通过计算机模拟比较左束支起搏和无导线右心室起搏对心室内和心室间不同步的影响

《Frontiers in Physiology》：Comparing the effects of left bundle branch pacing and leadless right ventricular pacing on intraventricular and interventricular dyssynchrony using in silico modelling

左束支传导阻滞（LBBP）与无线心脏起搏器（LCPM）的心室同步性比较。三维建模分析显示，LBBP在完整传导或LBBB情况下降低心室间不同步（VEU）更显著，但存在瘢痕时LCPM效果更好，且RVOT-S的LCPM与LBBP无显著差异。

　　在现代心脏电生理治疗领域，非生理性右心室起搏（RVP）仍然是治疗高度房室传导阻滞（AV block）患者的主要手段，尤其是那些左心室射血分数（LVEF）保持正常的情况下。然而，随着医学技术的进步，新的起搏策略如左束支起搏（LBBP）和无导线心脏起搏器（LCPM）正逐渐被采用，因其相较于RVP具有各自的优势。尽管如此，目前尚缺乏对LCPM和LBBP在诱发起搏性心肌病（pacing-induced cardiomyopathy）方面的直接比较。这种心肌病被认为与心室之间的电生理异步（interventricular dyssynchrony）和心室内部的电生理异步（intraventricular dyssynchrony）密切相关。因此，研究者利用**体外模拟**（in silico modelling）技术，对LBBP和LCPM在这些方面的电生理影响进行了系统性比较，以期为临床决策提供科学依据。

### 一、研究背景与意义

在临床实践中，高度房室传导阻滞的患者往往需要长期的心室起搏治疗。然而，RVP虽然能够有效维持心脏节律，但其长期使用可能导致一系列并发症，包括起搏性心肌病、三尖瓣反流（TR）的加重以及右心室功能的损害。这些并发症的发生与心室电生理活动的不协调密切相关。而LBBP和LCPM作为新兴的起搏策略，分别从不同的角度改善了传统RVP的局限性。

LBBP通过激活左束支及其所连接的His-Purkinje系统（HPS），实现了更接近生理性的心室激活模式，有助于减少心室内部的异步现象。相比之下，LCPM因其无需植入导线，避免了传统起搏器相关的并发症，如电极导线断裂、感染、血肿和气胸等，同时也被发现能显著降低三尖瓣反流的发生率。然而，LBBP在某些情况下可能引发三尖瓣反流的加重，尤其是在起搏位置靠近三尖瓣时。此外，当存在心室内部的瘢痕组织时，LBBP的效果可能会受到限制，而LCPM则可能在这些特殊情况下表现出更好的同步性。

因此，明确LBBP和LCPM在不同心脏病理状态下的电生理表现，对于优化起搏策略、降低并发症风险以及改善患者预后具有重要意义。特别是在存在广泛的室间隔瘢痕或左束支传导阻滞（LBBB）的情况下，如何选择最适合的起搏方式，成为临床医生面临的重要问题。

### 二、研究方法与模型构建

本研究采用**体外模拟**技术，构建了19个四腔健康心脏的几何模型，以评估LBBP和LCPM在不同条件下的电生理影响。这些模型基于公开的医学影像数据，经过精细的解剖重建，能够真实反映心脏的三维结构。研究中模拟了三种不同的基础心律状态：1）正常左束支传导；2）左束支传导阻滞（LBBB）；3）涉及His-Purkinje系统的室间隔瘢痕。这些条件涵盖了临床中常见的病理状态，使得研究结果更具代表性。

为了更准确地模拟心脏电生理活动，研究团队在每个心脏模型中加入了His-Purkinje网络，其传导速度设定为3 m/s，而心室肌的传导速度则根据其解剖结构和生理特性进行了调整，分别为0.6 m/s沿纤维方向和0.24 m/s横向方向。这种设定符合正常哺乳动物心脏的传导特性。此外，为了模拟室间隔瘢痕，研究者将患者特定的瘢痕和边界区几何结构整合进模型中，采用统一的室间隔坐标系统（UVCs）进行映射。在瘢痕区域内的Purkinje纤维被设定为非传导性组织，以反映严重瘢痕对心脏传导系统的干扰。

### 三、研究结果与分析

#### 1. 心室激活时间（BIVAT-90）

在正常左束支传导的条件下，LBBP的联合配置（PLBBP和DLBBP）显示出显著优于LCPM（RVOT-S、MS、AS）的双心室激活时间（BIVAT-90）。具体而言，LBBP的BIVAT-90为42.8 ± 3.8 ms，而LCPM的BIVAT-90为71.9 ± 8.2 ms，两者差异具有统计学意义（p < 0.01）。这表明LBBP在维持双心室同步性方面优于LCPM。

在左束支传导阻滞（LBBB）的情况下，LBBP的BIVAT-90为62.3 ± 0.9 ms，仍然显著低于LCPM的71.9 ± 1.1 ms（p < 0.01）。然而，在存在室间隔瘢痕的情况下，LBBP和LCPM的BIVAT-90差异不显著（80.3 ± 22.1 vs. 84.0 ± 9.6 ms，p = 0.47）。这一结果表明，当瘢痕影响到His-Purkinje系统时，LBBP的优势可能会减弱，而LCPM则可能在某些情况下表现出更好的同步性。

#### 2. 心室间电生理异步（VEU与绝对VEU）

在正常左束支传导的条件下，LBBP的VEU值为?3.3 ± 5.1 ms，而LCPM的VEU值为24.2 ± 7.6 ms，两者差异显著（p < 0.01）。VEU值的负值表明，左心室的激活时间比右心室更短，这种同步性有助于减少心室间电生理异步，从而降低诱发心肌病的风险。

在LBBB的情况下，LBBP的VEU值为?22.1 ± 0.5 ms，而LCPM的VEU值为25.9 ± 7.9 ms，同样存在显著差异（p < 0.01）。这说明即使在左束支传导受阻的情况下，LBBP仍然能够维持一定程度的心室间同步性，而LCPM则可能因激活模式的不同，导致更大的异步现象。

然而，当比较LBBP与RVOT-S单独起搏时，VEU值的差异并不显著（p = 0.86），这表明在某些情况下，LBBP和LCPM可能具有相似的同步性效果。这一发现对临床实践具有重要意义，因为它提示我们，在某些特定条件下，LBBP可能并不优于LCPM。

在室间隔瘢痕的情况下，LCPM的VEU值显著低于LBBP（31.0 ± 8.4 vs. 41.7 ± 20.2 ms，p < 0.01）。这一结果表明，当His-Purkinje系统因瘢痕而无法正常传导时，LCPM可能在维持心室间同步性方面更具优势。这可能是因为LCPM能够通过非His-Purkinje的室间隔心肌组织实现双心室激活，而LBBP则依赖于受损的His-Purkinje系统，导致激活延迟。

#### 3. 心室内部电生理异步（LVDI）

在正常左束支传导的条件下，LBBP的LVDI值为12.1 ± 1.6 ms，而LCPM的LVDI值为23.0 ± 2.5 ms，两者差异显著（p < 0.01）。LVDI是衡量心室内部激活时间差异的标准，其值越低，表示心室内部同步性越好。这一结果进一步支持了LBBP在改善心室内部同步性方面的有效性。

在LBBB的情况下，LBBP的LVDI值为12.3 ± 1.6 ms，而LCPM的LVDI值为23.0 ± 2.5 ms，同样存在显著差异（p < 0.01）。这表明，即使在左束支传导受阻的情况下，LBBP仍然能够维持相对较好的心室内部同步性。

然而，在存在室间隔瘢痕的情况下，LBBP和LCPM的LVDI值差异不显著（25.5 ± 6.5 vs. 27.2 ± 3.0 ms，p = 0.93）。这说明，当瘢痕严重影响His-Purkinje系统的传导能力时，LBBP对心室内部同步性的改善作用可能会减弱，而LCPM则可能在这些情况下表现出更好的效果。

### 四、讨论与临床意义

#### 1. LBBP与LCPM在不同病理状态下的表现

LBBP和LCPM在维持心室同步性方面各具优势。LBBP通过激活His-Purkinje系统，能够实现更接近生理性的心室激活模式，从而减少心室内部和心室间的异步现象。然而，当His-Purkinje系统因瘢痕而无法正常传导时，LBBP的效果可能会受到限制，而LCPM则可能成为更优的选择。

在室间隔瘢痕的情况下，LCPM表现出优于LBBP的同步性，尤其是在RVOT-S位置起搏时，其VEU值显著低于LBBP。这一结果可能与LCPM能够通过非His-Purkinje的室间隔心肌组织实现双心室激活有关。而在LBBB的情况下，LBBP仍然能够维持较好的同步性，甚至与RVOT-S起搏在某些模型中表现出相似的效果。这表明，在某些特定条件下，LBBP可能并不逊色于LCPM。

#### 2. LBBP与LCPM在临床中的应用前景

LBBP和LCPM的临床应用前景广阔，尤其是在需要长期心室起搏的患者中。LBBP的优势在于其更接近生理性的心室激活模式，有助于改善心室内部同步性并减少心肌病的发生。然而，其应用受限于His-Purkinje系统的完整性，特别是在存在广泛瘢痕的情况下，LBBP的效果可能会大打折扣。

相比之下，LCPM因其无导线设计，避免了传统起搏器相关的并发症，同时在某些情况下能够提供更优的同步性。然而，LCPM的起搏位置可能影响三尖瓣反流的风险，尤其是在靠近三尖瓣的位置起搏时。因此，如何在不同病理状态下选择最佳的起搏位置，成为临床决策中的关键问题。

#### 3. 临床意义与研究局限

本研究的结果对临床实践具有重要的指导意义。首先，LCPM在存在广泛室间隔瘢痕时，可能比LBBP更优，这为那些因瘢痕而无法接受LBBP的患者提供了新的治疗选择。其次，在LBBB的情况下，LCPM可能在某些条件下与LBBP具有相似的同步性效果，这为临床医生提供了更多的选择空间。

然而，本研究也存在一定的局限性。首先，所使用的模型均为健康个体的心脏几何结构，因此可能无法完全反映心力衰竭或严重瘢痕患者的实际情况。其次，研究未模拟RV anodal capture等其他可能影响同步性的因素，这可能影响研究结果的全面性。此外，研究未考虑机械效应，如起搏器对三尖瓣功能的影响，这也可能限制其在某些临床场景中的适用性。

### 五、未来研究方向与展望

尽管本研究提供了关于LBBP和LCPM在不同病理状态下的同步性表现，但仍有许多问题需要进一步探讨。例如，LCPM在不同起搏位置（如RVOT-S、MS、AS）对同步性的影响是否存在差异？LBBP在不同瘢痕程度下的效果是否具有显著差异？此外，LCPM在长期使用中的安全性、有效性以及对患者生活质量的影响，仍需通过更多的临床试验来验证。

未来的研究可以进一步拓展模型的范围，纳入更多具有心力衰竭或严重瘢痕的患者数据，以提高研究结果的普适性。同时，可以探索RV anodal capture等技术在LBBP中的应用，以及其对同步性的影响。此外，结合机械模拟技术，研究起搏器对心脏结构和功能的影响，也将为临床提供更全面的指导。

### 六、结论

本研究通过**体外模拟**技术，对LBBP和LCPM在不同心脏病理状态下的同步性表现进行了系统性比较。研究发现，在存在广泛室间隔瘢痕的情况下，LCPM可能比LBBP更优，而在LBBB的情况下，LCPM与LBBP在某些模型中表现出相似的同步性效果。这些结果为临床医生在选择起搏策略时提供了重要的参考依据，同时也提示我们，未来的起搏治疗需要更加个体化和精准化，以适应不同患者的心脏结构和功能状态。

此外，本研究还强调了**体外模拟**在心脏电生理研究中的重要性。通过模拟不同的病理状态和起搏配置，研究者能够更全面地了解起搏策略对心脏同步性的影响，从而为临床决策提供科学支持。随着计算技术的不断发展，**体外模拟**将在心脏起搏策略的优化和临床应用中发挥越来越重要的作用。