Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биомеханические эффекты взаимодействия элементов неоднородного миокарда в последовательном и параллельном дуплетах

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Биомеханические эффекты взаимодействия элементов неоднородного миокарда в последовательном и параллельном дуплетах"

На правахрукописи

003471431

БАЛАКИН АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

НЕОДНОРОДНОГО МИОКАРДА В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ И ПАРАЛЛЕЛЬНОМ ДУПЛЕТАХ

03.00.13 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 8 МАЙ 2009

Сыктывкар 2009

003471431

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте иммунологии и физиологии Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург

Научный руководитель: Научный консультант

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Проценко Юрий Леонидович

член-корреспондент РАН, доктор биологических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ Мархасин Владимир Семенович

доктор биологических наук, профессор Нигматуллина Разина Рамазановна

доктор биологических наук, ст. научный сотрудник Прошева Валентина Ивановна

Ведущая организация: Государственное учебно-научное учреждение

Факультет фундаментальной медицины Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова

Защита состоится "18" июня 2009 г. в \2 часов на заседании диссертационного совета Д 004.017.01 в Учреждении Российской академии наук Институте физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН по адресу: 167982, Республика Коми, Сыктывкар, ГСП-2, ул. Первомайская, д.50.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Учреждения Российской академии наук Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН.

Автореферат разослан 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета (

кандидат биологических наук ' Н.Г. Варламова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования. В настоящее время накоплены многочисленные данные, которые свидетельствуют о существенной неоднородности сердца. Установлено, что неоднородность наблюдается на различных уровнях организации миокардиальной ткани [Brutsaert, 1985]. Найдено, что биомеханические [Bogaert et al., 2001], биоэлектрические [Antzelevitch et al., 2001] и биохимические [Litten et al., 1985] свойства кардиомиоцитов в различных регионах стенки желудочков неодинаковы. Кроме того установлено, что существует определённая последовательность активации различных регионов стенки желудочка [Wyman et al., 1999]. Все эти данные показывают, что неоднородность нормального миокарда является его неотъемлемым свойством [Markhasin et al., 2003]. Кроме того целый ряд исследований показывают, что эта неоднородность возрастает при патологии и существенно снижает насосную функцию сердца [Чумарная и др., 2008]. Таким образом неоднородность сердечной мышцы является существенной переменной возможно не менее важной, чем связь «длина - сила» или связь «сила - скорость». Хотя в последнее время в лаборатории биологической подвижности и лаборатории математической физиологии Учреждения РАН ИИФ УрО РАН установлен ряд закономерностей сократительной функции неоднородного миокарда, однако до настоящего времени нет полного понимания физиологической и патофизиологической значимости о гетерогенности сердечной мышцы.

Цель работы - исследовать механические и электрические эффекты взаимодействия сердечных мышц при параллельном и последовательном их соединении.

Задачи:

1. Создать аппаратно-программный комплекс для изучения неоднородности на изолированных препаратах миокарда в параллельном или последовательном дуплете с одновременной регистрацией их механической и электрической активности;

2. Исследовать влияние временного асинхронизма возбуждения сердечных мышц параллельного мышечного дуплета на механическую активность дуплета и его элементов в условиях разной степени неоднородности между препаратами дуплета;

3. Исследовать влияние временного асинхронизма возбуждения сердечных мышц последовательного мышечного дуплета на механическую активность дуплета и каждой из мышц в дуплете в условиях разной степени неоднородности между элементами дуплета;

4. Исследовать влияние механического взаимодействия и величины задержки возбуждения мышц в последовательном гибридном дуплете на длительность потенциалов действия кардиомиоцитов партнёров;

5. Сравнить эффекты взаимодействия неоднородных элементов дуплетов, образованных из препаратов миокарда животных, характеризующихся разными типами электромеханического сопряжения.

Научная новизна. Впервые разработан аппаратно-программный комплекс для исследования феномена неоднородности на последовательном либо параллельном дуплете, образованном из изолированных препаратов миокарда.

Впервые использован метод гибридных дуплетов для изучения как механических, так и электрических эффектов взаимодействия элементов дуплета.

При исследовании взаимодействия сердечных мышц в параллельном дуплете найдено, что кривая «сила - скорость» дуплета в широком диапазоне задержек возбуждения его элементов остаётся неизменной, а кривые «сила -скорость» мышц в дуплете изменяются во взаимно противоположных направлениях. Это явление наблюдается в миокарде животных с разным типом электромеханического сопряжения.

Обнаружено, что при задержке «быстрой» мышцы в неоднородном последовательном дуплете наблюдается положительный инотропный эффект, т.е. в области определённых задержек «быстрой» мышцы сила сокращения дуплета превышает таковую при нулевой задержке.

Методом последовательного дуплета, образованного из изолированных мышц, а также гибридного последовательного дуплета, образованного из виртуальной и изолированной мышц, обнаружен новый тип медленного ответа: оказалось, что наблюдаются переходные процессы силы сокращения дуплета и его элементов при их объединении в дуплет и разъединении мышц после их взаимодействия в дуплете.

При помощи плавающих микроэлектродов найдено, что механические эффекты в элементах дуплета сопровождаются электрическими эффектами в элементах дуплета.

Научно-практическая значимость.

Результаты, полученные в работе, показывают, что пространственно-временное взаимодействие элементов неоднородного миокарда обеспечивает его высокую пластичность. Например, при сохранении глобальной насосной функции желудочка могут быть компенсаторные локальные изменения, которые носят критический характер. Так, при снижении функции какого-либо региона стенки камеры сердца может иметь место компенсаторная активация механической функции других регионов. Эта активация может носить критический характер, особенно в условиях скомпрометированной функции сосудов сердца. Следовательно, наряду с глобальной оценкой функции сердца требуется оценка региональной функции камер сердца.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В физиологическом диапазоне величин задержек и любом порядке возбуждения элементов параллельного дуплета наблюдается эффект

стабилизации силоскоростных характеристик параллельного дуплета, эффект стабилизации параметров связи «сила-скорость» дуплета проявляется в препаратах миокарда с разными типами электромеханического сопряжения.

2. Зависимость амплитуд сил последовательного дуплета от величины задержки возбуждения носит экстремальный характер.

3. Существуют задержки и порядок возбуждения неоднородных сердечных мышц в последовательном дуплете, при которых наблюдаются переходные процессы по силе при объединении мышц в последовательный дуплет и при разъединении мышц.

4. Динамическое изменение длин партнеров в ходе взаимодействия неоднородных препаратов миокарда в последовательном дуплете приводит не только к длительному переходному процессу по силе сокращений, но и сопровождается изменением длительности потенциала действия кардиомиоцитов во время механического взаимодействия и следовыми изменениями потенциала действия после взаимодействия.

Апробация работы.

Основные положения и результаты доложены на конференциях:

1. XVIII Съезд физиологического общества им. И.П. Павлова (Казань, 2001)

2. XIX Съезд физиологического общества им. И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004)

3. I отчетной конференции молодых ученых ГОУ УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2001)

4. II отчетной конференции молодых ученых ГОУ УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2002)

5. Демидовские чтения на Урале (Екатеринбург, 2006)

6. «Патофизиология современной медицине» (Ижевск, 2007)

7. 4th International workshop on cardiac mechano-electric feedback and arrhythmias (Oxford, England, 2007)

8. Четвертая всероссийская школа с международным участием школа-конференция по физиологии кровообращения (Москва, 2008)

Исследования, проведенные в рамках диссертационной работы, поддержаны грантами РФФИ №04-04-96109-р2004урал_а (2004), №05-04-48352-а (2005-2007), грантами поддержки молодых ученых УрО РАН (2003, 2004,2005).

Публикации. По теме диссертации опубликовано семнадцать работ, в том числе две статьи в рецензируемых журналах.

Объём и структура работы. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста и состоит из введения, семи глав, заключения, выводов и списка цитируемых источников, включающего 132 источника. Работа содержит 45 рисунков и 10 таблиц.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

При изучении неоднородности миокарда в Учреждении РАН ИИФ УрО РАН под руководством члена-корреспондента РАН Мархасина B.C. был разработан принципиально новый методический подход. Он заключается в том, что в нём исследуются простейшие модели неоднородной миокардиальной системы - мышечные дуплеты, которые состоят из двух параллельно или последовательно механически соединённых изолированных сердечных препаратов [Мархасин и др., 1999; Мархасин и др., 2004; Protsenko et al., 2005]. Особенность параллельного соединения состоит в том, что в процессе укорочения дуплета под разными нагрузками изменение его длины и скорость укорочения остаются общими для обеих мышц, в то время как развитие и спад напряжения в каждой из мышц зависят от механических характеристик этих мышц и от характера их взаимодействия во времени. Особенность последовательного соединения состоит в том, что динамика развития и амплитуда напряжения в каждой из мышц одинаковы для обеих мышц, в то время как изменения их длин разнонаправлено и зависит как от характера их взаимодействия во времени, так и от их механических характеристик.

Были разработаны три вида мышечных дуплетов - виртуальный, гибридный и реальный дуплеты. В методе виртуальных дуплетов изучаются феномены механического взаимодействия двух виртуальных мышц, построенных на основе математической модели механических и электрических явлений в кардиомиоците, разработанной в лаборатории математической физиологии Учреждения РАН ИИФ УрО РАН [Мархасин и др., 1999; Мархасин и др., 2004; Markhasin et al., 2003; Solovyova et al., 2003].

Метод виртуальных дуплетов дает возможность исследовать возможные молекулярно-клеточные механизмы, лежащие в основе взаимодействия неоднородных кардиомиоцитов и оценивать вклад пространственно-временной неоднородности их свойств в сократимость сердечной мышцы. В методе гибридных дуплетов исследуется взаимодействие в реальном времени препарата миокарда и виртуальной мышцы [Мархасин и др., 2004; Protsenko et al., 2005; Solovyova et al., 2002]. Математическая модель кардиомиоцита, использовавшаяся в экспериментах, представляет собой систему из 30 дифференциальных уравнений и включает 70 параметров. В ней описаны реологические свойства кардиомиоцита, кинетика ионов свободного и связанного с буферными лигандами кальция, образование кальций-тропониновых комплексов в кинетике миозиновых мостиков в контрактильном элементе, генерация потенциала действия и кинетика ионных токов. Особенностью метода гибридных дуплетов является возможность выбора различных сочетаний механических характеристик составляющих его мышц за счет изменения параметров математической модели и имитации взаимодействия между нормальным и поврежденным сегментами миокарда в различных слоях сердечной стенки за счет изменения

соотношения механических свойств мышц. В методе реальных (мышечных) дуплетов в качестве элементов дуплета выступают препараты миокарда -папиллярные мышцы либо трабекулы сердец теплокровных животных [Мархасин и др., 1999; Мархасин и др., 2004; Руткевич и др., 1997; Markhasin et al., 2002]. Важной особенностью метода реальных дуплетов является наличие изолированного канала регистрации и жизнеобеспечения для каждой из исследуемых сердечных мышц. Это позволяет под действием физических или фармакологических факторов менять механические характеристики любой мышцы, задавать различные временные задержки возбуждения одной мышцы относительно другой, т.е. создавать и исследовать неоднородные мышечные системы в различных условиях.

В качестве реальных мышц последовательного либо параллельного дуплета использовали папиллярные мышцы правого желудочка сердец беспородных крыс и кроликов. С животными обращались согласно принципам по уходу за лабораторными животными, принятыми в нашем институте в соответствии с the Principles of Laboratory Animal Care of the National Society for Medical Research and the National Institutes of Health Guide for the С are and Use of Laboratory Animals. В работе описаны результаты 51 экспериментов из 63 (всего животных: 29 кроликов и 35 крыс), из них 28 на препаратах миокарда крыс и 23 на препаратах миокарда кроликов.

Эксперименты проведены на папиллярных мышцах кроликов весом от 1.5 до 2 кг и крыс весом от 150 до 250 г. Перед экспериментом животным вводили гепарин (0.3 мл/кг), препятствующий образованию тромбов в коронарных сосудах. После умерщвления животного и вскрытия грудной клетки извлеченное сердце промывали физиологическим раствором (NaC) — 118.5 мМ/л; КС1 — 4.2 мМ/л; MgS04 — 1.2 мМ/л; СаС12 — 2.5 мМ/л; Glucose

— 11.1 мМУл; KHiPO, - 1.2 мМ/л; NaHC03 - 14.5 мМ/л), предварительно нагретым до 30°С и содержащим 2,3-бутандион моноксим (30 мМ/л BDM, Sígma-Aldrich) для предотвращения изменения сократительных свойств препарата миокарда во время процедуры выделения [Blanchard et al., 1990; Kettlewell et al., 2004; Kiriazis et al., 1995; Mulieri et al., 1989]. Вскрывали правый желудочек и вырезали папиллярные мышцы. Для исследования выбирали длинные тонкие препараты. Изолированные мышцы фиксировали к штокам измерительной аппаратуры в ванночках и стимулировали импульсами постоянного тока с межстимульным интервалом Зев течение 40

- 50 минут до установления стабильных механических характеристик сокращения мышц. В течение этого периода времени BDM вымывался.

В большинстве экспериментов из сердца одного животного вырезали две папиллярные мышцы, чтобы их механические характеристики при одинаковых условиях не сильно различались.

Перед исследованием сократимости сердечных мышц и дуплетов, составленных из них, длины препаратов выставляли равной -0.95 Lmax (95% от максимальной длины мышцы).

Для исследования сократимости параллельного дуплета получали для него и его элементов силоскоростные характеристики (отражающих связь максимальной скорости укорочения с данной нагрузкой на мышцу или дуплет) с помощью постнагрузочных сокращений при одновременной стимуляции мышц и при введении различных задержек возбуждения между ними. С целью усиления неоднородности между элементами дуплета одну из мышц нагревали либо охлаждали. Далее снимали силоскоростные характеристики мышц в изоляции, дуплета и мышц в дуплете при различных задержках возбуждения относительно друг друга.

Исследовали сократимость последовательного мышечного дуплета в изометрическом режиме сокращения. Мышцы в последовательном дуплете возбуждались либо одновременно, либо с различными задержками относительно друг друга. В этой серии экспериментов исследовали влияние механического взаимодействия мышц при различных задержках их возбуждения в последовательном дуплете на активную составляющую силы дуплета, а так же переходные процессы по силе активного напряжения каждой из мышц после механического взаимодействия в последовательном дуплете. Эти же эффекты исследовали при усилении неоднородности между партнёрами последовательного дуплета, когда одного из них либо охлаждали, либо нагревали и повторяли протокол эксперимента.

При исследовании сократимости последовательного гибридного дуплета получали характеристику «изометрическая длина - сила» регистрировали переходные процессы по силе при объединении мышц в дуплет и разъединении из него с одновременной регистрацией потенциала действия сердечной мышцы в условиях различных задержек возбуждения мышц. Далее усиливали неоднородность между партнёрами за счет изменения температуры омывающего раствора у одного из них и повторяли протокол.

Важно отметить, что перед объединением мышц в последовательный либо параллельный дуплет амплитуды активных составляющих их сил выравнивали за счёт изменения коэффициента усиления по каналу силы, чтобы исключить влияние неравенства сил элементов дуплета.

Регистрацию разности потенциалов мембраны кардиомиоцитов в папиллярных мышцах осуществляли методом микроэлектродного отведения плавающими стеклянными электродами с использованием усилителя биопотенциалов Intracellular Electrometer IE-210 (WARNER Instruments Corp.). Микроэлектроды изготовляли из капилляров (стекло «пирекс», 0 -1.0 мм, длиной 100 мм) с помощью устройства для вытягивания Needle/Pipette Puller model 730 (David Kopf Instruments). Выносной блок усилителя закрепляли в микроманипуляторе Narishige model-ММЗ. Микроэлектрод, заполненный 3 М водным раствором КС1, с помощью хлорсеребряной проволоки (0 50 мкм) соединяли с выносным блоком

усилителя биопотенциалов. Внеклеточный электрод также изготовляли из хлорсеребряной проволоки (0 100 мкм).

Сердечные мышцы по своим механическим характеристикам (таким как: время достижения максимального изометрического напряжения (ВДМ), скорость развития напряжения и характеристика связи «сила-скорость») разделяли на «быстрые» и «медленные» и с помощью разработанных нами алгоритмов управления объединяли их в последовательный или параллельный дуплет.

В представленной работе положительная величина задержки возбуждения означает, что в дуплете задержана активация «быстрой» мышцы относительно «медленной», отрицательная - «медленной» относительно «быстрой».

Чтобы установить биологическую общность феноменов взаимодействия сердечных мышц в дуплетах, использовали препараты миокарда крыс и кроликов, характеризующиеся разными типами электромеханического сопряжения.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Методом параллельных дуплетов моделировали взаимодействие «медленных» и «быстрых» мышц при различных временных задержках, имитируя взаимодействие, субэндо- и субэпикардиальных слоев миокарда стенки желудочка. Как установлено клетки субэпикардиального слоя характеризуются более высокими скоростными свойствами по сравнению с клетками эндокардиального слоя [Litten et al., 1985; Bryant et al., 1997].

Известно, что в нормальных условиях существует определённая последовательность активации между различными регионами камер сердца. В частности в левом желудочке сердца существует задержка активации субэпикардиального слоя по отношению к субэндокардиальному слою. В патологически изменённом миокарде направление проведения возбуждения может быть нарушено. Поэтому представляется важным исследовать влияние величины и направления задержки возбуждения на сократимость неоднородной миокардиальной системы.

В работе исследована одна из фундаментальных характеристик сократимости мышц «сила-скорость», т.е. зависимость максимальной скорости укорочения мышцы под данной нагрузкой (Р). Для возможности сравнения силоскоростных характеристик нагрузку (Р) нормировали на максималыгую силу (Р0), полученную в изометрическом режиме сокращения.

Яркой особенностью зависимости «сила-скорость» неоднородного параллельного дуплета является стабилизация его силоскоростных характеристик при введении задержки возбуждения (в физиологическом диапазоне величин) между партнерами. Данные получены в 30 экспериментах, 13 из них на папиллярных мышцах кролика и 17 крысы.

■""•"•задвржм-вОмс -—задвржк» *40мс -задержке -20мс

Рис. 1. Связи «сила-скорость» при различных задержках возбуждения для параллельного дуплета, составленного из папиллярных мышц крысы, и элементов дуплета. Температура омывающего раствора 30°С.

Видно, что независимо от величины и последовательности введения задержки возбуждения, в исследованном диапазоне, при данной постнагрузке дуплет сокращается практически с одной и той же скоростью (рис. 1).

У элементов параллельного дуплета введение задержек приводит к значительному смещению кривых этой связи относительно характеристики, полученной при одновременной стимуляции препаратов миокарда (на рисунках эта задержка возбуждения равна нулю, кривые выделены черным цветом). При этом с ростом величины задержки кривые «сила-скорость» элементов смещаются в большей степени и в противоположном друг от друга направлении. Это происходит потому, что во время взаимодействия в фазу укорочения дуплета мышцы вносят различный вклад по развиваемой силе в стабилизацию силы дуплета, чтобы удержать плато силы дуплета на одном уровне.

——'задержи» -«Оме —— задержи* -вомс -------зад*ржм-40мс -----эад«ржка<20мс

Рис. 2. Связи «сила-скорость» при различных задержках возбуждения для параллельного дуплета, составленного из папиллярных мышц кролика, и элементов дуплета. Температура омывающего раствора 30°С.

В работе показано, что кривые «сила-скорость» для дуплета, составленного из сердечных мышц кролика, и его элементов (рис. 2) ведут

себя аналогично кривым, полученным для препаратов крысы. Это говорит о том, что поведение силоскоростных характеристик для дуплета и эго элементов при введении различных задержек возбуждения между его элементами одинаково и не зависит от типа электромеханического сопряжения в миокарде (кролик, крыса).

При усилении неоднородности между элементами дуплета за счет изменения температуры омывающего раствора у одного из партнёров описанные выше эффекты сохраняются.

С помощью последовательного соединения сердечных мышц моделировали взаимодействие между миоцитами верхушечных и базальных слоев желудочка сердца.

При этом исследовали влияние задержек возбуждения между элементами дуплета на амплитуду силы последовательного дуплета. Данные получены в 16 экспериментах, 8 из них на папиллярных мышцах кролика и 8 крысы. На рис. 3 приведена экспериментальная запись временного хода развития изометрических сил элементов последовательного дуплета и дуплета (сверху), а также временной ход изменения длин мышц во время взаимодействия (внизу). Видно, что во время взаимодействия сердечные мышцы сокращаются в ауксотоническом режиме нагрузок, т.е. под переменным грузом.

Рис. 3. Ход развития сил папиллярных мышц, сокращающихся в изоляции (тонкие кривые), последовательных дуплетов, составленных из этих мышц (жирная кривая), и укорочения папиллярных мышц во время их взаимодействия в последовательном дуплете,

—до нагрева быстрой мышцы —после нагрева быстрой мышцы

Рис. 4. Зависимости амплитуд сил последовательных дуплетов, нормированные на амплитуды сил дуплетов при одновременной стимуляции элементов дуплета, от величины задержки возбуждения папиллярных мышц, нормированной на ВДМ дуплета.

Для сопоставления результатов введена нормировка на амплитуду силы дуплета при одновременной стимуляции партнеров (рис. 4) Показано, что при увеличении длительности задержки возбуждения независимо от порядка активации элементов дуплета сила последовательного однородного дуплета для препаратов крысы слева и кролика справа падает относительно силы, полученной при одновременной стимуляции элементов дуплета (рис. 4, жирные кривые).

Для усиления неоднородности между элементами последовательного дуплета омывающий раствор у мышц, характеризуемых как «быстрые», нагревали с 25°С до 30 С. С увеличением степени неоднородности элементов дуплета максимумы этих зависимостей сместились в область положительных задержек возбуждения (т.е. происходит задержка «быстрой» мышцы относительно «медленной»), и значения силы в максимумах превышают значения сил без задержек на достаточно существенную величину, обнаруживая положительный инотропный эффект задержки (рис. 4, тонкие кривые). Положительный инотропный эффект наблюдается при задержке «быстрой» мышцы дуплета относительно «медленной» до величины задержки возбуждения, которой соответствует совмещение максимумов развития изометрических сил элементов дуплета. Выраженный отрицательный инотропный эффект всегда наблюдается при задержке «медленной» мышцы относительно «быстрой».

Ранее в численных экспериментах на математической модели последовательного неоднородного дуплета были обнаружены два вида переходных процессов [Бо1оууоуа е1 а1., 2006];

во-первых, обнаружен переходной процесс по силе сокращений при объединении элементов дуплета;

во-вторых, при разъединении неоднородных виртуальных мышц, в этих элементах также наблюдали переходной процесс по силе сокращений.

Для проверки эффектов, предсказанных на основе математической модели, проведены эксперименты на мышечных дуплетах. Из рис. 5 видно, что при объединении мышц в последовательный дуплет наблюдается падение с последующим ростом силы сокращения дуплета, при разъединении мышц из дуплета также наблюдается переходный процесс по силе сокращений, но уже у элементов дуплета, сокращающихся в изоляции. Показано, что при усилении неоднородности между элементами дуплета за счет изменения температуры омывающего раствора одного из партнёров эти эффекты сохраняются. Наличие переходного процесса по силе сокращений партнеров после выключения режима взаимодействия свидетельствует о следовом эффекте серии взаимных деформаций препаратов в ходе взаимодействия и подтверждает обнаруженные ранее на виртуальном дуплете изменения в звеньях механоэлектрической и механокальциевой обратных связей.

1200 т

кролик

1

к во время взаимодействий изоляция

о §

•I ■

«■

с В* О : . 5 : во время взаимодействия ИЗОЛЯЦИЯ

а душнее

Время, МИН

■ медленная мышца к быстрая мышца

Рис. 5. Экспериментальная запись сил сокращений «быстрой» и «медленной» папиллярных мышц кролика и крысы до, во время и после объединения их в последовательный дуплет. Стимуляция осуществлялась с задержкой возбуждения «медленной» мышцы относительно «быстрой» на 40 мс у кролика и 80 мс у крысы. Температура омывающего раствора 25°С.

Исследовано влияние динамического изменения длин препаратов миокарда крысы и кролика не только на их механический, но и на

электрический ответ в ходе их механического взаимодействия в гибридном последовательном дуплете. Регистрацию электрической активности кардиомиоцитов многоклеточных препаратов осуществляли методом микроэлектродного отведения мембранного потенциала плавающими электродами. Сначала производили регистрацию сил и потенциала действия в изоляции, затем мышцы объединяли в последовательный дуплет на несколько минут. После завершения переходного процесса по силе сокращений дуплета мышцы разъединяли, возвращая в условия изоляции (рис. 6), не прекращая регистрации сил и потенциала действия.

Для достоверности результатов нами было выдвинуто жесткое условие, в требовании непрерывной регистрации электрической активности в течение переходных процессов чтобы, несмотря на деформации препарата, электрод должен находиться в одном и том же кардиомиоците.

1500 -1 папиллярная мышца крысы 1500-

345678 9 0123456

Время, мин Время, мин

Рис. 6. Пример записи переходного процесса по силе папиллярной мышцы крысы и виртуальной мышцы до, во время и после объединения их в последовательный гибридный дуплет. Температура омывающего раствора 25°С, возбуждение виртуальной мышцы задержано относительно реальной на 50 мс.

На рис, 7 приведена суперпозиция потенциалов действия папиллярной мышцы кролика (слева) и крысы (справа) в трех стационарных состояниях: до, во время и после взаимодействия. Во время взаимодействия обе мышцы сокращались в ауксотоническом режиме в отличие от изометрического в изоляции и, следовательно, подвержены периодическим динамическим изменениям длин. Нами показано изменение длительности потенциала действия (на уровне 90% амплитуды потенциала действия в фазу реполяризации), как в кардиомиоците папиллярной мышце кролика (порядка 4% при задержке активации «быстрой» виртуальной мышцы относительно «медленной» реальной на 300 мс), так и в кардиомиоците папиллярной мышцы крысы (порядка 16% при задержке возбуждении «быстрой» виртуальной мышцы относительно «медленной» реальной на 50 мс).

кролика (слева) и крысы (справа) в трех стационарных состояниях: до, во время и после взаимодействия.

Динамическое изменение длин во время взаимодействия мышц в гибридном последовательном дуплете при задержке возбуждения «быстрой» виртуальной мышцы относительно «медленной» реальной привело к увеличению длительности потенциала действия в кардиомиоците папиллярной мышцы крысы, в то время у кардиомиоцита кролика это привело к уменьшению длительности потенциала действия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе исследованы механические и электрические свойства простейших неоднородных миокардиальных систем (параллельный и последовательный дуплеты), состоящих из изолированных сердечных мышц, и подтверждены, обнаруженные ранее на математической модели, эффекты взаимодействия неоднородных элементов в дуплетах.

В работе показано, что полученные закономерности являются общими для миокарда с разным типом электромеханического сопряжения.

Методом параллельных дуплетов имитировали взаимодействие «медленных» (по механическим характеристикам) субэндо- и «быстрых» субэпикардиальных слоев миокарда стенки желудочка. С помощью этого метода обнаружен эффект стабилизации силоскоростных характеристик для параллельного дуплета. На основе этого эффекта мы сформулировали феномен сохранения сократимости миокарда для простейшей неоднородной миокардиальной системы: в неоднородной миокардиальной системе, состоящей из двух элементов «быстрого» и «медленного», соединённых параллельно, вне зависимости от величины временной задержки и последовательности активации каждого из элементов, кривая «сша-скоростъ» дуплета, характеризующая его сократимость, остаётся неизменной в достаточно широком диапазоне величин задержек.

Методом последовательных дуплетов моделировали взаимодействие между миоцитами верхушечных и базальных слоев желудочка сердца. Этим методом, во-первых, обнаружен положительный инотропный эффект для неоднородного последовательного дуплета при

задержке активации «быстрой» мышцы относительно «медленной», во-вторых, в соответствии с предсказаниями, полученными в численных экспериментах, подтверждено существование переходных процессов при объединении неоднородных мышц в последовательный дуплет и при последующем их разъединении.

Важно, что данные эффекты были подтверждены на гибридных дуплетах и дуплетах, составленных из изолированных сердечных мышц. Наличие переходного процесса по силе сокращений партнеров после выключения режима взаимодействия свидетельствует о следовом эффекте серии взаимных деформаций препаратов в ходе взаимодействия. Эффекты, полученные при объединении мышц в последовательный дуплет и разъединении мышц из него, мы назвали неоднородностью вызванная гетерометричгская активация сократительной функции миокарда.

Нами впервые показано, что динамическое изменение длин в ходе взаимодействия неоднородных препаратов миокарда в последовательном дуплете приводит не только к длительному переходному процессу по силе сокращений, но и сопровождается изменением длительности потенциала действия кардиомиоцитов (на уровне 90% амплитуды потенциала действия в фазу реполяризации) во время механического взаимодействия и следовыми изменениями потенциала действия после взаимодействия в кардиомиоцитах.

Суммируя полученные данные, мы утверждаем что, неоднородность миокарда является фактором, способным существенно модулировать сократительную функцию неоднородных элементов сердечной мышцы. Эта модуляция критическим образом зависит от последовательности активации неоднородных элементов миокарда и их механических характеристик. Полученные результаты были предсказаны в математической модели неоднородного миокарда. В рамках этой модели молекулярно-клеточный механизм, описанных нами эффектов в неоднородном миокарде, состоит в том, что неоднородность влияет на процесс активации кальцием сократительных белков и сократимость мышц, а также на кинетику свободного внутриклеточного кальция и через последнюю меняет Ма+-Са2+ -обменный ток, который приводит к изменению длительности потенциала действия.

ВЫВОДЫ

1. Эффект стабилизации характеристики «сила-скорость» параллельного дуплета проявляется в физиологическом диапазоне величин задержек возбуждения его элементов и наблюдается в препаратах миокарда с разными типами электромеханического сопряжения (кролик, крыса);

2. Зависимость амплитуд сил последовательного дуплета от величины задержки возбуждения его элементов носит экстремальный характер, положительный инотропный эффект задержки возбуждения элементов неоднородного последовательного дуплета возникает при задержке возбуждения «быстрой» мышцы относительно «медленной»;

3. Существуют задержки и порядок возбуждения неоднородных сердечных мышц в последовательном дуплете, при которых наблюдаются переходные процессы по силе после объединения мышц в последовательный дуплет и при разъединении мышц;

4. Взаимодействие неоднородных препаратов миокарда в последовательном дуплете сопровождается переходным процессом не только по силе сокращения дуплета, но и изменением длительности потенциала действия кардиомиоцитов во время механического взаимодействия и следовыми изменениями потенциала действия после взаимодействия;

5. Неоднородность миокарда является существенным фактором, способным модулировать сократительную функцию сердца.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи:

1. Мархасин B.C., Балакин A.A., Гурьев В.Ю., Лукин О.Н., Коновалов П.В., Проценко Ю.Л., Соловьева О.Э. Электромеханическая неоднородность миокарда // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2004. Т. 90. №8. С. 1060-1076.

2. Protsenko Y.L., Routkevitch S.M., Gur'ev V.Yu., Katsnelson L.B., Solovyova О., Lookin O.N., Balakin A.A., Kohl P., Markhasin V.S. Hybrid duplex - a novel method to study the contractile function of heterogeneous myocardium //Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2005. V.289. P. H2733-H2746.

Тезисы докладов на конференциях:

1. Балакин A.A. Виртуальная мышца в качестве объекта при разработке алгоритмов управления изолированным препаратом миокарда // Научные труды I отчетной конференции молодых ученых ГОУ УГТУ-УПИ. чЛ. Екатеринбург. 2001. С. 159.

2. Балакин A.A., Проценко Ю.Л., Лукин О.Н. Разработка управляющей программы для задания физиологического режима сокращения изолированного препарата миокарда // XVIII Съезд физиологического общества имени И.П. Павлова. Тезисы докладов. Казань. 2001. С. 305.

3. Балакин A.A. Системы компьютерного управления сервомоторами длины и груза для исследования сократимости препаратов миокарда // Научные труды II отчетной конференции молодых ученых ГОУ УГТУ-УПИ. ч.1. Екатеринбург. 2002. С. 117.

4. Лукин О.Н., Проценко Ю.Л., Руткевич С.М., Балакин A.A., Гурьев В.Ю. Распределение общей нагрузки между элементами дуплета в точке конечно-систолической длины // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2004. Т. 90. №8(1). С. 443.

5. Ларкин С.Ю., Лукин О Н., Проценко Ю.Л., Руткевич С.М., Кацнельсон Л.Б., Балакин А.А. Механизмы зависимости конечно-систолической длины параллельного дуплета от соотношения сил его партнеров // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2004. Т. 90. №8(1). С. 439.

6. Балакин А.А., Проценко Ю.Л., Руткевич С. М., Лукин О. Н. Стабилизация параметров связи "сила-скорость" в параллельно объединенных препаратах миокарда - дуплете // Российский физиологический журнал И.М. Сеченова. 2004. Т. 90. №8(1). С. 422.

7. Проценко Ю.Л., Лукин О.Н., Руткевич С.М., Балакин А.А. Переходный процесс по конечно-систолической длине в параллельном гибридном и реальном дуплетах // Российский физиологический журнал И.М. Сеченова. 2004. Т. 90. №8(1). С. 448.

8. Лукин О.Н., Проценко Ю.Л., Балакин А.А. Влияние неравенства сил и длин элементов неоднородной мышечной системы на её механическую функцию // Вестник Уральской медицинской академической науки. 2006. №3-2(15). С. 111.

9. Балакин А.А., Лукин О.Н., Проценко Ю.Л. Влияние неравенства длин и временного асинхронизма возбуждения элементов неоднородного параллельного дуплета на характеристику «конечно-систолическое укорочение — сила» // Демидовские чтения на Урале. Тезисы докладов. Екатеринбург. 2006. С. 229-230.

10. Балакин А.А., Лукин О.Н., Проценко Ю.Л. Физиологическая модель взаимодействия сегментов неоднородного нормального и патологически изменённого миокарда // Материалы межрегиональной научной конференции «Патофизиология современной медицине». Ижевск. 2007. С. 92-95.

11. Лукин О.Н., Балакин А.А., Проценко Ю.Л. Влияние соотношения сил и длин неоднородных мышечных элементов и асинхронизма их возбуждения на характер их взаимодействия // Материалы межрегиональной научной конференции «Патофизиология современной медицине». Ижевск. 2007. С. 96-99.

12. Balakin A., Gurev V., Lookin О., Protsenko Y., Routkevitch S., Markhasin V.S. Mechano-electrical tuning of contractility of interacting heterogeneous cardiac muscles // 4th International workshop on cardiac mechano-electric feedback and arrhythmias. England. Oxford. 2007. P. 89.

13. Lookin O.N., Gur'ev V.Y., Routkevitch S.M., Balakin A.A. Interaction of a cardiac muscle and its mathematical model in hybrid duplex // Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 2007. V.42. №6(1). P. S112-S113.

14. Lookin O.N., Balakin A.A., Protsenko Y.L. Stability of myocardial mechanical performance under asynchronous segmental activation // International Journal of Cardiology. 2008. V.125(l). P. S57.

15. Балакин А.А., Лукин О.Н., Проценко Ю.Л., Мархасин B.C. Инотропное влияние задержки возбуждения в неоднородном последовательном дуплете // Четвертая всероссийская школа с международным участием школа-конференция по физиологии кровообращения. Тезисы докладов. Москва. 2008. С. 9-10.

"к кк

Искренне благодарю сотрудников лаборатории биологической подвижности Института иммунологии и физиологии УрО РАН Руткевича С.М. и Лукина О.Н. за неоценимую помощь в работе, Гурьева В.Ю. за консультации в написании программных комплексов. Особую благодарность выражаю научному руководителю доктору биологических наук Проценко Юрию Леонидовичу и научному консультанту доктору биологических наук, профессору, ЗДНРФ, члену-корреспонденту РАН Мархасину Владимиру Семёновичу за всестороннее содействие в моей научной деятельности и при написании диссертационной работы. Также не могу не отметить неоценимую помощь моей супруги к.ф.-м.н. Викуловой H.A.

Подписано в печать 07.05.2009. Формат 60x84/16.

Тираж 100 экз. Усл. печ. л. 1.5 Заказ № 103

Размножено с готового оригинал-макета в типографии "Уральский центр академического обслуживания". 620219, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Балакин, Александр Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1: Обзор литературы.

ГЛАВА 2: Объекты и методы исследования.

2.1. Объекты исследования.

2.1.1. Выделение, отбор и оценка физиологического состояния реальных мышц.

2.1.2. Виртуальная мышца.

2.1.3. Параллельный и последовательный дуплеты.

2.2. Экспериментальная установка для исследования мышечных дуплетов.

2.3. Пакеты программ управления экспериментальной установкой.

2.4. Экспериментальный протокол.

2.5. Обработка экспериментальных данных.

2.6. Анализ результатов.

2.7. Особенности метода реальных и гибридных дуплетов.

ГЛАВА 3: Неоднородность характеристик механической активности изолированных препаратов миокарда крыс и кроликов параллельного дуплета в изометрическом, изотоническом и физиологическом режимах нагрузок.

3.1. Характеристики одиночных сокращений препаратов миокарда и параллельного дуплета, составленного из них, при равенстве температур в перфузионных ванночках.

3.2. Влияние температуры на параметры одиночного цикла препаратов миокарда в изоляции.

ГЛАВА 4: Исследование связи «сила-скорость» препаратов миокарда кролика и крысы в условиях изоляции и при взаимодействии в параллельном дуплете с различными задержками возбуждения сердечных мышц при равенстве и неравенстве их температур.

4.1. Связь «сила-скорость» в препаратах миокарда крысы и кролика в изоляции и в параллельном дуплете.

4.2. Влияние задержки возбуждения между неоднородными препаратами реального параллельного дуплета на зависимость «сила-скорость» в условиях равенства температур элементов дуплета.

4.3. Влияние задержки возбуждения между неоднородными препаратами реального параллельного дуплета на зависимость «сила-скорость» в условиях неравенства температур элементов дуплета.

4.4. Обсуждение результатов.

ГЛАВА 5: Характеристики механической активности изолированных препаратов миокарда крысы и кролика в изоляции и мышечного последовательного дуплета в изометрическом и ауксотоническом режимах нагрузок.

5.1. Характеристики одиночных сокращений препаратов миокарда и последовательного дуплета, составленного из них, в условиях равенства температур.

5.2. Влияние температуры на параметры одиночного цикла препаратов миокарда в изоляции.

ГЛАВА 6: Влияние асинхронизма возбуждения и разной степени неоднородности сердечных мышц на максимальную силу последовательного дуплета, амплитуду изменения длин его элементов и переходные процессы по силе препаратов миокарда во время и после объединения их в дуплет.

6.1. Влияние задержки возбуждения сердечных мышц последовательного дуплета на максимальную силу дуплета и амплитуду изменения длины элементов дуплета в условиях равенства температур мышечных препаратов.

6.2. Влияние задержки возбуждения сердечных мышц последовательного дуплета на максимальную силу дуплета и амплитуду изменения длины элементов дуплета в условиях неравенства температур мышечных препаратов.

6.3. Переходные процессы по силе препаратов миокарда при объединении их в последовательный дуплет и при сокращениях в изоляции после взаимодействия в дуплете.

ГЛАВА 7: Механические и электрические ответы папиллярных мышц крысы и кролика при их взаимодействии с виртуальной мышцей в гибридном дуплете.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Биомеханические эффекты взаимодействия элементов неоднородного миокарда в последовательном и параллельном дуплетах"

Актуальность исследования.

В настоящее время накоплены многочисленные данные, которые свидетельствуют о существенной неоднородности сердца. Установлено, что неоднородность наблюдается на различных уровнях организации миокардиальной ткани [29]. Найдено, что биомеханические [26], биоэлектрические [16] и биохимические [87] свойства кардиомиоцитов в различных регионах стенки желудочков неодинаковы. Кроме того установлено, что существует определённая последовательность активации различных регионов стенки желудочка [127]. Все эти данные показывают, что неоднородность нормального миокарда является его неотъемлемым свойством [90]. Кроме того целый ряд исследований показывают, что эта неоднородность возрастает при патологии и существенно снижает насосную функцию сердца [14]. Таким образом, неоднородность сердечной мышцы является существенной переменной возможно не менее важной, чем связь «длина - сила» или связь «сила - скорость». Хотя в последнее время в лаборатории биологической подвижности и лаборатории математической физиологии Учреждения РАН ИИФ УрО РАН установлен ряд закономерностей сократительной функции неоднородного миокарда, однако до настоящего времени нет полного понимания физиологической и патофизиологической значимости феномена гетерогенности сердечной мышцы.

Цель работы.

Исследовать механические и электрические эффекты взаимодействия сердечных мышц при их параллельном и последовательном соединении.

Задачи:

1. Создать аппаратно-программный комплекс для изучения неоднородности на изолированных препаратах миокарда в параллельном или последовательном дуплете с одновременной регистрацией их механической и электрической активности;

2. Исследовать влияние временного асинхронизма возбуждения сердечных мышц параллельного мышечного дуплета на механическую активность дуплета и его элементов в условиях разной степени неоднородности между препаратами дуплета;

3. Исследовать влияние временного асинхронизма возбуждения сердечных мышц последовательного мышечного дуплета на механическую активность дуплета и каждой из мышц в дуплете в условиях разной степени неоднородности между элементами дуплета;

4. Исследовать влияние механического взаимодействия и величины задержки возбуждения мышц в последовательном гибридном дуплете на длительность потенциалов действия кардиомиоцитов партнёров;

5. Сравнить эффекты взаимодействия неоднородных элементов дуплетов, образованных из препаратов миокарда животных, характеризующихся разными типами электромеханического сопряжения.

Научная новизна.

Впервые разработан аппаратно-программный комплекс для исследования феномена неоднородности на последовательном либо параллельном дуплете, образованном из изолированных препаратов миокарда.

Впервые использован метод гибридных дуплетов для изучения как механических, так и электрических эффектов взаимодействия элементов дуплета.

При исследовании взаимодействия сердечных мышц в параллельном дуплете найдено, что кривая «сила - скорость» дуплета в широком диапазоне задержек возбуждения его элементов остаётся неизменной, а кривые «сила -скорость» мышц в дуплете изменяются во взаимно противоположных направлениях. Это явление наблюдается в миокарде животных с разным типом электромеханического сопряжения.

Обнаружено, что при задержке «быстрой» мышцы в неоднородном последовательном дуплете наблюдается положительный инотропный эффект, т.е. в области определённых задержек «быстрой» мышцы сила сокращения дуплета превышает таковую при нулевой задержке.

Методом последовательного дуплета, образованного из изолированных мышц, а также гибридного последовательного дуплета, образованного из виртуальной и изолированной мышц, обнаружен новый тип медленного ответа: оказалось, что наблюдаются переходные процессы силы сокращения дуплета и его элементов при их объединении в дуплет и разъединении мышц после их взаимодействия в дуплете.

При помощи плавающих микроэлектродов найдено, что механические эффекты в элементах дуплета сопровождаются электрическими эффектами.

Научно-практическая значимость.

Результаты, полученные в работе, показывают, что пространственно-временное взаимодействие элементов неоднородного миокарда обеспечивает его высокую пластичность. Например, при сохранении глобальной насосной функции желудочка при патологии могут быть компенсаторные локальные изменения, которые носят критический характер. Так, при снижении функции какого-либо региона стенки камеры сердца может иметь место компенсаторная активация механической функции других регионов. Эта активация может носить критический характер, особенно в условиях скомпрометированной функции сосудов сердца. Следовательно, наряду с глобальной оценкой функции сердца требуется оценка региональной функции камер сердца.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В физиологическом диапазоне величин задержек и любом порядке возбуждения элементов параллельного дуплета наблюдается эффект стабилизации силоскоростных характеристик параллельного дуплета, эффект стабилизации параметров связи «сила-скорость» дуплета проявляется в препаратах миокарда с разными типами электромеханического сопряжения (крыса, кролик).

2. Зависимость амплитуд сил последовательного дуплета от величины задержки возбуждения между его элементами носит экстремальный характер.

3. Существуют задержки и порядок возбуждения неоднородных сердечных мышц в последовательном дуплете, при которых наблюдаются переходные процессы по силе при объединении мышц в последовательный дуплет и при разъединении мышц.

4. В ходе взаимодействия неоднородных сердечных мышц в последовательном дуплете их динамическое изменение длин приводит не только к длительному переходному процессу по силе сокращений, но и сопровождается изменением длительности потенциала действия кардиомиоцитов во время механического взаимодействия и следовыми изменениями потенциала действия после взаимодействия.

Внедрение результатов исследования в практику.

Результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы:

• включены в лекционный курс раздела «физиология сердечнососудистой системы» кафедры физиологии Уральского государственного университета (г. Екатеринбург) и кафедры нормальной физиологии Уральской государственной медицинской академии (г. Екатеринбург);

• учтены при разработке новых сегментарных показателей сократимости сердца по данным ультразвуковых исследований сердца больных в Областной клинической больнице № 1 г. Екатеринбурга.

Апробация работы.

Основные положения и результаты доложены на конференциях:

1. XVIII Съезд физиологического общества им. И.П. Павлова (Казань, 2001)

2. XIX Съезд физиологического общества им. И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004)

3. I отчетной конференции молодых ученых ГОУ УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2001)

4. II отчетной конференции молодых ученых ГОУ УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2002)

5. Демидовские чтения на Урале (Екатеринбург, 2006)

6. «Патофизиология современной медицине» (Ижевск, 2007)

7. 4th International workshop on cardiac mechano-electric feedback and arrhythmias (Oxford, England, 2007)

8. Четвертая всероссийская школа с международным участием школа-конференция по физиологии кровообращения (Москва, 2008)

Исследования, проведенные в рамках диссертационной работы, поддержаны грантами РФФИ №04-04-96109-р2004урала (2004), №05-04

48352-а (2005-2007), грантами поддержки молодых ученых УрО РАН (2003, 2004, 2005).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано семнадцать работ, в том числе две статьи в рецензируемых журналах.

Объём и структура работы.

Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста и состоит из введения, семи глав, заключения, выводов и списка цитируемых источников, включающего 132 источника. Работа содержит 45 рисунков и 10 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Балакин, Александр Александрович

выводы

1. Эффект стабилизации характеристики «сила-скорость» параллельного дуплета проявляется в физиологическом диапазоне величин задержек возбуждения его элементов и наблюдается в препаратах миокарда с разными типами электромеханического сопряжения (кролик, крыса);

2. Зависимость амплитуд сил последовательного дуплета от величины задержки возбуждения его элементов носит экстремальный характер, положительный инотропный эффект задержки возбуждения элементов неоднородного последовательного дуплета возникает при задержке возбуждения «быстрой» мышцы относительно «медленной»;

3. Существуют задержки и порядок возбуждения неоднородных сердечных мышц в последовательном дуплете, при которых наблюдаются переходные процессы по силе после объединения мышц в последовательный дуплет и при разъединении мышц;

4. Взаимодействие неоднородных препаратов миокарда в последовательном дуплете сопровождается переходным процессом не только по силе сокращения дуплета, но и изменением длительности потенциала действия кардиомиоцитов во время механического взаимодействия и следовыми изменениями потенциала действия после взаимодействия;

5. Неоднородность миокарда является существенным фактором, способным модулировать сократительную функцию сердца.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе исследованы механические и электрические свойства простейших неоднородных миокардиальных систем (параллельный и последовательный дуплеты), состоящих из сердечных мышц кролика либо крысы и подтверждены, обнаруженные ранее на математической модели, эффекты взаимодействия неоднородных элементов в дуплетах.

В работе показано, что полученные закономерности взаимодействия неоднородных сегментов миокарда являются общими для животных с разным типом электромеханического сопряжения в кардиомиоцитах (кролик и крыса).

Кроме существенных количественных различий в механической активности сердечных мышц кролика и крысы в кардиомиоцитах этих животных существенно различается динамика ионных токов во время цикла сокращения — расслабления. Из рис. 7.2 и рис. 7.4 видно, что потенциал действия крысы существенно короче, чем у кролика, фактически у потенциала действия крысы отсутствует фаза плато. Кроме того имеются существенные различия во вкладе в генерацию механической активности основных источников ионов кальция [20]. Так, в миокарде крыс около 92% всего потока внутриклеточного кальция поступает из саркоплазматического 2+ ретикулума и 7% через Na -Са обменный механизм, а в миокарде кролика

•Ъ 2+ около 28% приходится на Na -Са обменный процесс и 70% на саркоплазматический ретикулум [20]. Эти различия проявляются и в отсутствии фазы плато у потенциала действия в кардиомиоцитах крыс (рис. 7.4), и наличием такового в миокарде кроликов (рис. 7.2), а также

4* 2+ разным уровнем потенциала реверсии Na -Са обменного механизма и разным уровнем активности ионов Na+ внутри кардиомиоцитов этих животных [103]. Более того, имеются существенные различия в скорости поглощения внутриклеточного кальция, например, максимальная скорость поглощения ионов Са саркоплазматическим ретикулумом в 2.4 раза больше у крыс, чем у кроликов [60]. К тому же, внутриклеточная концентрация Na+ и максимальные скорости Na+-K+-ATOa3bi больше у кардиомиоцитов крыс, чем у кроликов [44].

Методом параллельных дуплетов имитировали взаимодействие «медленных» (по механическим характеристикам) субэндо- и «быстрых» субэпикардиальных слоев миокарда стенки желудочка. С помощью этого метода обнаружен эффект стабилизации силоскоростных характеристик для параллельного дуплета. На основе этого эффекта мы сформулировали феномен сохранения сократимости миокарда для простейшей неоднородной миокардиальной системы: в неоднородной миокардиальной системе, состоящей из двух элементов «быстрого» и «медленного», соединённых параллельно, при их взаимодействии вне зависимости от величины временной задерэ/ски и последовательности активации каждого из элементов, кривая «сила-скорость» дуплета, характеризующая его сократимость, остаётся неизменной в достаточно широком диапазоне величин задержек.

Методом последовательных дуплетов моделировали взаимодействие между миоцитами верхушечных и базальных слоев желудочка сердца. Этим методом, во-первых, обнаружен положительный инотропный эффект для неоднородного последовательного дуплета при задержке активации «быстрой» мышцы относительно «медленной», во-вторых, в соответствии с предсказаниями, полученными в численных экспериментах, подтверждено существование переходных процессов при объединении неоднородных мышц в последовательный дуплет и при последующем их разъединении.

Важно, что данные эффекты были подтверждены на гибридных дуплетах и дуплетах, составленных из изолированных сердечных мышц. Наличие переходного процесса по силе сокращений партнеров после выключения режима взаимодействия свидетельствует о следовом эффекте серии взаимных деформаций препаратов в ходе взаимодействия.

Эффекты, полученные при объединении мышц в последовательный дуплет и разъединении мышц из него, мы назвали: неоднородностью вызванная гетерометрическая активация сократительной функции миокарда».

Нами впервые показано, что динамическое изменение длин в ходе взаимодействия неоднородных препаратов миокарда в последовательном дуплете приводит не только к длительному переходному процессу по силе сокращений, но и сопровождается изменением длительности потенциала действия кардиомиоцитов (на уровне 90% амплитуды потенциала действия в фазу реполяризации) во время механического взаимодействия и следовыми изменениями потенциала действия после взаимодействия в кардиомиоцитах.

Суммируя полученные данные, мы утверждаем что, неоднородность миокарда является фактором, способным существенно модулировать сократительную функцию неоднородных элементов сердечной мышцы. Эта модуляция критическим образом зависит от последовательности активации неоднородных элементов миокарда и их механических характеристик. Полученные результаты были предсказаны в математической модели неоднородного миокарда. В рамках этой модели молекулярно-клеточный механизм, описанных нами эффектов в неоднородном миокарде, состоит в том, что неоднородность влияет на процесс активации кальцием сократительных белков и сократимость мышц, а также на кинетику свободного внутриклеточного кальция и через последнюю меняет Na+-Ca2+ -обменный ток, который приводит к изменению длительности потенциала действия.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Балакин, Александр Александрович, Екатеринбург

1. Изаков В.Я., Проценко Ю.Л. Взаимосвязь между длиной и силой в сердечной мышце. Электромеханическое сопряжение при деформациях миокарда//Биофизика. 1982. Т. 27. № 5. С. 880-885.

2. Изаков В.Я., Ясников Г.П., Крамаренко В.Н., Мархасин B.C. Математическая модель сокращений миокарда // Математическое моделирование биологических процессов. 1979. С. 108-133.

3. Изаков В.Я, Бляхман Ф.А., Проценко Ю.Л. Сокращение и расслабление миокарда в режиме с физиологической последовательностью нагрузок // Физиол. ж. СССР им. И.М. Сеченова. 1988. Т. 74. №2. С. 209-216.

4. Мархасин B.C., Кацнельсон Л.Б., Никитина Л.В., Проценко Ю.Л., Руткевич С.М., Соловьева О.Э., Ясников Г.П. Биомеханика неоднородного миокарда. Екатеринбург. 1999. 253 С.

5. Мархасин B.C., Викулова Н.А., Гурьев В.Ю., Кацнельсон Л.Б., Коновалов П.В., Соловьева О.Э., Сульман Т.Б. Математическоемоделирование в физиологии и патофизиологии сердца // Вестник уральской медицинской академической науки. 2004. №3. С. 31-37.

6. Мархасин В.С, Балакин А.А., Гурьев В.Ю., Лукин О.Н., Коновалов П.В., Проценко Ю.Л., Соловьева О.Э. Электромеханическая неоднородность миокарда // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2004. Т.90. №8. С. 1060-1076.

7. Машанов Г.И. Модель поперечных мостиков для искусственных подвижных систем // Биофизика. 1997. Т.42. №5. С. 1113-1121.

8. Соловьева О.Э., Мархасин B.C., Романченко Т.Ю., Кацнельсон Л.Б. Математическая модель обобщенного кальциевого буфера в клетках сердечной мышцы // Биофизика. 1999. №44. С. 91-101.

9. Соловьева О.Э., Мархасин B.C., Кацнельсон Л.Б. Роль неспецифического тропонина в кинетике внутриклеточного кальция в кардиомиоцитах//Биофизика. 1997. Т.42. №2. С. 431-438.

10. Allen D.G., S. Kurihara The effects of muscle length on intracellular calcium transients in mammalian cardiac muscle // J. Physiol. 1982. V. 327. P. 79-94.

11. Antzelevitch C., Fish J. Electrical heterogeneity within the ventricular wall // Basic Res. Cardiol. 2001. V. 96. №6. P. 517-527.

12. Armour J.A., Randall W.C. Canine left ventricular intra-myocardial pressures //Am. J. Physiol. 1971. V. 220(6). P. 1833-1839.

13. Babuty D., Lab M. Heterogeneous Changes of Monophasic Action Potential Induced by Sustained Stretch in Atrium // J. Cardiovasc. Electrophysiol. 2001. V. 12. P. 323-329.

14. Bassani J.W., Bassani R.A., Bers D.M. Relaxation in rabbit and rat cardiac cells: species-dependent differences in cellular mechanisms // J. Physiol. 1994. V. 476. P. 279-293.

15. Belus A., White E. Streptomycin and Intracellular Calcium Modulate the Response of Single Guinea-Pig Ventricular Myocytes to Axial Stretch // J. Physiol. 2003. V. 546. P. 501-509.

16. Bett G.C.L. Activation and Inactivation of Mechanosensitive Currents in the Chick Heart G.C.L. Bett, F. Sachs // J. Membrane Biol. 2000. V. 173. P. 237-254.

17. Bett G.C.L., Sachs F. Whole-Cell Mechanosensitive Currents in Rat Ventricular Myocytes Activated by Direct Stimulation // J. Membrane Biol. 2000. V. 173. P. 255-263.

18. Blanchard E.M., Smith G.L., Allen D.G., Alpert N.R. The effects of 2,3-butanedione monoxime on initial heat, tension, and aequorin light output of ferret papillary muscles //Pflugers Arch. 1990. V. 416. №1-2. P. 219-221.

19. Bluhm W.F. Active force in rabbit ventricular myocytes W.F. Bluhm, A.D. McCulloch, W.Y. Lew // J. Biomech. 1995. V. 28. №9. P. 1119-1122.

20. Bogaert J., Rademakers F.E. Regional nonuniformity of normal adult human left ventricle // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2001. V. 280(2). P. H610-20.

21. Bovendeerd P.H., Arts Т., Delhaas Т., Huyghe J.M., van Campen D.H., Reneman R.S. Regional wall mechanics in the ischemic left ventricle: numerical modeling and dog experiments // Am. J. Physiol. 1996. №270(1 Pt 2). P. H398-H410.

22. Brutsaert D.L. Nonuniformity: A Physiologic Modulator of Contraction and Relaxation of the Normal Heart // JACC. 1987. V. 9. № 2. P. 341-348.

23. Brutsaert D.L. Nonuniformity: an important physiological modulator of the contractile performance of the normal heart // Verh. K. Acad. Geneeskd. Belg. 1985. V. 47. №4. P. 257-286.

24. Bryant S.M., Shipsey S.J., Hart G. Regional differences in electrical and mechanical properties of myocytes from guinea-pig hearts with mild left ventricular hypertrophy // Cardiovasc. Res. 1997. V. 35(2). P. 315-23.

25. Bustamante J.O., Ruknudin A., Sachs F. Stretch-Activated Channels in Heart Cells: Relevance to Cardiac Hypertrophy // J. Cardiovasc. Pharmacol. 1991. V. 17 (Suppl 2). P. SI 10-113.

26. Calaghan S., White E. Activation of Na+-H+ exchange and stretch-activated channels underlies the slow inotropic response to stretch in myocytes and muscle from the rat heart // J. Physiol. 2004. V. 559. №1. P. 205-14.

27. Calaghan S.C., White E. The role of calcium in the response of cardiac muscle to stretch // Prog. Biophys. Mol. Biol. 1999. V. 71(1). P. 59-90.

28. Cazorla О., Freiburg A., Helmes M., Centner Т., McNabb M., Wu Y., Trombitas K., Labeit S., Granzier H. Differential expression of cardiac titin isoforms and modulation of cellular stiffness // Circ Res. 2000. V. 86(1). P. 59-67.

29. Cazorla O., Le Guennec J.Y., White E. Length-tension relationships of subepicardial and sub-endocardial single ventricular myocytes from rat and ferret hearts // J. Mol. Cell. Cardiol. 2000. V. 32(5). P. 735-44.

30. Cooper P.J., Lei M., Cheng L.-X., Kohl P. Selected Contribution: Axial Stretch Increases Spontaneous Pacemaker Activity in Rabbit Isolated Sinoatrial Node Cells // J. Appl. Physiol. 2000. V. 89. P. 2099-2104.

31. Cordeiro J.M., Greene L., Heilmann C., Antzelevitch D., Antzelevitch C. Transmural heterogeneity of calcium activity and mechanical function in the canine left ventricle // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2004. V. 286(4). P. H1471-9.

32. Craelius W., Chen V., El-Sherif N. Stretch Activated Ion Channels in Ventricular Myocytes //Bioscience Reports. 1988. V. 8. P. 407-414.

33. Craelius W. Stretch-Activation of Rat Cardiac Myocytes // Exp. Physiol. 1993. V. 78. P. 411-423.

34. Despa S., Islam M.A., Pogwizd S.M., Bers D.M. Intracellular Na+. and Na+ pump rate in rat and rabbit ventricular myocytes // J. Physiol. 2002. V. 539(Pt 1). P. 133-43. .

35. Dobrunz L.E., Berman M.R. Effect of temperature on Ca~ -dependent and mechanical modulators of relaxation in mammalian myocardium // J. Mol. Cardiol. 1994. V. 26. P. 243-250.

36. Eckardt L., Kirchhof P., Breithardt G., Haverkamp W. Load-induced changes in repolarization: evidence from experimental and clinical data // Basic Res. Cardiol. 2001. V. 96(4). P. 369-80. ;

37. Franz M.R., Cima R., Wang D., Profitt D., Kurz R. Electrophysiological Effects of Myocardial Stretch and Mechanical Determinants of Stretch-Activated Arrhythmias // Circulation. 1992. V. 86. P. 968-978.

38. Franz M.R., Bode F. SAC Block Decreases Stretch-Induced Vulnerability to Atrial Fibrillation // 3rd International Workshop On Cardiac Mechano-Electric Feedback And Arrhythmias. 2002. P. 34.

39. Fuchs F., Smith S.H. Calcium, Cross-Bridges, and the Frank-Starling Relationship //News Physiol. Sci. 2001. V. 16. P. 5-10.

40. Fuchs F., Wang Y.P. Sarcomere Length Versus Interfilament Spacing as Determinants of Cardiac Myofilament Ca2+ Sensitivity and Ca2+ Binding // J. Mol. Cell. Cardiol. 1996. V. 28. P. 1375-1383.

41. Gordon A.M., Regnier M., Homsher E. Skeletal and cardiac muscle contractile activation: tropomyosin "rocks and rolls" // News Physiol. Sci. 2001. V. 16. P. 49-55.

42. Gottipaty V.K., Krelis S.P., Lu F. The Resting Electrocardiogram Provides a Sensitive and Inexpensive Marker of Prognosis in Patients with Chronic Congestive Heart Failure // J. Am. Coll. Cardiol. 1999. №33. P. 145A.

43. Grines C.L., Bashore T.M., Boudoulas H. Functional abnormalities in isolated left bundle branch block. The effect of interventricular asynchrony // Circulation. 1989. V. 79. P. 845-853.

44. Gur'ev S., Lookin O. Experimental and computer models of mechanically heterogeneous myocardium // Journal of Physiology. 2003. №552. P. P35.

45. Hamrell B.B., Hultgren P.B. Isotonic muscle and sarcomere shortening in rabbit right ventricular preparations // Basic Res. Cardiol. 1989. V. 84. №5. P. 544-551.

46. Hansen D.E. Mechanoelectrical Feedback Effects of Altering Preload, Afterload, and Ventricular Shortening // Am. J. Physiol. 1993. V. 264. P. H423-H432.

47. Hennekes R., Kaufmann R., Lab M. The Dependence of Cardiac Membrane Excitation and Contractile Ability on Active Muscle Shortening (Cat Papillary Muscle) // Pflugers Arch. 1981. V. 392. P. 22-28.

48. Holmes J.W., Takayama Y., LeGrice I., Covell J.W. Depressed regional deformation near anterior papillary muscle // Am. J. Physiol. 1995. V. 269. №(1 Pt 2). P. H262-H270.

49. Hove-Madsen L., Bers D.M. Sarcoplasmic reticulum Ca2+ uptake and thapsigargin sensitivity in permeabilized rabbit and rat ventricular myocytes // Circ. Res. 1993. V. 73(5). P. 820-8.

50. Ни H., Sachs F. Mechanically Activated Currents in Chick Heart Cells // J. Membrane Biol. 1996. V. 154. P. 205-216.

51. Ни H., Sachs F. Stretch-Activated Ion Channels in the Heart // J. Mol. Cell Cardiol. 1997. V. 29. P. 1511-1523.

52. Isenberg G., Kazanski V., Kondratev D., Gallitelli M.F., Kiseleva I., Kamkin A. Differential Effects of Stretch and Compression on Membrane Currents and Na+.C in Ventricular Myocytes // Prog. Biophys. Mol. Biol. 2003. V. 82. P. 43-56.

53. Janssen P.M.L., Stull L.B., Marban E. Myofilament properties comprise the rate-limiting step for cardiac relaxation at body temperature in the rat // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2002. V. 282. P. H499-H507.

54. Johannsson M., Nilsson E. A Note on Influence of Asynchronous Activation on Myocardial Contraction//Acta physiol. scand. 1972. V. 85. P. 242-248.

55. Kamkin A., Kiseleva I., Isenberg G. Stretch-Activated Currents in Ventricular Myocytes: Amplitude and Arrhythmogenic Effects Increase with Hypertrophy // Cardiovasc. Res. 2000. V. 48. P. 409-420.

56. Kass D.A. An Epidemic of Dyssynchrony. But What Does It Mean? // Journal of the American College of Cardiology. 2008. V. 51. № 1. P. 12-7.

57. Katsnelson L.B., Markhasin V.S. Mathematical modeling of relations between the kinetics of free intracellular calcium and mechanical function of myocardium// J. Mol. Cell. Cardiol. 1996. V. 28. №3. P. 475-486.

58. Katsnelson L.B., Markhasin V.S., Khazieva N.S. Mathematical modeling of the effect of the sarcoplasmic reticulum calcium pump function on load dependent myocardial relaxation // Gen. Physiol. Biophys. 2000. V. 19(2). P. 137-70.

59. Katz A.M., Katz P.B. Homogeneity out of heterogeneity // Circulation. 1989. V. 79(3). P. 712-7.

60. Kaufmann R.L., Lab M.J., Hennekes R., Krause H. Feedback Interaction of Mechanical and Electrical Events in the Isolated Mammalian Ventricular Myocardium (Cat Papillary Muscle) // Pflugers Arch. 1971. V. 324. P. 100123.

61. Kenneth C.B., Taheri H., Kirkpatrick R.D., Burton Т., Hunter W.C. Similarities between dynamic elastance of left ventricular chamber and papillary muscle of rabbit heart // Am. J. Physiol. 1993. V. 264: P. H1926-H1941.

62. Kentish J.C., Wrzosek A. Changes in force and cytosolic Ca2+ concentration after length changes in isolated rat ventricular trabeculae // J. Physiol. 1998. V. 506 (Pt 2). P. 431-44.

63. Kettlewell S., Walker N.L., Cobbe S.M., Burton F.L., Smith G.L. * The electrophysiological and mechanical effects of 2,3-butane-dione monoxime and cytochalasin-D in the Langendorff perfused rabbit heart // Exp. Physiol. 2004. V. 89. №2. P. 163-172.

64. Kiriazis H., Gibbs C.L. Papillary muscles split in the presence of 2,3-butanedione monoxime have normal energetic and mechanical properties // Am. J. Physiol. 1995. V. 269. №(5 Pt 2). P. H1685-H1694.

65. Kiseleva I., Kamkin A., Wagner K.-D., Bohm J., Theres H., Gunther J., Scholz H. Stretch-Activated Currents in Human Atrial Myocytes // 3rd International Workshop On Cardiac Mechano-Electric Feedback And Arrhythmias. 2002. P. 68.

66. Kohl P., Sachs F. Mechano-Electric Feedback in Cardiac Cells // Phil. Trans. R. Soc. Lond. A. 2001. V. 359. P. 1173-1185.

67. Krueger J.W., Forletti D., Wittenberg B.A. Uniform sarcomere shortening behavior in isolated cardiac muscle cells // J. Gen. Physiol. 1980. V. 76. №5. P. 587-607.

68. Lab M.J. Mechanoelectric Feedback (Transduction) in Heart: Concepts and Implication // Cardiovasc. Res. 1996. V. 32. P. 3-14.

69. Lab M.J. Mechanosensitivity as an Integrative System in Heart: An Audit // Prog. Biophys. Mol. Biol. 1999. V. 71. P. 7-27.

70. Lab M.J., Allen D.G., Orchard C.H. The Effects of Shortening on Myoplasmic Calcium Concentration and on the Action Potential in Mammalian Ventricular Muscle // Circ. Res. 1984. V. 55. P. 825-829.

71. Lab M.J. Transient Depolarisation and Action Potential Alterations Following Mechanical Changes in Isolated Myocardium // Cardiovasc. Res. 1980. V. 14. P. 624-637.

72. Lakatta E.G., Jewell B.R. Length-dependent activation: its effect on the length-tension relation in cat ventricular muscle // Circ. Res. 1977. V. 40(3). P. 251-7.

73. Laurita K.R., Katra R., Wible В., Wan X., Koo M.H. Transmural heterogeneity of calcium handling in canine // Circ. Res. 2003. V. 92(6). P. 668-75.

74. Lewis Т., Rothschild M.A. The Excitatory Process in the Dog's Heart. Part II. The Ventricles. // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Containing Papers of a Biological Character (1896-1934). 1915. V. 206. P. 181-226.

75. Litten R.Z., Martin В .J., Buchthal R.H., Nagai R., Low R.B., Alpert N.R. Heterogeneity of myosin isozyme content of rabbit heart // Circ. Res. 1985. V. 57(3). P. 406-14.

76. Markhasin V.S., Nikitina L.V., Routkevich S.M., Katsnelson L.B., Schroder E.A., Keller B.B. Effects of mechanical interaction between two rabbit cardiac muscles connected in parallel // Gen. Physiol. Biophys. 2002. V. 21. №3. P. 277-301.

77. Markhasin V.S., Katsnelson L.B., Nikitina L.V., Protsenko Y.L. Mathematical modelling of the contribution of mechanical inhomogeneity in the myocardium to contractile function // Gen. Physiol. Biophys. 1997. V. 16. №2. P. 101-137.

78. Mcintosh M.A., Cobbe S.M., Smith G.L. Heterogeneous changes in action potential and intracellular Ca2+ in left ventricular myocyte sub-types from rabbits with heart failure // Cardiovasc. Res. 2000. V. 45(2). P. 397-409.

79. McVeigh E.R., Prinzen F.W., Wyman B.T., Tsitlik J.E., Halperin H.R., Hunter W.C. Imaging asynchronous mechanical activation of the paced heart with tagged MRI // Magn. Reson. Med. 1998. V. 39(4). P. 507-13.

80. Moss R.L., Fitzsimons D.P. Frank-Starling Relationship: Long on Importance, Short on Mechanism // Circ. Res. 2002. V. 90. P. 11-13.

81. Mulieri L.A., Hasenfuss G., Ittleman F., Blanchard E.M., Alpert N.R. Protection of human left ventricular myocardium from cutting injury with 2,3-butanedione monoxime // Circ. Res. 1989. V. 65. №5. P. 1441-1449.

82. Noble D., Varghese A., Kohl P., Noble P. Improved Guinea-Pig Ventricular Cell Model Incorporating Diadic Space, IKr and IKs, and Length- and Tension-Dependent Processes // Can. J. Cardiol. 1998. V. 14. P. 123-134.

83. Piene H., Covell J.W. A force-length-time relationship describes the mechanics of canine left ventricular wall segments during auxotonic contractions // Circulation Research. 1981. V. 49. P. 70-79.

84. Ravelli F. The Effects of Acute Atrial Dilatation on Refractoriness and Vulnerability to Atrial Arrhythmias // 3rd International Workshop On Cardiac Mechano-Electric Feedback And AiThythmias. 2002. P. 32.

85. Reiter M.J. Effects of Volume Overload on Ventricular Arrhythmogenesis // 3rd International Workshop On Cardiac Mechano-Electric Feedback And Arrhythmias. 2002. P. 48.

86. Sachs F., Morris C.E. Mechanosensitive ion channels in nonspecialized cells //Rev. Physiol. Biochem. Pharmacol. 1998. V. 132. P. 1-77.

87. Sarnoff S.J., Mitchell J.H. The control of the function of the heart // Handbook Physiol. Circulation, Washington. 1962. P. 489-532.

88. Sengupta P.P., Khandheria B.K., Korinek J., Wang J., Jahangir A., Seward J.B., Belohlavek M. Apex-to-Base Dispersion in Regional Timing of Left Ventricular Shortening and Lengthening. // J. Am. Coll. Cardiol. 2006. V. 47. P. 163-172.

89. Shattock M.J., Bers D.M. Rat vs. rabbit ventricle: Ca flux and intracellular Na assessed by ion-selective microelectrodes // Am. J. Physiol. 1989. V. 256(4 Ptl). P. C813-22.

90. Sogaard P., Egeblad H., Kim W.Y. Tissue Doppler imaging predicts improved systolic performance and reversed left ventricular remodeling during long-term cardiac resynchronization therapy // J. Am. Coll. Cardiol. 2002. V. 30. P. 723-730.

91. Sonnenblick E.H., Braunwald E., Morrow A.G. The Contractile Properties of Human Heart Muscle: Studies on Myocardial Mechanics of Surgically Excised Papillary Muscles // Journal of Clinical Investigation. 1965. V. 44. №.6. P. 966-977.

92. Streeter D.D. Jr., Hanna W.T. Engineering mechanics for successive states in canine left ventricular myocardium. I. Cavity and wall geometry // Circ. Res. 1973. V. 33(6). P. 639-55.

93. Sys S.U., De Keulenaer G.W., Brutsaert D.L. Reappraisal of the multicellular preparation for the in vitro physiopharmacological evaluation of myocardial performance // Adv. Exp. Med. Biol. 1998. №453. P. 441450.

94. Todaka K., Ogino K., Gu A., Burkhoff D. Effect of ventricular stretch on contractile strength, calcium transient, and cAMP in intact canine hearts // Am. J. Physiol. 1998. V. 274(3 Pt. 2). P. H990-1000.

95. Tops L.F., Wood D.A., Delgado V., Schuijf J.D., Mayo J.R., Pasupati S., Lamers F.P.L., van der Wall E.E., Schalij M.J., Webb J.G., Bax J.J. Noninvasive Evaluation of the Aortic Root With Multislice Computed

96. Tomography Implications for Transcatheter Aortic Valve Replacement // JACC: Cardiovascular Imaging. 2008. V. 1, Issue 3. P. 321-330.

97. Tyberg J.V., Parmley W.W., Sonnenblick E.H. In-Vitro Stadies of Myocardial Asyncrony and Regional Hypoxia // Circ. Research. 1969. V.XXV. P. 569-579.

98. Wan X., Bryant S.M., Hart G. A topographical study of mechanical and electrical properties of single myocytes isolated from normal guinea-pig ventricular muscle // J. Anat. 2003. V. 202(6). P. 525-36.

99. White E. Length-dependent mechanisms in single cardiac cells // Exp. Physiol. 1996. V. 81. №6. P. 885-897.

100. White E., Boyett M.R., Orchard C.H. The Effects of Mechanical Loading and Changes of Length on Single Guinea-Pig Ventricular Myocytes // J. Physiol. 1995. V. 482 (Pt 1). P. 93-107.

101. Wiggers С J. The Interpretation of the Intraventricular Pressure Curve on the Basis of Rapidly Summated Fractionate Contractions // J. of Physiology. 1927. V. 80. P. 1-11.

102. Wyman B.T., Hunter W.C., Prinzen F.W., Faris O.P., McVeigh E.R. Effects of single- and biventricular pacing on temporal and spatial dynamics of ventricular contraction // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2002. V. 282. P. H372-9.

103. Wyman B.T., Hunter W.C., Prinzen F.W., McVeigh E.R. Mapping propagation of mechanical activation in the paced heart with MRI tagging // Am. J. Physiol. 1999. V. 276 (3 Pt. 2). P. H881-91.

104. Xiao H.B., Lee C.H., Gibson D.G. Effect of left bundle branch block on diastolic function in dilated cardiomyopathy // Br. Heart J. 1991. V. 66. P.

105. Yu C.M., Fung J.W.H., Zhang Q., Sanderson J.E. Understanding nonresponders of cardiac resynchronization therapy—current and future perspectives // J. Cardiovasc Electrophysiol. 2005. №16. P. 1117-24.

106. Zabel M., Koller B.S., Sachs F., Franz M.R. Stretch-Induced Voltage Changes in the Isolated Beating Heart: Importance of the Timing of Stretch and Implications for Stretch-Activated Ion Channels // Cardiovasc. Res. 1996. V. 32. P. 120-130.

107. Zeng Т., Bett G.C.L., Sachs F. Stretch-Activated Whole Cell Currents in Adult Rat Cardiac Myocytes // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2000. V. 278. P. H548-557.443.447.