郭葉丹 劉璐 張樹龍

(大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院心臟中心,遼寧 大連 116001)

心房顫動(dòng)(atrial fibrillation,AF)是最常見(jiàn)的心律失常之一,與顯著的發(fā)病率和死亡率相關(guān),是栓塞性卒中和心力衰竭(heart failure,HF)惡化的危險(xiǎn)因素[1]。AF由炎癥、心房傳導(dǎo)阻滯、纖維化和左心房增大等多因素參與,其進(jìn)展與心房重構(gòu)有關(guān),心房間傳導(dǎo)異常和傳導(dǎo)異質(zhì)性受損,被認(rèn)為是AF發(fā)展的潛在機(jī)制[2]。P波代表心房活動(dòng),其特征性的改變揭示了心房激動(dòng)時(shí)間和傳導(dǎo)路徑的局部變化[3]。因此,利用P波參數(shù)及形態(tài)學(xué)改變,可做到AF的早期預(yù)測(cè)。現(xiàn)對(duì)正常生理?xiàng)l件下可能影響P波的因素進(jìn)行簡(jiǎn)要探討,針對(duì)P波與AF預(yù)測(cè)間的聯(lián)系機(jī)制,人工智能技術(shù)下P波的預(yù)測(cè)價(jià)值,以及P波參數(shù)對(duì)于其他心血管疾病的預(yù)測(cè)作用做一綜述。

1 影響P波參數(shù)和形態(tài)的因素

2022年發(fā)表的P波參數(shù)國(guó)際指南[4]表示,P波參數(shù)包括P波離散度(P-wave dispersion,Pd)、V1導(dǎo)聯(lián)P波終末電勢(shì)(P-wave terminal force in lead V1,PTFV1)、房間傳導(dǎo)阻滯(interatrial block,IAB)、P波時(shí)限、P波電軸(P-wave axis,PWA)、P波面積等,P波參數(shù)反映了潛在的心房結(jié)構(gòu)、大小和電激活;這些因素的改變表現(xiàn)為P波參數(shù)的異常,且不同情況下P波形態(tài)也各異。筆者認(rèn)為正常生理?xiàng)l件下,P波參數(shù)不是維持不變的,心房?jī)?yōu)勢(shì)傳導(dǎo)徑路的改變、激動(dòng)位置、消融術(shù)后肺靜脈再連接均可能導(dǎo)致P波形態(tài)和參數(shù)異常。

心房間傳導(dǎo)路徑有4條,即Bachamann束、冠狀靜脈竇附近心房下部肌束、卵圓窩處的穿間隔纖維、毗鄰右側(cè)肺靜脈的后側(cè)纖維。不同心房間傳導(dǎo)路徑占主導(dǎo)時(shí),相應(yīng)地會(huì)造成P波時(shí)限與形態(tài)的改變[5](表1)。其次,脈沖起點(diǎn)變化也可能導(dǎo)致P波改變。如Loewe等[6]證實(shí)了P波形態(tài)受右心房最早激活部位(the earliest activated site,EAS)的移動(dòng)及其靠近心房間連接(inter-atrial connection,IAC)的影響,同時(shí)還發(fā)現(xiàn)PTFV1與二者也存在顯著相關(guān)性,PTFV1顯示出EAS從前/上位置移動(dòng)到后/下位置的U形過(guò)程,附近的EAS導(dǎo)致PTFV1差異為2倍。因此在臨床實(shí)踐中評(píng)估PTFV1時(shí)應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。而Pezzuto等[7]表示陣發(fā)性房顫(paroxysmal atrial fibrillation,PAF)患者P波形態(tài)變異性可通過(guò)竇房結(jié)出口位置的變異性及其周圍存在的慢傳導(dǎo)區(qū)來(lái)解釋,慢傳導(dǎo)區(qū)面積越大,P波形態(tài)變異性越大。此外,因肺靜脈電隔離的異位活動(dòng)在引發(fā)持續(xù)性AF中起重要作用,而AF患者消融后復(fù)發(fā)被認(rèn)為是其肺靜脈和左心房之間電傳導(dǎo)的重新連接。Martinez-Mateu等[8]表示消融前后P波的特征變化(包括持續(xù)時(shí)間、振幅或面積)可用作肺靜脈隔離成功的指標(biāo),并可用于檢測(cè)接受AF消融術(shù)的患者隨訪后期肺靜脈是否重新連接。Yanagisawa等[9]通過(guò)調(diào)查PAF初次消融術(shù)后有/無(wú)肺靜脈重新連接患者的P波參數(shù)及形態(tài),發(fā)現(xiàn)肺靜脈再連接組P波最大時(shí)限再次顯著增加,且會(huì)出現(xiàn)新的或延遲的P波切跡。筆者猜測(cè)部分P波切跡的形成可能是由于肺靜脈和肺靜脈結(jié)(包括左心房)的心肌套管的激活。因此,消融后P波最大時(shí)限無(wú)明顯變化和無(wú)切跡的P波有助于診斷成功的肺靜脈隔離,二者組合形成的參數(shù)可能進(jìn)一步增強(qiáng)預(yù)測(cè)效果。

表1 不同傳導(dǎo)路徑阻滯組合的P波時(shí)限及形態(tài)變化

2 P波形態(tài)和P波參數(shù)與AF

2.1 P波形態(tài)與AF

2.1.1 P波低平

Filos等[3]探討了PAF患者與健康受試者P波形態(tài)差異,發(fā)現(xiàn)PAF患者心房基質(zhì)的電不穩(wěn)定性更高,心房傳導(dǎo)模式會(huì)改變;并且可僅通過(guò)異常的P波形態(tài)來(lái)預(yù)測(cè)AF。Rasmussen等[10]提出了一個(gè)P波面積/P波時(shí)限指數(shù)用于反映P波形態(tài),其中小P波面積/P波時(shí)限指數(shù)表示平坦P波,而大P波面積/P波時(shí)限指數(shù)表示尖峰短P波;研究發(fā)現(xiàn)Ⅱ?qū)?lián)中的小P波面積/P波時(shí)限指數(shù)可能是心房肌受損和傳導(dǎo)時(shí)間延長(zhǎng)的標(biāo)志,與AF發(fā)生率增加有關(guān)。由于低平P波的形成可能源于心房肌纖維化,且與纖維化的嚴(yán)重程度成正相關(guān),因此,筆者認(rèn)為低平P波可能是心房擴(kuò)張和纖維化的標(biāo)志物,能預(yù)測(cè)AF的發(fā)生。

2.1.2 下壁導(dǎo)聯(lián)雙向P波

Skov等[11]表示Ⅱ?qū)?lián)正負(fù)雙向P波與AF、缺血性卒中和傳導(dǎo)障礙的關(guān)聯(lián)性特別強(qiáng),同時(shí)該研究還提出下壁導(dǎo)聯(lián)雙向P波的數(shù)量與AF發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)成正相關(guān)。Eranti等[12]基于X、Y和Z導(dǎo)聯(lián)P波極性,提出一種可評(píng)估AF不同風(fēng)險(xiǎn)的正交P波形態(tài)。其分3型:1型,P波時(shí)限<110 ms;2型,顯著V1導(dǎo)聯(lián)P波末端力相對(duì)普遍;3型,最常見(jiàn)的是三度IAB患者(其特征是Ⅱ、Ⅲ和aVF導(dǎo)聯(lián)P波時(shí)限≥120 ms且表現(xiàn)為雙向P波形態(tài))。研究發(fā)現(xiàn)3型P波與AF住院風(fēng)險(xiǎn)增加高度相關(guān),而1型P波受試者AF住院風(fēng)險(xiǎn)非常低;其中基于不同性別,異常P波形態(tài)的患病率不同。

2.1.3 P波寬大及V1導(dǎo)聯(lián)雙向P波

Andlauer等[13]發(fā)現(xiàn)左心房擴(kuò)張導(dǎo)致受試者依賴性P波持續(xù)時(shí)間(P-wave duration,PWd)延長(zhǎng),二者存在中度相關(guān)性;同時(shí)發(fā)現(xiàn)V1導(dǎo)聯(lián)的絕對(duì)負(fù)振幅與左心房向心性肥厚高度相關(guān)。但PWd變化在0～2 ms幾乎不受左心房壁厚度變化的影響。筆者猜測(cè)左心房擴(kuò)張導(dǎo)致的P波增寬以及由左心房向心性肥厚形成的V1導(dǎo)聯(lián)雙向P波形態(tài),可能成為預(yù)測(cè)AF的指標(biāo)。

2.2 P波參數(shù)與AF

2.2.1 Pd

Pd通過(guò)P波最大持續(xù)時(shí)間和P波最小持續(xù)時(shí)間的差值進(jìn)行量化,研究發(fā)現(xiàn)術(shù)前高Pd是行冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)患者術(shù)后AF的預(yù)測(cè)因子[14]。在一項(xiàng)接受植入式循環(huán)記錄儀治療的隱源性卒中患者的研究中,Marks等[15]表示年齡、舒張功能障礙、房性早搏和Pd升高有助于檢測(cè)AF風(fēng)險(xiǎn)較高的人群,其中Pd>40 ms是AF唯一獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。

2.2.2 PTFV1

PTFV1(圖1)被評(píng)估為V1導(dǎo)聯(lián)中負(fù)向P波振幅和持續(xù)時(shí)間的乘積,≥4 000 ms×μV則為異常;Lebek等[16]發(fā)現(xiàn)異常PTFV1可作為AF一項(xiàng)預(yù)測(cè)因子,同時(shí)使用特定的Ca2+-鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ(Ca2+/calmodulin-dependent protein kinaseⅡ,CaMKⅡ)抑制劑可顯著降低AF和PTFV1異常的發(fā)生率。其機(jī)制考慮為CaMKⅡ是心臟離子維持穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑和心房電重塑的基礎(chǔ)。Wolder等[17]探究了PTFV1組成成分,即V1導(dǎo)聯(lián)P波終末持續(xù)時(shí)間(P-wave terminal duration in lead V1,PTDV1)和V1導(dǎo)聯(lián)P波末端振幅(P-wave terminal amplitude in lead V1,PTAV1)與AF和卒中/短暫性腦缺血發(fā)作(transient ischemic attack,TIA)之間的聯(lián)系,發(fā)現(xiàn)PTFV1異常與AF和卒中/TIA的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān),其中PTDV1的增加與AF和卒中/TIA的發(fā)生呈劑量效應(yīng)關(guān)系,而PTAV1與AF之間的關(guān)系不太明顯。主要原因考慮PTAV1反映了矢量投影,而該矢量投影可因不同的因素發(fā)生改變,包括心臟和心電圖電極放置的位置等。

圖1 PTFV1示意圖

2.2.3 IAB

IAB是描述左右心房間傳導(dǎo)延遲的心電圖模式,Bachmann束是心房傳導(dǎo)最重要的通路,一般認(rèn)為,IAB的發(fā)病機(jī)制是Bachmann束部分或完全阻滯。根據(jù)阻滯程度不同,可分為一度、二度、三度IAB(表2和圖2),其中三度IAB是快速房性心律失常的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子,與AF、缺血性卒中、認(rèn)知障礙、癡呆有關(guān)。當(dāng)IAB患者伴有室上性心律失常(如AF)時(shí),稱為貝葉綜合征,其發(fā)生機(jī)制考慮高度IAB不僅為折返提供了條件,還與房性早搏發(fā)生率增加有關(guān)[18]。關(guān)于AF與IAB間相互作用,研究[19]表明心房不同步、纖維化和擴(kuò)張型心肌病均可能導(dǎo)致IAB,最終導(dǎo)致AF,且IAB和AF可能形成一個(gè)惡性循環(huán)。已證明IAB具有臨床預(yù)后意義,應(yīng)進(jìn)行深入的研究以探討相關(guān)危險(xiǎn)因素,更好地定義其與AF的關(guān)系。

圖2 IAB示意圖

表2 IAB定義及分型

2.2.4 P波時(shí)限

目前眾多研究認(rèn)為PWd延長(zhǎng)與AF發(fā)生有關(guān),那么PWd縮短與AF間是否存在類似效應(yīng)?Auricchio等[20]評(píng)估短P波患者肺靜脈隔離后AF的復(fù)發(fā)率,發(fā)現(xiàn)PWd與AF復(fù)發(fā)顯著相關(guān),PWd<110 ms和PWd≥140 ms的患者AF復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)于110～139 ms組增加了近2倍。該研究還提出鈉通道電導(dǎo)的增加可能導(dǎo)致PWd明顯縮短,這與心房傳導(dǎo)速度增加有關(guān),這一新發(fā)現(xiàn)背后的機(jī)制需進(jìn)一步探索。

2.2.5 PWA

正常的PWA為0°～+75°,Dhaliwal等[21]發(fā)現(xiàn)PWA異常者的AF累積發(fā)生率幾乎是正常者2倍,且P波左右電軸偏差發(fā)生AF的風(fēng)險(xiǎn)相當(dāng)。一組社區(qū)動(dòng)脈粥樣硬化風(fēng)險(xiǎn)的研究[22]表明,19%PWA異?；颊邥?huì)發(fā)展為AF,PWA異常者發(fā)生AF的可能性是其它因素的2.34倍,隨著PWA降低到14°以下或超過(guò)55°,AF發(fā)生率會(huì)明顯增加。但存在高度IAB時(shí),由于Ⅱ、Ⅲ和aVF導(dǎo)聯(lián)中P波呈現(xiàn)正負(fù)雙向形態(tài),筆者無(wú)法計(jì)算PWA。關(guān)于PWA異常的AF患者并發(fā)卒中風(fēng)險(xiǎn),Maheshwari等[23]對(duì)2 229例和700例由不同中心診斷為AF且未行抗凝治療的患者進(jìn)行研究,結(jié)果提示PWA異常與缺血性卒中風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)(HR=1.84,95%CI1.33～2.55),并顯著改善了CHA2DS2-VASc評(píng)分的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)。由于該研究只涉及美國(guó)人群,可能存在種族差異,因而在進(jìn)入臨床實(shí)踐前,需在不同人群中測(cè)試該評(píng)分。

3 P波參數(shù)結(jié)合人工智能

機(jī)器學(xué)習(xí)(machine learning,ML)是人工智能的一個(gè)分支,Trayanova等[24]通過(guò)歸納ML在電生理和心律失常方面的主要成就,提出應(yīng)用ML技術(shù)有助于心律失常的診治。以上均是通過(guò)傳統(tǒng)方法利用P波來(lái)預(yù)測(cè)AF。隨著醫(yī)工結(jié)合快速發(fā)展,通過(guò)ML方法是否可進(jìn)一步挖掘P波參數(shù)對(duì)于AF的預(yù)測(cè)價(jià)值呢?此外,卒中作為心血管疾病常見(jiàn)并發(fā)癥,P波參數(shù)結(jié)合ML應(yīng)用于臨床是否能有效降低卒中發(fā)生率呢?

3.1 AF

由于識(shí)別AF的主要挑戰(zhàn)是心電圖上不突出的P波,Yang等[25]開(kāi)發(fā)了一種信號(hào)處理技術(shù)——最小弧長(zhǎng)均勻相位經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸庥糜诟綦x并提取P波,使用了支持向量機(jī)、感知器、隨機(jī)森林和XGBoost4種ML分類器對(duì)AF進(jìn)行分類,結(jié)果提示預(yù)測(cè)AF的ML模型(感知器),其ROC曲線下面積(area under the curve,AUC)最高為0.64;在這些模型中,Ⅱ和V4導(dǎo)聯(lián)以及V3和V5導(dǎo)聯(lián)之間P波夾角是最重要的兩個(gè)特征(夾角越大,AF風(fēng)險(xiǎn)較高),與僅使用P波時(shí)限和振幅的模型相比,增加了分類性能(AUC=0.56)。一項(xiàng)單中心回顧性研究[26]采用決策樹ML方法,發(fā)現(xiàn)二尖瓣狹窄的心房電生理變化可在心電圖上檢出,年齡、收縮壓和V3導(dǎo)聯(lián)P波面積可預(yù)測(cè)二尖瓣狹窄患者新發(fā)AF事件,V3導(dǎo)聯(lián)P波面積的最佳截止值為1.45 Ashman單位;使用ML模型改善了預(yù)測(cè)性能(AUC=0.65)。Ouyang等[27]利用physionet.org數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)心電圖數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理,提取了P波形態(tài)參數(shù)(PWd、PWA、Pd等)和心率變異性參數(shù)共31個(gè),采用ML進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘,結(jié)果證實(shí),P波參數(shù)對(duì)AF患者的心電圖有顯著影響。因此,未來(lái)可通過(guò)該研究中確定的P波形態(tài)參數(shù)再結(jié)合ML模型,建立一個(gè)可解釋的人工智能AF預(yù)測(cè)模型。

3.2 卒中

目前越來(lái)越多的證據(jù)支持ML可預(yù)測(cè)卒中發(fā)生。在一項(xiàng)預(yù)測(cè)二尖瓣反流死亡率和腦血管事件研究[28]中,PWd被證明是卒中最重要的預(yù)測(cè)因素之一,將其加入到ML模型中有助于預(yù)測(cè)TIA/卒中和全因死亡率。為了降低AF患者卒中發(fā)生率,Wu等[29]利用50例正常人和50例PAF患者的心電圖,建立了一個(gè)高精度的人工智能模型。特征提取方面,類似于學(xué)者Ouyang將P波形態(tài)學(xué)參數(shù)和心率變異性參數(shù)結(jié)合起來(lái);建模方面,將決策樹、k最近鄰、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)4個(gè)ML模型一起訓(xùn)練,結(jié)果顯示P波參數(shù)組合改善了模型對(duì)AF的早期診斷,可為醫(yī)生早期介入治療提供診斷參考,避免卒中發(fā)生。

4 P波參數(shù)與其他心血管疾病

4.1 致心律失常性右室心肌病

致心律失常性右室心肌病(arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy,ARVC)是一種遺傳性心肌病。Baturova等[30]評(píng)估了P波參數(shù)是否能作為ARVC進(jìn)展過(guò)程中的一項(xiàng)心電圖標(biāo)志物,發(fā)現(xiàn)ARVC確診前,P波參數(shù)無(wú)異常,而確診后V1和V2導(dǎo)聯(lián)P波面積顯著減少,異常PTFV1的患病率從開(kāi)始診斷到隨訪第15年增加了13%,演變過(guò)程中PWd和PWA無(wú)變化。前者可通過(guò)右心房心肌在疾病進(jìn)展中的參與來(lái)解釋,筆者推測(cè),右心房傳導(dǎo)異常在影響P波形態(tài)的同時(shí),可能會(huì)增加P波的初始右心房向量與受影響較小的左心房向量之間的重疊,從而對(duì)整個(gè)PWd影響最小。

4.2 高血壓

高血壓能誘發(fā)心房重塑并導(dǎo)致傳導(dǎo)異常,Aizawa等[31]回顧了高血壓與P波參數(shù)之間的相關(guān)性研究,提出與非高血壓組相比,高血壓患者P波參數(shù)異常更常見(jiàn)。校正年齡,PWd和Pd仍是高血壓患者AF復(fù)發(fā)或新發(fā)AF的預(yù)測(cè)指標(biāo);但有效的高血壓治療后異常P波參數(shù)可得到糾正。筆者猜測(cè)通過(guò)治療高血壓來(lái)逆轉(zhuǎn)P波參數(shù)可能確實(shí)與新發(fā)AF的發(fā)生率降低有關(guān),其中準(zhǔn)確測(cè)量PWd和Pd至關(guān)重要。

4.3 HF

Ostrowska等[32]在探討P波參數(shù)能否預(yù)測(cè)HF事件的研究中發(fā)現(xiàn),V1導(dǎo)聯(lián)中的PWd與突發(fā)HF之間存在很強(qiáng)的U型相關(guān)性,PWd<60 ms時(shí)HF風(fēng)險(xiǎn)顯著增加,原因可能是心房傳導(dǎo)速度增加,與跨膜離子通道或間隙連接的變化有關(guān);但HF與P波振幅和PR間期之間無(wú)顯著關(guān)系。總之,該研究提出短PWd與偶發(fā)HF之間的關(guān)聯(lián)是一種新的發(fā)現(xiàn),未來(lái)可能有助于HF的早期診斷和預(yù)防。對(duì)于其他P波參數(shù),Abdellah等[33]提出Pd>40 ms和IAB在HF患者中普遍存在,同時(shí)它們與左室射血分?jǐn)?shù)下降、心功能差、住院和死亡率增加相關(guān)。筆者認(rèn)為,將這些心電圖參數(shù)添加到臨床評(píng)估中可顯著提高對(duì)HF發(fā)病率和死亡率的預(yù)測(cè)。

4.4 心肌梗死

一項(xiàng)前瞻性觀察性研究[34]提出IAB在ST段抬高型心肌梗死(ST segment elevation myocardial infarction,STEMI)患者中普遍存在,且STEMI患者的IAB可靠地預(yù)測(cè)了1年后的新發(fā)AF;其中彌漫性心肌缺血是導(dǎo)致IAB的主要因素。Demirci等[35]在急性冠脈綜合征患者中發(fā)現(xiàn),依據(jù)PTFV1的方向可檢測(cè)左右心房的改變,其對(duì)心肌梗死、心房肥大、三支血管病變有一定的預(yù)測(cè)價(jià)值。

通過(guò)以上探討,筆者發(fā)現(xiàn)利用P波參數(shù)和形態(tài)學(xué)改變可一定程度地預(yù)測(cè)AF和其他心血管疾病。此外,臨床中還可能存在P波消失的情況,可能是P波真正消失,也可能是P波被藏匿。筆者認(rèn)為前者考慮竇性停搏、竇房傳導(dǎo)阻滯、心房肌異常;后者與異位節(jié)律的起源部位及其激動(dòng)心房、心室的先后順序有關(guān)?？傊?P波消失代表激動(dòng)異常,可能反映了不同的心血管病變。

5 展望

P波與AF密切相關(guān),異常的P波形態(tài)和參數(shù)可作為早期預(yù)測(cè)AF發(fā)生的指標(biāo)。相對(duì)于傳統(tǒng)方法,通過(guò)人工智能技術(shù),針對(duì)P波參數(shù)/指數(shù)以及圖片的處理,建立診斷模型,可能成為未來(lái)預(yù)測(cè)AF的新模式。對(duì)于AF以外的其他心血管疾病,P波參數(shù)也可能成為一項(xiàng)獨(dú)立預(yù)測(cè)指標(biāo)。