Mekanismer bak hjertearytmier: fra automatikk til re-entry

I denne delen introduseres de vanligste arytmiene som forekommer i klinisk praksis, og vi begynner med en diskusjon av de underliggende mekanismene bak hjertearytmier. Selv om en detaljert forståelse av disse mekanismene ikke er avgjørende for alle klinikere, er det fornuftig å tilegne seg en forståelse av de overordnede begrepene. Arytmogenese (arytmimekanismer) presenteres i dette kapittelet, etterfulgt av inngående diskusjoner av spesifikke arytmier i de påfølgende kapitlene.

Hjertearytmier kan deles inn i følgende kategorier:

• Bradyarrytmier (bradykardi): arytmier som vanligvis skyldes dysfunksjonell automatikk i pacemakerceller eller blokkering av impulser et sted i ledningssystemet.
• Supraventrikulære takyarytmier (takykardi): raske arytmier som skyldes impulser som kommer fra forkamrene.
• Ventrikulære takyarytmier (takykardi): raske arytmier som skyldes impulser fra ventriklene.

Denne klassifiseringen gjør det lettere å stille differensialdiagnoser og behandle arytmier. Siden behandlingen av arytmier, særlig takyarytmier, ofte anses som utfordrende, er det viet egne kapitler til diagnostisering og behandling av disse. Anbefalingene som presenteres i denne delen, er i tråd med retningslinjene fra European Society of Cardiology (ESC), American Heart Association (AHA) og American College of Cardiology (ACC).

Definisjon av hjerterytme

En rytme defineres som tre påfølgende hjerteslag som viser identiske bølgeformer på EKG. Likheten mellom bølgeformene indikerer at impulsen har samme opprinnelse. Sinusknuten (SA-knuten) er hjertets pacemaker under normale omstendigheter, og rytmen omtales som sinusrytme.

En arytmi defineres som en unormal hjerterytme eller hjertefrekvens, som ikke er fysiologisk begrunnet. Det sistnevnte kriteriet er viktig fordi rytmer som er fysiologisk begrunnet, ikke bør regnes som unormale. Sinusbradykardi (en langsom rytme styrt av sinusknuten) er for eksempel et vanlig funn hos idrettsutøvere og under søvn, og i disse scenariene bør den ikke anses som unormal. Sinusbradykardi som utvikler seg under fysisk trening, anses derimot som unormalt, fordi hjertefrekvensen må øke under trening.

Mekanismer bak hjertearytmier

Mekanismene som ligger til grunn for hjertearytmier, blir avdekket i et stadig raskere tempo, noe som har gjort arytmologi til et felt med intens forskningsaktivitet. Dette skyldes delvis fremveksten av hjerteavbildning og invasive elektrofysiologiske metoder som muliggjør detaljerte in vivo-studier av arytmier. Dette kapittelet fokuserer imidlertid på kliniske aspekter ved arytmologi for å gi leserne en solid forståelse av vanlige arytmier. Lesere som ønsker en grundig diskusjon om mekanismer, henvises til Zipes et al.

Hovedårsaker til hjertearytmier

Arytmier oppstår hvis impulsdannelsen er unormal, hvis impulsoverføringen er unormal, eller hvis begge disse er unormale. Disse omstendighetene blir nå diskutert i detalj.

Unormal impulsdannelse

Unormal impulsdannelse kan forårsake arytmier ved hjelp av følgende to mekanismer:

• Økt eller unormal automatikk
• Utløst aktivitet

Økt eller unormal automatikk

Som omtalt i kapittel 1 er det flere strukturer i hjertet som har automatikk (dvs. evnen til å depolarisere spontant). Disse strukturene er som følger:

• Sinoatrialknuten (SA-knuten): Sinoatrialknuten er hjertets primære pacemaker. Den styrer hjerterytmen under normale omstendigheter, og rytmen kalles sinusrytme.
• Deler av atrialt myokard: Rundt crista terminalis, inngangen til sinus coronarius og vena cava inferior finnes det klynger av atriale myokardceller, samt celler rundt mitral- og trikuspidalklaffene, som har automatikk. Disse cellene er ikke ledningsceller i seg selv, men kontraktile celler med automatikk. Automatismen er altså ikke forbeholdt celler i ledningssystemet.
• Myokardiet som omgir atrioventrikulærknuten (AV-knuten): Det er en vanlig misforståelse at atrioventrikulærknuten (AV-knuten) har automatikk, ettersom det ikke finnes noen overbevisende dokumentasjon som støtter denne påstanden. Det finnes imidlertid bevis som tyder på at celleklynger rundt AV-knuten har automatikk. For enkelhets skyld vil denne automatikken fortsatt – til tross for den presiseringen som er gitt – bli referert til som AV-knutens automatikk.
• His-Purkinje-nettverket: His-bunten og hele Purkinje-nettverket har automatikk.

Disse er hjertets naturlige pacemakere fordi disse strukturene har automatikk, som er den iboende evnen til å depolarisere spontant uten forutgående stimulering. Den iboende frekvensen av spontan depolarisering i disse pacemakerstrukturene er som følger:

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

Sinoatrialknuten fungerer som hjertets primære pacemaker rett og slett fordi den har den raskeste automatikken. Hjerterytmen styres av den raskeste pacemakeren, ettersom den depolariserer før konkurrerende pacemakere og nullstiller «klokkene» deres før de kan generere et aksjonspotensial. Videre avtar automatikken gradvis med økende avstand fra sinusknuten. Denne trinnvise nedgangen i automatikk kalles pacemakerhierarki.

Sinoatrialknuten kan bli dysfunksjonell og unnlate å depolarisere. Dette kan potensielt føre til hjertestans, men det skjer sjelden, fordi fraværet av sinoatriale impulser gjør det mulig for en av de andre pacemakerne å ta over hjerterytmen. Dette er grunnen til at andre pacemakere omtales som latente pacemakere. Enhver rytme som erstatter sinusrytmen, kalles en fluktrytme. Hvis sinusknuten er dysfunksjonell, vil en escape-rytme mest sannsynlig komme fra atrialt myokard, fordi det har den nest høyeste frekvensen av spontan depolarisering. Hvis atriemyokardiet heller ikke klarer å generere aksjonspotensialer, vil en fluktrytme sannsynligvis komme fra celler rundt atrioventrikulærknuten, og så videre. Legg merke til at ventrikkelmyokardiet normalt ikke har automatikk.

Automatikken i sinusknuten øker under fysisk anstrengelse. Den økte automatikken er en normal reaksjon siden hjerteminuttvolumet må øke under anstrengelse. Dette er et eksempel på en normal (fysiologisk) økning av automatikken. Under visse omstendigheter kan imidlertid automatikken i sinusknuten og de andre latente pacemakerne øke uten fysiologisk motivasjon. Her følger noen eksempler:

• Automatikken i sinusknuten kan øke uten fysiologisk motivasjon og forårsake sinustakykardi i hvile. Dette kalles uhensiktsmessig sinustakykardi.
• Automatikken i latente pacemakere kan øke, for eksempel under hypoksi, slik at de begynner å utlade aksjonspotensialer med høyere hastighet enn sinusknuten og dermed overtar hjerterytmen.
• Purkinjeceller lokalisert rundt den iskemiske sonen under akutt myokardiskemi/infarkt kan øke sin automatikk og initiere ventrikulær takykardi.

Som nevnt ovenfor har ikke ventrikulært myokard automatikk, og det har heller ikke det store flertallet av atrialt myokard. Under patologiske omstendigheter kan imidlertid også disse cellene begynne å utløse aksjonspotensialer.

Log in to view image, video, quiz, text

Utløst aktivitet (etterdepolariseringer)

Et aksjonspotensial kan indusere en etterdepolarisering, som er en depolarisering som oppstår enten under eller etter repolarisasjonsfasen. En etterdepolarisering som inntreffer under repolariseringen, kalles en tidlig depolarisering, mens etterdepolariseringer som inntreffer etter repolariseringen, kalles sene depolariseringer (figur 1). Tidlige og sene depolarisasjoner kan være sterke nok til å nå terskelen for å utløse en ny depolarisering. Med andre ord kan etterdepolariseringer utløse aksjonspotensialer. Et aksjonspotensial som utløses av en etterdepolarisering, kalles et utløst aksjonspotensial. Slike aksjonspotensialer forårsaker ekstrasystoler (ekstra hjerteslag som faller mellom de normale hjerteslagene).

Tidlige depolarisasjoner ses typisk ved bradykardi, hypokalemi, hypoksi, acidose, hypokalsemi og ved legemiddelbivirkninger. Sene depolarisasjoner ses ved overdosering av digoksin og ved sympatisk stimulering.

Det er viktig å merke seg at etterdepolariseringer kan forårsake ekstrasystoler, men de forårsaker ikke vedvarende arytmier. Ekstrasystolene kan imidlertid indusere en annen arytmimekanisme (re-entry, se nedenfor) som kan forårsake persisterende arytmier.

Log in to view image, video, quiz, text

Unormal impulsoverføring: re-entry (reentry)

Normal impulsoverføring innebærer at den depolariserende bølgen sprer seg raskt, jevnt og uhindret gjennom myokardiet. Dette krever at alle cellene foran impulsbølgen er eksiterbare og har like stor kapasitet til å overføre impulsen. Bare under slike omstendigheter kan depolariseringen (impulsen) spre seg gjennom myokardiet som en bølgefront i vann. Hvis impulsen møter celler som ikke er eksiterbare, eller områder der ledningsevnen er heterogen, kan det oppstå en re-entry.

Det er viktig å forstå hvordan re-entry oppstår, ettersom denne mekanismen er ansvarlig for de fleste arytmier som krever behandling. Mekanismen er noe innviklet, men den kan lett forstås ved hjelp av en illustrasjon. Se figur 2 og studer den nøye. Som det fremgår av figur 2, betyr re-entry at den depolariserende bølgefronten beveger seg rundt seg selv i en sirkel. Det er rett og slett en elektrisk sirkelsløyfe. Denne sirkulære bevegelsen av den depolariserende bølgen kalles sirkusbevegelse.

Log in to view image, video, quiz, text

Re-entry oppstår hvis den depolariserende impulsen møter et blokkert område («sentral blokkering» i figur 2) som bare kan passeres på den ene siden. Impulsen klarer å komme seg rundt den sentrale blokkeringen på den ene siden, sirkulerer rundt den og beveger seg tilbake. Hvis det tidligere blokkerte området (det blå området i figur 2) har blitt eksiterbart når impulsen kommer dit, vil den passere det. Den depolariserende bølgefronten vil da kunne fortsette denne loopingen så lenge den møter eksiterbart vev. Denne sirkusbevegelsen er vanligvis svært rask, og den sender ut depolariserende impulser til det omkringliggende myokardiet. Reentry-kretsen genererer dermed impulser som aktiverer myokardiet med svært høy hastighet.

Forutsetningene for re-entry er vist i figur 2. En kort forklaring gjentas her:

• Det må finnes en bane av elektrisk forbundet myokard som danner en lukket krets der en elektrisk impuls kan forplante seg gjentatte ganger. Alle hjerteceller som er i stand til å generere et aksjonspotensial, kan delta i denne kretsen, som kan variere i størrelse fra noen få millimeter til flere desimeter i diameter.
• Det er viktig at hjertecellene i kretsen har ulik kapasitet til å lede elektriske impulser. Denne variasjonen, som skyldes forskjeller i refraktæritet, konduktivitet og/eller eksitabilitet, resulterer i en 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 som f.eks. de fibrøse ringene i hjerteklaffene.

Re-entry deles inn i funksjonell og anatomisk. Kunnskap om dette skillet er ikke avgjørende for klinisk praksis.

Anatomisk re-entry

Forklaringene som er skissert ovenfor, gjelder egentlig for anatomisk re-entry. Ved denne typen re-entry består den sentrale blokkeringen av distinkte anatomiske strukturer. For eksempel oppstår atrieflutter (en re-entry-takykardi) når impulsen sirkler rundt trikuspidalklaffen. I dette scenariet er klaffen den sentrale blokkeringsstrukturen (klaffevev kan ikke depolariseres), og kretsen omfatter myokardiet som omgir klaffen.

Anatomisk re-entry er fast, noe som betyr at plasseringen av re-entryen og hastigheten den sirkulerer med, er konstant. Det er også en stabil re-entry; episoder med atrieflutter kan vare i timer eller til og med dager. AVNRT (atrioventrikulær node-retentrikulær takykardi), AVRT (atrioventrikulær retentrikulær takykardi), de fleste tilfeller av ventrikulær takykardi (særlig de som har sitt utspring i His-Purkinje-nettverket, samt tilfeller etter hjerteinfarkt) skyldes også anatomisk re-entry.

Funksjonell re-entry

Funksjonell re-entry er noe vanskeligere å forstå fordi den sentrale blokkeringen og kretsen rundt den er vanskeligere å definere anatomisk. Den sentrale blokkeringen og kretsen oppstår på grunn av elektrofysiologisk heterogenitet (variasjon) i myokardiet. Slik heterogenitet omfatter varierende refraktæritet, konduktivitet og/eller eksitabilitet. En impuls som beveger seg gjennom et område med slik heterogenitet, kan støte på en funksjonell blokk, sirkulere i den og i løpet av sin første runde vil bølgefronten sende impulser både utover og innover (mot kjernen av kretsen). Kjernen blir bombardert med impulser og blir dermed refraktær.

Funksjonelle re-entry-kretser er små, ustabile og kan generere flere re-entry-kretser. Funksjonell re-entry er grunnleggende for utviklingen av atrieflimmer og ventrikkelflimmer.

Klinisk betydning

Reentry er den vanligste årsaken til supraventrikulære og ventrikulære arytmier som krever behandling. De fleste tilfeller av atrieflutter skyldes re-entry, og re-entry har en grunnleggende rolle i utviklingen av atrieflimmer. Reentry kan også forekomme i sinoatrialknuten og atrioventrikulærknuten. Ventrikulær takykardi hos personer med iskemisk hjertesykdom er særlig forårsaket av re-entry.

Avslutning av re-entry

Reentry-kretsen avsluttes hvis bølgefronten treffer refraktært vev (dvs. celler som ikke kan depolariseres). Bølgefronten må kontinuerlig møte eksiterbart vev for å fortsette sin bevegelse. Hvis den møter ikke-eksiterbart vev, vil den avbrytes. Hensikten med å gi et elektrisk støt gjennom hjertet (for eksempel ved ventrikulær takykardi) er å depolarisere alle eksiterbare celler i hjertet, inkludert de som er involvert i re-entry, slik at re-entryet avsluttes (bølgefronten vil møte refraktære celler).