а) Стимуляторы. Электрическая стимуляция сердца производится с помощью подачи электрического тока через электрод-катетер от наружного стимулятора к поверхности сердца. Электрический импульс вызывает деполяризацию сердечной ткани вблизи стимулирующего электрода, которая затем распространяется дальше по сердцу.
Электрические импульсы (стимулы) с заданными характеристиками генерируются программным стимулятором с точно выверенным интервалом времени.
Стандартный стимулятор имеет источник постоянного тока и способен наносить импульсы с различной частотой (длительностью цикла), силой тока (от 0,1 до 10 мА) и длительностью импульсов (от 0,1 до 10 мсек). Кроме того, стимуляторы, генерирующие постоянный ток, имеют 2 различных канала стимуляции (предпочтительнее 4) для стимуляции множественными (тремя и более) экстрастимулами, и синхронизации стимула с собственным или навязанным ритмом.
б) Техника стимуляции:
1. Генератор импульсов для стимуляции. Для стимуляции обычно используют изолированный источник постоянного тока, генерирующий импульсы прямоугольной формы. Чаще всего наносят импульсы, сила тока которых в два раза превышает порог стимуляции. Порог стимуляции — это минимальная величина силы тока, необходимая для деполяризации миокарда в конце диастолы импульсом заданной длительности.
На порог стимуляции может оказывать влияние длина цикла стимуляции, поэтому порог стимуляции должен определяться для каждой используемой длины цикла в отдельности. В целом, при стимуляции с силой тока, превышающей порог диастолической деполяризации в два раза, рефрактерные периоды имеют несколько большую продолжительность (по сравнению со стимуляцией с более высокой силой тока), что способствует снижению риска индукции клинически незначимых тахиаритмий.
Кроме того, на возбудимость миокарда в фазу диастолы могут оказывать влияние лекарственные препараты, в связи с чем необходимо переоценивать порог стимуляции и настраивать соответствующим образом генератор импульсов (для поддержания двукратного порога) при применении лекарственных средств. Обычно используют импульс длительностью 1-2 мсек.
Часто высокую силу тока используют для определения зависимости интервалов от силы тока с целью преодоления увеличенной лекарственными препаратами рефрактерности, оценки наличия и механизма антиаритмического действия препаратов и преодоления сниженной возбудимости тканей (например, при картировании аритмий в рубцовых зонах).
2. Длина цикла. В ходе ЭФИ часто происходит изменение длины цикла от сокращения к сокращению сердца, поэтому эти измерения являются более точными, чем определение частоты сердечных сокращений в целом за 1 мин. Величины, измеренные в ударах в минуту, используются для облегчения взаимодействия с коллегами, для которых такая терминология более привычна.
Частота стимуляции (в минутах) рассчитывается путем деления 60 000 (мсек/мин) на длину цикла (в миллисекундах).
3. Инкрементная и декрементная стимуляция. Термины «инкрементный» и «декрементный» могут иметь противоположное значение в зависимости от того, измеряется частота стимуляции по количеству ударов в минуту или по длине цикла в миллисекундах. Термин «инкрементная частота стимуляции» используют применительно к стимуляторам аналогового типа.
Цифровые стимуляторы обычно увеличивают частоту стимуляции посредством последовательного уменьшения длины цикла, однако термин «инкрементная стимуляция» так же может быть использован.
4. Overdrive-стимуляция. При overdrive-стимуляции (прямая стимуляция) частота (длина цикла) постоянная в течение всего времени стимуляции. При этом частота стимуляции больше, чем частота исходного ритма для обеспечения его «захвата».
5. Залповая стимуляция. При залповой стимуляции (Burst) частота также постоянная, но осуществляется в течение относительно короткого времени и повышается к каждому последующему залпу, пока не будет достигнута определенная максимальная частота (или минимальная длина цикла). Этот способ стимуляции используют в основном для индукции и купирования тахикардий.
6. Учащающая стимуляция. При учащающей стимуляции (Stepwise Rate-incremental pacing) после нанесения определенного количества стимулов или стимуляции в течение определенного времени с заданной частотой, частота стимуляции постепенно увеличивается (после достаточной паузы), до достижения заранее заданных целей. Важно проводить стимуляцию на каждой частоте в течение не менее 15 сек (период адаптации к ритму) перед ее увеличением.
В противном случае, первые нанесенные стимулы при любой частоте могут вызывать эффекты, отличные от последующих, в связи со способностью проводимости тканей изменяться под действием исходной частоты или цикла предшествующих сокращений. Недостатком этой техники стимуляции является необходимость длительной стимуляции на каждой частоте, которая требует больших временных затрат.
7. Ramp-стимуляция. Под ramp-стимуляцией подразумевается небольшое изменение интервалов между последовательными стимулами с постепенным уменьшением длины цикла стимуляции через определенное количество стимулированных комплексов (без периодов отдыха). Такой вид стимуляции часто используют как альтернативу пошаговому методу оценки проводимости. Частота стимуляции медленно увеличивается на 2-4 уд/мин после получения нескольких стимулированных комплексов до достижения блока проведения.
Эту методику применяют для оценки проводимости после терапевтических воздействий или функции ретроградного проведения. Поскольку каждый последующий интервал стимуляции отличается от предыдущего всего на несколько миллисекунд, при использовании ramp-стимуляции может быть более точно определен интервал, при котором наступает блокада проведения. Однако длительные эпизоды стимуляции на высокой частоте могут способствовать значительному снижению артериального давления, в связи с чем необходимо тщательное его мониторирование в процессе проведения исследования.
Для индукции или купирования тахикардии длительность ramp-стимуляции уменьшается, но сокращение интервалов между стимулами производится быстрее. Ramp-стимуляция используется в антитахикардитических алгоритмах ИКД. Программную ramp-стимуляцию с возрастающей частотой также называют автодекрементной стимуляцией.
8. Стимуляция с использованием экстрастимулов. Стимулы S1-S1. После стимуляции на определенной частоте в течение определенного времени (обычно 8 стимулированных комплексов) наносится преждевременный экстрастимул. Каждый из восьми навязанных стимулов обозначается S1. Навязанные стимулы S1-S1 иногда называют базовыми стимулами. За навязанным стимулом S1 может наноситься второй, третий и т.д. экстрастимул, который обозначается соответственно S2, S3, S4 и SN. Если экстрастимул наносится после ряда сокращений синусового ритма, они также могут быть обозначены как S1.
S1, S2, S3......SN S2 — это первый нанесенный экстрастимул, при этом интервал S1-S2 почти всегда короче, чем S1-S1, S3, S4, ..., SN — это второй, третий и т.д. экстрастимулы. При стимуляции предсердий стимулированные предсердные комплексы обозначаются соответственно А1, A2, А3, .., AN, а при стимуляции желудочков — V1, V2, V3,..., VN.
Один или более экстрастимул (обозначенный S2, S3, и SN) образуют интервалы сцепления с предыдущим навязанным стимулом S1 или спонтанным сокращением. Затем интервалы S1-S2 меняются обычно с шагом в 10-20 мсек до достижения поставленных целей, таких как рефрактерность исследуемой ткани сердца, индукция или купирование тахикардии. Обычно стимуляцию начинают в поздний диастолический период и последовательно уменьшают интервал S1-S2. Второй экстрастимул (S3) может наноситься с интервалом S2-S3, таким же как S1-S2.
При уменьшении интервала сцепления в процессе нанесения множественных экстрастимулов применяют две методики. При простом последовательном методе интервал сцепления S1-S2 уменьшается до тех пор, пока не произойдет потеря навязывания ритма (достижение рефрактерности), после чего интервал сцепления увеличивают на 10-20 мсек и далее поддерживают постоянным. После этого подключают второй экстрастимул (S3), интервал сцепления которого (S2-S3) укорачивается подобно интервалу S1-S2, затем то же самое повторяют для интервала S3-S4.
При тандемном методе интервал сцепления S1-S2 уменыпют, пока S2 не перестает навязываться, и затем интервал сцепления S1-S2 увеличивают на 40-50 мсек и поддерживают на таком уровне. Затем наносят экстрастимул S3 и интервал S2-S3 уменьшают, пока S3 не перестанет навязываться. После этого интервал S1-S2 уменьшают, a S3 проверяют на возможность навязывания ритма. С этого момента интервалы S1-S2 и S2—S3 уменьшают вместе до достижения рефрактерности.
По сравнению с простым последовательным методом, тандемный метод позволяет использовать относительно более длинные интервалы сцепления и обеспечивает большее число циклов стимуляции перед переходом к нанесению следующего экстрастимула. Проспективные исследования не выявили разницы между двумя этими методами для достижения любых поставленных целей.
9. Сверхчастая стимуляция. Стимуляцию с очень короткой длиной цикла (от 10 до 50 мсек) используют редко, в основном для индукции фибрилляции желудочков (ФЖ) с целью определения порога дефибрилляции в ходе имплантации кардиовертера-дефибриллятора.
в) Проводимость и рефрактерность:
1. Проводимость. В ходе деполяризации электрический импульс распространяется между кардиомиоцитами с высокой скоростью за счет щелевых контактов, обладающих низким электрическим сопротивлением. Как было сказано в отдельной статье на сайте (просим Вас пользоваться формой поиска по сайту выше), скорость проведения — это скорость распространения электрического импульса в тканях сердца, которая зависит от двух факторов: активных свойств мембраны кардиомиоцитов, генерирующих потенциал действия (т.е. электрической возбудимости и рефрактерности), и пассивных свойств миокарда, оказывающих влияние на распространение импульса между клетками (межклеточные контакты и морфологическая структура тканей).
Функцию проводимости оценивают путем изучения распространения волны возбуждения в ходе стимуляции с постепенно возрастающей частотой. Оценивается распространение возбуждения от места стимуляции интересующей зоны сердца в точку, расположенную дистальнее. Скорость проведения определяют посредством измерения времени, которое необходимо для прохождения импульса из одной точки в другую. Обычно в ходе исследования проводимости в точке стимуляции сохраняется навязанный ритм, который перестает проводиться в дистальную точку.
2. Рефрактерность. Как обсуждалось в отдельной статье на сайте (просим Вас пользоваться формой поиска по сайту выше), в ходе сердечного цикла с момента начала потенциала действия кардиомиоцит невосприимчив к стимуляции (т.е. неспособен генерировать новый потенциал действия в ответ на стимул пороговой интенсивности) в течение периода времени, который немного меньше длительности потенциала действия, пока величина трансмембранного потенциала не достигнет определенного уровня реполяризации.
Существует несколько степеней рефрактерности в ходе потенциала действия. В течение абсолютного рефрактерного периода (который длится в течение 0, 1, 2 и частично 3 фазы потенциала действия) сердечная ткань полностью невозбудима и не способна генерировать следующий потенциал действия, независимо от амплитуды наносимого стимула. Это связано с тем, что большинство Na+-каналов инактивировано. После завершения абсолютного рефрактерного периода стимуляция может привести к некоторой степени деполяризации, однако не приводящей к дальнейшему распространению электрического импульса.
Вместе этот период (включающий небольшую часть 3 фазы потенциала действия) и абсолютный рефрактерный период называются эффективным рефрактерным периодом (ЭРП).
За ЭРП наступает относительный рефрактерный период (ОРП), который длится с конечной части 3 фазы потенциала действия. В течение ОРП вероятность индукции следующего потенциала действия меньше, но она возможна стимулом более высокой интенсивности, который может привести к активации кардиомиоцита и распространению потенциала действия. Конечно, скорость нарастания и амплитуда такого потенциала действия ниже, чем обычно, а скорость проведения медленнее.
Существует короткий период в фазу 3 потенциала действия — период супернормальности — в течение которого возможно возбуждение стимулом меньше порогового уровня; в другие периоды возбуждение кардиоцита таким стимулом невозможно (см. далее).
3. Измерение рефрактерных периодов. Рефрактерность или, точнее, возбудимость определяется по ответу ткани сердца на преждевременный стимул. Рефрактерные периоды изучаются с помощью нанесения экстрастимулов с увеличением степени преждевременности их нанесения после 8-10 стимулированных комплексов с постоянной длиной цикла с целью достижения приемлемой (более чем 95%) стабильности рефрактерности, которая обычно наступает после 3-4 стимулированных комплексов.
Существует несколько техник оценки рефрактерных периодов, которые различаются в том числе по амплитуде наносимых стимулов и базовой длине цикла стимуляции. Большая длина цикла стимуляции в целом связана с большей продолжительностью рефрактерного периода. Хотя рефрактерные периоды различных частей проводящей системы неодинаково реагируют на изменение длины цикла стимуляции.
Кроме того, значения ЭРП сильно зависят от характеристик используемого тока. Поэтому важно стандартизировать амплитуду наносимых электрических импульсов. В большинстве электрофизиологических лабораторий за стандарт принята сила тока, в два раза превышающая порог диастолической деполяризации. Более точная оценка рефрактерности возможна путем построения кривых зависимостей силы тока и измеренных интервалов в интересующих зонах. Крутая часть такой кривой представляет собой эффективный рефрактерный период изучаемой ткани.
Увеличение силы тока на 10 мА приводит к укорочению ЭРП приблизительно на 30 мсек. Данный метод не получил широкого распространения в клинической практике, кроме случаев оценки эффектов антиаритмических препаратов на возбудимость и рефрактерность желудочков. Более того, безопасность использования большой силы тока, особенно при нанесении множественных экстрастимулов, остается спорной в связи с возможностью индукции фибрилляции желудочков.
Важно проводить измерения рефрактерных периодов в определенных местах. Измерения рефрактерности предсердий и желудочков важно проводить из соответствующих зон стимуляции. Измерения ЭРП АВ-узла и системы Гиса-Пуркинье проводятся по электрограммам пучка Гиса.
3.1 Эффективный рефрактерный период. ЭРП соответствует наиболее длинному интервалу сцепления (S1-S2) при заданной амплитуде стимула (обычно в 2 раза превышающий диастолический порог деполяризации), который не приводит к распространению импульса в ткани сердца (т.е. происходит потеря «захвата» ритма). Таким образом, ЭРП должен измеряться проксимальнее места расположения ткани, рефрактерность которой исследуется.
3.2 Относительный рефрактерный период. ОРП соответствует наиболее длинному интервалу сцепления (S1-S2), который приводит к замедлению проведения экстрастимула (возрастание времени от стимула до ответа) по сравнению с проведением стимула, нанесенного при базовой стимуляции. Проведение замедляется, когда волна возбуждения встречает на своем пути ткань, не полностью охваченную реполяризацией. Таким образом, ОРП выявляет полное завершение периода восстановления (т.е. периода, когда экстрастимул и базовый стимул проводятся одинаково).
ОРП в целом несколько длиннее ЭРП на значение так называемого периода замедленного проведения (latency period). В течение периода замедленного проведения ткань возбудима, но волна возбуждения распространяется медленнее, проведение может иметь декрементный характер.
3.3 Функциональный рефрактерный период. Функциональный рефрактерный период (ФРП) соответствует наиболее короткому интервалу между двумя последовательно проведенными импульсами (т.е. наиболее короткий интервал между «ответами» на два последовательно нанесенных стимула с любым интервалом на конкретный участок возбудимой ткани). В связи с тем, что ФРП измеряется на выходе из ткани, точка измерения должна располагаться дистальнее исследуемой зоны.
Для облегчения понимания можно запомнить, что ФРП измеряется между «ответом» и «ответом» (в отличие от ЭРП, который измеряется между «стимулом» и «стимулом»). Таким образом, ФРП отражает значение и рефрактерности и скорости проведения в ткани. Определение антеградного ЭРП и ФРП АВ-соединения приведены в табл. 1.
4. Зависимость рефрактерных периодов от длины цикла. В норме рефрактерность предсердий, системы Гиса-Пуркинье и желудочков напрямую зависит от длины цикла базовой стимуляции (т.е. ЭРП укорачивается при уменьшении длины цикла стимуляции). Данный феномен объясняется частотозависимым укорочением длительности потенциала действия и наиболее выражен в системе Гиса-Пуркинье. Резкие изменения длины цикла также изменяют рефрактерность тканей сердца.
Укорочение длины цикла (например, при нанесении экстрастимула [S2] после навязанного стимула [S1] с длинным циклом стимуляции) укорачивает ЭРП системы Гиса-Пуркинье и предсердий, тогда как удлинение цикла стимуляции увеличивает ЭРП системы Гиса-Пуркинье, но мало влияет на ЭРП желудочков. Рефрактерность предсердий, системы Гиса-Пуркинье и желудочков относительно независима от тонуса автономной нервной системы, хотя имеются данные о потенциальном укорочении ЭРП предсердий и удлинении ЭРП желудочков под действием повышенной активности блуждающего нерва.
Укорочение цикла стимуляции по-разному влияет на разные структуры сердца. Например, в норме при относительно длинном цикле стимуляции ЭРП правой ножки пучка Гиса превышает ЭРП левой ножки, так что функциональная блокада правой ножки пучка Гиса (БПНПГ) более распространена. При коротком цикле стимуляции ЭРП левой ножки превышает ЭРП правой ножки, так что блокада левой ножки пучка Гиса (БАНПГ) встречается чаще.
Напротив, ЭРП АВ-узла увеличивается при увеличении длины цикла стимуляции как проявление феномена «усталости», который вызван зависимостью рефрактерности АВ-узла от времени и ее большей длительностью по сравнению с потенциалом действия (в отличие от рефрактерности системы Гиса-Пуркинье). Кроме того, рефрактерные периоды АВ-узла изменчивы и могут значительно изменяться под действием автономной нервной системы.
С другой стороны, изменение ФРП АВ-узла в ответ на изменение длины цикла стимуляции непостоянно, но имеется тенденция к его уменьшению при уменьшении длины цикла стимуляции. Этот парадокс объясняется тем, что ФРП не является истинным отражением рефрактерности, вызванной предсердным экстрастимулом (А2), а в большей степени определяется временем проведения по АВ-узлу базового ритма (А1-Н1); чем больше интервал А1-Н1, тем короче будет вычисленный ФРП при любом значении А2-Н2.
5. Ограничения методик определения проводимости и рефрактерности. Получить весь комплекс полноценных измерений получается редко. ЭРП предсердий обычно больше, чем ЭРП АВ-узла, поэтому рефрактерность предсердий наступает раньше, что ограничивает возможность измерения рефрактерности АВ-узла. Кроме того, невозможно использование предсердного экстрастимула для проведения измерений в системе Гиса-Пуркинье, если существует блок проведения на уровне АВ-узла.
С подобными ограничениями приходится сталкиваться у большинства пациентов, которым проводят оценку проводимости и длительности рефрактерных периодов. С другой стороны, оценка антеградного проведения и рефрактерности дистальнее АВ-узла возможна при прямой стимуляции пучка Гиса. Такое исследование не входит в стандартный протокол ЭФИ, но может использоваться при необходимости.
Важно отметить, что проводимость предсердий может оказывать существенное влияние на определение рефрактерных периодов. Поэтому рефрактерные периоды должны рассчитываться не в месте нанесения стимулов, а в том месте проводящей системы сердца, которое исследуется. Например, при проведении стимуляции высоких отделов ПП у пациентов с левосторонним боковым ДПП ранний предсердный экстрастимул может попасть в ОРП предсердий, что приведет к удлинению времени межпредсердного проведения.
Таким образом, интервал S1-S2 в высоких отделах ПП будет короче, чем время распространения импульса в область ДПП (интервал А1-А2).
Показатели нормальных значений рефрактерных периодов варьируют в широких пределах (табл. 2). Интерпретация этих значений затруднена, т.к. для определения этих норм суммированы имеющиеся данные, полученные с использованием различных параметров стимуляции (цикл базовой стимуляции, сила тока, длительность наносимых импульсов).
