Электрофизиологические механизмы

 

Мембранный потенциал покоя, или максимальный диастолический потенциал' сердечных волокон, возрастает (т. е. становится более отрицательным) при снижении внеклеточной концентрации калия. Однако рост потенциалов (т. е. гиперполяризация) можно было бы ожидать на основании расчетов с использованием уравнения Нернста для мембраны, свободно проницаемой для ионов калия. Гиперполяризация обнаруживается в сердечных волокнах всех типов, но ее длительность в клетках рабочего миокарда и пейсмекерных волокнах (например, в волокнах Пуркинье) различна [6, 40]. В непейсмекерных волокнах перфузия раствором с низким содержанием калия (0,54 мМ/л) вызывает продолжительную гиперполяризацию; в волокнах же Пуркинье гиперполяризация кратковременна, транзиторна и быстро сменяется нарастающей деполяризацией, обусловленной значительным ускорением диастолической деполяризации. Затем появляется спонтанная автоматическая активность, при которой МДП становится все менее отрицательным, пока, наконец, волокно не утратит свою возбудимость.

Реполяризация. С понижением [К⁺]₀ реполяризация замедляется и длительность потенциала действия (ПД) возрастает [18]. Последний эффект сопровождается постепенным увеличением наклона фазы 2 и уменьшением наклона фазы 3, что приводит к появлению длинного «хвоста» потенциала действия. Наблюдается не только замедление наклона фазы реполяризации, но и изменение его формы — от выпуклой к вогнутой. При более продолжительной реполяризации увеличивается интервал времени, в течение которого разница между диастолическим и пороговым потенциалами уменьшается. Это означает, что период повышенной возбудимости увеличивается и возникновение эктопических возбуждений облегчается [18, 19]. При гипокалиемии «хвост» ПД в проводящей системе удлиняется больше, чем в желудочках, так что период неполной реполяризации в волокнах Пуркинье продолжительнее, чем в волокнах желудочков.

Диастолическая деполяризация. Гипокалиемия ускоряет диастолическую деполяризацию в волокнах Пуркинье [6, 24, 40] и, следовательно, способствует проявлению автоматической активности в молчащих волокнах (Пуркинье). Если такие волокна деполяризуются при величине мембранного потенциала, менее отрицательной, чем максимальный диастолический потенциал, скорость нарастания потенциала действия и скорость проведения снижаются. Повышенный автоматизм волокон Пуркинье может обусловить возникновение эктопических желудочковых комплексов и ритмов. Автоматическая активность может появиться даже в миокардиальных (непейсмекерных) волокнах, если реполяризация в них замедляется и пороговый потенциал достигается прежде, чем завершается реполяризация [19]. Такой тип автоматизма может запускаться повторяющейся стимуляцией [41].

Другие эффекты. Gettes и Surawicz показали, что гипокалиемия увеличивает разницу в длительности ПД волокон Пуркинье и волокон желудочков [6]. Сначала увеличение длительности ПД сопровождается более продолжительной рефрактерностью [6], однако последующее сокращение фазы 2 и замедление фазы 3 реполяризации позволяют волокну достигнуть порогового потенциала раньше, чем при нормальной концентрации калия, в результате чего рефрактерный период уменьшается. Клинические наблюдения также свидетельствуют о том, что гипокалиемия сокращает эффективный рефрактерный период, так как предсердные и желудочковые преждевременные комплексы у больных с гипокалиемией часто появляются после короткого интервала сцепления (рис. 4.7).

Проведение при гипокалиемии нередко замедляется вследствие того, что деполяризация начинается в не полностью реполяризованных волокнах, а также, вероятно, в результате увеличения разности между мембранным потенциалом покоя и пороговым потенциалом [19].

 

ЭКГ-изменения

 

Понимание электрокардиографических изменений, обусловленных гипокалиемией, облегчается при их сравнении с соответствующими изменениями потенциала действия кардиомиоцитов желудочков, как показано на рис. 4.8. Видно, что постепенное изменение реполяризации отражается на ЭКГ в виде прогрессирующего угнетения сегмента ST, уменьшения амплитуды T -волны и увеличения амплитуды U -волны в стандартном грудном отведении и отведениях от конечностей. До тех пор пока T -волна и U -волна разделены впадиной, длительность интервала Q—Т не меняется. На более поздней стадии гипокалиемии T -волна и U -волна сливаются, поэтому точное измерение интервала Q—Т невозможно [11]. Поскольку гипокалиемия не влияет на продолжительность механической систолы, ее ЭКГ-проявления удобнее всего описать как постепенное смещение основной волны реполяризации от систолы к диастоле. На рис. 4.8, А амплитуда волны реполяризации, наблюдаемой во время систолы (T-волна), заметно выше аналогичной амплитуды во время диастолы (U -волна). На рис. 4,8, Б обе волны имеют одинаковую амплитуду, тогда как на фрагментах В и T амплитуда волны реполяризации, регистрируемой во время диастолы, превышает таковую во время систолы. Последние два типа ЭКГ-признаков гипокалиемии наиболее часто наблюдаются при плазматической концентрации калия ниже 2,7 мэкв/л [11, 42].

 

 

 

Рис. 4.7. Электрокардиограммы больной 65 лет, страдающей хроническим пиелонефритом и рвотой, до и после лечения солями калия. На ЭКГ от 13.07.66 типичные признаки гипокалиемии и короткий интервал сцепления эктопического экстравозбуждения в отведениях aVF и V1. Концентрация калия в плазме крови (К) указана в мэкв/л [II}.

 

 

При значительной гипокалиемии амплитуда и длительность комплекса QRS увеличиваются. Комплекс QRS однородно расширяется, однако у взрослых это расширение редко превышает 0,02 с. У детей расширение QRS может быть более выраженным. Большая длительность QRS является результатом его расширения без изменения формы; это свидетельствует о том, что его появление вызвано замедлением внутрижелудочкового проведения без изменения последовательности деполяризации. Как отмечалось ранее, замедление внутрижелудочкового проведения при гипокалиемии может быть обусловлено гиперполяризацией миокарда желудочков или замедленным распространением импульсов в не полностью реполяризованных волокнах Пуркинье или миокардиальных волокнах желудочков.

Амплитуда и длительность Р-волны при гипокалиемии обычно повышены, а интервал Р—R часто слегка или умеренно увеличен.

 

 

Рис. 4.8. Изменения потенциала действия желудочков и ЭКГ при снижении внеклеточной концентрации калия (K₀) от 4 до 1 мэкв/л. Числа слева —мембранный потенциал (в мВ). Объяснение в тексте [11].

 

 

Аритмогенные эффекты

 

Гипокалиемия приводит к появлению экстравозбуждений и эктопических ритмов вследствие повышения автоматизма и облегчения циркуляции. Последнее может быть обусловлено замедленным проведением во время более продолжительного относительного рефрактерного периода, а также повышенной неоднородностью рефрактерности и снижением порога возбудимости. При перфузии изолированного сердца кролика раствором с низким содержанием калия возникают нарушения внутрижелудочкового проведения и АВ-блок, а также эктопические наджелудочковые и желудочковые комплексы [18, 19]. Гипокалиемия у человека способствует появлению эктопических наджелудочковых и желудочковых комплексов. В одном из исследований у больных (81 человек), не получавших препаратов наперстянки и имевших концентрацию калия в плазме 3,2 мэкв/л или ниже, желудочковые эктопические комплексы наблюдались у 28 % из них, наджелудочковые эктопические комплексы — у 22 % и нарушения АВ-проведения—у 12 % [42]. Эктопические комплексы выявлялись в 3 раза чаще, а нарушения АВ-проведения в 2 раза чаще, чем в контрольной популяции в данной клинике [42].

 

 

 

Рис. 4.9. Электрокардиограмма женщины 34 лет с постоянной рвотой и концентрацией калия в плазме крови 1 мэкв/л. На верхней записи — признаки гипокалиемии и нечеткие зубцы Р в отведении V1. Нa внутрипищеводном отведении ясно видны зубцы Р и АВ-блок 2: 1. После внутривенного введения 15 мэкв калия (две нижние записи) эктопическая предсердная тахикардия и блок проведения исчезли [21].

 

У больных с тяжелой гипокалиемией наблюдается тот же тип аритмии, что и у больных с интоксикацией препаратами наперстянки, а именно непароксизмальная предсердная тахикардия (рис. 4.9), а также различные типы АВ-диссоциации. Такую аритмию связывают с одновременным наличием автоматизма эктопических пейсмекеров и нарушения (по крайней мере в некоторой степени) АВ-проведения. Как и дигиталис, гипокалиемия повышает чувствительность к стимуляции вагуса.

Перфузия изолированного сердца раствором с низким содержанием калия вызывает фибрилляцию желудочков [18]. Это может быть следствием повышения автоматизма желудочков с одновременным замедлением проведения, уменьшением эффективного рефрактерного периода и увеличением относительного рефрактерного периода. У больных с тяжелой гипокалиемией серьезная желудочковая тахиаритмия, включающая желудочковую тахикардию и фибрилляцию, наблюдалась в отсутствие органических поражений сердца или терапии препаратами наперстянки (рис. 4.10) [23, 42, 44, 45]. У некоторых из этих больных была зарегистрирована особая форма желудочковой тахикардии, называемая политопной тахикардией (torsade de pointe) [45]. Гипокалиемия часто выявляется у больных острым инфарктом миокарда [46— 51], например у лиц, реанимированных после внебольничного приступа фибрилляции желудочков [52], что, возможно, обусловлено предшествующим лечением диуретиками группы тиазида [46, 48, 52] или введением бикарбоната натрия в ходе реанимации [52]. Кроме того, гипокалиемия может быть вызвана интенсивной симпатической стимуляцией, которая перераспределяет калий, захватывающийся клетками скелетных мышц и печени [53]; этот эффект объясняют стимуляцией бета-2-рецепторов циркулирующим адреналином [54]. Гипокалиемия у больных с острым инфарктом миокарда повышает частоту серьезных нарушений ритма желудочков [46—51].

 

 

Рис. 4.10. Электрокардиографические признаки гипокалиемии с эктопическим возбуждением желудочков при лечении диабетического кетоацидоза (19.07.67) у больного с нормальной ЭКГ до эпизода кетоацидоза (15.07.67).