 810006)

J波;2相折返;离子流

J波在心电图(ECG)上介于QRS波与ST段之间，向上波幅≥0.1 mV，时限≥20 ms。其发生率在正常 ECG中约占2.5% ～18.2%，多见于早期复极综合征，属于正常ECG的生理变异，称生理性J波。但在一定条件下，J波可出现增宽、增高，甚至诱发恶性心律失常，称病理性J波。1920年，Kraus报道高血钙可出现J波;1938年，Tomaskewski报道低温患者可出现J波;1953年，Osborn对低温出现的J波进行了系统的实验研究和详细的论述，并观察到J波与室颤的发生相关，是预后不良的表现，故又称Osborn波。1994年，Bierregarrd和 Aizawa分别报道了ECG有J波者可发生室颤而使J波受到临床重视。目前认为缺血性J波是心脏猝死的高危预警新指标〔1〕，而J波综合征是指与J波相关的一组临床综合征总称。

2相折返可能是心脏结构正常患者发生室速或室颤的重要原因〔2〕。在心室肌细胞中，不同部位细胞的动作电位形态和时程各异，对各种病理生理因素和药物的反应也存在差异，即为心室肌细胞电生理异质性，也称心脏异质性。由于不同类型细胞电活动的相互影响，在完整的心室壁，心肌细胞的动作电位时程相差并不明显，但在特定的条件下，心室肌细胞间的异质性可进一步增大，表现为部分心室肌细胞复极提前和(或)部分心室肌细胞复极延迟。当复极延迟的心室肌细胞处于2期时，早先复极的细胞已接近于3期末(低常期)或复极完成，二者之间再次出现高电压梯度，使早先复极的心室肌细胞再次被激动;而再次被激动的心室肌细胞复极到2期时，原先复极延迟的心室肌细胞处于3期末或复极完成，往返激动形成室速或室颤，这就是2相折返。包括J波综合征及部分不明原因的心脏性猝死，其发生机制可能均与2相折返有关〔3〕。本文着重就J波及2相折返形成离子流机制进行分析。

1 心室肌细胞动作电位离子流机制及与心电图的关系

心室肌细胞动作电位与细胞膜内外电位差及离子通道的状态有关，大多离子通道的开放有电压及时间依从性。在一定的刺激强度下，细胞膜内电压达－70 mV时，细胞膜上Na+通道被激活，大量Na+内流，造成细胞膜内电位迅速上升，达+30 mV，形成峰电位升支，即心肌细胞除极，为动作电位0期。其持续时间短，仅1～2 ms，故电压差大，所形成的升支几乎与基线垂直。在细胞除极达－40 mV时，Ito通道、ICa-L通道、IK通道均被激活。Ito通道是迅时外向K+通道，持续时间约5～10 ms，使膜电位从+30 mV迅速下降到0 mV，形成峰电位降支;后两种通道为2期主要离子通道，还包括0期末失活的慢钠通道。ICa-L通道及慢钠通道介导内向离子流，IK通道介导外向离子流，由于内外离子流几乎相等，共同形成2期平台，持续时间约100～150ms。随ICa-L通道的逐渐关闭，内流离子减少，外向电流增强，复极进入3期。2期与3期间无明确的界限，当复极使细胞膜内电位下降到-60 mV时，IK1介导的内向整流K+外流明显增多，加速复极完成。4期为静息期，也称电舒张期。

心肌细胞的动作电位与ECG是大致对应的。根据ECG产生的生物电学原理，任何ECG的电位变化都是心脏内存在与之对应的电位梯度变化在体表的表现:于对向细胞除极方向的电极处可测得正电位而描出向上的波;于背离细胞除极方向的电极处则可测得负电位而描出向下的波。但需要说明的是QRS波不仅代表心室除极，也包括1期复极，另外，心肌除极起始顺序从心内膜到心外膜，复极与除极一致，只不过心肌各层离子通道密度不同，心外膜虽最后复极，但最先复极完毕，故于ECG上，复极在电流方向上为向上的波形，具体由电位差决定。

2 J波形成的离子流机制

1996年，严干新教授在经冠脉灌注的犬心肌组织块电生理模型基础上，同步记录了跨心室壁内、中、外3层心肌细胞跨膜心肌电位和跨壁ECG，得到以下结果:①心电图J波和外膜心肌复极1期“切迹”同步出现;②将组织块灌流液温度由正常36℃降低到29℃时，外膜层心肌动作电位切迹更加突出，同时ECG的J波明显增高、增宽;当温度升至34℃后，J波和外膜切迹恢复到近于正常水平;③应用Ito通道阻滞剂4-AP灌注10 min后，J波和外膜心肌切迹同时削减;④除/复极顺序对J波的影响:当正常的内膜→中层→外膜除极顺序发生翻转时，心外膜心肌复极1期切迹和QRS波同步，J波与QRS波重合，J波消失〔4〕。

从实验结果可以明确，J波形成的关键在心肌外层，与Ito介导的K+外流密切相关，为K+外流绝对或相对增大所致。而在低温下易诱发与各离子通道对温度的敏感性差异有关;同时，由于心脏的异质性，各层或不同部位之间离子通道的密度不一样，对细胞外液离子浓度的影响反应也不同。

因此，任何因素致心肌外膜动作电位1期与2期之间阳离子外流绝对或相对增加均可在ECG上出现向上的波形，其本质是造成心外膜与心内膜之间一过性电压差的增大，当波幅及时限超过一定限度即为J波。理论上存在心内膜动作电位1期与2期之间阳离子外流绝对或相对减少，也可增大心外膜与心内膜之间电压差而出现J波，但Ito通道在心外膜密度大于心内膜，故若心内膜Ito通道受抑，则外膜更为明显。由于1期与2期之间离子成分复杂，可能有更多离子直接或间接参与其中〔5〕。

3 2相折返形成的离子流机制

20世纪90年代，Sicouri等发现的M细胞为纪念Gordon K.Moe而命名。其特点是当出现心率减慢或其他引起动作电位延长的刺激时，它的动作电位比心内膜及心外膜细胞延长的更多。其电生理机制为M细胞具有较小的缓慢激活延迟整流钾通道电流和较大的慢钠通道电流以及钠－钙交换电流。典型的具有最长动作电位时程的M细胞存在于前壁心肌内膜深层到中层之间，同时也存在于深层乳头肌、小梁和室间隔中。在完整的室壁，由于不同类型心肌细胞电活动的相互影响，其动作电位时程相差并不明显，于90%复极时的动作电位时程相差约25～55 ms;而在接受缓慢频率刺激时，可相差200 ms以上(基本周期大于2 000 ms)。这就可在心率减慢时出现明显的心肌复极不一致，心外膜与M细胞复极时间差增大，即跨壁复极离散度(TDR)增大。在T波直立的情况下，心外膜最早复极而M细胞最晚。心外膜细胞全部复极时对应T波顶点，M细胞则对应T波终点，间接反映在ECG上为T波顶点与末端的距离增大。目前认为是TDR而不是QT间期延长导致尖端扭转性室速(Tdp)〔6〕，并作为临床预测恶性心律失常的无创检查方法〔7〕。因TDR增大提示心肌复极不一致，M细胞因复极过于延迟易形成2相折返;而QT间期延长不能反映出心脏的异质性，心肌各部位间的同步延长失去再激动或折返的基础。但在病理或细胞外液离子紊乱的情况下，心肌各区域间有可能出现复极延长不一致而诱发心律失常〔8，9〕。

生理状态下，心室肌不同部位的Ito电流不一致，右心室Ito电流比左心室明显，右心室所产生的动作电位切迹比左心室大。在有离子通道功能不全或其他诱因的情况下，Ito通道出现一过性绝对或相对增大，其电流的强度与时间决定2期开始的电压水平，直接影响到后续离子通道的功能状态，使ICa-L通道部分或全部失活，右室外膜出现平台期缩短或消失，而于动作电位则表现为穹顶的部分或全部丢失。由于平台期的缩短或消失是不均一的，即部分缩短，部分消失，而部分却仍正常，这就使TDR进一步加大，诱发2相折返。但这种诱发折返是心外膜在1期末出现阳离子外流一过性增大所致，故有明显的J波。同时，相应ST段也明显抬高。因V1-3导联主要反应右心室，故J波最明显。

上述两种情况下均出现2相折返，但其诱因不同。一者系M细胞特异性电生理延长所致，另一为心外膜细胞复极1期末出现一过性相对或绝对外向阳离子增多所致。前者没有J波，后者则属于J波综合征，但均为TDR增大所致。前者以长QT综合征为代表〔10〕，后者以 Brugada 综合征最典型〔11，12〕。另外就是短QT综合征，也是因离子通道存在缺陷加大心肌的异质性，进而使TDR相对增大所诱发〔13，14〕。至于早复极综合征，因心外膜1期末一过性外向阳离子的绝对或相对增大后出现心外膜复极完毕前与心内膜之间产生持续的电压差，故在ECG上有明显的J波及ST段的抬高。同样因可累及2期离子通道功能使2期缩短甚至消失，TDR进一步加大而诱发折返，故并非总是良性改变〔15～18〕，可能与遗传及基因突变有关〔19，20〕;在心率缓慢时J点上抬明显，易发生恶性心律失常和室颤〔21〕。

4 讨论

对于急性心肌梗死(AMI)早期，因缺血导致心脏异质性增加，于超急性期心外膜心肌细胞Ito一过性增大，可出现明显J波甚至“全或无”复极使ST段异常上抬，TDR进一步增大，诱发2相折返〔22〕。但AMI后ST段的抬高并不能完全以J波诱导来解释，因AMI后本身心脏异质性增大，虽心律失常多见，但出现室颤相对较少。而AMI超急性期J波应为缺血性J波〔23〕，往往伴有恶性心律失常的发生:因如此大幅度ST段抬高，若为J波诱发，必定存在心外膜与心内膜之间巨大电位差，完全可诱发2相折返;且AMI后心肌能量的供应出现障碍，心肌细胞膜的完整性不可能得以有效维持，后续J波离子流维持的基础难以理解。有研究提示，冠心病患者经皮冠状动脉介入治疗后，其发生缺血性J波的概率与术前无明显差异，只是J波发生的等级降低〔24〕。因此，AMI后ST段的抬高与缺血性J波的关系尚需进一步探讨。而损伤电流容易解释AMI后ST段的抬高:于AMI后心肌缺血、乏氧，钠泵活性被抑制，细胞内Na+浓度增加，受损区电位减低。正常心肌因Na+浓度高于损伤区，Na+向损伤区流动形成电流，将检测电极放在损伤区即描记出低电位基线。除极时，正常区域的Na+因内流而减低，心肌除极完毕，除极区相对为负电位;而损伤区因除极时Na+内流明显减少或不除极(细胞膜受损后K+外流，静息电位差减少，当静息电位达到－55 mV以上时，心肌细胞即不再出现除极现象)，加之原先由正常心肌流入的Na+，故损伤区电位较正常区明显升高。损伤区Na+可反流到正常区，产生与受损区同向的ST向量致ST段明显抬高。正常区域复极后，Na+再流向损伤区，如此反复。随时间推移(无论心肌进一步受损坏死或恢复正常)，受损区和正常区心肌终会达到平衡而不会出现离子的流动〔25〕。此时ST-T段下移，基线水平恢复正常。因此，AMI早期ST段的抬高可能与上述两种机制均有关。最近又将J波综合征分为遗传性和获得性两类，前者包括过早复极综合征和Brugada综合征，后者包括缺血性J波和低温J波〔26〕，虽有利于对J波综合征中非器质性和器质性心源性猝死的理解，但也仅为心源性猝死的一部分，特别是老年患者，心源性猝死占猝死的90%以上〔27〕，但J波并不多见，而2相折返诱发室颤是心源性猝死共同的电生理基础。随着对J波研究的深入及分子遗传学的进展，既往部分病因不明的心脏性疾病正逐渐被认识，特别是特发性室颤及无法预料的心脏性猝死可能也与J波及2相折返有关〔28〕，原因是这些疾病并无心脏结构的改变且发病突然，应存在心肌电的紊乱诱发，其间的关系尚需进一步探讨。

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R33

A

1005-9202(2012)12-2676-03;

10.3969/j.issn.1005-9202.2012.12.116

丁绍祥(1972-)，男，副主任医师，硕士，主要从事心脏起搏与电生理研究。

〔2011-02-24收稿 2011-07-21修回〕

(编辑 安冉冉)