Mekanismer for hjertearytmier: fra automatik til re-entry

Dette afsnit introducerer de mest almindelige arytmier i klinisk praksis og begynder med en diskussion af de underliggende mekanismer for hjertearytmier. Selv om en detaljeret forståelse af disse mekanismer ikke er afgørende for alle klinikere, er det rimeligt at få en forståelse af de overordnede begreber. Arytmogenese (arytmimekanismer) præsenteres i dette kapitel, efterfulgt af dybdegående diskussioner af specifikke arytmier i de efterfølgende kapitler.

Hjertearytmier kan inddeles i følgende kategorier:

• Bradyarrytmier (bradykardi): arytmier, der ofte skyldes dysfunktionel automatik i pacemakerceller eller blokering af impulser et eller andet sted i ledningssystemet.
• Supraventrikulære takyarytmier (takykardi): hurtige arytmier på grund af impulser, der stammer fra forkamrene.
• Ventrikulære takyarytmier (takykardi): hurtige arytmier på grund af impulser, der stammer fra ventriklerne.

Denne klassifikation letter differentialdiagnosen og behandlingen af arytmier. Da behandlingen af arytmier, især takyarytmier, ofte anses for at være udfordrende, er der afsat separate kapitler til diagnosticering og behandling af dem. Anbefalingerne i dette afsnit er i overensstemmelse med de retningslinjer, der er udstedt af European Society of Cardiology (ESC), American Heart Association (AHA) og American College of Cardiology (ACC).

Definition af hjerterytme

En rytme defineres som tre på hinanden følgende hjerteslag, der viser identiske bølgeformer på EKG’et. Ligheden mellem bølgeformerne indikerer, at impulsernes oprindelse er den samme. Den sinoatriale knude (SA) er hjertets pacemaker under normale omstændigheder, og rytmen kaldes sinusrytme.

En arytmi defineres som en unormal hjerterytme eller hjertefrekvens, som ikke er fysiologisk begrundet. Sidstnævnte kriterium er vigtigt, fordi rytmer, der er fysiologisk begrundede, ikke bør betragtes som unormale. For eksempel er sinusbradykardi (en langsom rytme styret af sinoatrialknuden) et almindeligt fund hos atleter og under søvn; i disse scenarier bør det ikke betragtes som unormalt. På den anden side betragtes sinusbradykardi, der udvikler sig under fysisk træning, som unormal, fordi hjertefrekvensen skal stige under træning.

Mekanismer bag hjertearytmier

De mekanismer, der ligger til grund for hjertearytmier, bliver opklaret i et accelererende tempo, hvilket gør arytmologi til et område med intens forskningsaktivitet. Det skyldes dels fremkomsten af billeddannelse af hjertet og invasive elektrofysiologiske metoder, som giver mulighed for detaljerede in vivo-undersøgelser af arytmier. Dette kapitel fokuserer dog på kliniske aspekter af arytmologi for at give læserne en solid forståelse af almindelige arytmier. Læsere, der ønsker en dybdegående diskussion af mekanismer, henvises til Zipes et al.

Hovedårsager til hjertearytmier

Arytmier opstår, hvis impulsdannelsen er unormal, hvis impulsoverførslen er unormal, eller hvis begge dele er unormale. Disse omstændigheder diskuteres nu i detaljer.

Unormal impulsdannelse

Unormal impulsdannelse kan forårsage arytmier ved hjælp af følgende to mekanismer:

• Øget eller unormal automatik
• Udløst aktivitet

Øget eller unormal automatik

Som beskrevet i kapitel 1 har flere strukturer i hjertet automatik (dvs. evnen til at depolarisere spontant). Disse strukturer er som følger:

• Densinoatriale knude (SA): Den sinoatriale knude er hjertets primære pacemaker. Den styrer hjerterytmen under normale omstændigheder, og rytmen kaldes sinusrytme.
• Dele af det atriale myokardium: Der er klynger af atriale myokardieceller placeret omkring crista terminalis, indgangen til sinus coronarius og vena cava inferior samt celler omkring mitral- og tricuspidalklapperne, som besidder automatik. Disse celler er ikke ledningsceller i sig selv; de er kontraktile celler, der besidder automatik. Derfor er automatik ikke forbeholdt celler i ledningssystemet.
• Myokardiet omkring den atrioventrikulære (AV) knude: Det er en almindelig misforståelse, at den atrioventrikulære (AV) knude besidder automatik, da der ikke er nogen overbevisende dokumentation for denne påstand. Der er dog tegn på, at celleklynger, der omgiver AV-knuden, besidder automatik. For enkelthedens skyld vil denne automatik stadig – på trods af den angivne præcisering – blive omtalt som AV-knudens automatik.
• His-Purkinje-netværket: His-bundtet og hele Purkinje-netværket besidder automatik.

De er hjertets naturlige pacemakere, fordi disse strukturer besidder automatik, som er den iboende evne til at depolarisere spontant uden forudgående stimulering. Den iboende hastighed af spontan depolarisering i disse pacemakerstrukturer følger:

• Sinoatrial knude: 70 depolarisationer pr. minut.
• Atrialt myokardium: 60 depolarisationer pr. minut.
• Celler omkring den atrioventrikulære knude: 40 depolarisationer pr. minut.
• His-Purkinje-netværket: 20-40 depolarisationer pr. minut.

Sinoatrialknuden fungerer som hjertets primære pacemaker, simpelthen fordi den har den hurtigste automatik. Hjerterytmen styres af den hurtigste pacemaker, da den depolariserer før konkurrerende pacemakere og nulstiller deres “ure”, før de kan generere et aktionspotentiale. Desuden falder automatikken gradvist med stigende afstand fra sinoatrialknuden. Dette trinvise fald i automatik kaldes pacemakerhierarki.

Sinoatrialknuden kan blive dysfunktionel og undlade at depolarisere. Det kan potentielt resultere i hjertestop, men det gør det sjældent, fordi fraværet af sinoatriale impulser gør det muligt for en af de andre pacemakere at overtage hjerterytmen. Denne adfærd er grunden til, at andre pacemakere omtales som latente pac emakere. Enhver rytme, der erstatter sinusrytmer, kaldes en escape-rytme. Hvis den sinoatriale knude er dysfunktionel, vil en escape-rytme højst sandsynligt komme fra det atriale myokardium, fordi det har den næsthøjeste rate af spontan depolarisering. Hvis det atriale myokardium heller ikke kan generere aktionspotentialer, vil en flugtrytme sandsynligvis komme fra celler omkring den atrioventrikulære knude og så videre. Bemærk, at det ventrikulære myokardium normalt ikke besidder automatik.

Automatikken i sinoatrialknuden øges under fysisk træning. Den øgede automatik er en normal reaktion, da hjertets minutvolumen skal øges under træning. Dette er et eksempel på en normal (fysiologisk) forøgelse af automatikken. Men under visse omstændigheder kan automatikken i sinoatrialknuden og de andre latente pacemakere øges uden fysiologisk motivation. Her følger nogle eksempler:

• Automatikken i sinoatrialknuden kan øges uden fysiologisk motivation og forårsage sinustakykardi i hvile. Dette kaldes uhensigtsmæssig sinustakykardi.
• Automatikken i latente pacemakere kan øges, f.eks. under hypoxi, hvorved de begynder at udlede aktionspotentialer ved en højere hastighed end sinoatrialknuden og dermed overtager hjerterytmen.
• Purkinje-celler placeret omkring den iskæmiske zone under akut myokardieiskæmi/infarkt kan øge deres automatik og starte ventrikulær takykardi.

Som nævnt ovenfor besidder ventrikulært myokardium ikke automatik, og det gør langt størstedelen af det atrielle myokardium heller ikke. Men under patologiske omstændigheder kan selv disse celler begynde at udlede aktionspotentialer.

Log in to view image, video, quiz, text

Udløst aktivitet (efter-depolariseringer)

Et aktionspotentiale kan fremkalde en efter-depolarisering, som er en depolarisering, der opstår enten under eller efter repolariseringsfasen. En efterdepolarisering, der opstår under repolariseringen, kaldes en tidlig depolarisering, mens efterdepolariseringer, der opstår efter repolariseringen, kaldes sene depolariseringer (figur 1). Tidlige og sene depolarisationer kan være stærke nok til at nå tærsklen for at fremkalde en anden depolarisering. Med andre ord kan efter-depolariseringer udløse aktionspotentialer. Et aktionspotentiale, der fremkaldes af en efter-depolarisering, kaldes et udløst aktionspotentiale. Sådanne aktionspotentialer forårsager ekstrasystoler (ekstra hjerteslag, der falder mellem de normale slagger).

Tidlige depolarisationer ses typisk under bradykardi, hypokalæmi, hypoxi, acidose, hypokalcæmi og ved bivirkninger af medicin. Sene depolarisationer ses ved overdosering af digoxin og under sympatisk stimulering.

Det er vigtigt at bemærke, at efterdepolariseringer kan forårsage ekstrasystoler, men de forårsager ikke vedvarende arytmier. Ekstrasystolerne kan dog fremkalde en anden arytmimekanisme (re-entry, se nedenfor), som kan forårsage vedvarende arytmier.

Log in to view image, video, quiz, text

Unormal impulsoverførsel: reentry (genindtræden)

Normal impulsoverførsel indebærer, at den depolariserende bølge spreder sig hurtigt, ensartet og uhindret gennem myokardiet. Dette kræver, at alle celler foran impulsbølgen er excitable og har samme kapacitet til at overføre impulser. Kun under sådanne omstændigheder kan depolariseringen (impulsen) sprede sig gennem myokardiet som en bølgefront i vand. Hvis impulsen møder celler, der ikke er excitable, eller områder, hvor ledningsevnen er heterogen, kan der opstå re-entry.

Det er vigtigt at forstå, hvordan re-entry opstår, da denne mekanisme er ansvarlig for størstedelen af de arytmier, der kræver behandling. Mekanismen er noget indviklet, men den kan lade sig forstå med en illustration. Se figur 2, og studer den nøje. Som det ses i figur 2, betyder re-entry, at den depolariserende bølgefront bevæger sig rundt om sig selv i en cirkel. Det er simpelthen en elektrisk cirkelsløjfe. Denne cirkulære bevægelse af den depolariserende bølge kaldes cirkusbevægelse.

Log in to view image, video, quiz, text

Re-entry opstår, hvis den depolariserende impuls støder på et blokeret område (“Central blokering” i figur 2), som kun kan passereeres på den ene side. Impulsen formerår at komme rundt om den centrale blokering på den ene side, cirkulerer rundt om den og bevæger sig tilbage. Hvis det tidligere blokerede område (det blå område i figur 2) er blevet exciterbart, når impulsen når frem, vil den passere det. Den depolariserende bølgefront vil så kunne fortsætte denne looping, så længe den støder på exciterbart væv. Denne cirkusbevægelse er typisk meget hurtig, og den udsender depolariserende impulser til det omgivende myokardium. Derfor genererer re-entry-kredsløbet impulser, der aktiverer myokardiet med en meget høj hastighed.

Forudsætningerne for re-entry er vist i figur 2. En kort forklaring gentages:

• Der skal være en bane af elektrisk forbundet myokardium, som danner et lukket kredsløb, hvorigennem en elektrisk impuls kan forplante sig gentagne gange. Enhver hjertecelle, der er i stand til at generere et aktionspotentiale, kan deltage i dette kredsløb, som kan variere i størrelse fra nogle få millimeter til flere decimeter i diameter.
• Det er vigtigt, at myokardiecellerne i kredsløbet har varierende kapacitet til at lede elektriske impulser. Denne variation, som skyldes forskelle i refraktæritet, ledningsevne og/eller excitabilitet, resulterer i en blokering af den indkommende impuls.
• Kredsløbet skal omslutte en central kerne af væv, som ikke kan depolariseres, hvilket skaber en “central blok” Denne ikke-depolariserbare kerne kan bestå af nekrotisk myokardium, fibrotisk arvæv eller anatomiske strukturer som f.eks. hjerteklappernes fibrøse ringe.

Re-entry opdeles i funktionel og anatomisk. Kendskab til disse skel er ikke afgørende for klinisk praksis.

Anatomisk genindtræden

De forklaringer, der er skitseret ovenfor, gælder faktisk for anatomisk re-entry. Ved denne type re-entry består den centrale blokering af forskellige anatomiske strukturer. For eksempel opstår atrieflagren (en re-entry takyarytmi), når impulsen cirkulerer rundt om tricuspidalklappen. I det scenarie er klappen den centrale blokerende struktur (klappevæv kan ikke depolariseres), og kredsløbet omfatter myokardiet, der omgiver klappen.

Anatomisk re-entry er fast, hvilket betyder, at placeringen af re-entry og den hastighed, hvormed den cirkulerer, er konstant. Det er også en stabil re-entry; episoder med atrieflagren kan vare ved i timer eller endda dage. AVNRT (atrioventrikulær node re-entrant takykardi), AVRT (atrioventrikulær re-entrant takykardi), de fleste tilfælde af ventrikulær takykardi (især dem, der stammer fra His-Purkinje-netværket, såvel som tilfælde efter infarkt) skyldes også anatomisk re-entry.

Funktionel genindtræden

Funktionel re-entry er noget sværere at forstå, fordi den centrale blokering og kredsløbet omkring den er sværere at definere anatomisk. Den centrale blokering og kredsløbet opstår på grund af elektrofysiologisk heterogenitet (variation) i myokardiet. En sådan heterogenitet omfatter varierende refraktæritet, ledningsevne og/eller excitabilitet. En impuls, der bevæger sig gennem et område med en sådan heterogenitet, kan støde på en funktionel blok, cirkulere den, og i løbet af sin første runde vil bølgefronten udsende impulser både udad og indad (mod kernen af kredsløbet). Kernen bliver bombarderet med impulser og bliver dermed refraktær.

Funktionelle re-entry-kredsløb er små, ustabile og kan skabe flere re-entry-kredsløb. Funktionel re-entry er grundlæggende for udviklingen af atrie- og ventrikelflimmer.

Klinisk betydning

Re-entry er den mest almindelige årsag til behandlingskrævende supraventrikulære og ventrikulære arytmier. De fleste tilfælde af atrieflagren skyldes re-entry, og re-entry har en grundlæggende rolle i udviklingen af atrieflimren. Re-entry kan også forekomme i den sinoatriale knude og den atrioventrikulære knude. Især ventrikulær takykardi hos personer med iskæmisk hjertesygdom er forårsaget af re-entry.

Afslutning af re-entry

Re-entry-kredsløbet afsluttes, hvis bølgefronten støder på refraktært væv (dvs. celler, der ikke kan depolariseres). Bølgefronten skal hele tiden møde exciterbart væv for at fortsætte sin bevægelse. Hvis den møder ikke-eksciterbart væv, vil den blive afbrudt. Formålet med at give et elektrisk stød gennem hjertet (f.eks. under ventrikulær takykardi) er at depolarisere alle exciterbare celler i hjertet, inklusive dem, der er involveret i re-entry, hvorved re-entry afsluttes (bølgefronten vil møde refraktære celler).