第一章　心脏起搏及起搏心电图

第一节　心脏起搏概述

一、人工心脏起搏器的历史和起搏心电图

1903年，伟大的生物学家和医学家Einthoven经过多年不懈的努力，试制成功了 “弦线式”心电图机，开创了体表心电图记录的历史。1932年，美国胸科医生Hyman在纽约贝斯-大卫医院应用自行设计的一台由发条驱动的电脉冲发生器刺激心跳停搏的动物心脏获得成功，他给这台机器命名为 “人工心脏起搏器”。他用弦线式心电图机记录的人工电刺激心脏产生的心电图，就是起搏心电图。1950年，Zoll首先应用体外经胸壁起搏的方法，挽救了濒于死亡的房室阻滞的患者，从此起搏器引起医学界及工程技术界的重视，并加快了起搏器研制的进程。1958年10月，Elmquist工程师设计制造出第一台可植入体内的起搏器在瑞典首都斯德哥尔摩由Senning医生植入人体内。同年，Furman在X线下将第一个静脉导管电极放入右心室流出道，开创了经静脉植入心内膜起搏电极的先例，为人工心脏起搏器的临床应用奠定了基础。

二、与起搏相关的心脏电生理特性

心肌细胞的电生理特性包括自律性、兴奋性、传导性及收缩性这4大特性，均与心脏起搏密切相关。

1.自律性

心肌组织中的起搏细胞能自发地发生除极化而引发一个扩布性动作电位的特性称为自律性。当心脏自律性降至起搏器下限频率以下时，起搏器将发放起搏脉冲带动心脏收缩；若自身节律的心电信号被起搏器感知后，则会抑制（或重整）起搏器脉冲的发放。故起搏器脉冲发放与否取决于自身节律的频率、起搏器设置的下限频率及其感知功能是否正常。

2.兴奋性

心肌细胞受到刺激后所发生反应的能力称为兴奋性或应激性。它具有周期性变化的特点，包括绝对不应期或有效不应期（心肌细胞膜电位-60～0mV）、相对不应期（膜电位-80～-60mV）、超常期（膜电位-90～-80mV）、易损期或易颤期（位于T波顶峰前30毫秒，约持续30～60毫秒）及应激期。若起搏脉冲落在心肌细胞的有效不应期内，则不能带动心脏起搏；若落在相对不应期、超常期及应激期内，则能带动心脏起搏；若落在易损期内，则有可能会诱发快速性心律失常。

3.传导性

心脏各个部位只要心肌细胞处于应激期内就具有传导兴奋的能力，称为传导性。自身心电信号通过传导组织、心肌细胞传至心内膜使起搏电极感知，同样起搏脉冲也通过电极、心内膜、心肌细胞及传导组织使心脏兴奋收缩。自身心电信号在心内膜-起搏电极交接区的传导时间约为0.05秒。

4.收缩性

心脏的电活动通过兴奋-收缩耦联，引起心脏收缩的能力称为收缩性，其收缩性与心肌细胞的肌质网内Ca2+、　血液Ca2+浓度的高低有关，　且具有 “全”　或 “无”　及不发生强直性收缩的特点。若发生心肌缺血、缺氧或酸中毒等各种因素使Ca2+通道受损，则会出现 “电-机械分离”现象，即有心电活动，但心脏无有效收缩。

三、起搏器的基本概念

1.心脏起搏系统的构成

心脏起搏系统由脉冲发生器、导线和电极构成（图1-1-1）。

（1）脉冲发生器：

即通常所说的起搏器，是起搏系统的中心，包括电子元件、电池和导线连接部分，其外壳由钛合金制成，电池多采用锂-碘电池。脉冲发生器埋置在胸大肌前方的皮下组织中。

（2）导线和电极：

电极导线的顶部及体部有起搏和感知的金属电极，负责起搏器的起搏和感知功能，电极导线经周围静脉植入，放置在相应心腔，紧贴心内膜，其尾部与脉冲发生器连接孔相连。其中电极有单极和双极之分。①单极电极：指顶端仅有一个电极组成作为负极，脉冲发生器的外壳作为正极，由此组成了一个大环路，在体表心电图上形成较大的起搏脉冲信号；②双极电极：是指负极和正极均在电极导线上，负极通常位于电极导线的顶端，其后约1cm为正极，由此构成较小、较短的环路，产生较小的起搏脉冲信号，有时不易辨认（图1-1-2）。由导线和电极将脉冲发生器与心脏连接，是起搏系统中的关键元件，其具有双向传导功能：①将起搏器发放的电脉冲传递给心脏用于起搏；②接收心脏自身的心电信号传回起搏器以备感知。

电极固定分为被动固定和主动固定两种：①被动固定是将电极导线的顶端嵌顿在肌小梁中，最常用的是翼状电极，其次为凸缘状、螺旋状电极（图1-1-3）；②主动固定是将电极导线顶端的螺钉、挂钩或螺旋旋入心肌组织，最常用的是可伸缩的螺旋电极。常用的激素缓释电极则可降低起搏阈值、提高对自身P波和QRS波群的感知灵敏度，延长起搏器的使用寿命。

2.起搏器的功能特点及分代

从1958年10月在瑞典首都斯德哥尔摩由Senning医生植入人类第一例永久起搏器至今已经50余年。半个世纪以来，起搏器技术发展迅速，起搏器功能日趋完善。根据起搏器功能和特点可将人工心脏起搏器分成4代（表1-1-1）。

3.起搏器的名称与代码

随着心脏起搏技术的发展，起搏器的类型不断拓展，起搏器功能日趋复杂，为了便于从事心脏起搏工作的医生和其他人员互通情报和交流经验，在国际心电图会议和心脏起搏会议上先后制定出起搏方式和起搏名称的三位字母和五位字母代码。目前通用的是1987年国际心电图会议和心脏起搏会议制定的起搏器的名称代码（表1-1-2）。

了解和记忆起搏器代码的意义非常重要，例如AAI起搏器代表该起搏器起搏的是心房，感知的是自身心房信号，自身心房信号被感知后抑制起搏器发放一次脉冲。双腔起搏器起搏的是心房及心室，感知的是自身心房及心室信号，自身心房及心室信号被感知后抑制或触发起搏器发放一次脉冲。VVIR起搏器起搏的是心室，感知的是自身心室信号，自身心室信号被感知后抑制起搏器发放一次脉冲，此外，该起搏器尚有频率适应性起搏功能。

4.安装永久起搏器的适应证

（1）完全性房室传导阻滞。

（2）高度房室传导阻滞。

（3）二度Ⅱ型房室传导阻滞伴有症状（晕厥、黑矇）。

（4）不全三分支传导阻滞或间歇性双束支传导阻滞（左、右束支交替出现）。

（5）病态窦房结综合征：①明显窦性心动过缓，心率＜45次/分，窦房阻滞或窦性停搏并伴有症状（晕厥史）；②慢-快综合征（无论有无晕厥发生）。

（6）反复发作的室性心动过速及恶性室性心律失常。

（7）非心电疾病：神经介导性晕厥、肥厚型心肌病、扩张型心肌病及顽固性心力衰竭等。

目前心电衰竭、心电紊乱、部分非心电性心脏病是当今起搏器治疗适应证的三大方面。

5.人工心脏起搏器的类型及特点

（1）固定频率型起搏器：

非程控固定频率起搏器，电极置于心房（AOO）或心室（VOO），起搏器只能按照规定的频率发放脉冲刺激，无感知功能，起搏脉冲发放时只要脱离了自身节律的心房波或心室波的不应期，均可起搏心房或心室，常与自身节律竞争形成并行心律特征的心电图改变，有引起室性心动过速或心室颤动的危险性，临床上早已停止使用。

（2）　按需型单腔起搏器（VVI和AAI）：

无自身心搏出现时，起搏器按照所设计的周期发放脉冲。自身心搏夺获心室或心房时，起搏器被抑制，并重新安排脉冲发放周期，临床上常见的按需型起搏器有VVI和AAI起搏器（图1-1-4A、B）。

（3）双腔起搏器（DDD起搏器）：

双腔起搏器为房室顺序起搏，比较符合生理要求，适应范围广，除心房颤动、心房扑动外，植入起搏器的患者均可使用双腔起搏器。双腔起搏器具有心房起搏、心房感知、心室起搏、心室感知等功能，程控参数较多，起搏功能复杂，双腔起搏器心电图特点是集 AAI、VVI、VDD及VAT和DVI起搏功能于一体（图1-1-4C）。

图1-1-4为单腔（VVI、AAI）　和双腔（DDD）　起搏器的起搏与感知功能示意图，以及相应的起搏心电图。图D中VAT是双腔起搏器表现的一种工作模式，即植入DDD或VDD起搏器的患者自身心房率（窦率）正常，房室结传导功能较差时的工作模式，自身心房P波被感知后，经起搏器下传引起心室起搏。

（4）三腔起搏器：

①左心房+右心房+右心室的双房单室三腔起搏：治疗和预防心房颤动；②右心房+右心室+左心室的单房双室三腔起搏：治疗顽固性心力衰竭。

（5）四腔起搏器：

双心房+双心室起搏，治疗心力衰竭伴阵发性心房颤动。

（6）　频率应答式起搏器（AAIR、VVIR、DDDR）：

利用各种传感技术感知人体工作运动负荷，运用窦房结功能以外的生理生化指标变化来调节频率，以满足人体新陈代谢的需要，提高患者的运动耐受量。

（7）抗心动过速起搏器：

适用于阵发性室上性心动过速，在射频消融术广泛应用的今天，抗心动过速起搏器已不被选择。

（8）埋藏式心脏电转复除颤器（ICD）：

自1980年2月首次在人体内应用这种转复除颤器以来，至今全世界已有数十万患者安装了自动转复除颤器。心脏猝死多发生于院外，多数为心室颤动，埋藏式自动转复除颤器可监测心室颤动的发生并自动放电进行除颤，可有效预防心室颤动引起的猝死。

6.磁铁试验

是指在记录心电图的同时，将磁铁放置在起搏器植入处皮肤的表面，起搏器内的舌簧开关被磁铁吸开后，起搏器转换为AOO、VOO、DOO工作模式，发放固定的频率。磁铁频率随起搏器的种类、型号的不同而不同。一般起搏器出厂时，起搏器的频率都已设置好了，一般为80～100次/分，不能程控更改，但可打开或关闭。磁铁试验可对起搏器的性能、工作状态进行检测，可观察刚植入的起搏电极有无脱位，可判断起搏器电能损耗情况，可终止起搏器介导性心动过速及起搏器频率奔放现象。磁铁试验心电图特征为：①起搏脉冲按固定频率发放，不受自身节律影响；②起搏脉冲可以夺获心房、心室引发相应的P波QRS波群（图1-1-5）。

四、起搏器起搏功能与心电图

1.起搏回路及起搏信号

起搏系统能将起搏器发放的起搏脉冲通过导线及电极传至所接触的心肌而发挥起搏心脏的作用。起搏时，电流由起搏电极（阴性）流向无关电极（阳性）。起搏时可以以单腔或双腔两种形式起搏，并以不同方式组成起搏回路。起搏信号是人工起搏器发放的电刺激脉冲，也称为脉冲信号，它代表起搏器发放一定能量的刺激脉冲。脉冲宽度为0.4～0.5毫秒，在心电图上表现为一个直上直下陡直的电位偏转，有人将之称为钉样标记。

刺激信号的幅度与两个电极间的距离呈正比关系。双极起搏时，正负两极间距离小，刺激信号较低，有时在某些导联上几乎看不见，分析时必须要注意，必要时提高电压（图1-1-6）；而单级起搏时正负两极之间距离大，刺激信号较大，有时还呈双向（图1-1-7）。刺激信号的另一特点是不同导联记录的刺激信号幅度高低有一定的差异。这与起搏电脉冲方向在心电图导联轴上的投影不同有关。

2.起搏阈值与起搏安全度

（1）　起搏阈值：

能够持续有效起搏心脏的最低能量称为起搏阈值，其单位为伏（V）或毫安（mA）。起搏阈值分为急性（植入手术中测定）及慢性（随访时体外测定）两种。影响阈值的因素很多，包括很多生理因素（睡眠、进食等）及病理因素，如缺血、炎症、局部水肿、药物等。

（2）起搏安全度：

为保证起搏的有效性、安全性，起搏器的实际起搏电压常程控为起搏阈值的2～3倍，称为起搏的安全度。

3.起搏间期与起搏逸搏间期

自身的心电活动（P波或QRS波）与其后的起搏信号之间的间期为起搏逸搏间期，两次连续的起搏信号间的间期为起搏间期（图1-1-8）。多数情况下，起搏间期与逸搏间期是相等的，对有滞后功能的起搏器启用滞后功能时，起搏逸搏间期比起搏间期长。滞后功能是起搏器的一种特殊功能，其目的是：①鼓励更多自身节律下传；②节约电能。

五、起搏器感知功能与心电图

1.感知与感知回路

感知功能是指起搏器对一定幅度的自身心电活动能够检测出，并能作出相应的反应，常见的是自身的心电信号感知后抑制起搏器发放一次脉冲，并引起起搏器节律重整。感知回路的正负极与起搏回路一样，双极电极感知电场小，骨骼肌的电信号不易被误感知，而单极电极感知电场大，容易发生肌电的误感知。

2.起搏器的节律重整

自身心电活动出现并被起搏器感知后，起搏器将发生一次节律重整，即以自身心电活动为起点，以原有的起搏间期发放下一次的起搏脉冲，即为起搏器节律重整（图1-1-9），凡是心电图上自身心电活动能够引起起搏器节律重整的，说明该起搏器的感知功能正常。如果起搏器有滞后功能，该起搏器节律重整后的逸搏间期大于起搏间期（图1-1-10）。

3.感知灵敏度和感知安全度

感知灵敏度是指感知器能够感知自身心电活动的最低幅度，常以毫伏（mV）为单位。例如灵敏度为2mV时，则2mV或2mV以上的自身心电活动能被感知器感知。感知灵敏度可以调整和程控。可以看出，感知灵敏度的数值越小，感知灵敏度就越高。自身心电活动幅度的实际值与起搏器感知灵敏度的比值称为感知安全度。例如自身心电活动（P波或 QRS波）振幅为 2mV，而感知灵敏度设在0.5mV，此时感知安全度为（2mV/0.5mV）×100%=400%。一般感知安全度在200%～300%以上。

4.感知功能不良与调整

起搏心电图中，每次自身心电活动出现后都能引起起搏节律重整时，则可诊断起搏器感知功能正常，反之诊断为感知功能不良。感知功能不良是一个十分严重的情况，常可引起竞争性心脏起搏，引发快速性室性或房性心律失常，严重时可以致命。感知功能不良能够通过提高感知灵敏度纠正。提高感知灵敏度实际是将灵敏度数值下调，例如原来灵敏度为1.5mV，调整为1.0mV或0.5mV，感知灵敏度提高了，感知功能可恢复正常（图1-1-11）。当起搏器患者的自身心律正常存在，且频率明显高于起搏器基本起搏频率时，起搏节律会因接连而来的自身心电活动而发生不断重整，结果心电图只显示自身心电活动，而不出现起搏信号和起搏心律。记录到这种起搏心电图时说明：①自身心电活动频率高于起搏频率，起搏器暂不起搏；②起搏器感知功能正常。此时起搏心电图只能诊断 “未见起搏器信号”，而不能诊断 “未见起搏器工作”，因为起搏器的感知功能一直持续存在。

六、分析起搏心电图的注意事项

1.了解起搏器生产厂家、类型、所用起搏器技术特性、工作特点及程控方式。

2.了解植入起搏器设置的心电参数及其计时周期。

3.了解电极的种类、电极埋藏的位置。

4.记录12导联心电图，并记录长Ⅱ及V1导联。

5.可将术前心电图及起搏器植入后心电图进行对比分析。

6.根据脉冲与P波、QRS波的关系及各波形的变化判断起搏的心腔、感知心腔及感知后的反应方式。

7.了解患者的心脏状况、自身心律情况及起搏后有无室房逆向传导。

8.判断起搏器的起搏及感知功能状况。