Mekanismer bak hjertearytmier: fra økt automatikk til re-entry

I denne delen presenteres de vanligste arytmiene som forekommer i klinisk praksis, med en innledende drøfting av de underliggende mekanismene for hjertearytmier. Selv om en detaljert forståelse av disse mekanismene ikke er nødvendig for alle klinikere, er det hensiktsmessig å ha kjennskap til de overordnede prinsippene. Mekanismer for arytmogenese omtales i dette kapittelet, etterfulgt av inngående drøftinger av spesifikke arytmier i de påfølgende kapitlene.

Hjertearytmier kan klassifiseres i følgende kategorier:

• Bradyarytmier (bradykardi) er arytmier som vanligvis skyldes dysfunksjon i pacemakercellenes automatiske aktivitet eller blokkering av impulser i ledningssystemet.
• Supraventrikulære takyarytmier (takykardier) er hurtige hjerterytmeforstyrrelser som oppstår som følge av impulser generert i atriene.
• Ventrikulære takyarytmier (ventrikulær takykardi) er hurtige arytmier som oppstår som følge av elektriske impulser generert i ventriklene.

Denne klassifiseringen bidrar til å forenkle differensialdiagnostikken og behandlingen av arytmier. Ettersom håndteringen av arytmier, særlig takyarytmier, ofte anses som utfordrende, er det viet egne kapitler til diagnostikk og behandling av disse. Anbefalingene som presenteres i dette avsnittet, er i samsvar med gjeldende retningslinjer fra European Society of Cardiology (ESC), American Heart Association (AHA) og American College of Cardiology (ACC).

Definisjon av hjerterytme

En rytme defineres som tre eller flere påfølgende hjerteslag med identiske bølgeformer på EKG, noe som indikerer at impulsene har samme opprinnelsessted. Sinusknuten (SA-knuten) fungerer som hjertets primære pacemaker under normale fysiologiske forhold, og den resulterende rytmen betegnes som sinusrytme.

En arytmi defineres som en unormal hjerterytme eller hjertefrekvens som ikke har en fysiologisk forklaring. Dette kriteriet er viktig, ettersom rytmer med fysiologisk årsak ikke bør klassifiseres som patologiske. Sinusbradykardi – en langsom rytme styrt av sinusknuten – er for eksempel et vanlig funn hos idrettsutøvere og under søvn, og bør i slike situasjoner ikke anses som unormal. Sinusbradykardi som oppstår under fysisk aktivitet anses derimot som patologisk, ettersom hjertefrekvensen normalt skal øke under belastning.

Mekanismer bak hjertearytmier

Mekanismene som ligger til grunn for hjertearytmier, avdekkes i et stadig raskere tempo, noe som har gjort arytmologi til et felt med intensiv forskningsaktivitet. Denne utviklingen skyldes delvis fremveksten av avanserte hjerteavbildningsteknikker og invasive elektrofysiologiske metoder, som muliggjør detaljerte in vivo-studier av arytmier. Dette kapittelet fokuserer imidlertid på de kliniske aspektene ved arytmologi, med mål om å gi leseren en solid forståelse av de vanligste arytmiene. For en mer inngående drøfting av de underliggende mekanismene henvises det til Zipes et al.

Hovedårsaker til hjertearytmier

Arytmier oppstår når impulsdannelsen, impulsoverføringen eller begge disse prosessene er unormale. Disse forholdene omtales nedenfor i detalj.

Unormal impulsdannelse

Unormal impulsdannelse kan forårsake arytmier gjennom to hovedmekanismer:

• Økt eller unormal automatikk
• Utløst aktivitet

Økt eller unormal automatikk

Som omtalt i kapittel 1 finnes det flere strukturer i hjertet med automatisk aktivitet (dvs. evne til spontan depolarisering). Disse strukturene er:

• Sinoatrialknuten (SA-knuten) er hjertets primære pacemaker og initierer den elektriske impulsen som under normale fysiologiske forhold styrer hjerterytmen, kjent som sinusrytme.
• Deler av atrialt myokard: Rundt crista terminalis, ved inngangen til sinus coronarius og vena cava inferior, finnes det klynger av atriale myokardceller, samt celler rundt mitral- og trikuspidalklaffene, som har automatisk aktivitet. Disse cellene er ikke ledningsceller, men kontraktile myokardceller med evne til spontan depolarisering. Automatisk aktivitet er således ikke forbeholdt celler i det spesialiserte ledningssystemet.
• Myokardiet som omgir atrioventrikulærknuten (AV-knuten): Det er en utbredt misforståelse at AV-knuten har egen automatikk, ettersom det ikke foreligger overbevisende dokumentasjon som støtter dette. Det finnes imidlertid evidens som indikerer at celleklynger i området rundt AV-knuten besitter automatikk. For enkelhets skyld vil denne automatikken – til tross for den presiseringen som er gitt – fortsatt bli omtalt som AV-knutens automatikk.
• His–Purkinje-systemet: His-bunten og hele Purkinje-nettverket har egen automatisk pacemakeraktivitet.

Disse strukturene fungerer som hjertets naturlige pacemakere fordi de har automatisk aktivitet, det vil si en iboende evne til å depolarisere spontant uten forutgående stimulering. Den iboende frekvensen av spontan depolarisering i disse pacemakerstrukturene er som følger:

• Sinoatrialknuten: cirka 70 depolarisasjoner per minutt.
• Atrialt myokard: 60 depolariseringer per minutt.
• Celler i området rundt atrioventrikulærknuten: cirka 40 depolariseringer per minutt.
• His–Purkinje-nettverket: 20–40 depolarisasjoner per minutt.

Sinoatrialknuten fungerer som hjertets primære pacemaker fordi den har den høyeste spontane depolariseringsfrekvensen. Hjerterytmen bestemmes av den raskeste pacemakeren, ettersom denne depolariserer før andre potensielle pacemakerceller og dermed nullstiller deres depolariseringssyklus før de kan generere et aksjonspotensial. Automatikken avtar gradvis med økende avstand fra sinoatrialknuten, og denne gradvise reduksjonen betegnes som pacemakerhierarkiet.

Sinoatrialknuten kan bli dysfunksjonell og unnlate å depolarisere. Dette kan potensielt føre til hjertestans, men dette forekommer sjelden, ettersom fraværet av sinoatriale impulser tillater at en av de øvrige pacemakerstrukturene overtar hjerterytmen. Dette er bakgrunnen for at disse omtales som latente pacemakere. Enhver rytme som erstatter sinusrytmen betegnes som en fluktrytme (escape-rytme). Ved dysfunksjon av sinusknuten vil en escape-rytme oftest oppstå fra atriemyokardet, som har den nest høyeste frekvensen av spontan depolarisering. Dersom atriemyokardet heller ikke genererer aksjonspotensialer, vil en fluktrytme sannsynligvis oppstå fra celler i eller rundt atrioventrikulærknuten, og så videre. Det er verdt å merke seg at ventrikkelmyokardet normalt ikke har automatisk pacemakeraktivitet.

Automatikken i sinusknuten øker under fysisk anstrengelse. Denne økningen er en normal fysiologisk respons, ettersom hjerteminuttvolumet må øke ved belastning. Dette er et eksempel på en fysiologisk betinget økning i automatikken. Under visse omstendigheter kan imidlertid automatikken i sinusknuten, samt i andre latente pacemakerceller, øke uten fysiologisk begrunnelse. Nedenfor følger noen eksempler:

• Sinusknutens automatisitet kan øke uten underliggende fysiologisk årsak og dermed forårsake sinustakykardi i hvile, en tilstand som betegnes som uhensiktsmessig sinustakykardi.
• Den spontane aktiviteten i latente pacemakerceller kan øke, for eksempel ved hypoksi, slik at de genererer aksjonspotensialer med høyere frekvens enn sinusknuten og dermed overtar styringen av hjerterytmen.
• Purkinje-fibre lokalisert i randsonen rundt et iskemisk område ved akutt myokardiskemi eller -infarkt kan øke sin spontanaktivitet og initiere ventrikulær takykardi.

Som nevnt ovenfor har verken ventrikulært myokard eller det store flertallet av atrialt myokard automatisk pacemakeraktivitet. Under patologiske forhold kan imidlertid også disse cellene generere aksjonspotensialer.

Med andre ord kan alle hjertemuskelceller utvikle unormal automatikk og dermed utløse ekstrasystoler (ekstraslag) og arytmier. En rekke tilstander kan indusere slik unormal automatikk, for eksempel myokardiskemi, hypokalemi, digoksinforgiftning, hypoksi, lungesykdom og forstyrrelser i det autonome nervesystemet. Disse tilstandene virker ved å endre cellens hvilemembranpotensial, slik at det bringes nærmere terskelen for depolarisering.

Utløst aktivitet (etterdepolariseringer)

Et aksjonspotensial kan indusere en etterdepolarisering, definert som en depolarisering som oppstår enten under eller etter repolariseringsfasen. En etterdepolarisering som inntreffer under repolariseringen betegnes som en tidlig etterdepolarisering, mens en som oppstår etter fullført repolarisering kalles en sen etterdepolarisering (figur 1). Både tidlige og sene etterdepolariseringer kan være tilstrekkelig uttalte til å nå terskelverdien for å initiere et nytt aksjonspotensial. Med andre ord kan etterdepolariseringer utløse nye aksjonspotensialer, såkalte utløste aksjonspotensialer. Slike aksjonspotensialer kan resultere i ekstrasystoler, det vil si premature hjerteslag som oppstår mellom de normale slagene.

Tidlige depolarisasjoner forekommer typisk ved bradykardi, hypokalemi, hypoksi, acidose, hypokalsemi samt som følge av legemiddelbivirkninger. Sene depolarisasjoner observeres ved digoksinoverdose og ved økt sympatisk stimulering.

Det er viktig å merke seg at etterdepolariseringer kan utløse ekstrasystoler, men ikke vedvarende arytmier. Ekstrasystolene kan imidlertid initiere en annen arytmimekanisme (re-entry, se nedenfor) som kan resultere i persisterende arytmier.

Unormal impulsoverføring: re-entry

Normal impulsoverføring innebærer at den depolariserende bølgen sprer seg raskt, jevnt og uhindret gjennom myokard. Dette forutsetter at alle cellene foran bølgefronten er eksiterbare og har lik evne til å lede impulsen. Bare under slike forhold kan depolariseringen spre seg gjennom myokard som en bølgefront i vann. Dersom impulsen møter celler som ikke er eksiterbare, eller områder med heterogen ledningsevne, kan re-entry oppstå.

Det er avgjørende å forstå hvordan re-entry oppstår, ettersom denne mekanismen ligger til grunn for de fleste arytmier som krever behandling. Mekanismen kan virke kompleks, men lar seg enkelt forklare ved hjelp av en illustrasjon. Se figur 2 og studer den nøye. Som vist i figur 2 innebærer re-entry at den depolariserende bølgefronten sirkulerer rundt seg selv i en lukket bane – en elektrisk sløyfe. Denne sirkulære bevegelsen av den depolariserende bølgen betegnes som sirkusbevegelse.

Re-entry oppstår når en depolariserende impuls møter et område med ledningsblokk («sentral blokkering» i figur 2) som kun kan passeres fra én side. Impulsen ledes da rundt blokkeringen, sirkulerer tilbake og kan, dersom det tidligere blokkerte området (det blå området i figur 2) igjen er eksiterbart, passere gjennom dette. Den depolariserende bølgefronten kan dermed opprettholde en kontinuerlig sirkulasjon så lenge den møter eksiterbart vev. Denne sirkulære bevegelsen er vanligvis svært rask og avgir depolariserende impulser til det omkringliggende myokard. Re-entry-kretsen genererer således impulser som aktiverer myokard med svært høy frekvens.

Forutsetningene for re-entry er illustrert i figur 2. En kort forklaring gjengis her:

• Det må foreligge en elektrisk sammenhengende myokardbane som danner en lukket krets, hvor en elektrisk impuls kan forplante seg gjentatte ganger. Alle myokardceller som er i stand til å generere et aksjonspotensial, kan inngå i denne kretsen, som kan variere i utstrekning fra noen få millimeter til flere desimeter i diameter.
• Det er viktig at myokardcellene i kretsen har ulik evne til å lede elektriske impulser. Denne variasjonen, som skyldes forskjeller i refraktærperiode, ledningshastighet og/eller eksitabilitet, kan resultere i blokkering av den innkommende impulsen.
• Kretsen må omgi en sentral kjerne av vev som ikke kan depolariseres, noe som skaper en «sentral blokkering». Denne ikke-depolariserbare kjernen kan bestå av nekrotisk myokard, fibrotisk arrvev eller anatomiske strukturer, for eksempel de fibrøse ringene i hjerteklaffene.

Re-entry klassifiseres som enten funksjonell eller anatomisk, men dette skillet har begrenset klinisk relevans.

Anatomisk re-entry

Forklaringene skissert ovenfor gjelder primært for anatomisk re-entry. Ved denne typen re-entry utgjøres den sentrale blokkeringen av distinkte anatomiske strukturer. For eksempel oppstår atrieflutter, en form for re-entry-takykardi, når impulsen sirkulerer rundt trikuspidalklaffen. I dette tilfellet fungerer klaffen som den sentrale blokkeringsstrukturen, ettersom klaffevev ikke kan depolariseres, og kretsen omfatter myokardiet som omgir klaffen.

Anatomisk re-entry er fast, noe som innebærer at både lokaliseringen av re-entry-kretsen og ledningshastigheten er konstante. Dette er en stabil form for re-entry, og episoder med atrieflutter kan vare i timer eller til og med dager. AVNRT (atrioventrikulær nodal re-entry-takykardi), AVRT (atrioventrikulær re-entry-takykardi) samt de fleste tilfeller av ventrikulær takykardi – særlig de med utspring i His–Purkinje-systemet eller etter hjerteinfarkt – skyldes også anatomisk re-entry.

Funksjonell re-entry

Funksjonell re-entry er mer utfordrende å forstå, ettersom den sentrale blokkeringen og den omkringliggende kretsen er vanskeligere å definere anatomisk. Denne blokkeringen og kretsen oppstår som følge av elektrofysiologisk heterogenitet i myokard, inkludert variasjoner i refraktæritet, ledningshastighet og/eller eksitabilitet. En impuls som passerer gjennom et område med slik heterogenitet, kan møte en funksjonell blokk, sirkulere rundt denne, og under den første omgangen sende impulser både utover og innover mot kjernen av kretsen. Kjernen mottar dermed gjentatte impulser og blir refraktær.

Funksjonelle re-entry-kretser er små og ustabile, og kan generere flere sekundære re-entry-kretser. Denne mekanismen er sentral i patogenesen ved både atrieflimmer og ventrikkelflimmer.

Klinisk relevans

Re-entry er den hyppigste årsaken til både supraventrikulære og ventrikulære arytmier som krever behandling. De fleste tilfeller av atrieflutter skyldes re-entry, som også spiller en sentral rolle i patogenesen ved atrieflimmer. Re-entry kan forekomme i både sinoatrialknuten og atrioventrikulærknuten. Ventrikulær takykardi hos pasienter med iskemisk hjertesykdom er oftest forårsaket av re-entry.

Avslutning av re-entry

Reentry-kretsen opphører dersom bølgefronten treffer refraktært vev, det vil si celler som ikke kan depolariseres. For at bølgefronten skal kunne fortsette å forplante seg, må den kontinuerlig møte eksiterbart vev. Dersom den møter ikke-eksiterbart vev, avbrytes ledningen. Formålet med å gi et elektrisk støt gjennom hjertet, for eksempel ved ventrikulær takykardi, er å depolarisere alle eksiterbare myokardceller, inkludert de som inngår i reentry-kretsen, slik at denne opphører ved at bølgefronten møter refraktære celler.