Электрофизиологические механизмы устойчивости ритма сердца суслика Citellus undulatus во время гибернации

Глухов, Алексей Вячеславович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Электрофизиологические механизмы устойчивости ритма сердца суслика Citellus undulatus во время гибернации
ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Электрофизиологические механизмы устойчивости ритма сердца суслика Citellus undulatus во время гибернации"

На правах рукописи

Ж/

Глухов Алексей Вячеславович

ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ УСТОЙЧИВОСТИ РИТМА СЕРДЦА СУСЛИКА ОТБЫЛА ШОиЬАТив ВО ВРЕМЯ ГИБЕРНАЦИИ

03.00.13 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Пущино - 2006

Работа выполнена в Институте экспериментальной кардиологии Российского Кардиологического Научно-Производственного Комплекса Росздрава

Научный руководитель

Академик РАН, доктор биологических наук, профессор

Розенштраух Леонид Валентинович

Официальные оппоненты: кандидат биологических наук

Сухова Галина Сергеевна

доктор биологических наук, профессор Подлубная Зоя Александровна

Ведущая организация: Институт биофизики клетки РАН

Защита состоится « 20 » декабря 2006 г. в 15 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д002.093.01 в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН по адресу: 142290, г. Пущино Московской обл., ул. Институтская, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТЭБ РАН по адресу: г. Пущино Московской обл., ул. Институтская, 3.

Автореферат разослан « » ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.ф.-м.н.

Ланина Н.Ф.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования.

Сердце человека и большинства млекопитающих имеет ограниченную устойчивость к холоду: снижение температуры тела до 28-26еС приводит к увеличению экстрасистолической активности и часто - к развитию фибрилляции желудочков (ФЖ), самой опасной аритмии, приводящей к летальному исходу [Johansson, 1996; Maitu et ah, 2002]. Дальнейшее снижение температуры до 15-10еС приводит к полному блоку проведения возбуждения по сердцу и асистолии. Подобная ситуация наблюдается у всех негибернирующим млекопитающих при выраженной гипотермии [Mouritzen, 1963]. В то же время, сердце гибернирующих млекопитающих (гибернантов), напротив, устойчиво к низким температурам и способно адекватно сокращаться даже при 0-7°С [Düker et al., 1983; Burlington et al, 1989]. Нарушения проведения, a также ФЖ не развиваются ни при входе в состояние гибернации, ни при выходе из него, когда температура тела гибернанта может изменяться в течение нескольких часов более чем на ЗОсС [Saitongdee et al, 2000]. Несмотря на многолетние исследования проблемы гибернации, точные механизмы устойчивости ритма сердца зимнеспящих животных во время выраженной гипотермии остаются до конца неизвестными.

Среди возможных факторов, обуславливающих различную уязвимость сердца гибернирующих и негибернирующих млекопитающих к возникновению нарушений ритма сердца при низких температурах, выделяют несколько ключевых: дисперсию реполяризации и проведения в желудочках [Duker et al., 1987; Salama et ah, 1998], плотность адренергической иннервации [Nielsen et al, 1968; Johansson, 7996], особенности Ca2+ гомеостаза [Liu et ai, 1997; Wang et at., 2002], метаболические факторы, а также особенности утраструктуры межклеточных контактов [Saitongdee et al., 2000; Opthof, 2000; Fedorov et al., 2005], В то же время, в настоящий момент нет убедительных данных о роли того или иного механизма в защите сердца гибернантов от возникновения аритмий при гипотермии.

при гипотермии, продолжает до сих пор оставаться в центре внимания многих исследователей. Результаты таких исследований могут привести к пониманию основных механизмов образования наиболее опасных нарушений сердечного ритма» к разработке новых способов их предотвращения и купирования. Цель исследования.

Изучить электрофизиологических механизмы устойчивости сердца гибернирующих сусликов СЫеИт ипйьЛаШ к развитию желудочковых тахиаритмий при низких температурах. Задачи исследования.

1. Провести сравнительное исследование влияния гипотермии на электрическую активность изолированного по Лангендорфу сердца зимнеспящих сусликов (в различных состояниях активности) и негибернирующих млекопитающих (крысы и кролики).

2. Исследовать влияние гипотермии на спонтанный аритмогенез в сердце гибернирующих и негибернирующих млекопитающих, а также оценить уязвимость сердца к развитию желудочковых тахиаритмий во время электрической стимуляции при различных температурах.

3. Провести сравнительное исследование влияния гипотермии на пространственно-временные характеристики процессов активации и реполяризации сердца сусликов и кроликов.

4. С помощью метода оптического картирования проанализировать причины развития желудочковых тахиаритмий у негибериантов при охлаждении.

5. Исследовать сезонные изменения устойчивости сердца зимнеспящих сусликов СИеНиз ипс1и1аШ8 к гипотермии.

Научная новизна.

1. В работе впервые непосредственно измерена скорость проведения возбуждения и детально исследована хронотопография активации сердца гибернирующего млекопитающего в условиях выраженной гипотермии. С помощью методики оптического картирования электрической активности сердца показано сохранение функциональной однородности миокарда желудочков сусликов при охлаждении до 3°С и значительное увеличение при понижении температуры неоднородности у кроликов, что, по-видимому, обуславливает различную уязвимость сердца гибернаитов и негибернантов к развитию блоков проведения и возникновению желудочковых аритмий.

2. Впервые показано появление у сусликов СНеИш ипйиШт во время гибернации постреполяризационной рефрактерности,

которая может являться дополнительным защитным механизмом против возникновения нарушений ритма и обуславливаться различной экспрессией и/или регуляцией Ыа+ и/или Са2+ каналов. 3. Получены экспериментальные доказательства важной роли межклеточных контактов в арнтмогенезе во время гипотермии. Показано, что увеличение во время гибернации экспрессии белков, формирующих щелевые контакты, способствует устойчивости ритма сердца при охлаждении. Теоретическая и практическая значимость.

Теоретическая значимость представленных результатов определяется углублением представлений о природных антиаритмических механизмах, присутствующих у гибернирующих млекопитающих. Исследование показало, что в сердце гибернантов присутствует ряд специализированных адаптационных механизмов, обуславливающих функциональную однородность миокарда и препятствующих развитию аритмий.

Практическая значимость работы связана с выявлением новых мишеней для действия кардиотропных средств. Полученные результаты могут быть использованы для разработки новых подходов к повышению устойчивости сердца негибернирующих млекопитающих, включая человека, в экстремальных условиях, и дальнейшего их применения в медицинской практике. Кроме того, применяемая в работе система оптического картирования электрической активности сердца может быть использована для быстрого и достаточно точного тестирования и исследования новых антиаритмических препаратов, что невозможно достичь, используя традиционные методы электрофизиологических исследований. Апробация работы. Диссертационная работа апробирована на межлабораторном семинаре НИИ экспериментальной кардиологии ФГУ РКНПК Росздрава (Москва, 2006) и на заседании секцииУченого Совета ИТЭБ РАН «Биологическая подвижность» (Пущино, 2006). Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 печатные работы и 11 тезисов.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания использованных в работе материалов и методов исследования, полученных экспериментальных данных, обсуждения результатов, выводов и заключения. Список литературы содержит 180 наименования, из них 20 отечественных и 160 зарубежных источников. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков и 6 таблиц.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

Эксперименты выполнены на сердце длиннохвостых сусликов СНеЫиз \mdulatus, находящихся в различных состояниях активности: летние активные (ЛА) суслики (36-37°С, июнь-июль), зимние гибернирующие (ЗГ) суслики (температура тела 0-2°С, декабрь-февраль) и зимние суслики, проснувшиеся на короткий промежуток времени между двумя спячками (ЗП, температура тела 36-37°С, декабрь-февраль). Контрольные эксперименты проведены на негибернирующих животных — крысах линии Вистар (серия 1) и кроликах Шиншилла (серии 2 и 3).

В работе использовали системы для электрофизиологического исследования (Ро1у8уз1ет-ЕР/Н, МесШек, Москва) и оптического картирования электрической активности сердца с использованием потенциал-чувствительного красителя. В качестве флуоресцентного красителя использовали сИ-4-АКЫЕР5.

Проведено три серии опытов — контрольные измерения без применения оптического картирования сердца (серия 1, ЗГ суслики и крысы) и с использованием оптического картирования (серии 2 и 3, суслики и кролики). В серии 3 для устранения артефактов, связанных с механическими сокращениями сердечной мышцы, в перфузат добавляли блокатор электромеханического сопряжения 2,3-бутанедион моноксим (ВОМ, 15 мМ).

Все эксперименты проводили на перфузируемом по Лангендорфу сердце. Изолированное сердце перфузировали при давлении в аорте 70±5 мм рт.ст. нормальным раствором Тироде следующего состава (в мМ/л): ШС1 - 130; СаС12 - 1,8; МёС12х6Н2(>- 1,05; КС1 - 4,7; Ш112Р04 — 1,2; ИаНСОз -18; глюкоза -11. Перфузионный раствор оксигенировали газовой смесью (95% 02 и 5% СОг), рН = 7,35+0,05. Все измерения проводили последовательно при 37°С, 27°С, 17°С и 12°С для крыс, кроликов и сусликов и при 7°С и 3°С - только для сусликов. Скорость охлаждения перфузионного раствора составляла 0,5-ГС/мин.

Измерения электрофизиологических параметров. При

каждой выбранной температуре препарат адаптировали не менее 10 минут, после чего проводили измерения. В конце протокола сердце в течение 30 минут нагревали до 37°С и проводили повторные измерения. При каждой температуре проводили измерение следующих электрофизиологических параметров: синусовый ритм (серия 1 и 2), АВ-проведение (серия 1 и 2), диастолический порог стимуляции предсердий и желудочков (все серии).

Для регистрации электрограмм и соответствующей стимуляции на эпикардиальные поверхности межвенной области правого предсердия, ушка левого предсердия, а также правого и левого желудочков устанавливали четыре биполярных электрода (серебряная проволока диаметром 0,2 мм, покрытая изолирующим тефлоном, с межэлектродным расстоянием 1-2 мм). Препарат стимулировали прямоугольными импульсами длительностью 5 мс при 37°С и 10 мс во время гипотермии (27-3°С) и амплитудой, равной двум порогам.

Для определения рефрактерности сердечной мышцы измеряли функциональный рефрактерный период желудочков (ЖФРП), как это описано в работе [Smeets et ah, 1986]. ЖФРП определяли при последовательном уменьшении периода стимуляции до момента нарушения возбуждения сердца в соотношении 1:1 по отношению к стимуляции [.Smeets et al., 1986]. Желудочкового функционального рефрактерного периода ЖФРП определяли как максимально короткий период стимуляции, при котором сердце отвечало возбуждением на каждый внешний стимул. Длину волны возбуждения (ДВ) вычисляли по формуле Винера-Розенблюта: ДВ=ЖФРПхСП [Wiener and Rosenblueth, 1946\у где СП — скорость проведения возбуждения по эпикардиальной поверхности желудочков. СП оценивали как отношение расстояния между стимулирующим и регистрирующим электродами и временной задержки на соответствующих электрограммах (серия 1) и непосредственно с помощью оптического картирования (серии 2 и 3).

Модель желудочковых аритмий. Предрасположенность сердец к нарушениям ритма определяли (1) при определении желудочкового эффективного рефрактерного периода (ЖЭРП) при нанесении преждевременного стимула (серия 1) и (2) при измерении ЖФРП во время быстрой электрической стимуляции (серия 3). При возникновении тахиаритмий продолжительностью более 1 мин производили электрическую дефибрилляцию сердца с помощью внутрижелудочкового катетера, конец которого устанавливали в верхушке левого желудочка. Электроды катетера соединялись с внешним дефибриллятором (Gold, USA).

Оптическое картирование электрической активности сердца. Регистрация оптических сигналов, программный контроль оборудования, ввода и анализа данных осуществляли с помощью модифицированной системы визуализации флуоресцентного изображения, разработанной в лаб. проф. Ефимова И.Р. (Сент-Луис, США) [Ефимов и др., 2000]. Подробное описание используемой

методики, а также модифицированной установки оптического картирования представлено в работе \Fedorov е1 а1, 2005].

С помощью оптического картирования определяли пространственно-временные характеристики процессов активации и реполяризации сердца. СП измеряли в направлении максимально быстрого распространения возбуждения (продольная скорость проведения) и в перпендикулярном направлении (поперечная скорость проведения). Анизотропию проведения определяли как отношение скоростей в продольном и поперечном направлениях. Параметры реполяризации и её дисперсию определяли в 6 областях картирования: свободной стенке правого желудочка, основании межжелудочковой перегородки, основании левого желудочка, свободной стенке левого желудочка, верхушке левого желудочка и верхушке межжелудочковой перегородки.

Анализ полученных данных. Все величины, указанные в работе, представлены как средние значения, их ошибки -стандартными ошибками среднего. Различия оценены с помощью анализа для вариаций АЫОУА или непарного ^критерия Стьюдента. Достоверность влияния гипотермии на изменение электрофизиологических параметров оценивали с помощью критерия

X . Различия считали достоверными при р<0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Влияние гипотермии на электрическую активность изолированного сердца зимнеспящих сусликов (в различных состояниях активности) и негибернирующих млекопитающих (кролики и крысы). На рис.1 приведены суммарные данные по значениям синусового ритма и АВ-проведения для сусликов и кроликов. Показаны результаты экспериментов с оптическим картированием (серия 2), которые проведены на сусликах, находившихся во всех трех состояниях активности. Полученные данные находятся в соответствии с результатами электрофизиологического исследования (серия 1), проведённого без использования флуоресцентного красителя и фармакологических препаратов (данные не показаны).

Гипотермия приводила к значительному уменьшению частоты сердечных сокращений и замедлению проведения через АВ-узел и проводящую систему Гиса-Пуркинье, как у сусликов, так и у негибернантов. Однако у кроликов и крыс при охлаждении сердца ниже 27°С возникали нарушения ритма (одиночные экстрасистолы, атрио- и идиовентрикулярный ритмы, спонтанные пароксизмы желудочковых тахиаритмий). При охлаждении сердца кроликов до 12±1°С (для крыс до 10±1°С) происходило прекращение 8

электрической активности предсердий и желудочков вследствие потери возбудимости миокарда. В то же время, сердце сусликов продолжало сокращаться в синусовом ритме даже при 3°С. Кроме того, у сусликов ни при понижении температуры, ни при последующем нагревании не возникали желудочковые аритмии и нарушения АВ-проведения. Выявленные сезонные различия между летними и зимними сусликами (рис.1) могут быть обусловлены адаптационными механизмами во время периода гибернации.

ЧСС (уд/мин) 290'

200'

150'

100'

о кролик

• ЗП

• ЛА О ЗГ

АВ-задержка (мс) 1400'

о о

/Г ГС)

1200 1000 800 600 400 200 0

Остановка сердца у кропикоо

^ТрС)

■> ......................."II ,||||

0 10 20 30 40 о 10 20 30 40

Рнс.1. Влияние гипотермии на частоту сердечных сокращений (ЧСС) и атриовентрикулярное (AB) проведение у кроликов и сусликов. Приведены данные для зимних проснувшихся (ЗП, п=7), летних активных (ЛА, п=9) и зимних гибернирующнх (ЗГ, п=8) сусликов и кроликов (п=8). Красной вертикальной пунктирной линией обозначен температурный порог функционирования сердца кроликов (12±1°С). * - /КО,01 по сравнению с ЗГ и ЗП сусликами; ** -/><0,01 по сравнению с сусликами.

37°С 27°С Рис.2. Карты активации

желудочков сердца

летнего активного

суслика во время синусового ритма при различных темперапурах. Слева представлена

фотография изолированного перфузируемого по Лангендорфу сердца

летнего суслика Citellus Undulatus, окрашенного красителем di-4-ANEPPS. Регистрацию оптических сигналов проводили в 10 м" области, ограниченной

прямоугольником (16x16 мм). Штрихованной линией отмечена условная проекция межжелудочковой перегородки. ПП и ЛП - правое и левое предсердие; ПЖ и ЛЖ - правый и левый желудочки. Справа приведены карты активации желудочков представленного сердца во время спонтанного ритма при 37°С и при охлаждении до 17°С, 10°С и 3°С. Изохроны построены через 2 мс на картах 37°С, I ТС и 10t и через 4 мс на карте 3°С. Следует отметить, что при понижении температуры сохраняется общий характер активации сердца - два участка выхода возбуждения на эпикард в левом и правом желудочках

Влияние гипотермии на пространственно-временные характеристики процессов активации и реполярюации сердца сусликов и кроликов. Понижение температуры вызывало увеличение пороговой амплитуды (порога) стимуляции желудочков для кроликов и ЛА и ЗП сусликов (табл.1). Во всём диапазоне исследуемых температур порог стимуляции у ЗГ сусликов был выше по сравнению с другими животными и достоверно изменялся только при охлаждении до 3°С.

Таблица 1. Изменение пороговой амплитуды стимуляции желудочков у крыс, кроликов и сусликов.

37'С 27'С 17'С (12- 7)" С 3°С

крысы 0,5 ± 0,1 * 0,6 ± 0,1 • 0,9 ± 0,1 4,6 ± 0,8 • -

кролики 1,0 ±0,1 1,3 ±0,1* 4,2 ±1,4* 5,8 ±1,1* -

ЗП 0,8 ± 0,1 1,5 ± 0,2 2,1 ± 0,4 * 4.2 ±2,9 9.3 ± 4.3

ЛА 1,2 ±0,1** 1,7 ±0,2 ** 2,3 ± 0,3 ** 4,4 ± 1,3 7.5 ±1.0

ЗГ 0,8 ±0,1 0,9 ±0,1 1,0 ±0,1 2,6 ± 0,5 5.7 ±1.8

Примечание. Приведены суммарные данные для крыс (п=6), кроликов (п=5), зимних проснувшихся (ЗП, п=7), летних активных (ЛА, п=6) и зимних гибернирующнх (ЗГ, п=8) сусликов. Для крыс представлены результаты экспериментов без использования красителя и BDM (серия 1). Для кроликов и сусликов представлены данные при использовании красителя (серия 2). * - р<0,05, ** - р<0,01 по сравнению с ЗГ сусликами.

В работе с помощью метода оптического картирования впервые прямо измерена скорость проведения возбуждения (СП) по миокарду желудочков кроликов и сусликов. О важной роли СП в механизме сохранения адекватной сердечной деятельности при гипотермии сообщали многие исследователи [Dave and Morrison, 1955; Düker et at, 1987; Salama et al., 1998; Saitongdee et ah, 2000]. Однако данные о СП в сердце при низкой температуре до сих пор практически отсутствовали.

Обнаружено, что при понижении температуры от 37еС до ЗеС СП в желудочках изолированного сердца суслика снижается примерно в 10 раз (рис.3). Причём, нарушения ритма, включая блоки проведения, не возникают ни при постепенном снижении температуры до 3°С, ни при последующем нагревании до 37°С. У кроликов, напротив, уже при 27°С наблюдаются нарушения ритма и блоки проведения, а при 17-13°С происходит полный блок проведения возбуждения в желудочках. Следует отметить, что СП у кроликов во всём температурном диапазоне достоверно ниже по сравнению с ЛА и ЗГ сусликами, но не отличалась от СП, измеренной у ЗП сусликов (рис.3). Кроме того, у ЗГ сусликов СП при 37°С, 27°С и 3°С достоверно выше по сравнению с ЛА и ЗП сусликами, что, по 10

всей видимости, связано с увеличением экспрессии белков щелевых контактов во время гибернации [Saitongdee et al., 2000; Fedorov et al., 2005].

Необходимо отметить, что для возникновения аритмии важно не просто замедление проведения, а увеличение анизотропии, т.е. неоднородное замедление проведения возбуждения. Основным параметром при оценке анизотропии является соотношение продольного и поперечного проведения. Ещё в 80-е годы Spach М с соавт. в своих классических работах показали, что сердечная мышца обладает анизотропией проведения, характеризующейся более быстрым проведением импульса вдоль, чем поперёк мышечного волокна, и обусловленной неравномерным распределением межклеточных контактов (коннексонов) в миокарде [Spach et al., 1981, 1982, 1986].

Рис.3. Зависимость скорости проведения возбуждения (СП) по желудочкам изолированного сердца сусликов и кроликов от температуры.

Приведены данные оптического картирования без использования BDM (серия 2) для СП, измеренной в правом желудочке у зимних проснувшихся {ЗП, п=7), летних активных (ЛА, п=6) и зимних гибернирующих (ЗГ, п=8) сусликов и кроликов (п=5). Пунктирной линией обозначен температурный порог функционирования сердца кроликов (12±1°С). * - р<0,05, ** - р<0,001 по сравнению с ЛА и ЗП сусликами и кроликами; *** - /з<0,01 по сравнению с ЛА и ЗГ сусликами.

В нашей работе обнаружено, что соотношение продольной и поперечной СП у сусликов при охлаждении не изменяется (2,0±0,1 и 2,2±0,2 у ЗГ и 1,9±0,1 и 2,0±0,2 у JIA сусликов при 37°С и 17°С). В то же время у кроликов наблюдается достоверное увеличение этого соотношения (от 2,0±0,1 и до 2,8±0,1 при 37°С и 17°С, р<0,01). Увеличение анизотропии проведения у кроликов при охлаждении, свидетельствующее о прогрессирующем нарушении межклеточного взаимодействия через щелевые контакты, будет способствовать развитию блоков проведения и, соответственно, возникновению reentry.

На рис.4 показаны примеры активации сердца у ЗГ суслика и кролика при различных температурах. Вследствие анатомического строения миокардиальной ткани, обусловленного, в частности,

СП (см/с)

О кролик

80 • ©ЗП ф**

• ЛА i

60 - ОЗГ т о** X

•

40 • 1 1 f

1 *" блок проведение

20 < 1 о возбуждения у тропиков

1 А*** О • **** г8 1 тсс)

0 •

неравномерным распределением коннексонов в продольном и поперечном направлениях сердечной мышцы, стимуляция центра левого желудочка приводит к эллипсоидальному распространению возбуждения. При понижении температуры до 17°С проведение возбуждения по миокарду желудочков сохраняется, хотя и значительно замедляется. Причём у кроликов замедление проведения происходит сильнее в поперечном направлении, что приводит к увеличению анизотропии проведения. Более отчётливо это видно при охлаждении сердца кролика до 12°С: проведение возбуждения блокируется в поперечном направлении (СП меньше 2 см/с, показатель анизотропии больше четырёх). Области за блоком активируется с видимой временной задержкой благодаря антероградному и интрамуральному проведению возбуждения (широкий фронт волны за областью блока). У сусликов, напротив, даже при понижении температуры до 3°С наблюдается однородная пространственно-временная картина активации сердца.

Рис.4. Карты активации желудочков сердца

спящего ги б ер пирующего суслика и кролика.

Периоды стимуляции (S1S1) равны 300 мс при 37°С, 1000 мс при ITC, 2000 мс при 12°С (для кролика) и 5000 мс при 3°С (для суслика). Изохроны построены через 2 мс на картах при ЗТС, через 4 мс при 17°С и через 8 мс при 12°С и 3°С. Стрелками показаны продольные и поперечные направления измерения скорости

проведения, рядом указаны соответствующие значения скорости проведения при данной температуре. У кролика при 12°С пунктирной линией отмечена область блока проведения. Рядом с картами приведены временные шкалы активации области картирования при каждой температуре.

У всех животных охлаждение сердца незамедлительно приводило к увеличению длительности потенциала действия (ДПД) и неоднородности реполяризации миокарда. Неоднородность (дисперсию) реполяризации миокарда желудочков определяли как стандартное отклонение среднего значения ДПД (СО-ДПД) по картируемой области. Кроме того, определяли разницу между максимальным и минимальным значениями ДПД (ДмаКс) по картируемой области, которая соответствует уязвимому периоду 12

Зимний гибернирующий суслик

37°С 17°С 3°С

сердца по отношению к развитию ФЖ. На рис.5 показано влияние гипотермии на пространственно-временные характеристики реполяризации миокарда желудочков кроликов и сусликов. У кроликов при всех температурах ДПД достоверно выше по сравнению с сусликами (рис.5Б). Однако относительные изменения ДПД достоверно не различались между животными (рис.5В), что свидетельствует о схожести процессов, определяющих скорость реполяризации у кроликов и сусликов. Полученные результаты согласуются с данными микроэлектродных исследований [Fedorov etal, 2005].

Во всём диапазоне исследуемых температур миокард сусликов был более однородным по реполяризации (рис.5Г и Д). Таким образом, обнаруженное при понижении температуры у кроликов значительное увеличение неоднородности миокарда желудочков по активации и реполяризации будет способствовать развитию блоков проведения и возникновению нарушений ритма по механизму reentry. В то же время, у сусликов эти изменения менее чувствительны к понижению температуры, что, вероятно, обуславливает большую устойчивость гибернирующих животных к развитию нарушений ритма сердца при охлаждении.

Влияние гипотермии на длину волны возбуждения и уязвимость сердца к возникновению тахиаритмий у гибернирующих и негибернирующих животных. Необходимо отметить, что процессы возникновения и поддержания ФЖ могут определяться различными механизмами [Weiss et at., 2000]. В настоящее время общепризнанно, что механизм поддержания ФЖ связан с циркуляцией (re-entry) одной или нескольких волн возбуждения по желудочкам. Основным фактором, определяющим возможность существования re-entry, является длина волны возбуждения (ДВ), вычисляемая как произведение рефрактерного периода и СП. Понижение температуры сердца приводит к замедлению СП и увеличению рефрактерности [Smeets et ai, 1986]. Однако эти два процесса могут иметь различную кинетику, и изменение ДВ может носить неоднозначный характер.

В работе проведено сравнительное исследование влияния гипотермии на ДВ у сусликов и кроликов. У всех животных гипотермия вызывала монотонное увеличение рефрактерности ткани и замедление СП (рис.3 и 5А). Однако у кроликов и ЛА сусликов замедление проведения происходило быстрее, чем увеличение рефрактерного периода, что приводило к укорочению ДВ (рис.6).

37°С

Гибернирующии суслик

17°С

37°С

Чик

200 мс

АИД»« (мс) *

1500

1000 500 0

О 10 20 30 40

СО-ДПДии (мс) **

17°С

27°С

37°С

трд

лцгиит

.—дл

17°С

27°С

Д™е<мс)

17°С

27°С

37°С

Рис.5. Влияние гипотермии на пространственно-временные характеристики релоляризации миокарда желудочков зимних гибер пирующих (ЗГ, л-5) и летних активных (ПА, п-5) сусликов и кроликов (п-5). Представлены примеры оптических потенциалов действия (ПД), зарегистрированных из центральной области левого желудочка у гибернирующего суслика и кролика при 37*0 (чёрный цвет) и при 17*0 (серый цвет) (А). Ма графике и диаграмма* показано влияние охлаждения на абсолютные (Б) и относительные (в % по отношению к значениям при 37°С) (В) изменения средних значений длительности оптических ПД на уровне 90% реполяризации (ДПД^,), а также на характеристики дисперсии ДПД - стандартное отклонение среднего значения ДПД по картируемой области (СО-ДПД90г) (Г) и разницу между максимальным и минимальным значениями ДПД по картируемой области (Д„Л(1) ДО, характеризующую уязвимый период по отношению к развитию фибрилляции желудочков. * • р<0,05 - по сравнению с ЗГ сусликами; ** • р<0,01 по сравнению с ЗГ и ЛА сусликами.

У ЗГ сусликов, напротив, несмотря на более низкие значения СП по сравнению с ЛА сусликами, наблюдалось сохранение ДВ при охлаждении, обусловленное более продолжительной по сравнению с JIA сусликами рефрактерностью такни. В то же время, во всём диапазоне исследуемых температур у ЛА сусликов значения ДПД достоверно выше по сравнению с ЗГ сусликами (рис.5Б). По-видимому, более продолжительная по сравнению с JIA сусликами рефрактерность на фоне короткой ДПД может быть обусловлена наличием постреполяризационной рефрактерности у ЗГ сусликов.

Одновременно с уменьшением длины волны у крыс происходило увеличение вероятности развития нарушений ритма сердца (рис.6). При понижении температуры у кроликов и J1A сусликов увеличивалась уязвимость сердца к электрически вызванной ФЖ от 20% до 60% и от 0% до 17% соответственно. Напротив, у ЗГ сусликов аритмии не возникали.

На рис.7 показан пример возникновения желудочковой тахиаритмии у кролика при 17°С во время определения функционального рефрактерного периода желудочков. На картах активации видно, что увеличение анизотропии проведения приводит к развитию однонаправленного блока проведения и формированию контура re-entry, обуславливающего ФЖ.

Длина волны (см)

Вероятность ФЖ (%)

■ Кролики □ Крысы

■ ЛА О ЗГ

17°С

27°С

37*С

17°С 27ФС 37 "С Рис.6. Влияние гипотермии на длину волны возбуждения и уязвимость сердца к возникновению фибрилляции желудочков (ФЖ). Приведены данные для кроликов (п=5), крыс (п=6), летних активных (ЛА, п=5) и зимних гибернирующих (ЗГ, п=5) сусликов. Для крыс представлены результаты экспериментов без использования красителя и ЕШМ (серия 1); для кроликов и сусликов - при использовании красителя и ВОМ (серия 3).* - р<0,05 по сравнению с ЗГ сусликами; # - /к0,05 по сравнению со значениями при 37°С (для крыс).

8181*480 МС

8181=470 мс

• Желудсчкдеь,

Желудочковая тахиаритмия Ж1 , ,Ж2,

1 си 1с

Рие.7. Пример возникновения желудочковом тахиаритмии (ЖТ) у кролика при 17°С во время электрической стимуляции. Вверху - запись биполярной электррграммы из области свободной стенки правого желудочка во время определения функционального рефрактерного периода желудочков при стимуляции левого желудочка (Л). Красными рамками отмечены моменты проведения оптического картирования. Ж1 и Ж2 - прокартированныв волны ЖТ. Внизу представлены карты активации желудочков во время медленной (период стимуляции 5181 равен 2000 мс)и быстрой (5151=470 мс) стимуляции, а также во время ЖТ (волны Ж1 и Ж2). На всех картах изохроны построены через 10 мс. Приведены соответствующие временные шкалы активации картируемой области. На картах стрелками ушаны направления, вдоль которых провощили измерения скорости проведения (СП). Приведены соответствующие значения СП в продольном и поперечном направлениях. Рядом с каргами приведены записи оптических потенциалов действия из указанных областей.

На картах активации видно, что при укорочении происходит увеличение анизотропии проведения из-за угнетения проведения в поперечном направлении, что способствует развитию блока проведения возбуждения и блокированию проведения импульса е антероградном направлении. Последующая ретроградная активация области блока приводит к формированию контура циркуляции (классическая форма - фигура «восьмёрка») и развитию аритмии.

Таким образом, повышенная неоднородность среды при уменьшении ДВ во время гипотермии создаёт аритмогенный субстрат для развития циркуляции и возникновения аритмии.

Антиаритмическая роль постреполяризационной рефрактерности. У ЗГ сусликов отмечено наличие постреполяризационной рефрактерности, то есть продолжение рефрактерности ткани после окончания фазы реполяризации. На рис.8 показана разница между ДПД и желудочковым функциональным рефрактерным периодом для кроликов и сусликов.

ДПДэ^-ЖФРП (мс)

Э7°С 2ГС 17"С

Рис.8. Пострсполяризационпая

рефрактерность у зимних

гнбернирующих сусликов. На гистограмме показана разница между средней длительностью оптических потенциалов действия (ДПД) и функциональным рефрактерным периодом желудочков (ЖФРП) для зимних (ЗГ) и летних (ЛА) сусликов и кроликов. Видно, что для летних сусликов и кроликов разница (ДПД-ЖФРП) положительная, то есть рефрактерность короче ДПД, что характерно для всех животных. В то же время, у зимних сусликов разница (ДПД-ЖФРП) отрицательная, что

свидетельствует о наличии

постреполяризационной рефрактерно-сти во время гибернации.

* - р<0,05 по сравнению с ЛА сусликами и кроликами.

Видно, что для ЛА сусликов и кроликов эта разница положительная, то есть рефрактерность короче ДПД, что характерно для большинства теплокровных животных при нормальном состоянии миокарда.

В то же время, у ЗГ сусликов разница ДПД и ЖФРП отрицательная, то есть рефрактерность ткани продолжается после того, как мембранный потенциала достиг потенциала покоя. Таким образом, постреполяризационная рефрактерность у ЗГ сусликов перекрывает значение Дмакс и, по всей видимости, является дополнительным фактором, препятствующим возникновению желудочковых тахиаритмий во время гипотермии и связанным с различной экспрессией и/или регуляцией Ыа+ и/или Са2+ каналов.

выводы

1. В работе впервые методом оптического картирования исследована хронотопография возбуждения сердца зимнеспящего млекопитающего в условиях выраженной гипотермии. При понижении температуры от 37°С до 3°С сердце суслика СНеНш ипйиЫШэ сохраняет синусовый ритм, проведение по системе Гиса-Пуркинье и нормальную картину активации желудочков.

2. Гипотермия увеличивает уязвимость сердца негибернирующих млекопитающих (крысы и кролики) к развитию желудочковых тахиаритмий, что, по-видимому, обусловлено укорочением длины волны возбуждения и увеличением функциональной неоднородности миокарда. В то же время, у сусликов эти изменения менее чувствительны к понижению температуры, что, вероятно, обуславливает большую устойчивость гибернирующих животных к развитию нарушений ритма сердца при охлаждении.

3. Данные оптического картирования находятся в соответствии с результатами электрофизиологического исследования и позволяют с высокой точностью реконструировать карты активации и реполяризации сердца, что невозможно достичь, используя электрическое картирование или микроэлектродную технику.

4. Впервые исследованы пространственно-временные характеристики процессов активации и реполяризации сердца гибернирующего животного в условиях выраженной гипотермии. Результаты оптического картирования подтверждают важную роль скорости и однородности проведения в развитии блоков проведения возбуждения и возникновении фибрилляции желудочков.

5. Появление постреполяризационной рефрактерности у сусликов во время гибернации, по-видимому, является одним из защитных механизмов против возникновения нарушений ритма и может рассматриваться в качестве новой мишени для кардиотропных средств.

6. У сусликов обнаружены сезонные различия в устойчивости сердца к гипотермии, которые, по-видимому, обусловлены наличием в период зимней спячки специализированных адаптационных механизмов, определяющих функциональное состояние миокарда и связанных с изменениями работы Ка+, Са2+ и межклеточных каналов и/или уровня экспрессии белков, формирующих эти каналы.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Розенштраух Л.В., Федоров В.В., Алиев P.P., Глухов А.В., Резник А.В., Ануфриев А.И., Накипова О.В., Колаева С.Г., Ефимов И.Р. Изучение температурной зависимости скорости распространения возбуждения по изолированному сердцу якутских сусликов, в связи с проблемой спонтанного возникновения фибрилляции желудочков при гипотермии. Тезисы III Международной конференции «Механизмы функционирования висцеральных систем». Санкт-Петербург, Россия, 29 сентября - 1 октября 2003 года. Сборник тезисов стр. 279.

2. Глухов А.В., Фёдоров В.В., Алиев P.P., Резник А.В., Накипова

0.В., Колаева С.Г., Розенштраух Л.В., Ефимов И.Р. Оптическое картирование электрической активности сердца гибернирующего суслика Citelîus undulatus. Тезисы 8-й Международной Путинской школы-конференции молодых учёных «Биология — наука XXI века». Пущино, Россия, 17-21 мая 2004 года. Сборник тезисов стр. 106.

3. Фёдоров В.В., Алиев P.P., Глухов А.В., Резник А.В., Михеева Т.В., Ануфриев А.И., Ефимов И.Р., Розенштраух Л,В. Изучение характера активации изолированного сердца якутских сусликов в условиях гипотермии. Тезисы VI симпозиума по сравнительной электрокардиологии. Сыктывкар, Россия, 21-23 июня 2004 года. Тезисы докладов С J 5-16.

4. Fedorov V.V., Aliev R.R., Glukhov A.V., Resnik A.V., Anufriev A,, Ivanova I.A., Nakipova O.V., Kolaeva S.G., Rosenshtraukh L.V., Efimov

1.R. Cardiac conduction and resistance to ventricular fibrillation in Siberian hibernator ground squirrels Citelîus Undulatus. Life in Cold: Evolution, Mechanisms Adaptation, and Application. "Twelfth International Hibernation Symposium. Biological Paper of the University of Alaska, 2004; №27: 167-179.

5. Fedorov V.V., Glukhov A.V., Aliev R.R,, Mikheeva T.V., Anufriev A.I., Rosenshtraukh L.V., Efimov I.R. Cardiac conduction and resistance to hypothermia cardiac arrest in Siberian hibernator ground squirrel Citellus Undulatus. Thesis of XXV Congress of the European Society of Cardiology. Germany, Munich, August 28 - September 1, 2004. European Heart Journal. 2004.

6. Fedorov V.V., Kuryshev Y., Glukhov A.V., Aliev R.R., Ivanova I.M., Nikolski V.P., Rosenshtraukh L.V., Efimov I,R. Cellular uncoupling due to gap junction remodeling is associated with safe conduction during hypothermia in hearts of Siberian hibernating ground squirrel Citellus undulatus. American Heart Association, November 7-10, 2004. New Orleans, US. Circulation, Vol 110 (17), Abstr. Suppl November 2004, P.98-99.

7. Розенштраух Л.В., Фёдоров B.B., Алиев P.P., Глухов A.B., Михеева Т.В., Резник А.В., Ефимов И.Р. Изучение характера активации изолированного сердца гибернирующего суслика Citellus undulatus. Кардиология. 2005; 45(4): 4-10.

8. Li Li, Fedorov V.V., Glukhov A.V., Nikolski P.V., Rosenshtraukh L.V., Efimov I.R. Connexins 43 and 45 remodeling improves conduction safety in hibernating ground squirrel Citellus undulatus. Heart Rhythm 2005, New Orleans, Louisiana, USA, May 4-7. Heart Rhythm 2(5), Abstr. Supplement 2005; S70.

9. Fedorov V.V., Li Li, Glukhov A.V., Shishkina I.A., Aliev R.R., Mikheeva T.V., Nikolski V.P., Rosenshtraukh L.V., Efimov I.R. Connexin 43 and 45 upregulation is associated with safe conduction during extreme hypothermia in the heart of Siberian hibernator Citellus undulatus. Heart Rhythm. 2005; 2(9): 966-75.

10. Егоров Ю.В., Глухов A.B. Исследование механизмов устойчивости сердца к летальным аритмиям при гипотермии. Тезисы Всероссийского конкурса инновационных проектов по приоритетному направлению «Живые системы». Киров, Россия, 24-26 ноября 2005 г. Тезисы докладов С.92-95.

11. Егоров Ю.В., Глухов А.В. Длина волны возбуждения и уязвимость сердца к возникновению фибрилляции желудочков при гипотермии у гибернирующих и негибернирующих млекопитающих. Тезисы 5-й ежегодной научной молодёжной конференции ИБХФ РАН-ВУЗы «Биохимическая физика». Москва, Россия, 14-16 декабря 2005 г. Тезисы докладов С.50.

12. Glukhov A.V., Fedorov V.V., Egorov Yu.V., Rosenshtraukh L.V., Efimov I.R. Electrophysiological mechanisms of resistance to hypothermic ventricular fibrillation in the heart of hibernator Citellus undulatus. NASPE, USA, May 2006. Heart Rhythm. 2006; 3(1 s): S221

13. Глухов A.B., Егоров Ю,В. Длина волны возбуждения и уязвимость сердца к возникновению тахиаритмий при гипотермии у гибернирующих и негибернирующих млекопитающих. Тезисы 10-й Пущинской школы-конференции молодых учёных «Биология - наука XXI века». Пущино, Россия, 17-21 апреля 2006 года. Сборник тезисов стр. 133.

14. Глухов A.B., Егоров Ю.В. Влияние гипотермии на неоднородность активации и реполяризации сердца сусликов Citellus undulatus и кроликов. Тезисы 9-й Всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей. Санкт-Петербург, 22 апреля 2006 года. Сборник тезисов стр.71-72.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В РАБОТЕ

АВ узел Атриовентрикулярный узел ДВ Длина волны возбуждения

ДПД Длительность потенциала действия

Дмакс Максимальная дисперсия (разница между максимальной

и минимальной длительностью потенциалов действия по картируемой области) ЖФРП Желудочковый функциональный рефрактерный период ЖЭРП Желудочковый эффективный рефрактерный период ЗГ Зимние гибернирующие суслики

ЗП Зимние проснувшиеся суслики

ЛА Летние активные суслики

СО-ДПД Стандартное отклонение среднего значения длительности потенциала действия по картируемой области

СП Скорость проведения возбуждения

ФЖ Фибрилляция желудочков

Тираж 100 экз.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Глухов, Алексей Вячеславович

Список сокращений

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Клинические и экспериментальные наблюдения нарушений 8 ритма сердца при гипотермии

1.2. Феномен гибернации

1.3. Электрофизиологические механизмы развития блоков 14 проведения и аритмий при гипотермии. Устойчивость гибернирующих животных к возникновению нарушений ритма

1.3.1. Кальциевая перегрузка кардиомиоцитов при гипотермии

1.3.1.1. Особенности энергетического метаболизма у 21 гибернантов.

1.3.1.2. Са -транспортирующие системы кардиомиоцитов.

1.3.2. Проведение возбуждения

1.3.2.1. Роль деполяризующих токов в распространении ПД

1.3.2.2. Межклеточное взаимодействие

1.3.2.3. Роль 1са,ь тока в формировании и распространении ПД в 37 рабочем миокарде желудочков при гипотермии и гибернации

1.4. Особенности иннервации сердца гибернантов

1.5. Резюме

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1. Объект исследования и инструментальный протокол

2.2. Экспериментальный протокол

2.3. Система оптического картирования электрической активности 49 сердца.

2.4. Регистрация оптических сигналов, обработка и статистический 52 анализ полученных данных.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Электрофизиологические параметры функционирования ^ изолированного сердца гибернирующих и негибернирующих животных при различных температурах (серия 1).

3.2. Хронотопография активации изолированного сердца сусликов 55 и кроликов при 37°С и во время охлаждения до 3°С (серия 2).

3.3. Пространственно-временные характеристики процессов 74 активации и реполяризации сердца сусликов и кроликов при различных температурах. Уязвимость к желудочковым тахиаритмиям при гипотермии (серия 3).

4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1. Возникновение нарушений ритма сердца при гипотермии и последующем нагревании у гибернирующих и негибернирующих животных

4.2. Роль скорости проведения в защите от остановки сердечной деятельности при гипотермии

4.3. Особенности межклеточного взаимодействия у гибернирующих животных

4.4. Надёжность проведения при гипотермии

4.5. Роль динамической неоднородности миокарда в механизме 109 развития ФЖ

4.6. Антиаритмическая роль постреполяризационной 116 рефрактерности

4.7. Сезонные изменения устойчивости сердца гибернантов к ^ 19 гипотермии

ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Электрофизиологические механизмы устойчивости ритма сердца суслика Citellus undulatus во время гибернации"

Актуальность исследования.

Сердце человека и большинства млекопитающих имеет ограниченную устойчивость к холоду: снижение температуры тела до 28-26°С приводит к увеличению экстрасистолической активности и часто - к развитию фибрилляции желудочков (ФЖ), самой опасной аритмии, приводящей к летальному исходу [,Johansson, 1996; Matlu et al., 2002]. Дальнейшее снижение температуры до 15-10°С приводит к полному блоку проведения возбуждения по сердцу и асистолии. Подобная ситуация наблюдается у всех негибернирующим млекопитающих при выраженной гипотермии [.Mouritzen, 1963]. В то же время, сердце гибернирующих млекопитающих (гибернантов), напротив, устойчиво к низким температурам и способно адекватно сокращаться даже при 0-7°С [Duker et al., 1983; Burlington et al, 1989]. Нарушения проведения, а также ФЖ не развиваются ни при входе в состояние гибернации, ни при выходе из него, когда температура тела гибернанта может изменяться в течение нескольких часов более чем на 30°С [Saitongdee et al, 2000]. Несмотря на многолетние исследования проблемы гибернации, точные механизмы устойчивости ритма сердца зимнеспящих животных во время выраженной гипотермии остаются до конца неизвестными.

Среди возможных факторов, обуславливающих различную уязвимость сердца гибернирующих и негибернирующих млекопитающих к возникновению нарушений ритма сердца при низких температурах, выделяют несколько ключевых: дисперсию реполяризации и проведения в желудочках [Duker et al, 1987; Salama el al, 1998], плотность адренергической иннервации [Nielsen et al, 1968; Johansson, 1996], особенности Ca2+ гомеостаза [Liu et al, 1997; Wang el al, 2002], метаболические факторы, а также особенности утраструктуры межклеточных контактов [Saitongdee et al, 2000; Opthof, 2000; Fedorov el al, 2005]. В то же время, в настоящий момент нет убедительных данных о роли того или иного механизма в защите сердца гибернантов от возникновения аритмий при гипотермии.

Во время зимней спячки гибернирующие животные адаптируются к выраженной гипотермии, предотвращая негативные эффекты охлаждения. Весьма заманчивой представляется перспектива применения этих физиологических явлений в клинической медицине, однако она ограничивается слабым пониманием механизмов гибернации. В связи с этим, изучение электрофизиологических механизмов, с помощью которых гибернанты защищены от возникновения нарушений ритма сердца при гипотермии, продолжает до сих пор оставаться в центре внимания многих исследователей. Результаты таких исследований могут привести к пониманию основных механизмов образования наиболее опасных нарушений сердечного ритма, к разработке новых способов их предотвращения и купирования.

Цель исследования.

Изучить электрофизиологические механизмы устойчивости сердца гибернирующих сусликов Citellus undulatus к развитию желудочковых тахиаритмий при низких температурах.

Задачи исследования.

4. С помощью метода оптического картирования проанализировать причины развития желудочковых тахиаритмий у негибернантов при охлаждении.

5. Исследовать сезонные изменения устойчивости сердца зимнеспящих сусликов Citellus undulatus к гипотермии.

Научная новизна.

1. В работе впервые непосредственно измерена скорость проведения возбуждения и детально исследована хронотопография активации сердца гибернирующего млекопитающего в условиях выраженной гипотермии. С помощью методики оптического картирования электрической активности сердца показано сохранение функциональной однородности миокарда желудочков сусликов при охлаждении до 3°С и значительное увеличение при понижении температуры неоднородности у кроликов, что, по-видимому, обуславливает различную уязвимость сердца гибернантов и негибернантов к развитию блоков проведения и возникновению желудочковых аритмий.

2. Впервые показано появление у сусликов Citellus undulatus во время гибернации постреполяризационной рефрактерности, которая может являться дополнительным защитным механизмом против возникновения нарушений ритма и обуславливаться различной экспрессией и/или регуляцией Na+ и/или Са2+ каналов.

3. Получены экспериментальные доказательства важной роли межклеточных контактов в аритмогенезе во время гипотермии. Показано, что увеличение во время гибернации экспрессии белков, формирующих щелевые контакты, способствует устойчивости ритма сердца при охлаждении.

Теоретическая и практическая значимость.

Теоретическая значимость представленных результатов определяется существенным вкладом в понимание природных антиаритмических механизмов, присутствующих у гибернирующих млекопитающих. Исследование показало, что в сердце гибернантов присутствует ряд специализированных адаптационных механизмов, обуславливающих функциональную однородность миокарда и препятствующих развитию аритмий.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Глухов, Алексей Вячеславович

выводы

1. В работе впервые методом оптического картирования исследована хронотопография возбуждения сердца зимнеспящего млекопитающего в условиях выраженной гипотермии. При понижении температуры от 37°С до 3°С сердце суслика Citellus iinclulcitus сохраняет синусовый ритм, проведение по системе Гиса-Пуркинье и нормальную картину активации желудочков.

2. Гипотермия увеличивает уязвимость сердца иегибернирующих млекопитающих (крысы и кролики) к развитию желудочковых тахиаритмий, что, по-видимому, обусловлено укорочением длины волны возбуждения и увеличением функциональной неоднородности миокарда. В то же время, у сусликов эти изменения менее чувствительны к понижению температуры, что, вероятно, обуславливает большую устойчивость гибернирующих животных к развитию нарушений ритма сердца при охлаждении.

6. У сусликов обнаружены сезонные различия в устойчивости сердца к гипотермии, которые, по-видимому, обусловлены наличием в период зимней спячки специализированных адаптационных механизмов, определяющих функциональное состояние миокарда и связанных с изменениями работы Na+, Са2+ и межклеточных каналов и/или уровня экспрессии белков, формирующих эти каналы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные данные позволят выявить механизмы, с помощью которых гибернанты защищены от возникновения нарушений ритма в условиях выраженной гипотермии. Изучение этих механизмов представляет как теоретический, так и практический интерес: понимание причин ФЖ позволит разработать новые подходы к повышению устойчивости негибернирующих организмов, включая человека, в экстремальных условиях и дальнейшего применения их в медицинской практике. Такие подходы помогут расширить возможности лечения людей, подвергшихся переохлаждению; улучшить восстановление работы сердца после охлаждения во время кардиохирургических операций; снизить последствия ишемических повреждений сердца, в том числе, инфаркта миокарда. Полученные знания должны выявить новые мишени для фармакологических воздействий и помочь в разработке новых лекарственных препаратов.

Кроме того, обнаруженное в работе появление постреполяризационной рефрактерности во время гибернации может быть дополнительным механизмом, обеспечивающим устойчивость сердца гибернирующих сусликов к развитию нарушений ритма при гипотермии. Понимание электрофизиологической основы существования постреполяризационной рефрактерности позволит выделить новые мишени для фармакологического воздействия, помочь в разработке новых лекарственных препаратов, а также выработать наиболее рациональную терапию фибрилляции желудочков. Всё это будет способствовать увеличению качества лечения, уменьшению проаритмогенных эффектов фармакологических препаратов и сведению к минимуму применения радикальных хирургических методов.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Глухов, Алексей Вячеславович, Москва

1. Барбараш Н.А. Периодическое действие холода и устойчивость организма. Успехи Физиол. Наук. 1996; 27(4): 116-132.

2. Брустовецкий Н.Н., Маевский Е.И., Гогвадзе В.Г. Возможные биохимические механизмы подавления окислительного метаболизма у зимнеспящих животных. В книге «Механизмы зимней спячки». Пущино, 1987: 32-39.

3. Вайнер Э.Н. Фибрилляция сердца при низких температурах. Успехи Физиол. Наук. 1982; 13(4): 100-119.

4. Волколаков Я.В., Лацис А.Т. Глубокая гипотермия в какрдиохирургии детского возраста. Ленинград: Медицина. 1977.

5. Гофман Б., Крейнфилд П. Электрофизиология сердца. Пер. с англ.- М.: Изд-во иностранной лит-ры, 1962.

6. Гренадер А.К. Антиаритмики блокаторы ионных каналов. Механизмы действия и структура. Пущино, ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1987.

7. Ефимов И.Р., Сидоров В.Ю. Оптическое картирование электрической активности сердца. Кардиология. 2000; 8: 38-52.

8. Жегунов Г.Ф. Электрофизиологические характеристики функционирования сердца и интенсивность синтеза белков кардиомиоцитов при пробуждении сусликов от зимней спячки. Ж Эвол. Биохим. Физиол. 1988; 24(1): 40-47.

9. Жегунов Г.Ф. Электрофизиологические параметры функционирования сердца сусликов Citellus undulatus в процессе пробуждения от зимней спячки. Криобиология. 1986; 1: 31-34.

10. Иванов К.П., Арокина Н.К., Дидина С.Е., Волкова М.Ф. Концентрация Са2+ в крови животных и их устойчивость к ходу. Российский Физиол Ж им. И.М. Сеченова. 1999; 85(12): 1550-9.

11. Кобрин В.И. Спонтанная дефибрилляция желудочков сердца при гипотермии. Кардиология. 31(1): 19-21. 1991.

12. Колаева С.Г. Зимняя спячка. Вестник РАН. 1993; 63(12): 1076-1081.

13. Кушаковский МС. Аритмии сердца. Санкт-Петербург: Фолиант, 1998.

14. Медведев Л.Н., Елсукова Е.И. Бурая жировая ткань человека. Успехи Физиол. Наук. 2002; 33(2): 17-29.

15. Перцов A.M., Фаст В.Г. Исследование холодовых аритмий в изолированном предсердии кролика методом картографирования. Кардиология. 25(5):93-97. 1985.

16. Покровский В.М., Шейх-Заде Ю.Р. Сердце при гипотермии. Наука. 1994.

17. Розенштраух Л.В., Фёдоров В.В., Алиев P.P., Глухов А.В., Михеева Т.В., Резник А.В., Ефимов И.Р. Изучение характера активации изолированного сердца гибернирующего суслика Citellus undulatus. Кардиология. 2005;45(4): 4-10.

18. Физиология терморегуляции. Руководство по физиологии под ред.

19. Иванова К.П. Ленинград: Наука, 1984.

20. Alekseev АЕ, Markevich N1, Korystova AF, Lankina DA, Kokoz YM. Thekinetic characteristics of the L-type calcium channels in cardiocytes of hibernator. 1. Development of akinetic model. Membr Cell Biol. 1997; 11(1): 3144.

21. Alekseev AE, Markevich N1, Korystova AF, Terzic A, Kokoz YM.

22. Comparative analysis of the kinetic characteristics of L-type calcium channels in cardiac cells of hibernators. Biophys. J. 1996; 70: 786-797.

23. Allesie MA, Lammers WJEP, Bonke FIM, HoIIen J. Experimental evaluation of Moe's multiple wavelet hypothesis of atrial fibrillation. In: Zipes DP, Jalife J, eds. Cardiac electrophysiology and arrhythmias. NY, Grune&Stratton, 1985: 265274.

24. Arnsdorf MF. Кабельные свойства и проведение потенциала действия. Возбудимость, источники и стоки. В книге: Физиология и патофизиология сердца. Под ред. Сперелакиса Н. Москва: Медицина. Стр. 166-213. 1988.

25. Backer LC, London В, Choi BR, Koren G, Salama G. Enhanced dispersion of repolarization and refractoiness in transgenic mouse hearts promotes reentrant ventricular tachycardia. Circ Res. 2000; 86: 396-407.

26. Badeer H. Ventricular fibrillation in hypothermia; a review of factors favoring fibrillation in hypothermia with and without cardiac surgery. J Thoracic Surg 1958; 35(2):265-273.

27. Balser JR. Biophysics of normal and abnormal cardiac sodium channel function. In Zipes DP and Jalife J, eds: Cardiac Electrophysiology: from cell to bedside. 4nd edition. W.B Saunders Company. 2004; Chapter 9: 77-87.

28. Banville I, Gray RA. Effect of action potential duration and conduction velocity restitution and their spatial dispersion on alternans and the stabiliyu of arrhythmias. J Cardiovasc Electrophysiol. 2002; 13: 141-1149.

29. Belke DD, Milner RE, Wang LCH. Seasonal variations in the rate and capacity of cardiac SR calcium accumulation in a hibernating species. Cryobiol. 1991; 28:354-363.

30. Berridge MJ, Lipp P, Bootman MD. The versatility and universality of calcium signalling. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2000; 1:11-21.

31. Bers DM. Calcium fluxes involved in control of cardiac myocyte contraction. Circ. Res. 2000; 87:275-281.

32. Bertram JS, Vine AL. Cancer prevention of retinoids and carotenoids: independent action on a common target. Biochem Biophys Act. 2005; 1740: 170178.

33. Betsuyaku T, Nnebe NS, Sundset R, Patibandla S, Krueger CM, Yamada

34. KA. Overexpression of cardiac connexin45 increases susceptibility to ventricular tachyarrhythmias in vivo. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2006; 290(1): HI 6371.

35. Bjornstad H., Mortensen E., Sager G., Refsum H. Effect of bretylium tosylate on ventricular fibrillation threshold during hypothermia in dogs. Am. J. Emerg. Med. 12(4):407-12. 1994.

36. Boutilier RG. Mechanisms of cell survival in hypoxia and hypothermia. J Exp Biol. 2001;204:3171-3181.

37. Buchanan JW, Gettes LS. Ionic environment and propagation. In: Cardiac electrophysiology. Fron cell to beside. WB Saunders Company. 1990; 149-156.

38. Bukauskas F.F., Weingart R. Temperature dependence of gap junction properties in neonatal rat heart cells. Pflugers Arch 1993; 423: 133-139.

39. Burlington RF, Milsom WK. The cardiovascular system in hibernating mammals: recent advances. In: Living in the cold, edited by Malan A and Comguihem B. Jon Libbey Eurotext Ltd 1989; 235 243.

40. Carey H.V., Andrews M.T., Martin S.L. Mammalian hibernation: cellular and molecular responses to depressed metabolism and low temperature. Physiol Rev. 2003; 83(4): 1153-81.

41. Chao I. The recovery of dogs from deep hypothermia. Acta Sci. Nat. Univ. Pekinensis. 1959;5:99-102.

42. Cherry EM, Fenton FH. Suppression of alternans and conduction blocks despite steep APD restitution: electrotonic, memory, and conduction velocity restitution effects. Am J Physiol. 2004; 286: H2332-H2341.

43. Chorro FJ, Guerrero J, Ferrero A, Tormos A, Mainar L, Millet J, Canoves J, Porres JC, Sanchis J, Lopez-Merino V, Such L. Effects of acute reduction of temperature on ventricular fibrillation activation patterns. Am J Physiol. 2002; 283(6): H2331-40.

44. Chudin E, Goldhaber J, Garfinkel A, Weiss J, Kogan B. Intracellular Ca2+ dynamics and the stability of ventricular tachycardia. Biophys J. 1999; 77:2930— 2941.

45. Clapham DE. Calcium signaling. Cell. 1995; 80(2):259-68.

46. Clayton RH, Taggart P. Regional differences in APD restitution acb initiate wavebreak and re-entry in cardiac tissue: A computational study. BioMedical Engineering OnLine. 4: 54.

47. Colatsky TJ. Voltage clamp measurements of sodium channel properties in rabbit cardiac Purkinje fibers. J Physiol. 1980; 305: 215-234.

48. Covino B.G., D'Amato H.E. Mechanism of ventricular fibrillation in hypothermia. Circ. Res. 10:148-55. 1962.

49. Cranefield P.F., Hoffman B.F. Reentry: slow conduction, summation and inhibition. Circulation, 1971: 44, 309.

50. Cranefield P.F. Action potentials, afterpotentials and arrhythmias. Circ. Res. 1977;41:415-423.

51. Dave A.R., Morrison P.R. Characteristics of the hibernating heart. Am Heart J 1955; 124: 367-384.

52. Davidenko JM, Pertsov AV, Salomonsz JR, Baxter W, Jalife J. Stationary and drifting spiral waves of excitation in isolated cardiac muscle. Nature. 1992; 355: 349-351.

53. Drahota Z, Jezek P. Regulation of the mitochondria proton channel in brown fat. Cell. Biol.; Int. Repts 3rd Eur Congr Cekk Biol. (Firenze, Italy, 1990). London, 1990. P.211.

54. Dudel J, Rudel R. Voltage and time dependence of excitatory sodium current in cooled sheep Purkinje fibres. Pflugers Arch. 315(2): 136-58. 1970.

55. Duker G.D., Olsson S.O., Hecht N.H. et al. Ventricular fibrillation in hibernators and nonhibernators. Cryobiology 1983; 20: 407 420.

56. Duker GD, Sjoquisl PO, Johansson BW. Monophasic action potentials during induced hypothermia in hedgehog and guinea pig hearts. Am J Physiol 1987; 253: H1083 -H1088.

57. Eagles DA, Jacques LB, Taboada J. Cardiac arrhythmias during arousal fromhibernation in three species of rodents. Am J Physiol 1988; 254: R102-R108.

58. Efimov I.R. Fibrillation or neurillation: back to the future in our concepts of sudden cardiac death? Circ Res. 92(10): 1062-4. 2003

59. Flo rant G.L., Weitzman E.D., Jayant A., Cote L.J. Plasma catecolamine levels during cold adaptation and hibernation in woodchucks (Marmota monax). J. Therm. Biol. 7(3): 143-146, 1982.

60. Fox JJ, McHarg JL, Gilmour RF. Ionic mechanism of electrical alternans. Am J Physiol. 282: H516-H530, 2002.

61. Gadsby, Wit AL. Cellular mechanisms of cardiac arrhytmias. Cardiac Arrhytmias: Their Mechanisms, Diagnosis and Management W.J. Mandel (ed.), 2nd edition. Philadelphia: J.B. Lippincott Co., 1987.

62. Geiser F, Baudinette RV, McMurchie EJ. The effect of temperature on isolated perfused hearts of heterothermic marsupials. Сотр. Biochem. Physiol. A. 1989; 93:331-335.

63. Gettes LS, Buchanan JW, Saito T, Kagiyama Y, Oshita S, Fujino T. Studies concerned with slow conduction. In: cardiac Electrophysiology and Arrhythmias, ed: Zipes, Jalife. Orlando, Fla.: Grune & Stratton, 1985; 81-88.

64. Gettes LS, Cascio WE. Effect of acute ischemia on cardiac electrophysiology. Fozzard HA, ed. The heart and cardiovascular system, 2nd ed. New York, NY: Raven Press; 1992: 2021-2054.

65. Gilmour RF, Otani NF, Watanabe MA. Memory and complex dynamics in cardiac Purkinje fibers. Am J Physiol 1997; 272(41): H782-H792

66. Glitsch HG, Pusch H. On the temperature dependence of Na pump in sheep Purkinje fibers. Pflugers Arch. 1984; 402: 109-115.

67. Hagiwara N, Irisawa H, Kameyama M. Contribution of two types of calcium currents to the pacemaker potential of rabbit sinoatrial node cells. J. Physiol., 1988;395:233-253.

68. Han J., Garcia de Jalon, Мое G.K. Adrenergic effects on ventricular vulnerability. Circ. Res. 14: 516-525, 1964.

69. Haunstetter A, Haas M, Yi X, Kruger C, Kubler W. Muscarinic inhibition of cardiac norepinephrine and neuropeptide Y release during ischemia and reperfusion. Am. J. Physiol. 267 (6 Pt2): R1552-R1558,1994.

70. Herve JC, Yamaoka K, Twist VW, Powell T, Ellory JC, Wang LCH. Temperature dependence of electrophysiological properties of guinea pig and ground squirrel myocytes. Am J Physiology 1992; 263,177-184.

71. Hirayama Y, Saitoh H, Atarashi H, Hayakawa H. Electrical and mechanical alternans in canine myocardium in vivo: dependence on intracellular calcium cycling. Circulation. 1993; 88:2894-2902.

72. Hochachka PW. Defense strategies against hypoxia and hypothermia. Science. 1986; 231(4735): 234-241.

73. Hoffman B.F., Siebens A.A., Cranefield P.F., Brooks C.M. The effect of epinephrine and norepinephrine on ventricular vulnerability. Circ. Res. 3: 140146, 1955.

74. Huser J, Wang YG, Sheehan KA, Cifuentes F, Lipsius SL, Blatter LA.

75. Functional coupling between glycolysis and excitation-contraction coupling underlies alternans in cat heart cells. J Physiol. 2000;524(pt 3):795-806.

76. Irisawa H, Giles WR. Sinus and atrioventricular node cells: cellular electrophysiology In: Cardiac electrophysiology. From cell to beside - W.B. Saunders Company; 1990: 95-102.

77. Ivanov KP. Physiological blocking of the mechanisms of cold death: theoretical and experimental considerations. J Therm Biol. 2000; 25: 467-479.

78. Jacobs HK, South FE. Effects of temperature on cardiac transmembrane potentials in hibernation. Am J Physiol. 1976; 230: 403-409.

79. Johansson B.W. Heart and circulation in hibernators. In: Fisher К. C., Dawe A. R., Lyman C. P., Schonbaum E., South F. E. Mammalian Hibernation III. New York, Oliver & Boyd, Ltd and American Elsevier, 1967: 200-218.

80. Johansson B.W. The hibernator heart-nature's model of resistance to ventricular fibrillation. Cardiovasc Res 1996; 31: 826 832.

81. Joyner RW, Kumar R, Wilders R, Jongsma HJ, Verheijick EE, Golod DA, Van Ginneken AC, Wagner MB, Goolsby WN. Modulating L-type calcium current affects discontinuous cardiac action potential conduction. Biophys J. 1996;71:237-245.

82. Kenyon JR, Ludbrook J. Hypothermia below 10 degrees С in dogs with cardiac recovery on rewarming. Lancet. 1957; 273(6987):171-3.

83. Khromov AS, Srebnitskaya LK, Rogdestvenskaya ZE. Low-temperature-induced calcium sensitivity changes in ground squirrels skinned trabeculae muscle. Cryo. Lett. 1990; 11: 331-336.

84. Kirchhof PF, Fabritz CL, Franz MR. Postrepolarization refractoriness versus conduction slowing caused by class I antiarrhythmic drugs. Antiarrhythmic nd proarrhythmic effects. Circulation. 1998; 97: 2567-2574.

85. Kleber A.G., Riegger C.B. Electrical constants of arterially perfused rabbit papillary muscle. J Physiol. 1987; 385: 307-24.

86. Kleber AG, Rudy Y. Basic mechanisms of cardiac impulse propogation and associated arrhythmias. Physiol. Rev. 2003; 84: 431-488.

87. Kondo N, Shibata S. Calcium source for excitationconcentration coupling in myocardium of nonhibernating and hibernating chipmunks. Science 1984. 225: 641-643.

88. Kondo N. Excitation-contraction coupling in myocardium of nonhibernating and hibernating chipmunks: effects of isoprenaline, a high calcium medium and ryanodine. Circ. Res. 1986; 59: 221-228.

89. Kumar R, Joyner RW. Calcium carrents of ventricular cell pairs during action potential conduction. Am J Physiol. 1995; 268: H2476-H2486.

90. Lakatta EG, Guarnieri T. Spontaneous myocardial calcium oscillations: are they linked to ventricular fibrillation? J Cardiovasc. Electrophysiol. 1993; 4(4): 473-89.

91. Lammers W, Kirchhof C, Bonke F, Allessie M. Vulnerability of rabbit atrium to reentry by hypoxia. Role of inhomogeneity in conduction and wavelength. Am J Physiol. 1992; 262(31): H47-H55.

92. Laurita KR, Katra R, Wible B, Wan X, Koo MH. Transmural heterogeneity of calcium handling in canine. Circ Res. 2003; 92: 668-675.

93. Lee JH. The Na7K+ pump, resting potential and selective permeability in canine Purkinje fibres at physiologic and room temperatures. Experientia. 1996; 52(7): 657-60.

94. Lesh MD, Pring M, Spear JF. Cellular uncoupling can unmask dispersion of action potential duration in ventricular myocardium: a computer modeling study. Circ Res. 1989; 65:1426-1440.

95. Levy M.N., Ng M., Martin P., Zieske H. Sympatic and parasympatic interactions upon the left ventricle of the dog. Circ. Res. 1966; 19: 5-10.

96. Liu B, Arlock P, Wohlfart B, Johansson BW. Temperature effects on the Na and Ca currents in rat and hedgehog ventricular muscle. Cryobiology. 1991(a); 28: 96-104.

97. Liu B, Belke DD, Wang LC. Ca ' uptake by cardiac sarcoplasmic reticulum at low temperature in rat and ground squirrel. Am J Physiol 1997;272:1121-1127.

98. Liu B, Wang LC, Belke DD. Effect of low temperature on the cytosolic free Ca2+ in rat ventricular myocytes. Cell Calcium 1991(b); 12: 11-18.

99. Liu B, Wang LCH, Belke DD. Effects of temperature and pH on cardiac myofilament Ca2" sensitivity in rat and ground squirrel. Am. J. Physiol. 1993; 264: R104 -R108.

100. Liu B, Zhao MJ, Chao I. Effect of cold on transmembrane potentials in cardiac cells of the hedgehog. J Therm Biol., 1987; 12: 77-80.

101. Lyman CP, Willis JS, Malan A, Wang LCH. (eds). Hibernation and Torporin Mammals and Birds. London: Academic Press. 1982.

102. MacDonald JA, Storey KB. Mitogen-activated protein kineses and selected dowmstream targets display organ-specific responses in the hibernating ground squirrel. Int J Biochem Cell Biol. 2005; 37: 679-691.

103. Marshal JM, Willis JS. The effect of temperature on the membrane potentials in isolated atria of the ground squirrel, Citellius Tridecemlineatus. J Physiology. 1962; 164:64-76.

104. Marshall J.M., Willis J.S. The effect of temperature on the membrane potentials in isolated atria of the ground squirrel, C. Tridecemlineatus. J. Physiol., 164: 6476, 1962.

105. Mattu A., Brady W.J., Perron D. Electrocardiographic manifestations of hypothermia. Am J Emerg Med 2002; 20:4: 314 326.

106. Milburn Т., Saint D.A., Chung S.H. The temperature dependence of conductance of the sodium channel: implications for mechanisms of ion permeation. Receptors Channels. 1995; 3(3):201-211.

107. Milner RE, Wang CH, Trayhurn P. Brown fat thermogenesis during hibernation and arousal in Richardson's ground squirrel. Am. J. Physiol. 256(1 Pt2): R42-48, 1989.

108. Milner RE, Machalak M, Wang LCH. Altered properties of calsequestrin andthe ryanodine receptor in the cardiac sarcoplasmic reticulum of hibernating mammals. Biochim. Biophys. Acte. 1991; 1063: 120-128.

109. Mortensen E., Berntsen R., Tveita Т., Lathrop D.A., Refsum H. Changes in ventricular fibrillation threshold during acute hypothermia. A model for future studies. J Basic Clin Physiol Pharmacol. 4(4);313-9. 1993.

110. Mouritzen C.V., Andersen M.N. Mechanisms of ventricular fibrillation during hypothermia. Relative changes in myocardial refractory period and conduction velocity. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 51(4):579-84. 1966.

111. Nair L., Grant A. Emerging class III antiarrhythmic agents: mechanism of action and proarrhythmic potential. Cardiovasc Drugs and Therapy 1997; 11: 149-167.

112. Nakaya Y-Nii H, Nomura M, Fujino K, Mori H. Effects of lidocaine and quinidine on post-repolarization refractoriness after the basic and premature action potentials: Consideration of aim of antiarrhythmic drug therapy. Am Heart J. 1989; 118:907-912.

113. Nagatomo Т., Fan Z., Ye В., Tonkovich G.S., January C.T., Kyle J.W., Makielski J.C. Temperature dependence of early and late currents in human cardiac wild-type and long Q-T DeltaKPQ Na+ channels. Am J Physiol. 1998; 275(6 Pt2):H2016-24.

114. Nicholls DG, Locke RM. Thermogenic mechanisms in brown fat. Physiol. Rev. 1984; 64:1-64.

115. Nielsen КС, Owman C. Difference in cardiac adrenergic innervation between hibernators and non-hibernating mammals. Acta Physiol Scand Suppl 1968; 316:1-30.

116. Nielsen КС, Owman C. Effect of reserpine on the spontaneous ventricular fibrillation development during induced deep hypothermia in cats. Arch Int Pharmacodyn Ther 1968; 175:412- 421.

117. Nolasco JB, Dahlen RW. A graphic method for the study of alternation in cardiac action potentials. J. Appl. Physiol. 25: 191-196,1968

118. Noma A, Tsuboi N. Dependence of junctional conductance on proton, calcium and magnesium ions in cardiac paired cells of guinea-pig. J Physiol. 1987; 382: 193-211.

119. Opthof T, Rook MB. The hibernators heart. Nature's response to arrhythmogenesis? Cardiovasc Res 2000; 47(1): 6-8.

120. Osaka T, Kodama I, Tsuboi N, Toyama J, Yamada K. Effects of activation sequence and anisotropic cellular geometry on repolarization phase of action potential of dog ventricular muscles. Circulation. 1987; 76:226-236.

121. O'Shea J.E., Evans B.K. Innervation of bat heart: cholinergic and adrenergic nerves innervate all chambers. Am. J. Physiol. 249: H876-H882,1985.

122. Plesnila N, Mauller E, Guretzki S, Ringer F, Staub F, Baethmann A. Effect of hypothermia on the volume of rat glial cells. J Physiol. 2000; 523: 155-162.

123. Pu J, Boyden PA. Alterations of Na+ currents in myocytes from epicardial border zone of the infracted heart. A possible ionic mechanism for reduced excitability and postrepolarization refractoriness. CircRes. 1997; 81: 110-119.

124. Quan W, Rudy Y. Unidirectional block and reentry of cardiac excitation: a model study. Circ Res. 1990; 66: 367-381.

125. Qin H, Huang J, Rogers JM, Walcott GP, Rollins DL, Smith WM, Ideker

126. RE. Mechanisms for the maintenance of ventricular fibrillation: the nonuniform dispersion of refractoriness, restitution properties, or anatomic heterogeneities? J Cardiovasc Electrophysiol. 2005; 16(8):888-97.

127. Riccio M.L., Koller M.L., Gilmour R.F. Electrical restitution and spatiotemporal organization during ventricular fibrillation. Circ Res. 1999; 84: 955-963.

128. Rohr S, Kucera J. Cardiac tissue architecture determines velocity and safety of propagation. In Zipes DP and Jalife J, eds: Cardiac Electrophysiology: from cell to bedside. 4th edition. NY, 2004; Chapter 25: 222-231.

129. Rook MB, Jongsma HJ, van Ginneken ACG. Properties of single gap junctional channels between isolated neonatal rat cells. Am J Physiol. 1988; 255: H770-H782.

130. Rosenbaum DS, Jackson LE, Smith JM, Garan H, Ruskin JN, Cohen RJ.

131. Electrical alternans and vulnerability to ventricular arrhythmias. N. Engl. J. Med. 330:235-241,1994

132. Rosenbaum DS, Kaplan DT, Kanai A, Jackson L, Garan H, Cohen RJ, Salama G. Repolarization inhomogeneities in ventricular myocardium change dynamically with abrupt cycle length shortening. Circulation. 199; 84:1333-1345.

133. Rosenquist TH. Ultrastructural changes in the plasma membrane and SR of myocardial cells during hibernation. Cryobiol. 1970; 7: 14-18.

134. Rubenstein DS, Lipsius SL. Premature beats elicit a phase reversal of mechanoelectrical alternans in cat ventricular myocytes: a possible mechanism for reentrant arrhythmias. Circulation. 1995;91:201-214.

135. Saffitz JE, Lerner DL, Yamada KA. Gap junction distribution and regulation in the heart. In Zipes D.P. and Jalife J., eds: Cardiac Electrophysiology: from cell to bedside. 4th edition. NY, 2004; Chapter 21: 181-191.

136. Saitoh H, Bailey JC, Surawicz B. Action potential duration alternans in dog Purkinje and ventricular muscle fibers. Further evidence in support of two different mechanisms. Circulation 1989; 80: 1421-1431.

137. Saitongdee P, Milner P, Becker DL, Knight GE, Burnstock G. Increased connexin43 gap junction protein in hamster cardiomyocytes during cold acclimatization and hibernation. Cardiovascular Res. 47(1):108-115. 2000.

138. Shaw RM, Rudy Y. Ionic mechanisms of propagation in cardiac tissue. Roles of the sodium and L-type calcium currents during reduced excitability and decreased gap junction coupling. Circ Res 1997; 81: 727-741.

139. Shirotani H. et al. Open heart surgery in small infants. J. Cradiovasc. Surg., Suppl.: 246-251, 1973.

140. Sitsapesan R, Williams A J. Regulation of current flow through ryanodine receptors by luminal Ca2+. J. Membr. Biol. 1997; 59: 179-185.

141. Skepper JN, Navaratnam V. Ultrastructural features of left ventricular myocytes in active and torpid hamsters compared with rats: a morphometric study. J. Anat. 1995; 186:585-592.

142. South FE, Jacobs H. Contraction kinetics of ventricular muscle from hibernating and non-hibernating mammals. Am, J. Physiol. 1973; 225: 444-449.

143. Spach MS, Barr RC. Effects of cardiac microstructure on propagating electrical waveforms. Circ Res. 2000; 86(2): E23-8.

144. Spach MS, Josephson ME. Initiating re-entry: role of uniform anisotropy in small circuits. J Cardiovasc. Electrophysiol. 1994; 5: 182-209.

145. Spach MS, Kootsey JM, Sloan JD. Active modulation of electrical coupling between cardiac cells of the dog. A mechanism for transient and steady state variations in conduction velocity. Circ Res. 1982; 51(3): 347-62.

146. Spear JF, Balke CW, Lesh MD, Kadish AH, Levine JL, Moore EN. Effect of cellular uncoupling by heptanol on conduction in infracted myocardium. Circ. Res. 1990; 66:202-217.

147. Spear JF, Moore EN. A comparison of alternation in myocardial action potentials and contractility. Am J Physiol. 1971; 220:1708-1716.

148. Strinivas M., Duffy H., Delmar M., et al. Prospects for pharmacologic tareting of gap junction channels. In Zipes, Jalife, eds: Cardiac Electrophysiology: from cell to bedside. 4th ed. NY, 2004; Chapter 19:158-167.

149. Sugiura H, Joyner RW. Action potential conduction between guinea pig ventricular cells can be modulated by calcium carrent. Am J Physiol. 1992; 263: H1591-H1604.

150. Tachibana H, Kubota I, Yamaki M, Watanabe T, Tomoike H. Canine model of ventricular fibrillation using programmed stimuli and localized myocardial warming or cooling. Jpn Heart J. 1999; 40(2):179-88.

151. Tang YJ, Wang SQ, Zhou ZQ. Seasonal variation in ultrastructure and Ca2+ uptake rate of cardiac sarcoplasmic reticulum in ground squirrels. Acta Physiol. Sinica. 1995;47:478-483.

152. Tolkacheva EG, Anumonwo JM, Jalife J. Action potential duration restitution portraits of Mammalian ventricular myocytes: role of calcium current. Biophys J. 2006; 91(7): 2735-45.

153. Toyoshima H, Burgess MJ. Electrotonic interaction during canine ventricular repolarization. Circ Res. 1978;43:348-356.

154. Ujhelyi M.R., Sims J.J., Dubin S.A., Vender J., Miller A.W. Defibrillation energy requirements and electrical heterogeneity during total body hypothermia. Crit. Care. Med. 29(5): 1006-11. 2001.

155. Vanoli E., DeFerrari G.M., Stramba-Badiale M., Hull S.S., Foreman R.D., Schwartz P.J. Vagal stimulation and prevention of sudden death in conscious dogs with a healed myocardial infarction. Circ. Res. 68: 1471-1481,1991.

156. Viguera A., Goni F. The uncoupling protein from brown adipose tissue mitochondria. Eur. J. Biochem. 1992. V.210. P.893-899.

157. Van der Hyden MAG, Opthof T. The hidden secrets of the hibernator's heart may protect against arrhythmias. Heart Rhythm. 2005; 2(9):976-978.

158. Wang LCH. Mammalian hibernation: an escape from the cold. In Advances in

159. Comparative and Environmental Physiology. Berlin: Springer-Verlag. 1988; 1-45.

160. Wang SQ, Cao HM, Zhou ZQ. Temperature dependence of the myocardial excitability of ground squirrel and rat. J. therm. Biol. 1997; 22 (3): 195-199.

161. Wang SQ, Feng Q, Zhou ZQ. Experimental analysis of the calcium source for cardiac excitation-contraction coupling in ground squirrel. A. Physiol Sinica 1995;47:551-558.

162. Wang SQ, Hong Q, Zhou ZQ. Recording of calcium transient and analysis of calcium removal mechanisms in cardiac myocytes from rats and ground squirrels. Sci. China С Life Sci. 2000; 43: 191-199.

163. Wang SQ, Hong Q, Zhou ZQ. Temperature dependence of intracellular free calcium in cardiac myocytes from rat and ground squirrel measured by confocal microscopy. Sci. China С Live Sci. 1999; 42: 293-299.

164. Wang SQ, Lakatta EG, Cheng H, Zhou ZQ. Adaptive mechanisms of intracellular calcium homeostasis in mammalian hibernators. J Exp Biol. 2002; 205: 2957-2962.

165. Wang SQ, Zhou ZQ. Alpha-stat calibration of indo-1 fluorescence and measurement of intracellular free calcium in rat ventricular cells at different temperatures. Life Sci., 1999; 65(9): 871-7Liu et al., 1990;

166. Weiss JN, Chen PS, Qu Z, Karagueuzian HS, Garfinkel A. Ventricular fibrillation. How do we stop the waves from breaking? Circ Res. 2000; 87: 11031107.

167. White JD. Cardiac arrest in hypothermia. JAMA. 1980; 244:2262.

168. Wiener N, Rosenblueth A. The mathematical formulation of the problem of conduction of impulses in a network of connected excitable elements, specifically in cardiac muscle. Arch. Inst. Cardiol. Мех. 16:205-265. 1946.

169. Willis JS, Xu W, Zhao Z. Diversities of transport of sodium in rodent red cells. Сотр. Biochem. Physiol. 1992; 102: 609-614.

170. Willis JS. Hibernation: cellular aspects. Annu. Rev. Physiol. 1979; 41:275-286.

171. Wit AL, Rosen MR. Afterdepolarizations and triggered activity: distinction from automaticity as an arrhythmogenic mechanisms. In: Fozzard, Haber et al., eds. The heart and cardiovascular system: scientific foundations. 2nd ed. NY. 1992; 2113-2163.

172. Yamada K.A., Rogers J.G., Sundset R., Steinberg Т.Н., Saffitz J.E. Upregulation of connexin45 in heart failure. J Cardiovasc Electrophysiol. 2003; 14(11):1205-12.

173. Zhou ZQ, Liu B, Dryden WF, Wang LCH. Cardiac mechanical restitution in active and hibernating Richardson's ground squirrel. Am. J. Physiol. 1991; 260: R353-R358.

174. Zhuang J, Yamada KA, Saffitz JE, Kleber AK. Pulsatile stretch remodels cell-to-cell communication in cultured myocytes. Circ Res. 2000; 87: 316-322.

175. СПИСОК РАБОТ, ОБУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

176. Розенштраух Л.В., Фёдоров B.B., Алиев P.P., Глухов A.B., Михеева Т.В., Резник А.В., Ефимов И.Р. Изучение характера активации изолированного сердца гибернирующего суслика Citellus undulatus. Кардиология. Кардиология. 2005; 45(4): 4-10.

177. Li Li, Fedorov V.V., Glukhov A.V., Nikolski P.V., Rosenshtraukh L.V., Efimov I.R. Connexins 43 and 45 remodeling improves conduction safety in hibernating ground squirrel Cittelus undulatus. Heart Rhythm 2005, New

178. Orleans, Lousiana, USA, May 4-7. Heart Rhythm 2(5), Abstr. Supplement 2005; S70.

179. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю Розенштрауху Леониду Валентиновичу, заведующему лабораторией электрофизиологии сердца, за всестороннюю помощь при выполнении работы.

180. Автор считает своим долгом выразить специальную благодарность Фёдорову Вадиму Валерьевичу за неоценимую поддержку и тесное сотрудничество во время выполнения диссертационной работы и обсуждения полученных результатов.

181. Автор благодарит Дудину Татьяну Викторовну и Егорова Юрия Владимировича за участие в экспериментальной работе и обсуждении полученных результатов.

182. Автор также благодарит сотрудников лаборатории электрофизиологии сердца Резника Андрея Валерьевича, Юшманову Анну Васильевну и Белошапко Галину Григорьевну.

183. Автор выражает благодарность сотрудникам Института биофизики клетки Семёновой Татьяне Павловне, Накиповой Ольге Васильевне и Амерханову Зарифу Гарриевичу за помощь в работе с сусликами и подробные консультации по уходу и содержанию животных.

184. Отдельно автор благодарит Ефимова Игоря Рудольфовича за помощь в налаживании и освоении методики оптического картирования сердца.

Информация о работе

Глухов, Алексей Вячеславович
кандидата биологических наук
Москва, 2006
ВАК 03.00.13

Диссертация

Электрофизиологические механизмы устойчивости ритма сердца суслика Citellus undulatus во время гибернации - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы