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详解心传导系统:窦房结、结间束、房室结、房室束

心传导系统包括窦房结、结间束、房室结、房室束及其分支。

心传导系统模型图

心传导系统右侧面模型图

心脏传导系统左侧面模型图

窦房结

位置和形态

窦房结(sinuatrial node)多呈长梭形,也可呈椭圆形和半月形,大小为14.1mmx3.6mm×1.1mm。与成人比较,婴幼儿的窦房结相对较大,位置略低。位于上腔静脉与右心房交界处,界沟上端的心外膜深面,约距心外膜1mm。窦房结长轴与界沟平行,头部朝向前上方,尾部伸向下腔静脉口。窦房结的位置与窦房结动脉的行程有关,窦房结动脉顺时针绕上腔静脉时,窦房结常靠近界沟上端;窦房结动脉逆时针绕上腔静脉时,窦房结偏右下方。窦房结是心脏的正常起搏点,产生的冲动经结间束传至心房肌和房室结。手术时应避开上腔静脉与右心房交界区,以免损伤窦房结和窦房结动脉。

窦房结位置模型图

组织结构

窦房结表面由薄层心外膜下脂肪组织包绕,内侧与心房的心肌层相接。窦房结主要由起搏细胞、移行细胞和少量浦肯野纤维构成,这些细胞之间有胶原纤维构成的纤维支架。窦房结中央有窦房结动脉穿行。窦房结内有丰富的连续型毛细血管和无髓神经纤维。

特殊分化细胞

在光镜下,窦房结的细胞分布由中心向边缘可分为动脉周围、中央和外周3区。

  • 动脉周围区:由起搏细胞和少量移行细胞构成。起搏细胞围绕窦房结动脉呈环行排列,从头部延续到体部,进入尾部后消失。在窦房结头部,移行细胞与工作心肌相连。
  • 中央区:此区范围最大,主要由起搏细胞构成。起搏细胞体积较小,成团分布。起搏细胞团之间有起搏细胞束相连。起搏细胞团被结缔组织和胶原纤维分隔成小团,每个小团由多个起搏细胞组成。在中央区的周围可见起搏细胞与移行细胞相延续,这些移行细胞对起搏细胞起保护作用,并可协助起搏细胞的功能活动。
  • 外周区:主要由移行细胞组成,也可见少量浦肯野纤维。移行细胞呈放射状连接中央区的起搏细胞和周围的工作心肌,或与浦肯野纤维相连。移行细胞大小不一,形成小束或团,伸人工作心肌中。起搏细胞与窦房结动脉内膜下平滑肌接触,起搏细胞与起搏细胞、移行细胞与移行细胞、起搏细胞与移行细胞、移行细胞与浦肯野纤维相互连接。起搏细胞不直接与心房工作心肌接触,但移行细胞可直接与心房工作心肌连接。起搏细胞之间的连接属幼稚的未分化连接,主要有中间连接和桥粒连接。在移行细胞之间和移行细胞与工作心肌之间,偶尔可见到缝隙连接和发育较完善的闰盘结构。

窦房结表达连接蛋白40、连接蛋白43和连接蛋白45等缝隙连接蛋白,其中以连接蛋白43为主。缝隙连接蛋白主要表达于窦房结的外周区。窦房结中央区主要有起搏细胞,连接蛋白43表达呈阴性。在起搏细胞与起搏细胞、起搏细胞与移行细胞以及移行细胞之间无连接蛋白43表达,只在移行细胞与心房工作心肌之间有表达。这表明,移行细胞与心房工作心肌之间存在缝隙连接。

致密纤维支架

窦房结内有丰富的胶原纤维和弹性纤维,构成致密的纤维支架。在动脉周围区,胶原纤维支架与动脉外膜的纤维组织相连。在中央区,大量较粗大的胶原纤维束与窦房结动脉的长轴平行排列,并发出许多细小的分支,相互吻合,形成丰富的胶原纤维网,包绕中央区的起搏细胞。在外周区,胶原纤维和中央区的胶原纤维相延续,呈放射状分隔移行细胞,并与工作心肌间分散的胶原纤维相连。除胶原纤维支架外,纵横交错的移行细胞也构成网架,起搏细胞位于这两种网架中,这是起搏细胞与移行细胞在生理功能上相互密切联系的组织细胞学基础。

胎儿窦房结内的胶原纤维略多于工作心肌间的胶原纤维,但明显少于成人窦房结内的胶原纤维。出生后,窦房结内的胶原纤维逐渐增多,这与窦房结细胞的分化发育成熟及生理起搏功能是密切相关的。胶原纤维的动态平衡是起搏细胞的起搏活动达到最佳稳定状态的基本条件,窦性心律失常的部分原因可能由于窦房结实质细胞失去了纤维支架与其联系和稳定作用。

年龄变化

胚胎早期的窦房结是由排列紧密的细胞群和纤维性结缔组织构成,起搏细胞和移行细胞不易区分。胚胎发育至第12周后,窦房结的细胞在窦房结动脉周围大量增殖,同时出现大量胶原纤维,胶原纤维互相连接构成纤维支架。窦房结的细胞逐渐分化形成起搏细胞、移行细胞和工作心肌细胞。在新生儿,起搏细胞和移行细胞散在分布。出生后1~2周,窦房结内各组织成分开始发生较大变化,光镜下可明显区分各部分的特征。随着细胞的进一步分化,起搏细胞集中分布于窦房结动脉周围,移行细胞多分布于窦房结的外周。在窦房结边缘,移行细胞与少量心房肌混杂。

随着出生后的发育,起搏细胞的生理和生化代谢发生成熟性变化,在功能上发育成起搏细胞。起搏细胞形态无明显变化。起搏细胞周围有一些移行细胞网架围绕。移行细胞的变化主要表现为细胞变为长梭形,细胞内肌丝束比起搏细胞多,细胞间可出现缝隙连接等。从儿童期开始,起搏细胞数目逐渐减少。从10~20岁,细胞可减少60%,减少部位主要是在窦房结动脉周围。20岁以后起搏细胞继续缓慢减少。起搏细胞减少的同时,移行细胞明显增多。窦房结内间质的发育主要发生在出生后,1岁婴儿窦房结内间质很少,从儿童期开始成纤维细胞和胶原纤维形成的纤维支架开始迅速发育,支架随年龄增长而增粗,起搏细胞逐渐被包绕在纤维支架中。

18岁开始窦房结内间质逐渐增多。40岁后随年龄增长,窦房结细胞逐渐减少,间质相对增多,可开始出现间质纤维化。因此,40岁被认为是间质年龄变化的生理界限。窦房结的脂肪组织从18岁开始出现,脂肪从窦房结的心外膜侧或从窦房结动脉周围向窦房结内延伸,并侵入窦房结的内、外神经和神经节内。窦房结的脂肪浸润一般发生在40岁以后,并随年龄的增长而增多。

血管和神经

血管:窦房结由窦房结动脉供应血液,很少见到较大的伴行静脉,有细小静脉和丰富的连续性毛细血管。窦房结的静脉注入上腔静脉或右心房。

神经:窦房结内有丰富的交感神经和副交感神经,交感神经主要支配特殊分化的心肌细胞,副交感神经主要分布于窦房结周围。在窦房结周围存在许多神经节细胞,窦房结内也可偶尔见到。按其含神经递质的不同,窦房结主要有肾上腺能神经纤维和胆碱能神经纤维分布,并有肽能神经纤维。肽能神经纤维主要分泌神经肽Y,并分泌降钙素基因相关肽、P物质、血管活性肠肽和神经营养肽等。窦房结区的神经纤维分布密度明显高于周围工作心肌区。

结间束

窦房结产生的兴奋如何传至房室结,长期存在着争论。研究资料表明,心房的一些心肌细胞具有不同的电生理特性,这些心肌细胞与窦房结和房室结联系,称为结间束(internodal tract)。也有学者认为,在窦房结和房室结之间存在着具有一定构造和功能的传导束。结间束中除含有心肌细胞外,也含有浦肯野纤维和少量混杂的移行细胞。窦房结产生的兴奋通过结间束到达心房肌和房室结。结间柬有以下3条。

  • 前结间束(anterior internodal tract)又称Bachmann束(Bachmann's tract),起自窦房结前缘,向左分为上结间束(superior internodal tract)和降支(descending branch)。上结间束至左心房,降支经卵圆窝的前方下行至房室结上缘。
  • 中结间束(middle internodal tract)又称Wenchebach束(Wenchebach's tract),起自窦房结的后缘,向右、向后绕上腔静脉,进入房间隔,经卵圆窝稍前方下降至房室结上缘。
  • 后结间束(posterior internodal tract)又称Thorel束(Thorel's tract),起自窦房结的后缘,经界嵴和下腔静脉瓣下行,在冠状窦口稍上方至房室结后缘。

房室结

位置和形态

房室结(atrioventricular node)为扁椭圆形结构,大小约6mmx3mm×1mm,呈矢状位,位于Koch三角的心内膜深面,右侧有薄层心房肌覆盖。房室结表面的心房肌内可含有James旁路束,大部分心肌止于三尖瓣隔侧尖的基底部。房室结距冠状窦口约5mm,距三尖瓣隔侧尖附着缘4mm,向上距Todaro腱附着点约1mm,向前距室间隔后缘约4mm,距右心房侧心内膜约0.5mm。房室结的左侧面与下缘紧贴右纤维三角,房室结形状与右纤维三角的形态有密切关系。房室结将来自窦房结的兴奋通过房室束及其分支传至心室肌,从而在心房收缩后引起心室收缩。

房室交界区

方式交界区模型示意图

在Koch三角深面,房室结、结间束末端和房室束起始部构成房室交界区(atrioventricular junction region)。按结构分布,房室交界区可分为房区、结区和束区。房室交界区是窦房结的冲动从心房传向心室的必经之路,并且房室结是次级起搏点,故许多复杂心律失常发生在此区。作心脏瓣膜置换术时,须注意避免损伤此区。

房室交界区的功能为:

  • 传导冲动。将来自心房的冲动传向心室,有时可将心室的冲动传向心房。
  • 延搁冲动传导。传导冲动缓慢,约延搁0.04s。这可能与细胞细小、排列不规则和缝隙连接较少有关。冲动的延搁传导保证心房肌和心室肌先后收缩,适应心内血液循环特点。
  • 减少异常冲动。心房颤动时,来自心房的冲动频率快且强弱不一。此区可使减少或消失,限制传向心室。这可能与细胞排列不规则和缝隙连接较少有关。
  • 起搏。此区为次级起搏点,主要位于房室结两端。

组织结构

房室结的细胞比一般心肌细胞小,染色较淡,排列较紧密,主要由移行细胞、少量起搏细胞和浦肯野纤维组成。人房室结可分为浅部和深部。浅部位于房室结的右侧面,有数层细胞组成,主要为移行细胞和浦肯野纤维,肌纤维细长,排列松散,染色较浅。肌纤维柬之间有横向联系。浅部肌纤维起自房间隔肌,沿房室结右侧面垂直下行,止于房室结下缘。深部位于房室结的左侧深面,含有少量起搏细胞,常聚集成团,细胞团之间有移行细胞网和胶原纤维束分隔。深部肌纤维细而短,互相交织,排列较密集,着色较深。深部又分上部和下部,上部以斜形肌纤维为主,下部肌纤维呈纵行并互相交织。深部的特化心肌纤维向前延伸为房室束。在房室结深部有时可见卵圆形着色浅淡的细胞,细胞之间有少量结缔组织。在胚胎发育中,浅部和深部分别来源于两个不同的细胞原基。

在有的成年个体,房室结的细胞可伸入右纤维三角内形成结细胞岛。在婴儿,这种细胞岛比较多见。结细胞岛的细胞比工作心肌细胞小,染色浅淡,排列紧密。婴儿猝死可能与右纤维三角内结细胞岛的存在有关。

血管和神经

房室结由房室结动脉供应血液,也可接受左室后支的分支供应。房室结区的静脉多汇合成1~2支,注入冠状窦或心中静脉。房室结有较丰富的神经纤维分布,但较窦房结少,多为胆碱能神经纤维。神经节细胞主要位于房室结的后端和浅层。

房室束

房室束(atrioventricular bundle)又称His束(bundle of His),起自房室结前端,先穿经右纤维三角,再经室间隔膜部后下缘前行,至肌部上缘分为左、右束支。新生儿房室束长为2.2~5.4mm。成人房室束长为5.7~7.9mm,直径为1.1~1.5mm。在横切面上,房室束穿经右纤维三角的部分呈圆形,近侧端和远侧端呈三角形。房室束位于主动脉右、后瓣和室间隔膜部稍下方,右侧有三尖瓣隔侧尖附着缘前上部并与其交叉,故三尖瓣和主动脉瓣置换术以及室间隔膜部修补术时应注意这些重要毗邻关系,以免损伤房室束而导致房室传导阻滞。在房室束穿经右纤维三角右下角处,右纤维三角内可见束细胞岛。部分束支传导阻滞可由右纤维三角硬化引起。

房室束近侧端的细胞与房室结的细胞相似,细胞染色浅淡,排列不规则。远侧端的细胞较粗大,胞质着色较淡,趋向平行排列。与房室束比较,左、右束支的细胞更具有浦肯野纤维的形态特点。房室柬及左、右束支主要由浦肯野纤维、少量移行细胞和普通心肌纤维组成。浦肯野纤维呈纵向排列,细胞间有桥粒和特大的缝隙连接。细胞连接多位于细胞两端,形成闰盘,也见于相邻纤维的侧面。

右束支

右束支(right bundle branch)又称右脚(right crus),呈细长圆索状,先穿室间隔右侧部心肌,然后沿右侧心内膜深面行向前下方,穿经隔缘肉柱至前乳头肌根部,分支分布于右心室壁。右束支可出现两条,其中一条终止位置不定。右束支也可在行程中途分叉,再汇合成一条下降。右束支较长,易受局部病灶累及而发生传导阻滞。

右束支的分支及其分布示意图

右束支发出间隔、前、后3组分支:

  • 间隔组,在隔缘肉柱起始处发出,分布于室间隔右侧面下部。
  • 前组,在前乳头肌前上方和外侧发出,分布于右心室游离壁前部。
  • 后组,即右束支的终末支,自前乳头肌基底部行向后乳头肌、室间隔后部和右心室游离壁后部。

左束支

左束支(left bundle branch)又称左脚(left crus),呈扁带状,有数条放射状分支,沿室间隔左侧心内膜深面行向左前下方,在室间隔肌部上、中1/3交界处发出前、后、间隔3组分支:

  • 前组,至前乳头肌中下部分支,分布于前乳头肌和附近室壁。
  • 后组,行向后下方,至后乳头肌下部分支,分布于后乳头肌和附近室壁。
  • 间隔组,分支分布于室间隔中、下部,并绕心尖分布于左心室游离壁。

左束支的分支及其分布示意图

左束支分支的形式包括:

  • 2分支型,约为32%,左束支分为前、后两支,间隔支由前、后支发出。
  • 3分支型,约为17%,左束支发出前支、后支和间隔支。
  • 网状型,约为51%,左束支的分支构成网,由该网发出前支、后支和间隔支。

浦肯野纤维

浦肯野纤维(Purkinje fiber)与左、右束支的分支相续,交织形成心内膜下浦肯野纤维网,主要分布于室间隔中、下部,心尖,乳头肌下部和心室游离壁下部。在室间隔上部、肺动脉口、主动脉口和左、右房室口处,心内膜下浦肯野纤维稀少或缺如。心内膜下浦肯野纤维网发出的纤维以直角或钝角进入心肌,形成肌内浦肯野纤维网,最终与工作心肌相连。心室肌内浦肯野纤维的穿人深度因动物不同而异,在猪和羊穿经心肌层达心外膜,在狗和猴穿人心肌约2mm,人的穿人深度较浅。

心传导系统的常见变异

异常传导束或纤维可将来自心房的冲动过早地传至心室,使局部提前收缩,引起预激综合征。常见的心传导系统变异如下。

  • Kent束(Kent's bundle)连接心房肌和心室肌。Kent束位于近二尖瓣环和三尖瓣环处或心间隔内,以二尖瓣环后外侧、三尖瓣环外侧和后间隔处多见。
  • James旁路束(James fiber):前、中结间束的小部分纤维和后结间束的大部分纤维可绕过房室结右侧面,止于房室结下部或房室束起始部,构成James旁路束。
  • Mahaim纤维(Mahaim fiber)可分为:

    • 结室副束,房室结发出的纤维连于室间隔的心肌。
    • 束室副束,房室束或左、右束支主干发出的纤维连于室间隔的心肌。

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