自主神经竞争性机制在肺叶切除术后房颤发生中的作用

何庚戌　要彤　王春光　刘俊堂　李海英　蔡宝松　濮仁富　周峰　张雁

075000 河北 张家口,中国人民解放军第二五一医院胸心血管外科(何庚戌,刘俊堂,李海英,蔡宝松,濮仁富,周峰,张雁)；河北北方学院第一附属医院心电图室(要彤,王春光)



自主神经竞争性机制在肺叶切除术后房颤发生中的作用

何庚戌要彤王春光刘俊堂李海英蔡宝松濮仁富周峰张雁

075000 河北 张家口,中国人民解放军第二五一医院胸心血管外科(何庚戌,刘俊堂,李海英,蔡宝松,濮仁富,周峰,张雁)；河北北方学院第一附属医院心电图室(要彤,王春光)

[摘要]目的探讨自主神经在肺叶切除术后房颤发生中的作用。方法对281例60岁以上接受肺叶或全肺切除术的患者进行术前24 h、术后连续96 h的动态心电图监测,对出现房颤患者术前2 h、房颤发生前60 min、30 min、5 min的动态心电图的心率变异性指标进行分析,选取5 min的阶段,研究心率变异性在房颤发生前4个时间点的变化趋势,分析交感神经张力与迷走神经张力在房颤发生前的变化。结果281例肺切除患者术后有48例出现房颤,发生率17.1%；房颤发生前60 min、30 min、5 min反映迷走神经张力的指标SDNN、rMSSD、pNN50、HF均有明显升高,而反映交感/副交感神经平衡的指标LF/HF则有逐渐降低趋势；在房颤发生前5 min的SDNN、rMSSD、pNN50、HF明显升高,而LF/HF比值明显降低,表明迷走神经张力明显升高,RR间期在房颤发生前逐渐缩短。结论肺叶切除术后的房颤发生前心率变异性存在明显升高的表现,肺叶切除术后交感神经张力明显升高的背景下迷走神经张力竞争性升高可能是导致房颤发生的重要机制。

[关键词]房颤；心率变异性；交感神经；副交感神经；自主神经系统

心房颤动(房颤)是胸外科术后常见的并发症之一,发生率最高可达20%左右,可引起血流动力学不稳定甚至低血压,使患者在监护室的停留时间和住院时间延长,甚至会造成脑栓塞等严重并发症。胸外科术后房颤发生的机制并不明确,本文通过对心率变异性在肺叶切除术后房颤发生前的变化,研究自主神经系统在胸外科术后房颤发生机制中的作用。

1资料和方法

1.1病例选择

本研究经解放军第二五一医院医学伦理委员会认可,入选患者签订知情同意书。我们选择2007年1月至2013年12月进行肺切除术的60岁以上的281例患者进行研究,排除指征包括术前非窦性心律,口服第一类、第三类抗心律失常药物以及静脉应用地尔硫卓类药物,因为这类药物会降低房性心律失常的发生率。签署了同意书但手术为开胸探查、肺楔形切除术或肺段切除而导致房颤发生危险性降低的患者也排除在外。术前服用β受体阻滞剂的患者术后继续服用,避免中断；术前因为高血压或冠心病服用钙离子拮抗剂的患者术后第一天重新开始服用。所有手术均为同一名有经验的外科医生进行标准化的手术操作,并由同一名麻醉医生进行麻醉,术后给予静脉内镇痛治疗。

1.2房颤的诊断及检查

患者在术前24 h进行24 h动态心电图监测,术后进入监护室进行连续72～96 h的动态心电图监测,此项研究的终点是新发生的持续大于30 s的房颤,房颤的诊断通过术后96 h内的Holter记录诊断。检查第一次房颤发生时的心电图记录,因为这时没有抗心律失常药物影响检查结果。在281例患者中,有48例出现房颤,发生率17.1%,对比性研究并发房颤的48例患者在进入手术室前60 min,以及房颤发生前60 min、30 min、 5 min心率变异性指标的变化,研究自主神经系统在房颤发生中的张力变化。

1.3动态心电图的心率变异性分析

心率变异性分析由北方学院第一附属医院心功能科完成。双重导联心电图记录通过Marquette 8500 Holter记录仪记录。从术后进入监护室开始连续记录72～96 h,然后将数据输入Marquette 8000扫描仪进行自动数据分析,信号采集在128 Hz,并由一名经验丰富的心电图医师和心内科医生进行校正分析。当分析心率变异性指标时,只应用正常RR间距进行心率变异性分析,剔除早搏前后的RR间距及所有比前一个RR间距延长20%以上的RR间距,计算并显示心率变异性时域分析和频域分析资料。分析术前2 h以及房颤发生前60 min、30 min、5 min的心率变异性指标,按5 min阶段进行分析。

时域指标：① 总体标准差(SDNN)：计算术前2 h以及房颤发生前60 min、30 min、5 min内以5 min为时间段的所有正常窦性心律RR间期的标准差,单位为ms,反映自主神经功能整体的变化。② 差值均方根(rMSSD)：全程相邻NN间期之差的均方根,单位为ms,用于反映快变化成分的大小；③ pNN50：相邻NN 间期相差大于50 ms的个数占总心搏次数的百分比,描述心动周期的逐搏变异,是心率变异性中快速变化成分。

频域指标：① 高频带(HF)：0.15～0.40 Hz,它反映迷走神经调节功能,与呼吸性心律不齐有关。② 低频带(LF):0.04～0.15 Hz,与压力感受器反射系统的活动有关,反映交感神经和迷走神经的复合调节功能,某些情况下可反映交感神经张力。③ 低频带和高频带的比值(LF/HF)：反映交感神经和迷走神经的均衡性。频域分析用快速傅立叶转换方法获得心率功率谱密度,并分析低频成分、高频成分及低频与高频比率,并将具体值转化成自然数的对数以lnLF、lnHF表示。

1.4统计学分析

2结果

对比研究发现,房颤发生前60 min、30 min、5 min反映自主神经整体功能的指标SDNN呈明显上升趋势,房颤发生前5 min的SDNN值[(76.1±26.0)ms]与术前2 h[(43.6±20.6)ms]比较,差异有统计学意义(P<0.05)；反映迷走神经张力的时域指标rMSSD、pNN50均明显增高,房颤发生前5 min与术前2 h比较,差异有统计学意义(P均<0.05),表明迷走神经张力在术后逐渐增高,在房颤发生前5 min达到最高峰；RR间期在房颤发生前5 min与手术前2 h的基础值相比,差异无统计学意义(P=0.05)。在频域指标方面,反映交感神经张力的指标lnLF也呈逐渐上升趋势；同时,反映迷走神经张力的指标lnHF在术后呈现逐渐升高的趋势,在房颤发生前5 min与术前2 h比较,差异有统计学意义(P<0.05)；而反映交感神经/副交感神经平衡的指标LF/HF则呈现下降的趋势,在房颤发生前5 min与术前2 h比较,差异有统计学意义(P<0.01),说明在术后交感神经与迷走神经张力均明显增高,而交感神经/副交感神经之间的平衡在房颤发生前5 min向副交感神经方向倾斜。具体结果见表1。

表1　心率变异性指标在房颤前的变化

a：与术前2 h比较,P<0.05

3讨论

术后房性心律失常包括房颤和房扑,在非胸部外科术后的老年人中发生率为6.1%,而在心胸外科术后可高达10%～65%[1-4]。其临床症状、发生时间、自然病程在心脏外科、胸外科以及其他手术均很相像[1-4]。然而目前术后房颤发生的机制还不明确,增加的房性异位搏动可触发术后房颤的发生。尽管自主神经的不平衡可能是术后房颤发生的触发机制之一,然而迷走或交感神经是否为原发机制尚存在争议。

尽管存在限制性,使用心率变异性指标来分析交感神经和副交感神经对窦房结的影响已经被广泛采用。时域指标代表呼吸调整的迷走神经活性,频域指标相对来说更加复杂,但一般认为高频指标反映原发性迷走神经张力,而低频指标反映绝大部分交感神经张力以及极少量迷走神经张力[5]。

我们的研究发现,在肺叶切除术后房颤发生前反映自主神经功能整体变化的指标SDNN在房颤发生前明显升高；反映迷走神经张力的时域指标、rMSDD、pNN50明显升高,在房颤发生前5 min达到峰值,而反映迷走神经张力的频域指标HF呈现同样的趋势,表明迷走神经张力在房颤发生前明显增加；而以往被认为反映交感/迷走神经张力平衡的指标LF/HF比值则逐渐减小,迷走神经张力在房颤发生前5 min明显超过交感神经张力。Singh等[6]的研究表明自主神经基础水平的下调会导致房颤发生的危险性增加,而LF/HF的降低与房颤的发生密切相关。最近的研究也表明房颤消融术后三个月LF/HF的明显降低与房颤的复发有明显的相关性[7]。以往被认为代表交感/迷走神经平衡的LF/HF比值在最近的研究中受到挑战,部分研究表明心率是较LF/HF比值更可靠和实用的反映交感/迷走神经平衡的指标。而在我们的研究中也发现反映心率指标的RR间期在房颤发生前与术前2 h比较,差异无统计学意义,这可能是迷走神经张力与交感神经张力存在平行性增高的原因。尽管实验已经证明单独迷走神经张力增高可以导致房颤的发生,但迷走神经介导的房颤并不多见,相反在胸外科术后高交感神经张力背景可能促进了迷走神经对房颤的触发。交感神经兴奋可提高心房肌的自律性,可能诱发房颤的发生。刺激迷走神经可缩短心房肌细胞的动作电位时间,并使激动传导的波长缩短,这样心房组织可同时容纳更多的折返环,迷走神经兴奋性增高还可增加心房有效不应期的离散度,有利于折返环的形成。因此,在胸外科术后高交感神经张力可能会促进迷走神经张力的反弹性增高,从而诱导房颤的发生。

Zimmermann等[8]研究发现肺静脉局灶性房颤的发生主要依赖于发作前迷走神经张力的增高,房颤发生前存在交感神经优势向迷走神经优势的转换。部分研究也表明持续去副交感神经支配可有效减少房颤射频消融术后房颤的晚期复发[9]。Yoshida等[10]观察到环肺静脉隔离术后,显著的迷走神经损伤发生在3～6个月后,并且有助于预防晚期房颤的复发。推测消融术后通过去迷走神经支配,抑制房颤的触发机制,可能会让心房重构逆转,预防房颤的长期复发。Pappone等[11]提出通过短暂的迷走神经损伤效应,逆转房颤诱导的电解剖结构,可能会有助于预防房颤的复发。可见迷走神经在房颤的发生中有重要作用。肺叶切除术后房颤发生的机制目前还不是很清楚,可能是改变了的交感/迷走神经张力平衡、术中对自主神经的损伤、肺叶切除术后的炎性反应等的综合效应。而心率变异性研究发现肺叶切除术后在房颤发生前自主神经功能明显增高,而且存在迷走神经张力竞争性增高的趋势,并可能在短暂的时间占优势,这可能是房颤发生的机制之一。迷走神经反弹也可以解释β受体阻滞剂对于降低术后房颤发生率的争议性[12]。

用心率变异性来探讨术后房颤发生机制的研究相对较少。Jidéus等[13]发现冠脉旁路移植术后发生房颤的患者心率变异性与对照组无差别。Dimmer等[14]发现发生房颤的患者房颤发生前HR、SD和LF/HF比值有中等程度的增高,并认为迷走神经张力的降低以及交感神经张力的增高是导致冠状动脉旁路移植术后房颤发生的启动机制。Hogue等[15]用线性和非线性心率变异性指标研究18例心脏手术后发生房颤的患者,发现心脏手术后发生房颤的患者房颤发生前心率明显高于对照组,而且发现部分患者房颤发生前心率变异性降低,另一部分心率变异性明显增高,指出可能在冠脉旁路移植后房颤发生前存在两种自主神经模式,高迷走神经张力型和交感神经优势型。我们的研究是一组关于非心脏胸外科术后的研究,避免了心脏手术时心脏本身存在病变、使用β受体阻滞剂以及体外循环对心脏的损伤等因素的干扰,研究结果支持自主神经调节是术后房颤发生机制的触发因子。因此与以上冠脉旁路移植后房颤的研究存在很大区别。

尽管对与手术无关的阵发性房颤发生前心率变异性的研究存在很多争议,最近的研究表明在心率变异性增高之前存在RR间期缩短[16],这与我们的研究结果一致,在房颤发生前存在RR间期的缩短,而心率变异性明显增高的现象。由此可见在胸部手术的强烈应激情况下,在外科手术高交感神经张力的大背景下,迷走神经张力,反弹性增高,甚至瞬间超过交感神经张力,可能是导致房颤触发的机制之一。

参考文献

[1] Vretzakis G, Simeoforidou M, Stamoulis K, et al. Supraventricular arrhythmias after thoracotomy: is there a role for autonomic imbalance [J]. Anesthesiol Res Pract,2013:1-12.

[2] Mc Cormack O, Zaborowski A, King S , et al. New-onset atrial fibrillation post-surgery for esophageal and junctional cancer: incidence, management, and impact on short-and long-term outcomes[J]. Ann Surg,2014,260(5):772-778.

[3] Maisel WH, Rawn JD, Stevenson WG. Atrial fibrillation after cardiac surgery[J]. Ann Intern Med,2001,135(12):1061-1073.

[4] Riber LP, Larsen TB, Christensen TD. Postoperative atrial fibrillation prophylaxis after lung surgery: systematic review and meta-analysis[J]. Ann Thorac Surg,2014,98(6):1989-1997.

[5] 王皓,孙蕾,赵美,等.迷走张力评价及其改善方法[J].心脏杂志,2012,24 (1):107-109.

[6] Singh JP, Larson MG, Levy D, et al. Is baseline autonomic tone associated with new onset atrial fibrillation: Insights from the framingham heart study[J]. Ann Noninvasive Electrocardiol, 2004,9(3):215-220.

[7] Kang KW, Kim TH, Park J, et al. Long-term changes in heart rate variability after radiofrequency catheter ablation for atrial fibrillation: 1-year follow-up study with irrigation tip catheter[J]. J Cardiovasc Electrophysiol,2014,25(7):693-700.

[8] Zimmermann M, Kalusche D. Fluctuation in autonomic tone is a major determinant of sustained atrial arrhythmias in patients with focal ectopy originating from the pulmonary veins[J]. J Cardiovasc Electrophysiol,2001,12(3):285-291.

[9] 孙亚娟,石亚君,郭亚涛,等.房颤射频消融术后复发的心率变异比较分析[J].解放军医学院学报,2013,34(6)：566-569.

[10] Yoshida N, Yamada T, Murakami Y, et al. Vagal modification can also help prevent late recurrence of atrial fibrillation after segenmental pulmonary vein isolation[J]. Circ J, 2009, 73(4):632-638.

[11] Pappone C, Santinelli V, Manguso F, et al. Pulmonary vein denervation enhances long-term benefit after circumferential ablation for paroxysmal atrial fibrillation[J]. Circulation, 2004, 109(3):327-334.

[12] Bayliff CD, Massel DR, Inculter RI, et al. Propranolol for prevention of postoperative arrythmias in general thoracic surgery[J]. Ann Thorac Surg,1999,67(1):182-186.

[13] Jidéus L, Ericson M, Stridsberg M, et al. Diminished circadian variation in heart rate variability before surgery in patients developing postoperative atrial fibrillation[J]. Scand Cardiovasc J,2001,35(4):238-244.

[14] Dimmer C, Tavernier R, Gjorgov N, et al. Variations of autonomic tone preceding onset of atrial fibrillation after coronary artery bypass grafting[J]. Am J Cardiol,1998,82(1):22-25.

[15] Hogue CW Jr, Domitrovich PP, Stein PK, et al. RR interval dynamics before atrial fibrillation in patients after coronary artery bypass graft surgery[J]. Circulation,1998,98(5):429-434.

[16] Bettoni M, Zimmermann M. Autonomic tone variations before the onset of paroxysmal atrial fibrillation[J]. Circulation,2002,105(23): 2753-2759.

(本文编辑：郭欣)

The role of competitive mechanism of autonomic nerves in triggering atrial fibrillation after lobectomia pulmonalisHeGeng-xu1,YaoTong2,WangChun-guang2,LiuJun-tang1,LiHai-ying1,CaiBao-song1,PuRen-fu1,ZhouFeng1,ZhangYan1(1.Department of Cardiovascular Thoracic Surgery, PLA No.251 Hospital; 2. Department of Electrocardiogram, the First Affiliated Hospital of North College, Zhangjiakou Hebei 075000, China)

[Abstract]ObjectiveTo evaluate the role of competitive mechanism of autonomic nerves in triggering atrial fibrillation(AF) after lobectomia pulmonalis. MethodsAmbulatory electrocardiography(AECG) monitoring was carried out 24 hours before the operation and consecutively 96 hours after the operation on 281 patients over 60 who had received total pneumonectomy or lobectomia pulmonalis. For patients with appearance of AF, it was 2 hours before the operation, and 60 minutes, 30 minutes, and 5 minutes before the onset of AF when the heart rate variability(HRV) indices of AECG were analyzed. With an interval of 5 minutes chosen, the trend of HRV changes at the four time points before the onset of AF was studied, and so were tension variations of autonomic nerves and vagus. ResultsIn 281 pneumonectomy patients, 48 was diagnosed with AF postoperatively, with an incidence of 17.1%. The indexes reflecting tension of vagus such as SDNN, rMSSD, pNN50, and HF all increased significantly, 60 minutes, 30 minutes, and 5 minutes before the onset of AF, however, the index of LF/HF which reflected the balance of autonomic nerves and parasympathetic was proned to descend gradually. The fact that the indexes of SDNN, rMSSD, pNN50, and HF increased significantly and the ratio of LF/HF decreased significantly 5 minutes before the onset of AF indicated a significant increase of vagus tension and a gradual decrease of RR interval before the onset of AF. ConclusionAfter lobectomia pulmonalis and before the onset of AF, there is a significant increase in HRV. Against the background of significantly increased autonomic nerves tension after lobectomia pulmonalis, the competitive increase of vagus tension may be an important mechanism of the onset of AF.

[Key words]atrial fibrillation; heart rate variability; sympathetic nerve; parasympathetic nerve; autonomic nervous system

收稿日期：(2015-02-25)

DOI：10.13308/j.issn.2095-9354.2015.03.007

[中图分类号]R541.7

[文献标志码]A

[文章编号]2095-9354(2015)03-0180-05

作者简介：何庚戌,副主任医师,主要从事胸心血管外科疾病的临床研究,E-mail：hegengxu@aliyun.com

基金项目：国家自然科学基金资助项目(81270225)