心电散点图表达的心脏电生理现象
  心电散点图(RR-Lorenz图)中的每一个散点表示相邻的两次心脏搏动的周期长度,其大小分别对应于二维坐标系中的横、纵轴值。心脏有其固有的电生理特性,此特性决定了两个相邻心脏搏动的周期长度,不论是正常的搏动,还是异常的搏动,还是异常和正常搏动的组合,都在心脏自主调节的能力以内,否则心脏则停止跳动。因此,反映心搏的心电散点图具有一定的形态和分布特征。对其图形的数学特征进行探讨即能反映出心脏的一些整体电生理现象。
一.窦性心律心电散点图表达的电生理现象
        在二维坐标系中的第一象限,位于斜率为45°直线上的点,其横、纵坐标轴值相等,表示相邻两次心搏的周长相等。一般情况下,窦性心律(简称窦律)时任何前后相邻两次心搏的周期长度相差很小,因此,窦律的散点位于45°直线上;由于心率受自主神经、体液等因素的影响,相邻两次心搏的周长在不断的变化,有时相等,有时逐波增长,有时逐波减慢,虽然相邻两次心搏周长变化不会太大,但随着时间的积累,在一定时间,乃至24 h,就形成了位置相差较大的散点,这些散点就构成了一定的形态,但这些散点都是窦律的,受其“吸引子”(参见“述评”)作用,总是围绕45°直线分布,其心电散点图长轴位于45°直线上,其在X轴或Y轴上的投影,即为心搏周长的变动范围,如图1。其短轴(垂线于45°直线的图形宽度)上的点表示相邻两次心搏的平均值相等,越远离45°直线,表示相邻两次心搏周长值相差越大。因此,散点图形最边缘的点,表示相邻两次心搏的周长之差最大,这是心率变异在散点图形上的直观表现。如图1。正常窦律一般呈棒球拍形,近端(离原点近的一端)陕小,表示心率快时,散点几乎位于45°直线上,即前后两次心搏的周长几乎相等;远端(离原点远的一端)宽大,表示心率慢时,散点离散较大,最宽处边缘的点前后两次心搏的周长相差最大。这种现象是生理性的,在临床上常会遇到这样的个体:心率快时,心率是规整的;心率慢时,心率出现明显的不齐,常诊断为:窦性心动过缓并不齐。因此,24 h窦律散点图既可表示心率的快慢变化范围,亦可反映心率的变异程度;不同个体,不同疾病,其散点图形是不一样的,图2为不同个体24 h窦律的散点图形,其形态各异,但对称轴为45°直线。图中“A~E”的散点图均呈现快时心率相对规整,慢时心率相对不齐,只不过不齐的程度不同,其他则是不太正常的散点图,特别是“F,G,L,M”表现为心率变异明显;“J,K,L,M”心率调节范围明显变小。因此,研究不同个体、不同疾病下窦律的散点图特征差异将揭示不同的心率调节机制。
心电散点图表达的心脏电生理现象
图1  正常窦律散点图  散点位于45°直线上,呈对称分布;指向原点的一端尖细,远离原点的另一端逐渐膨大,呈棒球拍形。长轴在X线上的水平投影为心率变化范围,短轴的宽窄为心率变异范围,最大膨隆处的边缘点为心率变异最大点(相邻RR间期差值最大)
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图2 不同形态的窦律散点图 所有散点图形均位于45°直线上,且对称分布。A~E近端(接近原点的一端)尖细,表示心率快(接近原点的散点,RR间期短),心率相对规整(相邻RR间期几乎相等,即X值=Y值),远端膨大(相邻RR间期相差大),心率变异度大。F、G、L、M表示心率快时,心率变异度也很大;J、K、L、M长轴短,表示心率变化范围小
二.窦律伴室性早搏心电散点图揭示的电生理现象
       为了弄清室性早搏(简称室早)的散点图分布,构建如图3室早模式。即得4类散点:室早点(NV,VN),室早前点(NN,NV),室早后点(VN,NN),主点(窦律)(NN,NN);如有室早二联律即有二联律点(VN,NV),则共5类散点。景永明等[2]利用美国优秀教育软件《几何画板》,对其室早时发生的上述不同组合节律散点进行模拟,清楚地阐明了室早时散点图的分布特征,如图4。模拟的窦律伴室早散点图与临床24 h动态心电图所描绘的图形相似,如图5。对照模拟图形,能很好解释24 h动态心电图所记录的散点图。不管是室早前点,还是室早点本身,以及二联律点,均包含室早的联律间期。室早点的散点图长轴平行于Y轴(垂直于X轴),即NV间期值固定;室早前点和二联律点平行于X轴(垂直于Y轴),也亦即NV间期值固定;室早点和室早前点及二联律点散点图的宽度(短轴)代表室早联律间期的变异范围,其长度(长轴)代表窦律的波动范围。因此,从数学原理上看,室早的联律间期不随主点(窦律)的变化而变化,但自身有其变异范围。说明,起源于心室的节律不受自主神经的调控,此可解释室早时发生的一些电生理现象。室早后点(包含代偿间期)因含有窦律间期,因此室早后点的散点图有一定的斜率,但斜率角度小于45°,从数学上看,代偿间期随窦律的变化而变化,但变化程度较窦律小。
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图3 室早RR间期以及室早前后的RR间期示意图 按相邻两个RR间期构建的散点,说明见正文。N表示窦律,V表示室性搏动
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图4 利用《几何画板》构建的窦律伴室早的心电散点图 ,此图可作为临床24 h 心电记录,计算机描绘的窦律伴室早的散点图的对照版,分析散点反映的RR间期的性质
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图5 窦律伴室早的心电散点图除D为室性并行心律散点图外(本文不讨论此类散点图),其他图形与图4相对照,均含有相似图形,故判定窦律伴室早。A、B、C、E、F、G为窦律伴频发室早,有时呈二联律;G还合并有房早;H、I为窦律伴室早二联律;J全程为室早二联律(NV,NV)的单纯节律
三.窦律伴房性早搏揭示的电生理现象
       与窦律并室早构建的散点图的原理一样,对窦律并房性早搏(简称房早),按房早的心电图发生规律构建,采用《几何模板》模拟房早发生时的散点图,如图6所示 。房早时,有时常合并传导阻滞,故使散点图更加多样性。但由于各自的吸引子不同,都形成一定的图形。模拟的窦律合并房早的散点图与临床上24 h动态心电图记录的各种房早散点图相似,图7。两者对照,可解释房早散点图的数学含义。从图6、图7中,可知包含房早联律间期的散点图长轴既不平行于X轴,亦不平行于Y轴,均有一定的倾斜角度。从数学上看,房早的联律间期随主点(窦律)的变化而变化;房早后的代偿间期亦随主点的变化而变化,其变化程度较房早的联律间期变化大。说明,起源于心房的节律受自主神经的影响,即房早的联律间期随窦律的增快而缩短,反之,则反。此可解释房早发生时产生的一些心电现象。
心电散点图表达的心脏电生理现象
图6 利用《几何画板》构建的窦律伴房早时的[2] 此图与临床24 h 动态心电图记录,计算机描绘的散点图相似,对照此图,可分析RR间期的性质
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图7 窦律伴房早的[3] A~E为窦律伴房早二联律,A为窦律较快时,伴房早二联律;B为窦律较慢时,伴房早二联律。F、G、H为窦律频发房早、房早二联律;并且H可能伴有房早未下传
四.心房颤动发生的心电散点图揭示的电生理现象
       心房颤动(简称房颤)时,心房波的频率为350~600次/分。但由于房室结的阻拦作用,使能下传至心室的激动减少,心室率一般在80~160次/分,超过100次/分的心率需进行干预。房室结受自主神经的调节,受到神经体液和药物的影响,人体处于不同状态时,其房室结表现的功能(阻拦)作用是不一样的,从电生理角度上讲,只有当房室结脱离其不应期时,心房波才能经房室结下传心室。因此,房室结的有效不应期是随人体的状态不断调整,维持一定的心室率,以满足人体的能量的需要。24 h动态心电图记录,通过计算机描绘的房颤心电散点图呈扇形,沿45°直线对称分布。扇形的边界表示各种状态下房室结对心房波的阻拦界线,界线以下没有心房波下传引起的心搏。因此,称扇形的边界线为动态的房室结功能不应期,如图8A,因房室结功能不应期受自主神经、体液、药物等影响,所以其功能边界线处于动态变化之中,如图8B是药物对房室结功能不应期产生影响,使其边界线上移,故扇形图上移。
心电散点图表达的心脏电生理现象
图8 房颤的扇形散点图及显示的动态房室结功能不应期界线(A)及药物对扇形图的影响(B) 由于房室结对自主神经、体液、药物等影响,其房室结功能不应期处于不断变化之中,B图为使用洋地黄和胺碘酮后扇形散点图沿45°直线远离原点(由B上图形变为B下图形)
        临床上电生理检查测定房室结有效不应期,采取的是S1S1基础频率刺激,S2反扫刺激,直至S2不能引起R波时,即测得在S1S1基础频率下的房室结有效不应期;然而临床上无法穷尽所有S1S1的基础频率下的房室结有效不应期;并且测定的状态与人体自然状态不同,因此,房颤时的扇形散点图提供了了解动态房室结功能不应期的天然方式。
        扇形图的数学原理提示:房室结的功能不应期随心率的减慢而延长,反之,则反;不同个体、不同状态其变化程度不一(表示为扇形边界线斜率,即Y值的变化,如图9所示)。临床上讲,应为心率随房室结功能不应期延长而减慢;反之,则反。或者说是房室结的功能状态,决定了房颤心电散点图的分布范围。
心电散点图表达的心脏电生理现象
图9 持续性房颤的心电散点图呈扇形,每例扇形的边界线斜率不一致,表明房室结的功能不应期界线随个体的不同而不同,随个体状态的不同可能亦不同
结 语
        心电散点图为整体上探讨心率变化的规律提供了便利,其可能蕴含着更多的整体动态变化的电生理现象,此有待进一步探讨。通过心电散点图分析,不仅仅是要了解RR间期变化的规律,更重要的是探讨RR变化的机体调节和药物作用机制。伴随对其机体调节和药物作用机制的阐明,心电散点图可能在评价人体机能和疾病预后中有重要价值。
 
参考文献(略)
阅读数: 2054