第 2 章　心律不整的機轉：自動性、觸發活動與迴旋

學習目標

1. 區分自動性異常、觸發活動與迴旋三大機轉的細胞基礎與電生理特徵。
2. 說明早期後去極化（EAD）與延遲後去極化（DAD）的差別，以及各自對應的臨床心律不整。
3. 列出迴旋成立的必要條件，並以波長（wavelength）概念解釋藥物與消融如何終止迴旋。
4. 從臨床表現（起始／終止方式、對藥物與刺激的反應）推測機轉，並據此選擇治療策略。

2.1 三大機轉總覽

幾乎所有心律不整都可歸入三類機轉：自動性異常（abnormal automaticity）、觸發活動（triggered activity） 與 迴旋（reentry）。前兩者是「局灶性」（focal）機轉——心律不整從一個點向外擴散；迴旋則是「環路」機轉——電波在一條固定或功能性的路徑上繞圈。機轉決定了心律不整的行為，也決定了什麼治療會有效。

2.2 自動性異常

正常自動性的增強

竇房結、房室交界與 His–Purkinje 系統本來就有自動性（第 1 章）。交感神經張力升高、甲狀腺功能亢進、發燒、貧血、藥物（β 促效劑、茶鹼）等都會使第 4 期去極化加快，形成竇性頻脈；若沒有明確原因、休息心率持續偏高則稱為不適當竇性頻脈（inappropriate sinus tachycardia, IST，第 29 章）。下位起搏點（交界、心室）的自動性增強則出現交界性頻脈或加速性心室自主節律（AIVR）——AIVR 常見於再灌流後，心率 60–110 bpm，通常良性，不需要治療。

正常自動性有一個重要性質：超速抑制（overdrive suppression）。較快的節律驅動細胞時，Na⁺/K⁺-ATPase 活性增加使細胞超極化，節律停止後起搏點需要一段時間才恢復。這就是竇房結恢復時間（sinus node recovery time, SNRT）的原理，也是為什麼心房頻脈或 AF 終止後會出現長停頓（快慢症候群）。

異常自動性

部分去極化的組織（靜止膜電位去極化至約 −60 mV 或更不負，即 −60 至 −30 mV）即使原本沒有自動性，也會出現自發性放電。缺血、電解質異常、心肌病變的心房與心室肌都可能如此。異常自動性 不容易被超速抑制，因此持續不斷（incessant）的心房頻脈或急性缺血的 VT 常屬此類。

2.3 觸發活動：EAD 與 DAD

觸發活動是「必須先有一個動作電位」才會發生的節律，故稱「觸發」。依後去極化出現的時間分為兩種：

早期後去極化（early afterdepolarization, EAD）

• 發生於第 2 或第 3 期，來自動作電位時程延長時 L 型鈣通道再活化（或 Na⁺/Ca²⁺ 交換電流）。
• 緩脈依賴：心率越慢、APD 越長，越容易產生。典型情境是長短週期序列（long–short sequence）：一個早期收縮後的代償停頓延長了下一拍的 APD，再一個早期收縮就落在 EAD 上。
• 臨床代表：torsades de pointes（後天或先天 QT 延長）。治療方向因此是「縮短 APD、消除長停頓」：靜脈鎂、補鉀、停用 I_Kr 阻斷藥、用 isoproterenol 或臨時起搏把心率提高到 90–110 bpm。

延遲後去極化（delayed afterdepolarization, DAD）

• 發生於再極化完成後（第 4 期），來自細胞內鈣負荷過重：肌漿網自發性釋放 Ca²⁺，NCX 以 3 Na⁺ 換 1 Ca²⁺ 的方式產生暫態內向電流（I_ti），膜電位上升達閾值即產生觸發節律。
• 頻脈與兒茶酚胺依賴：心率越快、細胞內鈣越多，越容易發生；運動與情緒是典型誘因。
• 臨床代表：毛地黃中毒（Na⁺/K⁺-ATPase 抑制 → 細胞內 Ca²⁺ 上升）的雙向性 VT 與心房頻脈合併阻滯；CPVT（RyR2 突變使肌漿網漏鈣）；流出道 PVC／VT（cAMP 介導，對 adenosine、verapamil、β 阻斷劑與 Valsalva 皆敏感）。
• 電生理室特徵：可由快速起搏或 isoproterenol 誘發，早期刺激不可靠；超速起搏可能使其加速而非終止。

2.4 迴旋

迴旋是臨床上最重要、也是消融最有效的機轉。成立條件：

1. 兩條（或以上）功能上不同的傳導路徑，或一個環繞不可興奮障礙物（疤痕、瓣環、靜脈口）的環路。
2. 單向阻滯：早期刺激在一條路徑（不反應期較長者）被阻滯，只沿另一條路徑前進。
3. 緩慢傳導：讓電波繞回起點時，原本阻滯的路徑已恢復興奮性。

波長與可興奮間隙

波長（wavelength）= 傳導速度 × 不反應期。若迴旋路徑長度大於波長，波頭與波尾之間會有一段已恢復興奮性的組織，稱為 可興奮間隙（excitable gap）。這個概念解釋了：

• 為什麼延長不反應期的藥物（第 III 類、部分第 I 類）能終止迴旋：波長變長、可興奮間隙關閉，波頭撞上自己的波尾。
• 為什麼減慢傳導的藥物有時反而促進迴旋：波長變短，原本容不下迴旋的組織現在容得下了（第 Ic 類在疤痕心室的致心律不整性）。
• 為什麼可以用起搏「entrainment」迴旋：起搏的波在可興奮間隙進入環路，被環路帶著跑，這是第 7 章鑑別機轉與定位峽部的基礎。
• 為什麼消融有效：在環路最窄的關鍵峽部造成一道穿壁的傳導阻滯線，環路就無法成立，而且不必破壞整片組織。

解剖性與功能性迴旋

• 解剖性迴旋（anatomical reentry）：路徑固定，繞著固定障礙物。例：典型心房撲動繞三尖瓣環（必經腔靜脈–三尖瓣峽部）、AVRT 繞房室結與副傳導路徑、疤痕相關 VT 穿過疤痕中的存活心肌通道、束支迴旋 VT（右束支下行、左束支上行）。
• 功能性迴旋（functional reentry）：沒有固定障礙物，由組織的不反應期與傳導的不均勻性決定。經典模型為 leading circle，現代模型為 旋轉波（rotor / spiral wave）。AF 與 VF 的維持被認為與旋轉波和多重子波（multiple wavelets）有關。
• 微迴旋（microreentry） 可以小到在心電圖上看起來像局灶；巨迴旋（macroreentry） 則是環路大到可以在心電圖上看到連續的電活動（例如心房撲動的鋸齒波）。
• 第 2 期迴旋（phase 2 reentry）：心外膜 I_to 強的區域動作電位穹窿消失，鄰近仍有穹窿的區域向其再興奮，是 Brugada 症候群心室顫動的機轉假說之一。
• 反射（reflection）：在一段線性的緩慢傳導組織內來回傳導，臨床少見。

迴旋在電生理室的特徵

• 可被適時的程序性早期刺激 可重複地誘發與終止。
• 早期刺激的耦合間期與心律不整第一拍的間期呈 反比（刺激越早、傳導越慢、第一拍越晚）。
• 可被 entrainment（第 7 章），並依 post-pacing interval 與 tachycardia cycle length 的差異判斷起搏點與環路的距離。

2.5 心房顫動的機轉：從觸發到基質

AF 是三種機轉的綜合體，也是理解消融策略的關鍵：

1. 觸發（trigger）：1998 年 Haïssaguerre 等人證實陣發性 AF 多由肺靜脈肌袖的快速局灶放電（自動性／觸發活動）啟動，這是肺靜脈隔離成為 AF 消融基石的理由。非肺靜脈觸發點包括上腔靜脈、冠狀竇、左心耳、Marshall 韌帶與界嵴。
2. 維持（maintenance）：左心房內的旋轉波與多重子波、以及纖維化區域的局部微迴旋。
3. 基質重塑（remodeling）：AF 本身縮短心房 APD 與 ERP（電重塑，「AF begets AF」，數天內發生），並在數週至數月後造成纖維化與擴大（結構重塑）。這解釋了早期節律控制（EAST-AFNET 4）與早期消融（EARLY-AF）優於等待的理由，也是為什麼持續性 AF 的消融成功率低於陣發性。
4. 自主神經：肺靜脈周圍的神經節叢同時提供交感（增加鈣負荷 → 觸發）與副交感（縮短 APD → 利於迴旋）的輸入。

2.6 從臨床表現推測機轉

2.7 機轉與治療的對應

• 迴旋：消融是根治性的（切斷峽部）。藥物方面，延長 ERP（第 III 類）或減慢傳導使單向阻滯變成雙向阻滯（第 Ic 類在無結構性心臟病的心房）。
• 自動性：β 阻斷劑、鈣通道阻斷劑降低第 4 期斜率；局灶消融可行但局灶可能不只一個，且不易在鎮靜下誘發。
• 觸發活動：EAD——去除 QT 延長因子、加快心率、鎂；DAD——β 阻斷劑（CPVT 首選 nadolol）、flecainide（同時阻斷 RyR2）、verapamil；局灶消融對 RVOT-VT 效果極佳。

參考資料與延伸閱讀

• Issa ZF, Miller JM, Zipes DP. Clinical Arrhythmology and Electrophysiology, 3rd ed. Elsevier, 2019. Chapter 3（Electrophysiological Mechanisms of Cardiac Arrhythmias）。
• Josephson ME. Josephson's Clinical Cardiac Electrophysiology, 6th ed. Wolters Kluwer, 2021. Chapter 8（Supraventricular Tachycardias）中關於機轉鑑別的段落。
• Antzelevitch C, Burashnikov A. Overview of basic mechanisms of cardiac arrhythmia. Card Electrophysiol Clin 2011;3:23–45.
• Haïssaguerre M, et al. Spontaneous initiation of atrial fibrillation by ectopic beats originating in the pulmonary veins. N Engl J Med 1998;339:659–666.
• Wijffels MC, et al. Atrial fibrillation begets atrial fibrillation. Circulation 1995;92:1954–1968.