Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Современные представления о значении электрической стимуляции и эпикардиальном картировании сердца в диагностике нарушений ритма (обзор литературы) 8
Диагностическая стимуляция и эндокардиальное картирование сердца при тахиаритмиях 8
Эпикардиальное картирование сердца при хирургическом лечении тахикардии 28
Глава II. Разработка аппаратуры и способы обеспечения исследований при хирургическом устранении тахикардии 39
Система для эндокардиального, эпикардиального и трансмурального картирования сердца 42
Глава III. Материалы и методы экспериментальных и клинических исследований 87
Глава ІV. Эпикардиальное, эндокардиальное и миокардиальное картирование сердца - как методы интраоперационной диагностики желудочковых тахиарйтмий 105
Полное картирование электрического возбуждения сердца при моделировании желудочковых
аритмий в эксперименте 105
Эпикардиальное картирование с использованием модели двумерной возбудимой среды, при моделируемых желудочковых тахикардиях 115
Глава V. Значение диагностической стимуляции севда и картирования в диагностике и устранении наджевдочковых и желудочковых тахикардии 128
Учащающаяся, сверхчастая и программируемая стимуляция сердца в диагностике и купиро
вании тахикардии при синдроме Вольфа-Паркинсона-Уайта 128
Эпикардиальное картирование при синдроме Вольфа-Паркинсона-Уайта . 144
Картирование сердца и программируемая стимуляция при хирургическом лечении резистентных форм желудочковых тахиаритмий 155
Заключение 166
Выводы.. 188
Практические рекомендации 190
Указатель литературы 192
- Диагностическая стимуляция и эндокардиальное картирование сердца при тахиаритмиях
- Система для эндокардиального, эпикардиального и трансмурального картирования сердца
- Эпикардиальное картирование с использованием модели двумерной возбудимой среды, при моделируемых желудочковых тахикардиях
- Картирование сердца и программируемая стимуляция при хирургическом лечении резистентных форм желудочковых тахиаритмий
Введение к работе
Электрофизиологическая хирургия сердца является новым разделом кардиохирургии. Ее развитие стало возможным благодаря внедрению дооперационного метода исследования - программируемой диагностической стимуляции сердца, а также интраоперационного метода исследования - эпикардиального картирования электрического возбуждения сердца.
Прошло немногим более 15 лет с тех пор, как WeBBengB лаборатории Duttet в 1967-1968 годах применила метод программируемой электрической стимуляции сердца в клинических условиях. В настоящее время во многих кардиологических и кардиохирурги-ческих центрах мира методы диагностической программируемой электрической стимуляции сердца занимают достойное место в арсенале средств диагностики и лечения аритмий сердца. Электростимуляция сердца применяется с целью: исследования патогенеза аритмий ; изучения автоматической функции синусно-предсердного и предсердно-желуцочкового узлов проводящей системы сердца; устранения наджелудочковых тахикардии, обусловленных механизмом „ге-впНу"
Столь широкому внедрению методов диагностической стимуляции способствовали: техническое усовершенствование регистрирующих устройств для записи биопотенциалов сердца, создание первых программируемых электрических стимуляторов.
Появление в клинической практике внутрисердечных электрофизиологических методов исследования позволило объяснить ряд важных симптомов, выявить группы больных, котором только превентивное лечение позволит избежать катастрофы - "внезапной смерти".
Большое количество публикаций по электрофизиологии сердца
посвящено фундаментальным исследованиям в области электрической активности сердца в норме и патологии. К настоящему времени (в основном) созданы универсальные схемы исследования функции автоматизма и проводимости различных областей сердца, проведена классификация аритшш. Значительно продвинулись исследования механизмов нарушений ритма сердца и улучшилась их клиническая диагностика. Однако, несмотря на многочисленные работы в этом направлении, проблеїла диагностики тахиаритмии (особенно желудочков) остается открытой, а нарастающий поток больных требует немедленного ее решения.
В настоящее время не существует отечественных приборов, отвечающих указанным требованиям. В мировой литературе отсутствует описание комплексных систем для полного изучения всех элементов проводящей системы, отвечающих за возникновение нарушений ритма.
Возникла насущная необходимость в создании аппаратурных комплексов, позволяющих проводить эндокардиалыюе, эпикардиаль-ное и трансмуральное картирование сердца в кардиохирургияеских клиниках, занимающихся лечением ритма сердца.
Применение такого комплекса позволит с высокой точностью локализовать эктопические очаги, выявлять патологические пути проведения импульсов возбуждения.
Тема диссертации является составной частью плановых исследований Института сердечно-сосудистой хирургии им.А.Н.Бакулева АМН СССР по проблеме "Хирургическое лечение нарушений ритма сердца", которая утверждена на Ученом Совете ИССХ им.А.Н.Бакулева 17 ноября 1980 г. и принята 21 августа 1981 г. ГКНТ при Совете Министров СССР.
Порученное нам исследование посвящено одному из актуальных
Диагностическая стимуляция и эндокардиальное картирование сердца при тахиаритмиях
Успех лечения нарушений ритма во многом зависит от комплексного изучения проводимости сердца, механизмов форглировагош аритмий и влияния различных медикаментозных средств на автоматизм и функцию проводящей системы сердца. Это удается полностью осуществить только электрофизиологическим исследованием, т.е. при использовании программируемой электрической стимуляции предсердий и желудочков. При этом необходима регистрация не только стандартных отведений ЭКГ, но и внутрисердечных электрограмм (ЭГ), включая электрограмму пучка Гиса (ЭПГ) (KdiSet и соавт., 1970 ;Jwa, WdCLa, 1973 ; FouiawQn соавт., 1975 ; Utdman соавт., 1976).
AtOLtlLU и соавт. в 1958 году удалось впервые записать на изолированном сердце собаки электрограмму пучка Гиса (ЭПГ). Затем Koiicmet и Flfh&onB зарегистрировали электрограмму пучка Гиса при операции на открытом сердце. Широкое клиническое применение электрической стимуляции сердца и эндокардиального картирования стало возможным после внедрения в лаборатории SchetCon (1968, 1969 гг.) методики регистрации потенциала пучка Гиса.
Расположение электродов и последовательность активации различных отделов сердца во времени представлены на рис.1 и 2. Согласно этой схеме интервал Р-А - соответствует времени проведения импульса из синусного узла (где импульс вознжает) к атрио-вентрикулярному узлу. Интервал А-Н характеризует время проведения импульса через атрио-вентрикулярный узел. Интервал Н V - это время проведения по проводящей системе желудочков сердца. Громадное значение имел разработанный в 1957 г. Ди гсх и в 1968 г. CounLe? принцип программируемой электростимуляции ОС). Проведение учащающей (от 50 до 250 имп/мин.) и программируемой электрической стимуляции нанесением одиночного и множественных экстрастимулов позволяет в динамике изучать функцию ат-рио-вентрикулярной проводящей системы, провоцировать и устранять тахиаритмии и изучать влияние медикаментозных средств на проводящую систему сердца, оценивать их эффективность, а также определять показания к операции (Молс(еСж соавт., 1975 ; 3itQr USf и соавт., 1976 ; Veld и соавт., 1978). Согласно современным требованиям программируемые стимуляторы должны обеспечивать следующие режимы работы: 1) нанесение одиночных асинхронных импульсов с частотой от 50 до 800 в одну минуту ; 2) нанесение интермиттирирующей парной ЭС с подачей второго импульса из пары с желаемой задержкой и после желаемого числа первых (ведущих) импульсов (методика одиночного тестирующего импульса); 3) нанесение импульсов, синхронизированных с зубцами R и Р ЭКГ, с программируемой задержкой в отношении определенной фазы кардиоцикла. На рис.3 представлены величины различных интервалов проведения возбуждения в норме у взрослых. При этом по данным разных авторов отмечается расхождение в цифрах (правда незначительное), связанное с различным количеством наблюдений и исходным ритмом сердца ( Jo&ph&n и giUtee , 1972). Применение метода эндокардиального картирования внутрипо-лостной одновременной регистрации электрограмм из нескольких отделов сердца (рис.1), а также программированной стимуляции сердца позволило в экспериментальных условиях Lanatі и соавт., 1956 ,ЯойеИ ж соавт., 1969 гг. выявить 2 основных механизма формирования тахикардии. Это либо механизм повторного входа возбуждения (риентри), либо механизм повышенной эктопической активности (рис.4). Если повторный вход возбуждения происходит на уровне предсердий и желудочков (напртіер, при сшдроме Воль-фа-Паркинсона-Уайта), то круговое движение электршеской волны определяется как макрориентри (jmocwenHy. ). Повторный вход возбуждения между волокнами Пуркинье и миокардом желудочков или предсердий определяется как мжрориентри (КикСсг, Goodwin 1975). Для возникновения пароксизма кругового движения необходимы определенные условия: одновременное наличие нескольких путей проведения, однонаправленной блокады, замедленного проведения импульса в антеградном или ретроградном направлении по одному из путей.
Появление свойств повышения автоматизма в клетках проводящей системы или шокарде способствует формированию эктопической активности с частотой, превышающей частоту синусового ритма. Запись трансмембранного потенциала в клетках,обладающих эктопической активностью, выявляет спонтанную диастолическую деполяризацию (СДД), что и обусловливает постоянную генерацию патологически частого эктопшеского ритма. Рис.4 (Kllket,Go06to/ln , 1975).
Система для эндокардиального, эпикардиального и трансмурального картирования сердца
В этой главе приводятся результаты работы по созданию базовых устройств систем для эндокардиального и эпикардиалыюго картирования. Созданию каждого из рассматриваемых приборов предшествовала формулировка технического задания на проектирование ; выбор и обоснование функциональной схемы, разработка принципиальной схеглы. Заключительным этапом являлись клинические испытания разработанной аппаратуры.
Для электрофизиологического исследования сердца наибольшую информативность имеют биоэлектрические сигналы поверхностной электрокардиограммы (ЭКГ) и внутриполостных электрограмм (ЭГ), которые генерируются нестационарным объемным источником - сердцем и измеряются при помощи электрода, расположенного внутри или на поверхности неоднородного объемного проводника - грудной клетки.
Среди множества биоэлектрических сигналов ЭКГ и ЭГ обладают наибольшей упорядоченностью, что дает возможность их клинической интерпретации с помощью электронной аппаратуры в целях быстрого и эффективного получения информаЩ іи для диагностики и принятия решений непосредственно в процессе операции на сердце.
Многочисленность и разнообразие существующих алгоритмов анализа ЭКГ свидетельствуют о чрезвычайной трудности определения такой стратегии анализа, которая могла бы с равным успехом применяться во всем широком диапазоне электрокардиографических сигналов, встречающихся на практике. Первостепенные задачи, решаемые любой совокупностью алгоритмов анализа - это обнаружение и описание комплексовPQRST, Обнаружение комплексов обычно осуществляется путем поиска одного или нескольких участков сиг-нала, где превышены амплитудные и временные пороговые значения. Некоторые устройства для обнаружения комплексов содержат цепи обратной связи для автоматической регулировки усиления, меняющие пороговые значения в зависимости от амплитудных характеристик ранее обнаруженных комплексов QR$ . Для исключения ложных срабатываний, связанных с появлением зубцов Т большой амплитуды, вслед за обнаружением комплекса чаще всего вводится "слепой" период, который выбирается таким образом, чтобы он совпал с ожидаемым временем появления зубца Т.
После обнаружения комплекса QRS применяются методы выделения признаков или коррелящюнные методы для его отнесения к "нормальному" или "патологическому".
Корреляционные алгоритмы основаны на последовательном сопоставлении отсчетов неизвестного сигнала с известным эталонным сигналом. Такой анализ связан с проблемой быстрого вычисления некоторой устойчивой опорной точки для каждого комплекса с учетом того, что "нормальная" морфология комплексаPQRST конкретного пациента на протяжении записи может существенно меняться. Алгоритмы выделения признаков определяются небольшим числом особенностей комплексаPff/t$T которых по предположению достаточно для характеристики рассматриваемого сигнала по отношению к другим известным сигналам. Теоретически все признаки должны быть независимыми.
Относительные достоинства и недостатки обоих подходов являются предметом серьезных дискуссий.
Степень взаимодействия автоматизированной системы анализа ЭКГ с исследователем определяется рядом факторов: I) совершенством алгоритмов ; 2) требованиями к условиям обработки данных ;
Большинство существующих систем анализа ЭКГ работает с сигналом в аналоговой форме, но в настоящее время разрабатываются системы анализа, основанные на обработке дискретных отсчетов ЭКГ. Большие трудности существуют в процессе оценки качества действующих систем контроля ЭКГ в связи с отсутствием стандартов на измеряемые данные и протоколы оценки. Первый и наиболее важный шаг в направлении решения этой проблемы касается составления и описания единой и действительно характерной совокупности электрокардиографических данных, которая была бы доступна каждому исследователю.
Разработчикам и конструкторам аппаратуры, входящей в системы автоматизированного анализа ЭКГ и ЭГ, зачастую приходится сталкиваться с рядом проблем.
Электрокардиографический сигнал в чистом виде редко встречается на практике. Слишком часто, особенно при эндокардиаль-ном и эпикардиальном картировании сердца, записи ЭКГ и ЭГ частично теряются в артефактах.
Источники артефактов можно подразделить на биологические и аппаратные. Из биологических особые затруднения вызывают артефакты, порождаемые скелетными мышцами, обладающими почти такими же характеристиками, как полезный сигнал ЭКГ. Для уменьшения таких артефактов нужно стараться не размещать электроды на крупных мышцах. Другие возможные биологические источники артефактов - это изменение положения сердца по отношению к измерительным электродам и изменение свойств проводящей среды между . сердцем и электродами. Характеристики этих источников зависят от позы и дыхания пациента, т.е. от факторов, которые удается.
Артефакты, связанные с измерительной аппаратурой, обусловлены в основном изменением сопротивления между электродами и точками измерений, а также наличием в большинстве рабочих помещений электрических и магнитных полей, создающих наводки на входах измерительных усилителей.
Все выше названные причины вызывают необходимость значительного усиления сигналов ЭКГ усилителями с дифференциальным входом, с высоким коэффициентом подавления синфазных сигналов и гибкой системой автоматического регулирования усиления, а также обусловливают необходимость применения качественных электронных фильтров для борьбы с наводками и биологическим артефактами.
Эндокардиальное, эпикардиальное и трансмуральное картирование сердца требуют разработки специальных многоканальных электродов программируемого электронного стимулятора с большим набором програші и измерительных возможностей, а также целого ряда вспомогательных устройств, увеличивающих надежность распознавания сигналов ЭКГ и ЭГ и обеспечивающих точное измерение всех нужных временных соотношений.
Эпикардиальное картирование с использованием модели двумерной возбудимой среды, при моделируемых желудочковых тахикардиях
Следующим важным моментом является то, что блоки, входящие в систему, как бы дублируют друг друга. Информация о длительности прохождения импульса от референтного электрода к картирующему поступает одновременно на экран автоматического анализатора интервалов, на регистрирующий прибор и на экран двухканального осциллографа. При этом наиболее точная и оперативная информация снимается с цифрового табло автоматического анализатора.
Во время эпикардиального картирования проводится измерение интервалов проведения Р-А, А-Н, H-V с помощью осциллографа с электростатической памятью. Интервал Р-А измеряется от начала стандартной Р-волны и предсердного потенциала А, связанного с временем синусно-узловой проводимости. Интервал А-Н измеряется от начала А до Н - потенциала пучка Гиса, определяемого внутри-узловой проводимостью. Интервал H-V измеряется от начала Н -потенциала до первой дефлексии желудочков.
Необходимость использования осциллографа обусловлена технической проблемой выделения Р и Н комплексов с помощью электронных систем. Р и Н потенциалы имеют малую амплитуду (ОД f 0,3 мВ), зачастую маскируются мышечными сокращениями или накладываются на /улД - комплекс или Т-зубец. С другой стороны, Р и Н - комплексы могут иметь самую разнообразную конфигурацию.
Так как эти зубцы различимы человеческим глазом, возможно проведение осциллографического измерения со схемой формирования меток, что позволяет с точностью + 0,2 мсек измерять временные соотношения процесса деполяризации и реполяризации.
Двухканальный осциллограф с электростатической памятью предназначен для визуальной индикации исследуемых сигналов и, совместно со схемой формирования меток, для измерения временных соотношений между соответствующими ЭКГ и ЭГ комплексами. Осциллограф может работать как в асинхронном режиме, так и в режиме синхронизации по одному из исследуемых сигналов. На вход осциллографа с помощью селектора могут подаваться как последу емые сигналы, так и сигналы, вырабатываеше генератором меток. Сигналы меток (Cj и Ср) формируются одновибраторами с регулируемой длительностью импульса, изменяемой с помощью потенциометров и масштабных переключателей в пределах 0,1 1000 мСек. Запуск одновибраторов производится импульсом с выхода "С" или "Д" схемы обработки и выделения исследуемых сигналов. Процесс измерения временных интервалов с помощью меток показан на рис.34.Процесс измерения временных интервалов с помощью Как только обнаружена точка» являющаяся центром эктопического очага, производится дополнительное исследование с помощью программированной стимуляции из зоны раннего возбуждения с полным картированием сердца. Это исследование уточняет локализацию выявленного участка и его функциональное значение. Кроме того, данные, получаемые с помощью программированной стимуляции, в дальнейшем после хирургической коррекции используются для сравнения с результатами повторного исследования с целью оценки результатов операции. Эпикардиальное картирование обычно используется при локализации добавочного атриовентрикулярного проводящего пути при синдроме Вольфа-Паркинсона-Уайта (tV-P-HO перед операцией, а также при локализации зоны аномальной эктопияеской активации при желудочковой тахикардии. Составление изохронной карты эпикарда дает полное представление о процессах деполяризации перегородки и желудочков, что исключает возможность получения случайных результатов. Системное картирование эпикарда позволяет также вывести корреляцию между электрическими сигналами эпикарда сердца и записями стандартных отведений ЭКГ. Результаты измерений временных соотношений используются для составления эпикардиальной карты распределения возбуждения на поверхности сердца. Пример такой карты приведен на рис.35. На эпикардиальной карте распространения возбуждения у больной К., 10 лет, с дефектом межпредсердной перегородки отмечается замедление распространения возбуждения в правых передних и задне-базальных областях желудочков сердца. Всего с использованием разработанной нами аппаратуры ин-траоперационное картирование сердца было произведено у 80 больных, оперированных по поводу стойких резистентных к медикаментозной и электроимпульсной терапии нарушений ритма. Кроме того, в плане отработки методики эпикардиальное картирование было произведено еще у 5 больных, оперированных по поводу дефектов межпредсердной перегородки.
Проведенные исследования показали надежность сконструированной нами системы эпикардиального картирования сердца, позволяющей в большинстве случаев с большой точностью выявить арит-могенный очаг в различных отделах сердца и, вместе с тем, перспективность дальнейших разработок с использованием автоматических и компьютерных систем при диагностике нарушений ритма.
Картирование сердца и программируемая стимуляция при хирургическом лечении резистентных форм желудочковых тахиаритмий
Электрическая активность желудочков изучалась путем записи электрограмм (ЭГ) с эпикардиальной, эндокардиальной поверхности сердца, а также регистрировалась трансмуральная активность в міокарде желудочков. После премедикации, вводного и основного эндотрахеального наркоза (наркотан 0,8 об.#, гексенал до 20 мг/кг веса, фента-нпн 5-8 мл 0,005$ по мере необходимости) проводилась срединная стернотомия, широко вскрывался перикард. Фиксировались к поверхности сердца два бинокулярных электрода в области синусового узла (устье верхней полой вены) и в выводном тракте правого желудочка для записи референтных ЭГ и навязывания ритма с целью проведения асинхронной или синхронной программируемой стимуляции.
Для эпикардиального картирования применялись электроды шести конструкций (рис.39), что связано с особенностями подхода к различным отделам желудочков сердца: к левой боковой поверхности, задней поверхности сердца, к межжелудочковой перегородке. Электроды изготавливались из прозрачного материала - пластмассы, при этом детектирующая часть изготовлялась в виде би- или триполярных платиновых электродов.
Электрод (I) служит для картирования передней поверхности желудочков сердца, расстояние между тремя электродами составляет I мм. Электрод (2) служит для картирования межжелудочковой перегородки и вводится после наложения кисетного шва в полость правого или левого желудочков с последующим мануальным контролем его положения в полости сердца или определением положения с помощью электронно-оптического преобразователя. Электрод (3) служит для регистрации потенциалов с задней поверхности сердца, при этом форма кольца позволяет не вывихивать сердце из полости операционной раны, а следовательно не менять условий распространения электрического возбуждения в сердце и не нарушать внутри-сердечную гемодинамику. Электроды (5, 6) служат для картирования поверхности сердца и записи потенциала пучка Гиса после введения в полость правого предсердия. Расстояние между электродами составляет 1,5 мм, а диаметр пла тиновых электродов 2 мм, последнее позволяет с достаточной точностью проводить картирование сердца при синдроме предвозбуждения и в то же время обеспечивает надежную работу автоматического анализатора временных интервалов. В ряде случаев применялись также биполярные электроды с мягкой ручкой, позволяющей изменять форму всего электрода для картирования межжелудочковой перегородки, а также задне-базальной поверхности правого и левого желудочков. Электрод для регистрации эндокардиальных электрограмм состоял из металлической ручки со шкалой (в мм) для определения глубины погружения электрода в полость желудочков, а также из пары платиновых детектирующих электродов. Металлическая основа ручки электрода позволяет мануально определять место его положения в полости желудочков, не вскрывая их, т.е. проводить картирование со стороны эндокарда без использования аппарата искусственного кровообращения. Помимо активных электродов использовались и эндокардиальные электрода-катет еры фирмы #5/iiMecLttonLkCL (США.) для записи ЭГ с различных отделов правого и левого желудочков. Электроды под контролем ЭОП и записываемых ЭГ проводились через бедренные и яремные вены, или ретроградно через бедренную артерию в полость правого предсердия, желудочка и ретроградно в полость левого желудочка (рис.40).
После установления всех электродов проводилась запись униполярных и биполярных электрограмм с различных отделов сердца через систему буферных и дифференциальных усилителей в диапазоне частот от 0,5 до 550 гц. Зашей электрограмм проводились на приборах "Мингограф-34" и "Мингограф-81" (Швеция ) со скоростью развертки 100, 250 и 500 мм/сек и с помощью автоматінеской системы анализа временных интервалов определялось время опережения "+" или отставания "-" ЭГ с активного электрода по отношению к ЭГ снимаемой с биполярного референтного электрода.
Преимущество этой системы состоит в том, что она позволяет оперативно и с большой точностью (до 0,5 мсек) определять временные интервалы между одновременно регистрируемыми электрограммами, как на двух регистрирующих каналах, так и при расшифровке ЭПГ.
Необходимо отметить, что эта система не имеет аналогов в нашей стране. Для определения глубины залегания патологического очага возбуждения в большинстве случаев (50-60$) эпикардиальное картирование не является достаточным, поскольку известно, что скорости распространения возбуждения различны в эндокарде, миокарде и эпжарде. Поэтому для точной топической диагностики очага возбуждения в толще миокарда наші была разработана многополярная игла-электрод (рис.42), с помощью которой записываются трансмуральные потенциалы. Длина иглы 20 мм, диаметр 0,8 мм, расстояние между электродами I мм.
