Электромеханическое сопряжение в патологически измененной сердечной мышце

Мукумов, Марат Рахимович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Электромеханическое сопряжение в патологически измененной сердечной мышце
ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Электромеханическое сопряжение в патологически измененной сердечной мышце"

!1 7-9 сгу

' * " ' Л"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В.ЛОМОНОСОВА

На правах рукописи УДК 517.353:12.127

МУКУМОВ Марат Рахимович

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ СОПРЯЖЕНИЕ В ПАТОЛОГИЧЕСКИ ИЗМЕНЕННОЙ СЕРДЕЧНОЙ МЫШЦЕ

03.00.02. - Биофизика

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора биологических наук в форме научного доклада

Москва, 1992

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте биотехнологии

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Н.И.Кукушхин - дохтор биологических наук А.Г.Меликянц - доктор биологических наук Д.С.Чернавский - доктор физикоматематических паук, профессор

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Защита состоится ^ г. в часов на

заседании Специализированного Совета Д ^053.05.53 при Московском государственном университете им.М. И Ломоносова по адресу : 119899 Москва, Ленинские горы, МГУ. Биологический факультет. Кафедра биофизики, ЛИК ауд."Новая"

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического факультета МГУ.

Автореферат разослав

М ,

Ученый секретарь Специализированного Совета, доктор биологических наук,

профессор Т.Е.Кренделева

| al

^Г-1

rru- АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ И ЦЕЛЬ РАБОТЫ

За последнее время достигнут значительный прогресс в области биофизики сердечной клетки. Изучены свойства одиночного ионного канала в механизм генерации потенциала действия (ПД), предложена модель мышечного сокращения, исследованы процессы энергообеспечения миокарда и т.д. Особое внимание уделалось регуляции сократительной активности сердечной мышцы, способности каждой отдельной клетки усиливать почти в 5 раз интенсивность функционирования в ответ на нагрузку. Установлено, что сократительная активность сердечной мышцы зависит от начальной длины, постнагрузки, действия гуморальных факторов и ритма сокращений. Следует отметить, что способность миокарда реагировать изменением силы сокращения (инотропная реакция) в ответ на варьирование межкмпульсного интервала ¡валяется уникальным свойством саморегуляции сердечной клетки. Этот механизм обеспечивается электромеханическим сопряжением - системой клеточных процессов, охваченных общими в локальными положительными и отрицательными обратными связями. ( Powell Т. et al., 1989).

Электромеханическое сопряжение ОМС) в миокарде включает в себя генерацию ПД вследствие активации в инактивации быстрых Na, медленных Na-Ca и ряда K-каналов, распространение возбуждения вглубь клетки, освобождение из саркоплазматического ретнкулума (CP),

активацию актинмиозинового комплекса ионами Ca, удаление Са2+ в CP и в межклеточную среду, расслабление сократительного аппарата (Изаков В.Я. и др.,1981) Несмотря на принципиальное понимание механизма ЭМС, рад вопросов, касающихся передачи сигнала с Т-сисгемы на CP, роль митохондрий в оперативной регуляции Са^+ в миоплазме, особенности электромеханического сопряжения в различных отделах сердца и у различных животных и т.д. остаются открытыми (Lederer WJ. et al, 1990). Однако не менее актуальным является выяснение особенностей ЭМС в необратимо поврежденных клетках миокарда под влиянием химических и физических факторов при заболеваниях различной этиологии. Решение этой проблемы наряду с чисто научным интересом, связанным с построением общей теории сократимости миокарда, важно для понимания внутриклеточных перестроек в миокарде в различных экстремальных условиях, для выработки требований, предъявляемых к средствам, создаваемым для коррекции "деформированного" ЭМС в поврежденном хардаомноцвте, а также необходимо для развития концепции индивидуализации терапии с учетом локализации, функционального состояния и нвотропяой чувствительности поврежденного участка сердца.

В связи с тем, что особенности ЭМС проявляются непосредственно в реакция сократительной активности (инотропная реакция) миокарда на варьирование частоты сокращений н на действие физиологически активных факторов, влияющих на различные звенья ЭМС, основная ЦЕЛЬ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ была сформулирована следующим образом: установить количественную взаимосвязь между электромеханическим сопряжением и ритмоинотропной реакцией в сердечной мышце, а также идентифицировать изменения электромеханического сопряжения, приводящие к

- г -

нарушению механической саморегуляции патологически поврежденного миокарда.

Для реализации указанной цели в работе решались следующие

задачи.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ

1. Исследовать электромеханическое сопряжение в нормальном миокарде холоднохровных и теплокровных животных.

2. Разработать модель электромеханического сопряжения в миокарде, предназначенную для изучения изменений ритмоинотропной реакции сердечной мышцы под влиянием повреждающих факторов и физиологически активных веществ.

3. Исследовать реакцию сократительной активности различных отделов сердца кардиохирургических больных с сердечной недостаточностью на варьирование частоты стимуляции.

4. Изучить особенности ритмоинотропной реакции миокарда после временного полного прекращения кровоснабжения (ишемия), после перегрузки давлением (гипертрофия), при механическом»перерастяжении, при частичной К-деполяризация сердечной мышцы. Вышить звенья ЭМС в миокарде, обуславливающие изменения инотропной реакции сердечной мышцы в этих условиях.

5. Разработать способ идентификации нарушений ЭМС в миокарде, возникающих под влиянием патогенных факторов и физиологически активных веществ, по изменению параметров ритмоинотропной реакции.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Впервые показано, что характер хроноинотропной реакции в миокарде холоднокровных и теплокровных животных определяется соотношением между потенциал зависимым и стационарным поступлением ионов Са; установлено, что " отрицательная " зависимость "сила-частота" в миокарде может быть обусловлена либо преимущественным стационарным транспортом Са2+ в клетху, либо резким (более 30%) укорочением ПД в ответ на уменьшение межимпульсного интервала стимуляции. Впервые выявлена значительная неоднородность ушка предсердия больных с сердечной недостаточностью по ритмоинотропной реакции. Доказано, что этот феномен является свойством ушка предсердия сердца человека и не связан с патологическими процессами. Обнаружено, что ишемия вызывает снижение крутизны кривой "сила-частота" независимо от исходного характера этой зависимости. Повреждающий эффект ишемии обусловлен, главным образом, снижением депонирующей функции СР. Установлено, что в

гипертрофированном миокарде наблюдается аномальное . превышение нормированной амплитуды сокращений при низких частотах стимуляции по сравнению с контролем. Клеточный механизм явления связан прежде всего с увеличением объема СР. Впервые показано, что перерастяжение миокарда крысы на 20% от оптимальной длины приводит х снижению крутизны зависимости "сила-частота". Максимальная крутизна регистрируется при натяжении папиллярной мышцы крысы на 90-95% от оптимальной длины.

Этот эффект обусловлен не только механохимическими процессами в сократительных белках, но и изменениями депонирующей способности СР я избыточным поступлением Са2 + в клетку. Предложена оригинальная математическая модель электромеханического сопряжения, количественно имитирующая хроноинотропную реакцию в нормальном и патологически измененном миокарде. Прогнозы модели выдержали верификацию в опытах на животных. Показано,что функция СР является наиболее уязвимым звеном ЭМС при всех изученных патологических процессах в сердечной мышце.

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ На основании полученных данных разработан способ количественной оценки функционального состояния миокарда, применяемый при поиске средств противоишемической защиты. Предложен способ идентификации клеточного механизма действия физиологически активных факторов с помощью модели электромеханического сопряжения в миокарде. В настоящее время эти способы широко применяются в НПО "Биотехнология". Совместно с Институтом хирургии им. А.В. Вишневского предложен способ индивидуализации лекарственной терапии в послеоперационном периоде для больных с приобретенными пороками сердца. Разработав способ скрининга перспективных физиологически активных веществ иа биоптатах сердца бальных, подвергшихся кардаохирургической операции. Обнаружено три оригинальных химических соединения, перспективных в плане создания новых кардиотропных лекарственных средств (АС 1343771, 1365657, 1568477). Эти соединения проходят доклинические испытания. Экспериментально доказана необходимость при подборе лекарственной терапии учитывать зависимость иногропной реакции от локализации, функционального состояния поврежденных участков сердца.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ Результаты исследований были представлены на Всесоюзном симпозиуме "Теоретические проблемы молекулярной сравнительной электрокардиологии" (Сыктывкар, 1979); на конференции "Физико-химические свойства биологических мембран" (Ереван,1980); на Всесоюзной конференции "Физиология и биохимия медиаторных процессов" (1980); на Всесоюзном симпозиуме "Механизмы ионного транспорта через клеточные мембраны. Фармакологический анализ" (Пущино,1980); на Всесоюзной конференции "Актуальные проблемы оценки фармакологической активности химических соединений" (Ногинск,1981); на 1-ом Всесоюзном

биофизическом съезде (Москва,1982); на конференции "Биофизика и биохимия сокращения" (Тбилиси, 1983); на Всесоюзном симпозиуме "Фармакологическая коррекция кислородзависимых патологических состояний" (Москва, 1984); на Всесоюзной школе по биологии мышц (1986); на II Всесоюзной конференции "Реализация математических методов с использованием ЭВМ в клинической и экспериментальной медицине (1986); на II симпозиуме "Математические и вычислительные методы в биологии (Биомолекуляряые системы)" (Пущино,1987); на ХУ Всесоюзном съезде физиологов (Кишинев,1987); на школе "Биофизика миокарда".

Свердловск, 1984, 1986, 1988, 1990; на международном конгрессе ассоциация патофизиологов, 1991г.

ПУБЛИКАЦИИ

По материалам диссертация опубликовало 76 работ, из них 9 авторских свидетельств.

СТРУКТУРА. РАБОТЫ

Материалы работы распределены по главам в следующем порядке.

I. Исследование электромеханического сопряжения в сердечной мышце холоднокровных и теплокровных животных. Математическая модель ЭМС в миокарде.

II. Изучение особенностей электромеханического сопряжения в клетках миокарда, приводящих к изменению инотропной реакции в поврежденной сердечной мышце.

Ш. Идентификация нарушений ЭМС и оценка функционального состояния в миокарде, подвергшемся физиологически активным факторам, по изменениям ритыоинртропной реакции.

Основная часть результатов получена в соавторстве с С.А.Исаевой, Ю.СЛяховичем, В.Р.Пратусевичеы. Вклад других соавторов отражен в публикациях по теме диссертации- Всем коллегам автор приносит благодарность за участие в совместных исследованиях.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве объектов исследования использовали ушко предсердия и папиллярную мышцу сердца крысы, морской свинки, собаки, кардаохирургических больных с приобретенными пороками, а также полоски предсердия и желудочка сердца лягушки. Применяли полоски миокарда длиной Н ш i диаметром 0,9-1,2мм. Препарат помещали в камеру объемом 0,55мл, которая постоянно перфузировалась физиологическим оксигенярованным раствором. Один конец полоски миокарда закрепляли неподвижно, другой, -лигатурой х механоэлектричесхому датчику. Мышцу растягивали примерно на 30% исходной длины, добиваясь максимальных сокращений. Препарат раздражали через 2 массивных серебряных электрода, расположенных вдоль всей длины камеры, прямоугольными электрическими импульсами продолжительностью 5 мс, амплитудой в 1,5-2 раза выше пороговой с базовой частотой 0,3 или 0,5 Гц в зависимости от препарата. Перед каждым экспериментом полоску миокарда "врабатывали" не менее 40 минут, добиваясь стабильных сокращений.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ

Внутриклеточные мембранные потенциалы отводили с помощью стеклянных плавающих микроэлектродов с диаметром кончика 0,5 мкм, заполненных ЗМ раствором KCl по стандартной методике. Параметры, подвергшиеся обработке, представлены иа рис.I.A.

СОКРАТИТЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ

Регистрировали сокращения полоски миокарда в условиях, близких к изометрическим, с помощью механотрона 6МХ1С. Параметры

Рис.1. Способ обсчета параметров внутриклеточных потенциалов и сократительных ответов полоски миокарда. {Пояснения в тексте).

сократительного ответа, подвергавшиеся обработке, представлены на рисЛ.Б. Реахцкю сердечной мышцы на изменения ритма раздражения изучали при двух режимах стимуляции препарата:

а) непрерывная стимуляция миокарда со скачкообразным повышением ритма 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 1 Гц; (рис. KB)

б) стимуляция миокарда после периода покоя различной продолжительности - 15; 30; 60; 120; 180; 300; 600 с. (рисЛ.Г).

В первом случае изучали зависимость амплитуды установившихся сокращений от частоты стимуляции, так называемые ритмоинотропные отношения <РИО), во втором, зависимость амплитуды первого после покоя сократительного ответа от продолжительности паузы стимуляции, а также переходный процесс после покоя, так называемую "лестницу" амплитуды сокращений (рис.З.Г). При обработхе данных все параметры сократительного ответа нормировали на величины соответствующих параметров при базовой частоте 0,3 Гц для миокарда человека; 0,5 Гц для миокарда экспериментальных животных.

МЕТОД ФИКСАЦИИ ПОТЕНЦИАЛ

Трансмембраяные ионные токи регистрировали в условиях двойного сахарозного моста. В качестве препарата использовали атриальные трабекулы лягушки.

МЕТОД МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Исследования проводили на аналоговых и цифровых вычислительных машинах.

ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ АТФ Е МИОКАРДЕ

Уровень АТФ определяли по стандартной методике совместно с сотрудниками лаборатории экспериментальной хирургии Института хирургии им. А.В.Вишневского.

ОПТИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ

Использовались стандартные методики. Работа выполнялась совместно с лабораторией цитологии и гистологии ВНИИ биотехнологии и кафедрой патологической физиологии медицинсхого факультета Университета дружбы народов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОСТИ NaK-АТФазы

Для оценхи Na.K-АТФазной активности использовали стандартный метод. Работа выполнялась совместно с Институтом физиологии АН КазССР.

I. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО СОПРЯЖЕНИЯ В СЕРДЕЧНОЙ МЫШЦЕ ХОЛОДНОКРОВНЫХ И ТЕПЛОКРОВНЫХ ЖИВОТНЫХ. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭМС В МИОКАРДЕ

При ступенчатом повышении .частоты стимуляции, например от 0,1 до 0,7 Гц, амплитуда установившихся сокращений папиллярной мышцы морской свинки, кролика, фрагмента миокарда желудочка лягушки монотонно возрастает. Напротив, величина сократительных ответов папиллярной мышцы крысы, хорька, фрагмента миокарда желудочка черепахи в указанных условиях снижается. Реакция сократительной активности миокарда ка изменен.:е

ритма раздраженна (ритмоинотропная реакция) зависит как от диапазона частоты сокращений, так и от отдела сердца и может иметь бифазинй характер. Для предсердия кривая "сила-частота" обычно более пологая, чем для миокарда желудочка. Кроме того, различные фрагменты миокарда по-разному отвечают на временное прерывание электрической стимуляции (потенциация покоем) и временное повышение ритма раздражения (постстимуляционная потенциация).

Все описанное вьше многообразие ритмоинотропных отношений в миокарде различных животных обеспечивается одним и тем же набором клеточных процессов электромеханического сопряжения (ЭМС). Особенности РИО в миокарде определяются различной интенсивностью функционирования определенных звеньев ЭМС.

Сложность ЭМС, обилие противоречивых гипотез относительно деталей его механизма способствовали разработке математических моделей. Математические модели позволяют систематизировать большой объем информации, количественно проверить некоторые физиологические гипотезы и делают возможным изучать клеточные процессы, не поддающиеся прямым измерениям в эксперименте.

Разработанные за последние 15 лет математические модели можно условно отнести к трем типам:

1) Модели, реализующие эмпирический подход к описанию сократительной активности сердечной мышцы. С помощью таких моделей удается имитировать многие феномены ритмоинотропной реакции. Однако при таком подходе возникают трудности интерпретации результатов в терминах ионного механизма ЭМС (Garsia Moreira et al., 1977; Urtbaler F. et al.,1991).

2) Модели, базирующиеся на детальном рассмотрении механохимического сопряжения в миофибриллах, обеспечивающего взаимосвязь между величиной концентрации Ca2 + в районе сократительного аппарата клетки и результирующей силой, генерируемой саркомером. Эти модели описывают существенную часть процессов ЭМС. В то же время ионный механизм целого ряда физических и химических факторов связан с влиянием на предшествующие звенья внутриклеточного Ca2 + - обмена, а ие на взаимодействие Са2+ с миофибриллами (см. Волькекштейн М.В., 1978; Цатурян А.К.,1991). '

3) Модели, упрощенно описывающие процессы в клетке и игнорирующие взаимодействие с актомиозиновым комплексом (Bayer R. et al., 1975; Schonten VJ.A. et al.,1987).

В настоящее время не представляется возможным создать модель, адекватно имитирующую всю совокупность имеющихся данных о ЭМС в миокарде. Для реализации цели, сформулированной настоящей работой, ставилась задача разработать модель ЭМС третьего типа, отвечающую следующим требованиям:

- возможность имитации совокупности ритмоинотропных феноменов, наблюдаемых в миокарде лягушки, крысы и морской свинки в норме и в экстремальных условиях (влияние физических и химических факторов);

- s -

- наличие физического смысла констаагт Са^ + - обмена у каждого коэффициента модели;

- возможность количественного анализа системы уравнений

модели.

Для этого был выполнен большой объем экспериментальных исследований на миокарде лягушки, морской свинки и крысы. Все полученные результаты опубликованы. Прежде всего на интактных фрагментах миокарда была изучена зависимость амплитуды и других параметров установившихся изометрических сокращений от частоты их следования (амплитудно-частотная характеристика), а также форма "лестницы" амплитуды сокращений - изменение величины последовательных сократительных ответов при возобновлении ритмической стимуляции после паузы. Во всех экспериментах с помощью микроэлектродов отводились внутриклеточные потенциалы. Далее была исследована чувствительность основных параметров РИО в миокарде при блокаде медленных Na - Ca каналов соединением Д-600, нифедапияом, днлтиаземом, ионами Ni,Mn; к изменению Na-Ca обмена при варьировании соотношения Na+ и Са^+ во внеклеточной среде; к ингибироваюда Na.K-АТФазы сердечными гликозидами и снижением К+ в среде; к нарушению депонирующей способности СР кофеином, рианодином, местными анестетиками; к увеличению поступления Ca2 + в клетку по потенциалнезависимым путям с помощью ионофоров А-23187 и Х-537А.

Проведенные исследования, в частности, показали, что блокада медленных Na-Ca каналов приводит к уменьшению крутизны нарастания амплитуды сокращений миокарда лягушки и морской свинки при укорочении межимпульсиого интервала; торможение захвата ионов Ca в СР вызывает снижение чувствительности миокарда крысы к варьированию ритма сокращений; повышение потенциаляезависимого поступления Са^ + в клетку в сочетании с ингибированием медленного Na-Ca тока изменяет "положительную" зависимость "сила-частота" в миокарде лягушки (рис.2) и морской сванки на "отрицательную" и т.д.

На основании полученных данных нами была предложена математическая модель ЭМС в миокарде крысы, морской свинки и лягушки, позволяющая по изменению РИО под влиянием различных факторов судить о внутриклеточных перестройках.

Б основу модели был положен формализм, предложенный в работах (Kaufmann et al., 1974).

Сформулированная нами модель имеет вид: de (t) /dt = Kq +oUt-<ö К j -K2C (t) +ui(t-'OK3C(t)r(t) (1)

dr(t) /dt « K2c 0>п*«-Т)К3с<1) r(0-x(t-<3K4r(t)-K5r(t) Здесь ( рис.З ) с - содержание Cifl+ в миоплазме; г -содержание Са^ + во внутриклеточном депо (СР, подмембранные Са-пулы); Kß.Kj - интенсивности стационарного и потенциалзависимого входящего в клетку Са-потока соответственно; К2 - интенсивность захвата Са2+ во внутриклеточные депо; К3 - интенсивность выброса Са^+ из депо во время активной фазы сократительного цикла; К4 и К5 - интенсивности

ШЛШИ и |№||||| 1 ¡¡II

11111111111111111111111111«1111!11Ш111111Н11!

II Ш1111|1ВШ|шшШ11111

Рис.2. Изменение РИО е миокарде лягушки при блокаде Са-каналов соединением Д-600 на фоне повышения суммарного поступления ионов Са в клетку в гипонатриевой среде. А-контроль; Б-через 10 мин после начала действия Д-600 (2 мкг/мл);В,Г-череэ 10 и 20 мин после иэоосмотического замещения 70% МаС1 на сахарозу в растворе , содержащем Д-600. Калибровка силы для А,Б-600 мг, для В,Г-1500 мг.

СОКРАТИТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

ПОТЕНЦИЙЛНБЗАВИСИМЫЕ Са - ПОТОКИ ПОТЕНЦИЙ ЛЗЙВИСИНЫЕ С» - ПОТОКИ

Рис.3. Схема электромеханического сопряжения в клетке сердца.

потенциалзависимого и стационарного компонентов Са-потоха, выходящего из депо во внеклеточную среду; - задержка начала развития сокращения по отношению к началу возбуждения клетки, определяемая экспериментально.

В модель введены следующие допущения: сила изометрического сокращения кардиомиоцята принимается пропорциональной содержанию Са2 + в миоплазме (с); влияние деполяризации мембраны на Са^+ -потоки описываются в модели функцией с£ (1-Т), имеющей при периодической стимуляции форму прямоугольника, в первом приближении имитирующего ПД миокарда лягушки и морской сяи.чхиЛО-Т) = 1, во время ПД длительностью О, ¿{г-'З ■= О, во время покоя

Систему уравнений (1) при анализе поведения решений на фазовой плоскости можно рассматривать как переключающуюся систему. Переключение определяется моментами смены значений функции с£(0, вводимой в модель в качестве функции управления и равной 0 все время, за исключением отрезков времени длиною X) ( длительность потенциала действия), когда эта функция равна 1.

При =0 система является линейной. Она имеет единственную особую точку в положении равновесия с = К{)/К2,г = К0/К5. Анализ линеаризованной системы показывает, что эта особая точка является устойчивым узлом, так как характеристические числа Р1--К2, Р2 = -К5 действительны и отрицательны. Эволюция исходной нелинейной системы на рассматриваемых временных отрезках определяется экспоненциальной релаксацией х данной особой точке.При с1 = I имеем нелинейную систему. Почти всегда зга система имеет единственную особую точку с координатами с=(Ко + К5)/(К2~Кзго>,г = го=(К() + К1)/<К4 + К5).<В качестве примечания отметим, что при К2= (Ко + К})КзЛК4 + К5> рассматриваемая исходная нелинейная система не имеет конечной особой точки.) Анализ показывает, что линеаризованная система имеет в данной особой точке неустойчивое положение равновесия типа "седла" (характеристические числа действительные, разных знаков). Эволюция исходной нелинейной системы на отрезках времени, отвечающих возбужденному состоянию

сердечной мышцы (о1=1), определяется отталкиванием от указанной особой точки на фазовой плоскости.

Таким образом, эволюция изображающей точки на фазовой плосхости определяется чередованием участков "убегания" от неустойчивой особой точки в период возбуждения кардиомиоцита с участками релаксации к единственной точке устойчивого равновесия системы.

Проведенный анализ показал, что исходный уровень заполнения СР ионами Са2 + в покое определяется лишь соотношением стационарных потоков Са2 +, входящего и выходящего. При стимуляции кардиомиоцита с постоянной частотой (межимпульсный интервал Т) установившаяся амплитуда сокращений определяется в основном количеством Са^+, высвобожденным СР во время ПД. Последняя же величина управляется нелинейным членом в первом уравнении системы <1) и, в силу структуры этого члена, оказывается связанной с исходным уровнем заполнения СР к началу очередного сокращения. Приближенно оценим этот уровень как

- и -

среднеиптегральное значение величины г за период. Если период стимуляции равен Т, то интегрирование суммы уравнений модели по времени в течение интервала Т дает:

О"К()Т + К[1)-(К4 +■ К5Т)гСп .откуда

гср " <Кд + К10/Т)/(К40/Т + К5). Эта формула, в частности, описывает изменение среднего уровня заполнения СР,и, следовательно, прироста "лестницы" с изменением частоты стимуляции или длительности ПД.

Получить точное аналитическое решение системы уравнений (1) для переходного процесса при ритмической стимуляции после покоя не удается из-за наличия нелинейного члена кзгс. Проведенный анализ приближенных аналитических оценок и результатов вычислительных экспериментов по данным, полученным в опытах на животных, показал, что предложенная модель становится не адекватной в области больших К3 и Ко при малых К[, где - наблюдается существенное расхождение между теорией и вычислительным экспериментом уже при К3 ~ 1. В то же время с помощью предложенной модели удалось имитировать различные ритмоинотропные феномены, наблюдаемые в экспериментах на миохарде лягушки и морской свинки.

При стандартном наборе значений коэффициентов для миохарда лягушки воспроизводится положительная "лестница". В ходе проведенных вычислительных экспериментов исследовались изменения формы "лестницы", наблюдаемой при включении ритмической стимуляции частотой 0.5 Гц, при последовательном отклонении коэффициентов модели от их стандартных значений (рис.4).Показано,что форма "лестницы" наиболее чувствительна к изменениям значений коэффициента Ко и соотношения Ко : К! .

Увеличение коэффициента Ко сглаживает положительную "лестницу" и даже может обратить ее в отрицательную при увеличении силы каждого сокращения в "лестнице" из-за увеличения притока Са^-ь в клетку и в еще большей степени из-за повышения уровня во внутриклеточных депо.

Увеличение стационарного компонента Са^ + -притока в клетку (Ко) в комбинации со снижением потенциалзависимото входа (К1) превращает исходную положительную "лестницу" в выраженную отрицательную "лестницу". Снижение потенциал зависимого входа Са^+ (К}) само по себе сглаживает положительную "лестницу".

Коэффициент К3 связан с выбросом Са2 + из депо, имеющим нелинейный характер. Снижение этого коэффициента до нуля устраняет рвтмоинотропную зависимость, а его увеличение по сравнению со стандартным значением для лягушки приводит к возрастанию крутизны РИО.

Увеличение коэффициента К2 , описывающего захват Са2+ во внутриклеточные депо, приводит к снижению амплитуды и укорочечению фазы расслабления отдельных сокращений, снижает постоянную времени "лестницы" (т.е. крутизна РИО возрастает). Рост коэффициентов К4 и К5 снижает амплитуду сокращений, значительно понижает константу времени

А,

0.8

шшиуушшмшм

М1

[ММ

1111

0 16 32 1 0

с г

I Шишшшш

0 16 32 I 0

с г

2.4

0.8

.щ

мщ

0 16 32 с 0 16 32 с с г

32 г 0 16 32. г

Рис. 4. Влияние притока ионов Са из внеклеточной среды и из внутриклеточных депо на форму "лестницы" в модели (1). Моделируется периодичесхая стммуляция (частота 0,5 Гц, длительность ПА 0,2 с) после длительного периода пскоя. Слева - изменения содержания ионов Са в миоплаз-ме, справа - во внутриклеточных депо. Значения коэффициентов (с*1): А) К0-2; Б) К„-г, К,-1; 8) К3-0; Г) К3-4.

положительной "лестницы" (особенно рост К5 >, т.е.увеличивает крутизну РИО.

В случае миокарда крысы, обладающего отрицательным РИО в норме, реакции крутизны РИО ва изменения коэффициентов К| и К4 противоположны вышеописанным.

На рис.5 в качестве иллюстрации представлены результаты вычислительного эксперимента при имитации с помощью модели увеличения амплитуды сокращений миокарда лягушки при ступенчатом повышении ритма раздражения. Полученные данные чрезвычайно сходны с получаемыми в опытах на животных. Существенно, что по нижней записи можно проследить изменение содержания Са2 + в СР в процессе ритмического сокращения.

Так же успешно с помощью этой модели удается имитировать переходные процессы, наблюдаемые в миокарде морской свинки и лягушки при возобновлении стимуляции сердечной мышцы после периода покоя.

Непременным требованием к модели было обеспечение возможности имитировать как "положительную", так и "отрицательную" ритмоинотропную зависимость и "отрицательную лестницу", характерную, в частности, для миокарда крысы. Анализ модели показал, что при нормальном проведении возбуждения в миокарде, падение силы сокращений в ответ на увеличение ритма стимуляции может быть обусловлено значительным уменьшением длительности ПД в указанных условиях, либо превышением стационарного поступления Са2 + в клетку над потенциалозависимым входящим потоком этих ионов (рис.6).

В опытах на папиллярной мышце крысы было установлено, что "отрицательное" РИО в диапазоне частот от 0,1 до 1 Гц не сопровождается достоверным изменением внутриклеточных потенциалов. Так, амплитуда ПД при частоте 0,1 и 1 Гц составляла соответственно 77.+3 мв и 76_+5 мв, величина ПП 63_+_3 мв и 66 + 5 мв. Изменение длительности ПД на двух уровнях измерения (10 и 50%) также было статистически незначимо (Р>0,05). Усредненные значения длительности ПД на 10% уровне представлены на рис.7 А, кривая 1. Следует отметить, что ПД папиллярной мышцы крысы при ритмической стимуляция с частотой 0,5 Гй статистически не отличается по длительности от первого ПД, зарегистрированного даже после 10-мннутной паузы в стимуляции.

Таким образом, установлено, что "отрицательная лестница" в миокарде крысы не связана с укорочением ПД. В таком случае следует допустить вторую возможность, что отрицательное РИО в сердце крысы обусловлено значительным превышением стационарного входящего потока Са2+ в клетку над потенциалзависимым потоком этих ионов.

Решение системы уравнений (1) показало, что при таком предположении удается с высокой степенью точности имитировать "отрицательное" РИО и "отрицательную лестницу" амплитуды сокращений миокарда крысы после покоя (рис.7). В этих вычислениях треугольную форму ПД, присущую кардиомиоцитам крысы, вводили в модель следующим образом: «С (0 - 1-к/т во время ПД,«А0)" О во время покоя.

11111111111

500мг

Рис.5. А-экспериментальная запись изменения амплитуды сокращений миокарда хелудочха лягушхи в ритмическом ряду при варьировании частоты стимуляции. Б-решение системы уравнений (1) при соответствующем подборе коэффициентов. В-изменение содержания ионов Са во внутриклеточных депо.

0 3 1С 21 12

о I » » л у

Рис.6. Рассчитанные изменения амплитуды сокращений миокарда при варьировании коэффициентов модели, представленных выше: А, Б-длительность ПД фиксирована и равна 200 мс, В-зависимость ПД от времени описывается формулой 6+0.4ехр(-0. и)]

Рис. Т. Имитация РИО в миокарде крысы с помочь» математической модели:

А: 1 - изменение длительности ПД 8 папиллярной мышце при увеличении частоты стимуляции препарата; г - изменение установившейся амплитуды сократительных ответов папиллярной мышцы от частоты стимуляции препарата; 3 - рассчитанные изменения силы сокращения препарата при следующих значениях коэффициентов модели: КЛ»1.9, К,-0.0003, К,-5,

К3-6, К4-г, К5-0. 08;

Б: рассчитанные изменения содержания Са во внутриклеточных депо.

Рис.8. Изменения внутриклеточных потенциалов и сократительной активности в миокарде желудочка лягушки в растворе Рингера, содержащем соединение А-600 и адреналин: А - лестница Боудича после покоя в течение 5 мин в растворе Рингера нормального состава; Б - через 20 мин после начала действия Д-600 (1 мкг/мл); В - через 5 мин после введения в раствор, содержащий А- 600, адреналина (1 мкг/мл); Г - импульсы ПД: 1 -первый после 60 сек периода покоя, 2 - установившийся, 3,4 -соответствующие им сокращения в растворе Рингера нормального состава; А - то же через 20 мин после добавления в раствор Д-600; Е - го же через 5 мин после добавления в раствор, содержащий Д-600, адреналина.

Следует отметить, что механизм "отрицательных" РИО за счет резкого укорочения ПД при повышении ритма раздражения имеет место в интактном миокарде черепахи и может быть реализован в искусственных условиях даже в сердце лягушки (рис.8).

Как следует из рисунка, длительность ПД в ответ на включение стимуляции полоски миокарда при совместном действии адреналина и соединения Д-600 от импульса х импульсу значительно уменьшается (е), что сопровождается крутой "отрицательной лестницей" (в). Укорочение ПД обусловлено снижением эффекта усиления Са-тока под влиянием адреналина в процессе ритмического раздражения под влиянием стимулозависимого действия блокатора Са-каналов соединения Д-600.

Таким образом, проведенный блокаторный анализ с помощью соединений, обладающих относительным специфическим действием на различные звенья электромеханического сопряжения, позволил оценить вклад ряда клеточных процессов в регуляцию сократимости миохарда. Была изучена чувствительность параметров одиночного сократительного ответа, статических и динамических хроноинотропных характеристик к изменению механизмов, обеспечивающих ионный гомеостаз клетки сердцз. На основании полученного большого экспериментального материала предложена математическая модель ЭМС в кардномиодате. Последняя позволяет имитировать широкий диапазон хроноинотропных эффектов, наблюдаемых п предсердии и в желудочке сердца лягушки, крысы и морской свинки. При этом имеется возможность количественно анализировать конфигурацию сократительного ответа. Кроме того, модель позволяет идентифицировать изменения физически значимых параметров внутриклеточных процессов по результатам доступных экспериментальному измерению мембранных потенциалов, сократительных ответов и хроноинотропных характеристик миокарда различных животных. Благодаря этому, с помощью модели можно количественно проверять внутреннюю непротиворечивость выдвигаемых гипотез относительно влияния различных физиологически ахтивных факторов, включая патогенные, на электромеханическое сопряжение в миокарде.

II. ИЗУЧЕНИЕ КЛЕТОЧНЫХ МЕХАНИЗМОВ ОСОБЕННОСТЕЙ ИНОТРОПНОЙ РЕАКЦИИ В ПАТОЛОГИЧЕСКИ ИЗМЕНЕННОМ МИОКАРДЕ

Известно, что нарушение насосной функции сердца больных с сердечной недостаточностью обусловлено набором патологических процессов, протекающих в миокарде. Поэтому, прежде чем приступить к изучению изменений ритмоинотропных отношений (РИО) в сердечной мышце экспериментальных животных под влиянием различных патогенных факторов, представляло интерес изучить ритмоинотропную реакцию миокарда больных с сердечной недостаточностью, попытаться выявить характерные для данного контингента больных особенности РИО, сопоставить зависимость "сила-частота", свойственные . различным отделам сердца человека. Доступными для таких исследований являются ущхо предсердия и папиллярная мышца кардиохирургических больных с приобретенными пороками, так как их удаление предусмотрено ходом операции по протезированию митрального

клапана. Ниже представлены данные по изучению ритмоинотропной реакции в этих тест-объектах.

2.1. РИТМОИНОТРОПНАЯ РЕАКЦИЯ В УШКЕ ПРЕДСЕРДИЯ И ПАПИЛЛЯРНОЙ МЫШЦЕ СЕРДЦА БОЛЬНЫХ С ПРИОБРЕТЕННЫМИ ПОРОКАМИ

Исследовали изменения установившейся амплитуды сокращений гребенчатых мышц ушка предсердия при ступенчатом повышении частоты стимуляции от 0,1 до 1 Гц с шагом 0,2 Гц.

Установлено, что, несмотря на относительную однородность контингента больных по этиологии заболевания, наблюдалась значительная вариабельность РИО (рис.9.А). Зарегистрирована как положительная, так и отрицательная амплитудно-частотная зависимость. В ряде опытов эта зависимость вообще отсутствовала. В некоторых экспериментах миокард не усваивал относительно высокие частоты раздражения.

Обнаруженное разнообразие РИО в миокарде пациентов может быть обусловлено рядом факторов: возрастными особенностями, разным функциональным состоянием миокарда, особенностями предоперационной терапии и т.д. Однако нельзя было исключить, что указанный разброс может быть связан со значительной неоднородностью патологически измененного ушка предсердия. Для проверки этой гипотезы из одного ушка предсердия выделяли не одну, а две близлежащие одинаковые по величине гребенчатые мышцы и в идентичных условиях снимали для каждой амплитудно-частотную характеристику. Исследования показали, что в 15 из 18 опытов отмечались количественные различия в зависимости "сила-частота". Однако кривые имели одинаковую направленность <рис.10А,Б,В). В остальных экспериментах реакция гребенчатых мышц в паре на изменение ритма стимуляции была противоположной (рис.10.Г). Максимальная скорость сокращения и расслабления в указанных условиях изменялись параллельно изменению величины сократительных ответов.

Возможно, что обнаруженная неоднородность по РИО в ушке предсердия развивалась под влиянием патологических процессов, приведших к сердечной недостаточности. Однако не исключено, что указанный феномен является свойством ушка предсердия нормального сердца. Для проверки этого предположения были выполнены контрольные эксперименты на миокарде здоровых собак. Результаты этих исследований неожиданно показали, что РИО в гребенчатых мышцах в каждой паре из одного ушка предсердия собаки также значительно разнятся. В 3 из 7 опытов в полосках миокарда в парах были зарегистрированы противоположно направленные амплитудно-частотные характеристики. Было сделано заключение, что ушку предсердия сердца человека и собаки свойственна значительная неоднородность по РИО.

Аналогичные исследования, проведенные на папиллярной мышце больных с приобретенными пороками сердца показали относительную однородность по РИО этих мышц. Следует отметить, что во всех 2$ опытах наблюдалось падение установившейся амплитуды сокращений папиллярной мышцы при увеличении ритма раздражения от ОД до 1 Гц ( рис .9.Б).

240

128

-3 88 48

-г

1.8

6.1 В.З ».5 8.?

1.6

/(Га)

Рис.9. Разнообразие зависимости "сила-частота" в сердце разных больных с приобретенными пороками сердца. А-ушко предсердия; Б-папиллярная мьшца.

8.1 8.3 1.5 8.7 1.В I

8.1 1.3 1.5 8.7

1.8

ПГ«)

8.1 8.3 8.5 8.?

Рис.10. Зависимость "сила-частота" двух близлежащих гребенчатых мышц, выделенных из одного и того же уака предсердия сердец 4-х больных с приобретенными пороками сердца.

Для получения дополнительной информации об особенностях ЭМС в патологически измененном миокарде человека в описанных выше опытах исследовали изменения сократительной активности гребенчатых и папиллярных мышц под влиянием сердечного гликозида-дигоксина, широко применяемого в клиниках.

Было установлено, что дигоксин <5-10~7 М) в той или иной степени во всех экспериментах вызывал увеличение силы сокращений патологически измененного миокарда. В среднем максимальный положительный инотропный эффект дигоксина на ушко предсердия был в два раза больше (314 + 31,4°/.) Сп = 36), чем на папиллярной мышце (147_+_5,3%) (п = 26). В отличие от того, что имело место в папиллярной мышце, в ушке предсердия был обнаружен значительный разброс максимального усиления сокращения под влиянием дигоксина: в 2-х опытах эффект вообще отсутствовал, в 17 опытах превысил 300%. Ушко сердца больных с приобретенными пороками сердца оказалось неоднородным не только по РИО, но и по инотропной реакции на дкгоксин. Разница в максимальном приросте силы сокращения под влиянием дигоксина в двух гребенчатых мышцах из одного ушка предсердия составила 104 ■*-17%. в то время как эта величина для двух полосок из одной папиллярной мышцы была равна з среднем 24.+.1-8%- Впоследствии была установлена значительная корреляция (К = 0,76) между параметрами, характеризующими неоднородность ушка предсердия сердца больных по РИО и по положительной инотропной реакции на дигоксин.

Обнаруженные выше особенности реакции сократительной активности больных сердечной недостаточностью отражают как индивидуальные свойства пациента, так и патологические процессы, протекающие в кардиомиоците под влиянием ряда факторов. Дефицит кислорода и субстратов для синтеза макроэргических фосфатов, избыток продуктов метаболизма, содержащих, в частности, свободнорадикальные соедивевия (три фактора ишемии), перегрузка сердца давлением, приводящая к возрастанию массы миокарда и увеличению размеров кардиомиоцитов (гипертрофия) рост концентрации К + в межклеточной среде, приводящий к деполяризации миокарда, механическое перерастяжение кардиомиоцитов, ацидоз - это далеко неполный перечень повреждающих факторов, приводящих к нарушению насосной функции сердца. В дальнейших исследованиях изучали изменения инотропной реакции миокарда на варьирование частоты стимуляции и на действие физиологически активных веществ под влиянием некоторых из перечисленных факторов и выявляли с помощью модели те звенья ЭМС в кардиомиоците, нарушение которых приводило к этим изменениям.

Принимая во внимание полученные ранее данные о том, что сердечная мышца исследованного контингента больных обладала как положительным, так и отрицательным РИО, в дальнейших экспериментах в качестве тесг-обьекта использовали папиллярную мьшщу сердца морской свинки и крысы. Эти животные, как отмечалось, имеют, соответственно, возрастающую и падающую амплитудно-частотные характеристики. Начнем с ишемии.

2.2. ИЗМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО СОПРЯЖЕНИЯ И РИТМОИНОТТОПНОЙ РЕАКЦИИ в ПАПИЛЛЯРНОЙ МЫШЦЕ КРЫСЫ И МОРСКОЙ СВИНКИ ПОД ВЛИЯНИЕМ ИШЕМИИ

В отличие от традиционно применяемой модели ишемии с помощью перевязки коронарных артерий, в данной работе была предложена методика, в которой ищемическое повреждение миокарда осуществлялось помещением сердца в сухой герметично закрытый бюкс на разные промежутки времени (15, 30, 45 и 60 мин.). Далее из сердца иссекалась папиллярная мышца, предназначенная для исследования. При таком подходе удавалось стабильно получать дозированное ишемическое повреждение сердечной мышцы. Эта методика имеет ряд и других преимуществ.

Исследования показали, что после 30-минутного выдерживания сердца морской свинки в условиях ишемии наблюдалось достоверное (Р<0,05) при ОД и 0,3 Гц изменение РИО в папиллярной мышце (рис. 11 А, кривая 3). Однако повышение силы сокращений при увеличении частоты стимуляции, характерное для миокарда морской свинки, сохранялось.

Пролонгирование периода ишемии до 45 мин. приводило к нарушению клеточных механизмов, обеспечивающих реакцию механической активности сердечной мышцы морской свивки на варьирование межимпульсного интервала раздражения (рис. 11 А, кривая 4).

После 60 мин. ишемии ступенчатое повышение ритма стимуляции вызывало падение установившейся нормированной амплитуды вызванных сократительных ответов папиллярной мышцы (рис.ПА, кривая 5). При относительно высоких частотах стимуляции регистрировали значительное угнетение сохратимости сердечной мышцы.

Описанные выше эффекты сопровождались характерными изменениями внутриклеточных потенциалов. Так, 60-минутная ишемия приводила к достоверному (Р<0,05) уменьшению ПД с 102.+.4 мВ (контроль) до 81_±_6 мВ и снижению ПП с 75_+2,3 мВ до 64_+.2 мВ. Следует отметить, что наблюдаемое в контроле 30% укорочение ПД в ответ на 10-кратное повышение частоты раздражения после 45 мин. ишемии сердца морской свинки было в 1,5 раза менее выраженным.

Известно, что миокард крысы в норме обладает падающей амплитудно-частотной характеристикой (рис. И Б, кривая 1). Даже небольшое (0,2 Гц) повышение ритма раздражения вызывало статистически достоверное снижение установившейся амплитуды сократительных ответов.

Ишемия в течение 15 минут качественно не изменяла РИО в папиллярной мышце, крысы: увеличение частоты стимуляции приводило к монотонному снижению установившейся амплитуда сокращений (рис. 11 Б, кривая 2). Однако, при низких частотах было зарегистрировано достоверное (Р < 0,05) различие в нормированных кривых 1 и 2.

30-минутная ишемия приводила к 4-х кратному повышению порога возбудимости папиллярной мышцы крысы. При этом сократимость снижалась более чем в 2 раза. Зависимость силы сокращений миокарда крысы от частоты раздражения практически отсутствовала (рис.11 Б, кривая 3). Достоверные

РМ

8.1 8.3 8.$ 8.7

-КГц)

1.8

8.1 8.3 8.5 8.7

Рис.П. Изменение ритмоинотропной зависимости папиллярной кьшцы морской

свинки {А} и крысы (Б) под влиянием ишемии различной продолжительности. 1 - контроль; 2,3,4,5 - ивемия соответственно 15,30,45 и 60 минут.

8.4

1.5 1.4 1.2 1.« 8.8

8.1 1.3 8.! 1.7

-((Гц)

1.8

8.1 8.3 8.5 8.7

1.8

Рис.12. Моделирование изменений РИО в миокарде морской свинки (А) и крысы (Б) под влиянием ишемии. к К(-10, К«»2, К5-0,2, В »0,2, а также Ко"'»2» (кривая 1);

Кп-0,6, К1-2.5, Кя-2 (кривая 2); Ка-1, К»-4, К.-1 (кривая 3); Б: Ко-0,1, К<«2, Кч-10, К5-0,1, В-0,1, а также К2-20, ^-100 (кривая 1); Кг-10, «1-50 (кривая 2); Кг-10, Кэ-200 (кривая 3).

изменения внутриклеточных потенциалов в папиллярной мышце наблюдали только после выдерживания сердца крысы в условиях ишемии в течение 30 минут. В этих опытах ГШ достоверно снижался на 10 мВ, а амплитуда и длительность ПД - в 1,5 раза. Зависимость параметров внутриклеточных потенциалов миокарда крысы от частоты стимуляции, так же как и в

контроле, отсутствовала.

Следует отметить, что изменение величины сократительных ответов в сердечной мышце морской свинки и крысы под влиянием ишемии различной продолжительности сопровождались сходными изменениями максимальной скорости сокращения и расслабления, а также продолжительности соответствующих фаз при возрастании частоты раздражения.

Таким образом, представленные выше данные указывают ва то, что ишемия нарушает ЭМС в миохарде, обеспечивающее реакцию сократительной активности последнего на варьирование частоты сокращения. Существенно, что этот феномен не зависит от неходкого харахтера РИО в сердечной мышце (падающая или возрастающая кривая "сила-частота").

Следует отметать, что увеличение продолжительности периода ишемии приводило к прогрессирующему угнетению сократительной ахтивносги папиллярной мышцы сердца крысы и морской свинки при базовой частоте стимуляции. Однако этот эффект, видимо, не связан с повреждением сократительных белков, так как усиление поступления Са^+ в клетку во время ПД с помощью адреналина (5 1(Н> М) восстанавливало на 70% силу сокращения папиллярной мышцы, подвергшейся ишемии. Этот вывод хорошо согласуется с литературными данными (Allen D.O. et al.,1987).

Ниже представлены результаты исследования с помощью методов математического моделирования изменения ЭМС в кардиомиоцитах сердца крысы и морской сванки под влиянием ишемии.

Из рис.12 видно, что при значениях коэффициентов математической модели ЭМС, подобранных для имитации РИО морской свинки в контроле, расчетное стационарное РИО является положительным и характеризуется высокой крутизной (рис.12А, кривая 1). Было проверено предположение, что сглаживание РИО при ишемии обусловлено снижением функции оперативных Са-депо и увеличением стационарного входа ионов Ca в клетку. Расчет стационарной зависимости при увеличении коэффициента Kq, описывающего стационарный компонент входа Ca 2 + в клетку на фоне снижения коэффициентов К2 и К3 , описывающих захват Са^+ в депо и выброс из депо, показывает, что в этом случае сохраняется положительное РИО, однако крутизна снижается (рис.12 А, кривая 2). Если же в наборе коэффициентов, имитирующих РИО морской свинки, одновременно снизить коэффициент К3, описывающий выброс Са^+ из депо, и увеличить стационарный вход Са^ + (коэффициент К{)), то наблюдается сглаживание РИО, так что сила сокращений практически перестает зависеть от частоты раздражения (рис.12А, кривая 3), что качественно воспроизводит ситуацию, наблюдаемую в эксперименте на миокарде морской свинки при длительности ишемии порядка 30 минут. Существенно, что при указанных значениях коэффициентов модели

одновременно удовлетворительно имитируются и другие зарегистрированные феномены.

Данные моделирования РИО в миокарде крысы при ишемии представлены на рис.12 Б. Исходное отрицательное РИО (кривая 1) несколько сглаживается (крутизна уменьшается), если в стандартном наборе коэффициентов модели, имитирующих РИО крысы, снизить значения коэффициентов К2 и К3, описывающих соответственно скорости захвата и высвобождения Ca2* из внутриклеточных депо (рис.12Б, кривая 2). Дальнейшее сглаживание расчетной кривой РИО, соответствующее данным эксперимента на миокарде крысы, подвергнутом ишемии

продолжительностью 30 минут, обеспечивается при одновременном снижении захвата (коэффициент К%> и увеличении выброса Са2+" (коффициент К3) из внутриклеточных депо (рис.12Б, кривая 3).

Таким образом, исследования с помощью математической модели ЭМС в кардиомиоците показали, что общим для механизмов модификации ЭМС в миокарде крысы и морской свинки а условии ишемии является нарушение депонирующей способности СР. Этот вывод подкрепляется рядом экспериментальных данных.Так, показано, что папиллярная мышца морской свинки утрачивает способность реагировать изменением амплитуды сокращений на варьирование частоты стимуляции при "выключенном" рианодином CP (Flint et а]., 1985). Аналогичный эффект был получен на миокарде крысы с помощью кофеина, тормозящего захват и усиливающего освобождение Ca2 + из СР. Обнаружено снижение секвестрирующей способности изолированных везикул CP сердца собак и морских свикок под влиянием ишемии (Krause S., Hess H.L., 1988; Yoshida Y. et al.,1990).

В рамках развиваемых представлений об ЭМС в кардиомиоците, согласно данным вычислительных экспериментов с помощью модели (1), зарегистрированная трансформация "положительной лестницы" в миокарде морской свинки в " отрицательную " после 60 минутной ишемии может быть связана с клеточными перестройками, при которых стационарный поток Ca2 + превалирует над погенциалзависимым вхождением Са2+ в клетку. Такое предположение хорошо согласуется с данными об избыточном

стационарном поступлении Са2 + в клетку в условиях ишемии (Меерсон Ф.3.,1984, Cbienetat K.R., 1985). Существенно, что при этом обнаружено уменьшение входящего медленного Ca - тока (Райскива М.Е., Фельд Б.Н., 1984).

Для дополнительной верификации данных вычислительных исследований было проанализировано изменение клеточного механизма положительного инотропного действия дигоксина под влиянием ишемии, т.к. дигоксин одновременно влияет на несколько звеньев ЭМС в кардиомиоците. В самом деле, согласно современным представлениям, дигоксин усиливает сокращение миокарда, ингибируя Na.K-АТФазу поверхностной мембраны, что приводит к накоплению Na+ в клетке, который обменивается в результате Na-Ca обмена на наружный дополнительный Ca2"*" (Akera Т.,1981). Считалось, что в кардиотоническом действии дигоксина лимитирующим является его взаимодействие с соответствующим рецептором. С этим связывалась

высокая эффективность дигоксина на миокарде морской свинки и практически полное отсутствие таковой па миохарде крысы. Наши

исследования, однако, показали, что, несмотря на сохраняющееся ингибирование дигоксином №,К-АТФазы в ишемически поврежденном миокарде морской свинка, положительный инотропный эффект этого вещества не проявляется. Более того, неожиданно обнаруженное угнетение ИаД-АТФазной активности в ишемически поврежденном миокарде крысы под влиянием дигохсина также не приводило к усилению сокращений папиллярной мышцы. Причины неэффективности дигоксина на ишемизированной сердечной мышце связаны с нарушением депонирующей способности СР в ишемизированном миокарде, необходимой для секвестрации дополнительного Са24 , поступающего в клетку в обмен на избыточный Ыа+ при действии дигохсина.

23. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО СОПРЯЖЕНИЯ И РИТМОИНОТРОПНОЙ РЕАКЦИИ в МИОКАРДЕ, ПОДВЕРГШЕМСЯ ПЕРЕГРУЗКЕ ДАВЛЕНИЕМ

Наряду с ишемией, непременным процессом, развивающимся в миокарде при сердечной недостаточности, связанной с перегрузкой, является гипертрофия кардиомиоцигов. Одна из характерных особенностей этого сложного процесса заключается в увеличении геометрических размеров клеток сердца. Следует отметить, что, несмотря на многочисленные работы (Swynghedauw В.,1989), многие вопросы, касающиеся ЭМС в гипертрофированном кардиомиоците, остаются открытыми. В значительной мере это объясняется трудностями связанными с выбором экспериментальной модели гипертрофии на животных и отсутствием адекватных методических подходов. В настоящей работе осуществлена идентификация с помощью предложенной математической модели (1) звеньев ЭМС в кардиомиоците, ответственных за изменение РИО в гипертрофированном миокарде.

Были предприняты попытки добиться увеличения размеров кардиомиоцигов крыс путем сужения брюшной аорты с последующей физической нагрузкой животного; с помощью удаления легкого и т.д. Наиболее приемлемым охазалось использование крыс ЭНИ со спонтанной гапертензией ( среднее артериальное давление 188.3 4 7.5 мм.рт.ст.). В качестве контроля использовали крыс \VfCY (среднее артериальное давление -132.3 + 1.5 мм.рт.ст.). Нормированная на массу животного масса сердца для этих животных составляла соответственно 4.9 + 0.1 и 3,9 + 0,2. а диаметр кардиомиоцнтов папиллярных мышц - 11.0 + 0.8 мкм и 8.4 + 04 мкм. Различия достоверны < Р<0,05 ).

При сопоставлении результатов, полученных на сердцах этих крыс, не было обнаружено статистически достоверных различий в реакции параметров внутриклеточных потенциалов (ПП и ПД) и временных характеристик сократительных ответов на изменение ритма стимуляции. Установлено, что ритмоинотропная зависимость в папиллярной мышце хрыс БШ? качественно не отличается от таковой в сердце крыс У/КУ - с увеличением частоты раздражения нормированная установившаяся амплитуда

сокращений падала. Достозериое превосходство величины сократительных ответов миокарда крыс 8Н11 по сравнению с контролем отмечалось при относительно низких частотах стимуляции (0,1 и 0,3 Гц). В ушке предсердия описанные эффекты были еще более выраженными (рис.1 ЗА). Особенно отчетливое различие наблюдалось при изучении зависимости "амплитуда первого сокращения после покоя -продолжительность паузы" (рисЛЗБ). При этом тесте соответствующая кривая для сердца крысы БНЯ была достоверно выше, чем для крыс №КУ. Так, амплитуда первого сокращения после 60 с. паузы стимуляции нормированная на амплитуду установившегося сокращения при частоте 0,5 ГЦ, для крыс вНК составляла 137.2 + 8,8. в то время как для крыс Ч/КУ эта величина была равной 149.4 + 12,2.

Для анализа полученных данных с помощью математической модели ЭМС в кардиомиоците было необходимо в явном виде учесть геометрические параметры миокардиальной клетки. С этой целью предложенная нами система уравнений (1) была переписана с введением концентраций Са^* в миоплазме (Э и внутриклеточном депо (?) и объемов соответствующих компаргментов (Ус , Уг), а также площадей (5С,8Г) их поверхностей.

После перехода от концентраций к содержанию Са^+ в комлартментах (вводим новые переменные с = сУс и г = гУг ), получим для с и г систему уравнений, вид которой совпадает с исходной системой(1), если коэффициенты К[,описывающие__ интенсивность межкомпартментных потоков, связаны с коэффициентами К;, - обозначающими их плотность, и геометрическими параметрами клетки^едукяцими соотношениями:

Ко8с = Ко; К^с = К1; К25г / Ус - К2; КзБг /<УСУГ) =К3;

К^ге / Уг = К4; К5$ге I Уг = К5.

Полученные соотношения позволяют изучать влияние на хроноивотропную зависимость как геометрических размеров хардиомиоцитов и СР, являющегося основным внутриклеточным оперативным Са-депо , так и изменений активности механизмов, обеспечивающих транспорт через

сарколемму и мембрану СР.

Рассмотрим прежде всего влияние на хроноинотропию сердечной мышцы объемов клетки и СР, а также сечения участка, через который осуществляется вывод Са^+ из СР наружу. Результаты соответствующих вычислительных экспериментов представлены на рис.13 и в табл.1. В табл.1 статическая ритмоинотропная зависимость характеризуется крутизной параметром, коррелирующим с функциональным состоянием сердечной мышцы . При этом в наших расчетах крутизну вычисляли как отношение установившейся амплитуды сокращений при частоте стимуляции 0,1 Гц к установившейся амплитуде . сокращений при частоте 1 Гц. В ходе вычислительных экспериментов рассматривались три основные альтернативы: 1) увеличение (в расчетах - вдвое) величины Ус при неизменном объеме депо Уг ; 2) одновременное и равное увеличение Ус и Уг; 3) увеличение объема депо (Уг) при неизменном объеме миоплазматического компартмента (Ус). Для каждого из этих случаев рассмотрены также две возможности: 1) изменение объемов не влияет на площадь поверхности 8ге,

через которую происходит отток Са^ + Из депо во внеклеточную среду; 2) площадь поверхности возрастает. При расчетах полагали, что все объемы возрастают вдвое, а поверхности компартментов - соответственно в 2^/3 раза. В качестве дополнительных возможностей были рассмотрены следующие варианты изменений параметров системы электромеханического сопряжения: 1) уменьшение (в наших расчетах - вдвое) активности Са-АТФазы, точнее, плотности штока Са2 + из миоплазмы во внутриклеточные депо; 2) увеличение поверхности контактов внутриклеточных депо и миоплазмы, не сопровождающееся сколько-нибудь значительным ростом объемов

компартментов. Результаты соответствующих вычислительных экспериментов представлены в табл.1 (строки 8,9), а также на рисЛЗВ (кривые8,9).

При неизменной величине параметра Sre увеличение объема клетки при неизменном объеме внутриклеточного депо (табл.1, строха 2) ведет к уменьшению крутизны статической ритмоивотропной зависимости. При этом кривая механической реституции (рисЛЗВ .кривая 2) сдвигается вниз по сравнению с контролем (рис.13В,кривая 1) - сила сокращений уменьшается во всем диапазоне продолжительностен пауза в стимуляции. Напротив, увеличение объема депо при неизменном объеме клетки приводит к возрастанию крутизяы стационарной ритмоинотропной зависимости (табл.1) и силы сокращения после перерыва в ритмической стимуляции. Одновременное двукратное увеличение объемов Vc и Vr приводит к незначительным изменениям как динамической, так и в особенности статической хроноинотропной характеристики миокарда. При этом кривая механической реституции становится более пологой: для малых длительностей паузы (до 40 с) сила первого по возобновлении стимуляции сокращения меньше, чем в контроле, а для более длительных пауз - больше. Таким образом, выдвинутые выше альтернативные гипотезы о возможном механизме особенностей хрскоикотроляой реакции гипертрофированного миокарда ведут, согласно данным математического моделирования, к качественно различным изменениям характера статических и динамических хроноинотропных характеристик миокарда.

Сравнивая результаты экспериментальных и вычислительных исследований, можно сделать вывод, что из перечисленных выше гипотез о механизме особенностей РИО в гипертрофированном миокарде с точки зрения изменений в геометрии компартментов клеток сердечной мышцы, ответственных за процессы активации сократительных белков, наиболее вероятной является гипотеза, согласно которой при гипертрофии

наблюдаемые эффекты обусловлены возрастанием объема внутриклеточного Са-депо. Увеличение общего объема кардиомиоцитов менее существенно.

Качественно сходные результаты были получены для миокарда морской свинки. Сделанные выводы подкрепляются данными морфологических исследований, согласно которым в гипертрофированном миокарде объем СР увеличивается пропорционально общему объему клетки (Poche et al,1968).

8.1 8.3 8.5 8.7 I

Г (Гц)

15 (I

Рис.13.

А-статические хронотропные характеристики ужа предсердия крысы с нормальным (1) и гипертрофированным (2) сердцем.

Б-криэые механической реституции ушка предсердия крысы с нормальным (1) и гипертрофированным (2) сердцем.

В-рассчетные кривые механической реституции: амплитуда первого сокращения при возобновлении ритмической стимуляции после перерыва длительностью ^ с. Геометрические параметры расчетов даны в таблице в строке, отвечающей номеру кривой.

188

Таблица 1.

та крысы

Влияние геометрических параметров (усл. ед.) кардиомиоци->ысы и его внутриклеточных компартментов на ритмоинотропнув

Набор Геометрические параметры Крутизна

параметров -X к

Тс" Тс"| "ч'г '|1Г| 1Уе~

1 (контроль) 1 12/3 1 1 1 га 2,046

г 2 1 1 1 20 1,765

3 2 ,2/3 1 1 2 го 1,36

4 2 22/3 г 2 1 20 2, 047

5 2 22/3 2 ,2/3 2 20 1,965

б 1 1 2 2 ^ 1 , 20 3,52

7 1 1 1 ] 2 2 22/3 20 2,633

8 1 1 1 10 1,69

9 2 1 20 2 31

Значения остальных коэффициентов модели, подобранные для миокарда крысы, равны (N1 - N9): К^* 0.1; К » 10; 300; (ч1 й 10» К.в 0.1 .

4 £

2.4. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ СОПРЯЖЕНИЕ И РИТМОИНОТРОПНАЯ РЕАКЦИЯ В МИОКАРДЕ ПРИ ЧАСТИЧНОЙ ДЕПОЛЯРИЗАЦИИ ИЗБЫТКОМ ионов КАЛИЯ В СРЕДЕ И ПРИ ПЕРЕРАСТЯЖЕНИИ

Известно, что при ишемия или инфаркте миокарда концентрация ионов К в межклеточной среде может повышаться во много раз, что приводит к деполяризации и, как следствие, к локальному механическому напряжению сердечной мышцы. Как при этом изменяется ияотропная реакция миокарда на варьирование ритма стимуляции и каковы перестройка в ЭМС кардиомиоцита, приводящие к этим изменениям, рассмотрено в настоящем разделе работы.

КАЛИЕВАЯ ДЕПОЛЯРИЗАЦИЯ МИОКАРДА

Повышение внеклеточной концентрации К* с 4,7мМ до 10 мМ приводило в папиллярной мышце сердца крысы к снижению ПП до 61 + 5.2 мВ (контроль 73 + л".2мВ) и амплитуды ПД до 69 + 6,9 мВ. Зависимость этих параметров от частоты при повышенном содержания К+ в среде статистически недостоверна, как и в контроле. Амплитуда установившихся сокращений папиллярной мышцы на базовой частоте 0,5 Гц снижалась до 61 + 5.9°/. от исходной. "Отрицательная" зависимость "сила-частота" сохранялась при частичной К-деполяризации миокарда (рис.14 А). В этих условиях, однако, как ввдно из рисунка, кривая РИО при повышении концентрации К+ в среде имеет увеличенную крутизну (кривая 2) по сравнению с контрольной (кривая 1). Обе кривые хорошо апроксимируютса моноэкспоненциальной функцией. Показатель экспоненты (Ю в контроле был равен 1,05 при концентрации К+ в среде ЮмМ - 2,4. Частичная К-деполяркзация папиллярной мышцы сердца крысы не изменяла зависимости от частоты стимуляции фазы сокращения и расслабления. Качественно сходные данные были получены для ушка предсердия крысы.

С целью получения дополнительной информации об

электромеханическом сопряжении в клетках сердца при избытке ионов К в среде впервые был проведен систематический фармакологический анализ механизма калиевой контрактуры миокарда лягушки. Показано, что все воздействия, уменьшающие входящий поток ионов Са через мембрану миокардиальной клетки в период, непосредственно предшествующий инициации К-контрактуры, снижают вплоть до полного подавления фазическую компоненту контрактуры, мало изменяя ее тоническую компоненту. Напротив, все воздействия, увеличивающие поступление ионов Са в миокард, и, соответственно, во внутриклеточные Са-депо (Рис.3), увеличивают величину фазической компоненты. Обработка ритмически стимулируемого миокарда кофеином увеличивает амплитуду фазической компоненты К-контрактуры, главным образом, за счет замедления фазы расслабления и увеличения времени нарастания до пика. Адреналин, усиливающий захват ионов Са внутриклеточными депо, снижает амплитуду фазической компоненты без существенных изменений ее кинетики. Усиление стационарного входящего и ослабление выходящего потоков ионов

Рис.14. Изменение РИО в папиллярной мыюце крысы при частичной К-деполяризации (А) и имитация этого эффекта с помощью модели (Б). А:1 - контроль; 2 г увеличение ионов К в среде с 4,7 мМ до 10 мМ.

Б: значения коэф<рициентоа модели (1): К,-2; К5-0,1; 0-0,1, а также для кривой 1- К0«О,1; для кривой 3 - К0-О,05.

Кг«20; Кз»100; К*«10; для кривой 2 - К0-0,2;

2.5 2.0 1.5 1.8 8.5

£ (Гц)

8.5

1.8

Рис.15. Зависимость "сила-частота" при различных длинах папиллярной мьшцы

сердца крысы (А) и имитация А:1 - I. опт; 2 - 0,7 !_ опт; 0=0,1; а также для кривой 1 -

вой г - К„-0,1; К,-2; Кг-10:

К2=40; К3-100; для кривой 4 -

этого феномена с помощью модели (Б). 3 - 1,2 I опт. Б: К,-2; Кл-10; К5-0,1; К„*0,1; К,-2; Кг=20; К3-100; для кри-

К3=!00; для кривой 3 - К0 К0=О, 1 б; К,- 2; КЛ- 10; К3

■0,1; К<-■50.

Са в период тонической компоненты К-контрактуры приводит к возрастанию механического напряжения миокарда. На основании полученных данных сделан вывод, что фазическая компонента К-контрактуры возникает в результате освобождения ионов Са из внутриклеточного Са-депо во время деполяризации мембраны. Тоническая компонента К-контрактуры обусловлена, в основном, стационарным входящим потоком ионов Са по механизму потенциалзависимой Ыа-Са обменной диффузии. Этот вывод хорошо согласуется с литературными данными и имеет принципиальное значение для понимания изменения РИО в миокарде крысы при повышении внеклеточной концентрации ионов К.

Ниже представлены результаты вычислительных экспериментов с помощью предложенной модели ЭМС в кардиомиоците. Расчеты показывают, что изменения скорости стационарного входа Са^+ (коэффициент Кд) оказывают существенное влияние на крутизну кривой РИО. Из рис.15 видно, что повышение указанного коэффициента приводит к увеличению крутизны исходно отрицательной кривой РИО (ср.кривая 1 и 2). При этом модель хорошо имитирует эффекты, наблюдаемые в экспериментах при частичной К-деполяризацни миокарда крысы. Напротив, снижение стационарного входа ионов Са в клетку, согласно данным моделирования, приводит к сглаживанию кривой РИО (кривая 3). Таким образом, в рамках модели ЭМС влияние гаперкалиемии на РИО в миокарде крысы может быть объяснено увеличением стационарного компонента входящего Са-потока з кардиомиоците. Модель одновременно хорошо имитирует развитие К-контрактуры в миокарде.

ПЕРЕРАСТЯЖЕНИЕ МИОКАРДА

Папиллярную мышцу помещали в физиологический раствор в растягивали ее до минимальной длины (Ц>), при которой удавалось зарегистрировать стабильные сокращения. Затем мышцу растягивали с шагом, кратным 0,125 мм.

Последовательное увеличение длины папиллярной мышцы при стимуляции с базовой частотой 0,5 Гц приводило к росту амплитуды одиночных сокращений вплоть до некоторой длины 1опт > при которой достигалась максимальная амплитуда сокращений Рмакс .При длине препарата, примерно равной 0,7 1-ощ. , амплитуда изометрических сокращений составляла 31_+.5,8% Рмакс; перерастяжение препарата до 1,2 Г^щ. вызывало . -снижение амплитуды сократительных ответов в среднем до 66+ 7,3% Рмакс.

Для сопоставления формы кривой РИО папиллярной мышцы крысы в контроле ( при дайне мышцы ^щ. ) и при перерастяжении (длина мышцы 1,2 1опт> "перетянутая" мышца) силу установившихся сокращений замеряли для 5 различных частот стимуляции в диапазоне от 0,1 до 1,0 Гц.

При оптимальной длине препарата скачкообразный переход с базовой частоты стимуляции 0,5 Гц на относительно низкий ритм раздражения 0,1 Гц вызывал повышение амплитуды сократительных ответов сердечной мышцы . После завершения переходного процесса амплитуда сокращений выходила на стационарный уровень. Последующее повышение частоты раздражения папиллярной мышцы приводило к резкому снижению

величины сократительных ответов (рис.15А, кривая 1). Даже небольшое (с 0,1 до 0,3 Гц) повышение частоты стимуляции вызывало статистически значимое <п » И, р < 0,05 ) снижение нормированной установившейся амплитуды сократительных ответов (на 18 + 7%).

Растяжение папиллярной мышцы сердца крысы до длины порядка 1,2 Гопт приводило к количественным изменениям параметров РИО по сравнению с контролем. В то же время "отрицательная" кривая РИО, характерная для папиллярной мышцы крысы при LonT, сохранялась. На рис.15А, кривая 3 представлены результаты этой серии опытов (п = 8). При длине препарата 1достоверно (р < 0,05) снижена амплитуда сокращений при низких частотах раздражения (0,1 и 0,3 Гц) на 24+_7% и 8 + 3% соответсгвенно.Амплигуда сокращений на высоких частотах (0,7 и 1,0 Гц) была достоверно больше (на il±.4% и 16_+4% соответственно), чем при Lout (ряс.15А, кривые 1,3). Ритмоинотропная зависимость в папиллярной мышце сердца крысы при 0,71опг также отличается от контроля (кривая 2).

Таким образом, показано, что крутизна РИО зависит от относительной длины препарата и существенно снижается при его перерастяженяи. Оценки крутизны ритмоинотропной характеристики в промежуточных точках зависимости "длина-сила" показали, что 1) длина мышцы, при которой достигается максимум силы сокращений, зависит от частоты стимуляции; 2) максимальный наклон ритмоинотропной

характеристики наблюдается при длине препарата, составляющей 90-95% оптимальной длины, определяемой на базовой частоте сокращений.

Представленные выше данные можно попытаться интерпретировать, исходя из изменения чувствительности сократительных белков сердечной мышцы к ионам Ca (Lewartowski В., 1986). Однако совершенно очевидно, что определенный вклад в снижение кривой РИО при перенатяжении папиллярной мышцы сердца крысы могут вносить сдвиги в некоторых процессах ЭМС в кардиомиоците. В частности, известно, что перерастяжение полоски миокарда приводит к изменению обмена Ca2 + с CP (Chuck L., Parmley W,1980) и дополнительному поступлению ионов Na и Ca в клетку, которое может даже привести к спонтанной генерации ПД (Kaufmann, 1972).

Нами были проведены исследования возможного механизма изменений РИО под влиянием перерастяжения с помощью математической модели электромеханического сопряжения (1). В частности, на рис. 15 Б показаны кривые стационарной зависимости "частота сила", полученные на модели при наборе значений коэффициентов, описывающем потоки ионов Ca в кардиомиоците крысы в норме (кривая 1) и при изменении скоростей обмена ионов Ca между миоплазмой и внутриклеточными депо, а также стационарного входа ионов Ca. в кардиомиоцит.

Из данных вычислительных экспериментов следует, что при снижении интенсивности захвата ионов Ca из миоплазмы во внутриклеточные депо, как и в контроле, наблюдается отрицательная ритмоинотропная характеристика, однако ее крутизна существенным образом снижается (рис.15 Б, кривая 2). ГГри этих значениях коэффициентов наблюдается также сглаживание зависимости силы первого сокращения в

ритмическом ряду после паузы в стимуляции от продолжительности последней. Этот эффект качественно близок к соответствующим характеристикам полоски миокарда крысы, экспериментально регистрируемым в условиях

перерасгяжения.

Противоположный эффект наблюдается при увеличении

коэффициента К2, описывающего скорость захвата иовов Са во внутриклеточные депо. Крутизна статической ритмоинотропной

характеристики в этом случае возрастает (рис.15 Б, кривая 3 ), а относительная сила первого сокращения после паузы в ритмической стимуляции выше, чем в контроле.

Б соответствии с вышеизложенными литературными данными, мы также попытались смоделировать ритмоинотропные эффекты в перерастянутом миокарде крысы, одновременно повысив коэффициент Ко, описывающий стационарный вход ионов Са в клетку сердечной мышцы, и снизив коэффициенты К2 (захват ионов Са во внутриклеточные депо) и К3 (выброс ионов Са из депо в миоплазму).В этом случае наблюдается сглаживание как стационарной кривой "частота-сила" (рис.15 Б, кривая 4), так и зависимости силы сокращения при возобновлении ритмической стимуляции от продолжительности предшествующей паузы.

Таким образом, проведенные исследования показала, что изменения РИО в миокарде под влиянием патогенных факторов дают чрезвычайно важную информацию, необходимую для понимания перестройки ЭМС в необратимо поврежденном миокарде. Во избежание ошибочных выводов необходимо подвергать одновременному анализу совокупность параметров, характеризующих реакцию сократительной активности миокарда на скачкообразное изменение частоты сокращения и возобновление раздражения сердечной мышцы после- покоя. Существенные сведения об ЭМС в миокарде могут быть получены из рассмотрения формы сократительного ответа при варьировании ритма раздражения.

3. ИДЕНТИФИКАЦИЯ НАРУШЕНИЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО СОПРЯЖЕНИЯ И ОЦЕНКА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ МИОКАРДА, ПОДВЕРГШЕГОСЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМ ФАКТОРАМ, ПО ИЗМЕНЕНИЯМ РИТМОИНОТРОПНОЙ РЕАКЦИИ

3.1. СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ МИОКАРДА

Проведенные исследования показали, что зависимость "сила-частота" в миокарде чрезвычайно чувствительна к различным воздействиям. Изменения этой зависимости можно охарактеризовать количественно, например, скоростью изменения нормированной установившейся амплитуды сокращений полоски миокарда при ступенчатом увеличении частоты раздражения. Принимая во внимание, что амплитудно-частотная характеристика в контроле и после воздействий как для миокарда крысы, так и для сердца морской свинки хорошо аппроксимируется моноэкспоненциальной функцией, вычисление указанной скорости (И) после линеаризации кривой не вызывает трудностей.

Анализ полученных данных показал, что при ухудшении функционального состояния миокарда крысы, в частности, параметр К снижается. Для интактной папиллярной мышцы й приближается к 1.При значительном необратимом повреждении, например, после 30 минут ишемии й приближается к нулю.

Было проведено сопоставление изменения параметра К по мере усугубления повреждения папиллярной мышцы крысы под влиянием ишемии с изменениями ультраструктуры и уровнем содержания АТФ в миокарде. Установлено, что каждому изменению крутизны кривой РИО соответствует вполне определенное падение уровня АТФ и нарушение структуры кардиомиоцитов. Показано, что параметр К более чувствителен к ишемическому повреждению, чем традиционно применяемые параметры для оценки сократительной активности полоски миокарда (рис.16). Из приведенного рисунка следует, что амплитуда ПД, величина ПП, длительность ПД, амплитуда сокращения, длительность фаз сокращения практически не изменялись после 15 минутной ишемии. В то же время параметр Н, характеризующий РИО, снижался в 1,5 раза. После 30 минут ишемии наиболее чувствительные из перечисленных параметров амплитуда сокращений и длительность ПД уменьшались в 2 раза, в то время как параметр й снижался в 4 раза.

Аналогичные результаты были получены и для миокарда морской

свинки.

На основании вышеизложенного был разработан способ оценки функционального состояния ишемически поврежденной сердечной мышцы по параметру

Принимая ео внимание данные литературы об изменении ритмоинотропной реакции в миохарде при краш-синдроме (Кузин М.И.и др.,1983) ожоговом и тохсическом шоке (Ворновицкий Е.Г. и др., 1979, Василец Л.А. и др.,1979), а также представленные данные с гипертрофией, частичной деполяризацией и перерастяжением миокарда, можно утверждать, что предложенный способ является универсальным для количественной оценхи функционального состояния сердечной мышцы при различных воздействиях.

3.2. СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ СДВИГОВ В ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО СОПРЯЖЕНИЯ В КАРДИОМИОЦИТЕ ПОД ВЛИЯНИЕМ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ФАКТОРОВ, ИЗМЕНЯЮЩИХ РИТМОИНОТРОПНУЮ РЕАКЦИЮ МИОКАРДА

В настоящем разделе показана принципиальная возможность идентификации «онного механизма действия на миокард различных инотропных факторов с помощью математической модели ЭМС в кардиомиоците (1). Способ основан на регистрации внутриклеточных потенциалов и изометрического сокращения фрагмента миокарда, стимулируемого по специальной программе до и во время действия испытуемого агента.

№1Ш №

ШША Ш

тпшкь м

Рис.16. Сопоставление чувствительности различных параметров сократительных и электрических ответов папиллярной мышцы крысы к степени ишемичес-кого повреждения миокарда

Задача определения ионного механизма действия сведена к задаче параметрической идентификации модели ЭМС в кардиомиоците, т.е. определению коэффициентов модели, обеспечивающих минимум функционала рассогласования между экспериментальными и модельными значениями измеряемых параметров. Сопоставление наборов коэффициентов, полученных до и во время действия физиологически активного фактора, позволяет выявить внутриклеточные потоки Са^+, подвергшиеся изменению при данном воздействии.

Несмотря на относительную простоту, система (1) тем не менее сложна для аналитического изучения. Основным инструментом ее исследования служили вычислительные эксперименты, в которых, в частности, был выявлен достаточный набор исходных параметров для идентификации системы (1) и наилучший по сходимости алгоритм идентификации. При этом оказалось, что надежная идентификация модели по зависимости "частота-сила" невозможна в силу плохой обусловленности данной задачи. Недостаточно также информации о форме отдельного сократительного ответа, так как в этом случае решение задачи идентификации не единственно. В вычислительных экспериментах было показано, что задача идентификации имеет единственное решение, устойчивое по отношению к ошибхам измерений, если использовать информацию о форме пяти последовательных сокращений после покоя при двух различных частотах стимуляции.

На рис.17 сверху показан пример экспериментальной записи "лестницы" сокращений и соответствующих мембранных потенциалов папиллярной мьшщы крысы на частоте 0,5 Гц после 5-мин периода покоя (5 мин достаточно для приведения мышцы а исходное состояние, не зависящее от предшествовавшей стимуляции). Внизу схематично представлены параметры сократительного ответа, вводимые в программу идентификации. Величина силы сокращения для каждого из пяти сократительных циклов фиксируется в 11 точках, первая из которых соответствует началу активной фазы. Аналогичная процедура осуществляется при стимуляции с частотой 0,167 Гц. По этим данным производится расчет функционала рассогласования измеренных значений силы сокращения со значениями решеиия с (0 системы (1) для тех же моментов времени. При получении решения системы (1) начальные условия берутся соответствующими состоянию покоя (со = Кр/К2, г0 = К0/К5); длительности активной фаза О; считаются пропорциональными временам достижения максимума силы сокращения V)-, с масштабным коэффициентом Р. По вводимым в программу измеренным параметрам Ау,

где 1 - номер сократительного цикла (¡=1.....10), - номер точки внутри

цикла 0" = 0,...,10) и О, (¡=1,...,10), программа идентификации определяет коэффициенты К0-К5 и параметры Т и Б путем минимизации функционала рассогласования.

ПРОВЕРКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ МЕТОДИКИ

Работоспособность предлагаемой методики проверялась в опытах на папиллярной мышце крысы с помощью физиологически активных веществ с известным механизмом действия. В качестве примера на рис.18 приведены результаты применения разработанной методики к данным, полученным в

2 ч в г т

Рис.17. Экспериментальная запись внутриклеточных потенциалов и сократительной активности миокарда (А) и схема оцифровки сократительного ответа (Б); электрическая активность - верхняя кривая

о.е

т V К, ь -ом Л,

1 ' 0,01 \Ч.

[ / ' \

а ^ V 7 / / / 1 /

к/ к - а ^

Рис.18. Результаты идентификации механизма действия дилтиазема на миокард крысы; А-зарегистрированные амплитуды "лестницы" сокращений на час-ютах 0,167 (1) и 0,5 Гц (2) до (1,2) м после добавления ФАЗ (^2) в омывающий раствор; Б-диаграммы идентифицированных коэффициентов в норме (сплошная линия) и при действии дилтиазема (штриховая линия). Величины Р и Т , имеющие размерность времени, даны в с, остальные коэффициенты (размерность обратного времени) - в с-'

эксперименте с дилтиаземом - (¡локатором Са-каналов. Так как ингибирование медленного Л'а-Са тока наблюдается при многих патогенных воздействиях, например, при ишемии и гипоксии миокарда.

Сопоставляя наборы коэффициентов (рис. 18 Б), полученные в результате идентификации математической модели ЭМС (1) по данным, электрической и сократительной активности миокарда крысы до и после добавления дилтиазема в раствор, омывающий препарат (амплитуды сокращений представлены на рнс.18А), видим, что коэффициент К} уменьшился на 50%, К2 увеличился на 17%, К4 уменьшился на 16%, остальные коэффициенты изменились на <10%. Наиболее значительное изменение (уменьшение в 2 раза) претерпел коэффициент К}, что указывает на снижение Са-тока под влиянием дилтиазема. Это хорошо согласуется с литературными данными о действии дилтиазема ках блокатора Са-каналов и служит подтверждением работоспособности методики. Аналогичные результаты были получены и с другими физиологичекя активными факторами, обладающими известным механизмом действия.

Т.о., в настоящей работе предложен новый метод определения механизмов действия на миокард различных факторов, сводящийся к идентификации математической модели ЭМС по измеренным характеристикам электрической и сократительной активности миокарда. Основное применение метода - прогнозирование ионного механизма действия патогенных физических или фармакологических факторов на миокард.

Применяемый метод параметрической идентификации требует значительных затрат машинного времени, поэтому его реализация возможна только на достаточно мощных ЭВМ. Один из путей снижения трудоемкости метода - использование при подборе параметров приближенных оценок для измеряемых величин, но сохраняющим точность в более широкой области пространства параметров.

Следует отметить, что в силу неизбежной неполноты модели изложенная методика позволяет лишь прогнозировать мишень физиологически активных факторов и предусматривает выполнение контрольной серии экспериментов. Несмотря на эти ограничения, предлагаемый метод приводит к значительному сокращению числа экспериментов на животных в ходе углубленного изучения хардиотропных химических соединений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Одна из основных задач данной работы состояла в установлении взаимосвязи между электромеханическим сопряжением в клетхах миокарда и хроноиногротгаой реакцией сердечной мышцы.

В результате более. чем 400 экспериментов было установлено, что каждое звено ЭМС без исключения прямо или опосредовано вносит определенный вклад в механизм саморегуляции миокарда. Превалирующее место в этом процессе занимают стационарный и потенциалзависимый трансмембранные входящие потоки ионов Са, а также обмен этими ионами между СР и миоплазмой.

С другой стороны, было показано, что наиболее чувствительными параметрами хроноинотропкой реакции миокарда к различным воздействиям

являются средняя скорость изменения установившейся амплитуды сокращений при варьировании ритма стимуляции, а также переходные процессы в сократительной активности миокарда при скачкообразном переключении частоты сокращений. Была проанализирована возможность судить о перестройке в ЭМС в миокарде, подвергшемся тому или иному воздействию по характерным изменениям хроноинотропной зависимости, доступным для непосредственного измерения в эксперименте. Оказалось, что минимально достаточная информация для однозначного заключения может быть получена при сопоставлении изменений пяти последовательных сократительных ответов и соответствующих им ПД после пятиминутной паузы, зарегистрированных до и во время воздействия на двух частотах стимуляции.

Вся экспериментально полученная информация была формализована с помощью математической модели. Эта модель,с одной стороны, достаточно полно описывает основные клеточные процессы, обеспечивающие электромеханическое сопряжение в миокарде, с другой, - относительно проста для проведения количественного анализа. Предложенная модель позволяет наглядно продемонстрировать взаимосвязь ЭМС и хроноинотропной реакции в клетках сердца, а также выполнять исследования, представляющие как теоретический, так и практический интерес.

С помощью развиваемого' представления удалось реализовать основную цель работы, касающуюся изучения ЭМС в патологически измененном миокарде. Научная литература изобилует многочисленными, но, к сожалению, противоречивыми сведениями, касающимися данного вопроса. Главным образом это связано с выбором неадекватных методических подходов. В настоящей работе было выполнено порядка 200 опытов на клеточно-тканевом уровне, позволяющем избежать влияния на результаты исследований различных экстракардиальных факторов, эффектов, связанных с проведением возбуждения по миокарду, нервной регуляцией сердца и т.д. Однако даже при таком подходе не была исключена вероятность получения ложной информации об ЭМС в миокарде, например, у больных с приобретенными пороками сердца, связанной с неоднородностью по ритмоинотропной реакции ушка предсердия. В то же время в работе удалось продемонстрировать эффективность предлагаемого подхода к изучению ЭМС в патологически измененном миокарде с помощью математической модели по изменению хроноинотропной реакции. Были выявлены особенности ЭМС в ишемически поврежденном и гипертрофированном миокарде, в сердечной мышце, подвергшейся перерастяжению и частичной деполяризации. Существенно, как оказалось, что для необратимо поврежденного миокарда, независимо от патогенного фактора, вызвавшего это повреждение, характерной особенностью ЭМС является нарушение депонирующей функции СР. Естественно, что представленные данные ке закрывают проблему ЭМС в патологически измененном миокарде. Они нуждаются в экспериментальной проверке н дополнительных исследованиях с помощью биохимических, изотопных и прочих современных методов. Однако даже полученных результатов достаточно для корректировки представлений об ЭМС в нормальном и патологически изменном миокарде; для формулирования требований, предъявляемых к

средствам, предназначенным для лечения сердечко-сосудистых заболеваний; для прогнозирования изменений эффективности лекарств в зависимости от вида и степени патологических нарушений миокарда, а также для разработки концепция индивидуализации лекарственной терапии с учетом особенностей не только организма, но и локализации, функционального состояния и инотропной реакции поврежденного участка сердца.

ВЫВОДЫ

1. Экспериментально установлена взаимосвязь между электромеханическим сопряжением в клетках сердца и зависимостью сократимости нормального миокарда от частоты следования сокращений. Показано, что характер этой зависимости определяется в основном соотношением потенциалзависимого и потенциалнезавясимого трансмембранных потоков ионов Са, а тахже депонирующей способностью саркоплазматичесхого ретихулума.

2. Изучено влияние на электромеханическое сопряжение в миокарде различных животных основных патогенных факторов, приводящих к сердечной недостаточности. Показано, что ишемия и перенатяжение миокарда приводят к снижению чувствительности сохратительной ахтивности сердечной мышцы к варьированию ритма стимуляции. Напротив, гипертрофия и частичная К-деполяризация увеличивают крутизну кривой "сила-частота". Универсальной причиной обнаруженных феноменов, в конечном счете, является изменение депонирующей способности саркоплазматического ретикулума.

3. Предложена оригинальная универсальная математическая модель электромеханического сопряжения в миокарде различных животных, описывающая трансмембранкке потоки ионов Са , а также обмен Са2"1" саркоплазматического ретикулума с внеклеточной средой и сократительным аппаратом. Модель хорошо имитирует ритмоинотропную зависимость как в нормальном, так и в патологически измененном миокарде, а также изменение этой зависимости при нарушении функционирования различных звеньев электромеханического сопряжения.

4. Исследована ритмоинотропная зависимость в миокарде кардиохирургических больных с сердечной недостаточностью. Обнаружена значительная относительная пространственная неоднородность ушка предсердия по реакции сократимости на варьирование ритма стимуляции. Коэффициент неоднородности для предсердия составляет 39,5.^13,9%, в то время как для папиллярной мышцы- 12,0_+_4,5%. Доказано, что неоднородность ушка предсердия больных не связана с патологическими процессами, а является уникальным свойством этого отдела сердца.

5. Показана принципиальная возможность определения ионного механизма действия физиологически активных факторов с помощью математической модели электромеханического сопряжения в миокарде на основе сравнения ритмоинотропной зависимости фрагмента миокарда, измеряемой в контроле и во время действия тестируемого агента. Показана высокая эффективность предложенного способа с помощью воздействий с известным механизмом действия.

6. Экспериментально доказано, что средняя нормированная скорость изменения установившейся амплитуды вызванных изометрических сократительных ответов при варьировании ритма стимуляции является наиболее чувствительной характеристикой функционального состояния фрагмента сердечной мышцы различных животных в норме в при действии физиологически активных факторов физической и химической природы.

7. На базе полученных в работе результатов создано четыре новых метода, предназначенных для поиска и определения клеточных механизмов действия физиологически активных средств, необходимых для коррекции а нивелирования нарушений электромеханического сопряжения в клетках патологически измененного сердца.

По материалам диссертации опубликовано 76 работ. Ниже приводится список публикаций и изобретений, в которых отражены основные результаты исследований (в скобках указаны соавторы).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. "Влияние соединения Д-600 - блокатора кальциевых каналов на генерацию потенциалов действия и сократительную активность миокарда лягушки" - Всесоюзная конференция" Синтез и механизм действия физиол.актив. веществ", Одесса, 1976, с.304-305 (Китайгородская Г.М., Ходорова А.Б, Гусев С.И.)

2. "К вопросу о механизме кардиостимулирующего действия кофеина"- Всесоюзная конференция"Синтез и механизм действия физиологически активных веществ", Одесса, 1976, с.323-325 (Китайгородская Г.М., Дмитриева Н.В.)

3. "О механизме разобщения возбуждения и сокращения в миохардиальных волокнах лягушки и морской сванки при блокировании медленных натрий-кальциевых каналов соединением Д-600" -Биофизика, 1976, т.21, N6, с.1024-1030 (Ходоров Б.И., Ворновицкий Е.Г., Игнатьева В.Б., Китайгородская Г.М.)

4. "Зависимость амплитуды сокращений миокарда лягушки от частоты электрической стимуляции. Роль наружного и внутрикле точного кальция в сопряжении возбуждения и сокращения" - Биофизика, 1977, т.22, N5, с.901-909 (Ходоров Б.И., Китайгородская Г.М., Ходорова A.B.)

5. "Модель сопряжения возбуждения и сокращения в миокарде . лягушки" - ДАН СССР, 1978, т.238, с.239-241 (Паутов В.А., Ходоров Б.И.)

6. "Влияние нонофоров А-23187 на сократительную активность миокарда лягушки" - ДАН СССР, 1978, т.238, N 2,с.497-500 (Ходоров Б.И., Китайгородская Г.М.)

7. "Влияние ионов никеля на быстрые натриевые каналы в миокарде лягушки" - ДАН СССР, 1978.Т.241, N 6, с.1475-1477 (Ходоров Б.И.)

8. "Действие катехоламинов на электрическую и механическую активность миокарда лягушки в условиях блокады ионных каналов"- ДАН СССР, 1978, т.243, N 4,с.1086-1088 (Сорокин Л.В., Турпаев Т.М., Ходоров Б.И.)

9. "Исследование электромеханического сопряжения в миокарде с использованием метода математического моделирования" -Всесоюзный симпозиум "Теоретические проблемы молекулярной кардиологии, М.,

1978,с.31 (Паутов В.А., Ходоров Б.И.)

10. "Исследование механизма действия. кофеина на сопряжение возбуждения и сокращения в миокарде лягушки"- Всесоюзный симпозиум "Теоретические проблемы молекулярной кардиологии",М., 1978, с.66 (Китайгородская Г., Дмитриева Н.В.)

11 "Сравнительный анализ действия соединения Д-600 на сопряжение возбуждения и сокращения в клетках миокарда теплокровных и холоднокровных животных" - Всесоюзный симпозиум "Проблемы сравнительной электрокардиологии",Сыктывкар, 1979, с.20 (Василец Л.А., Ворновицкий Е.Г.,Игнатьева В.Б.,Китайгородская Г.М.,Паутов В.А.,Ходоров Б.И.)

12. "Зависимость кардиостимулирующего эффекта оуабаина от режима элехтростимуляции миокарда лягушки"- Всесоюзный симпозиум "Проблемы сравнительной электрокардаологии", Сыктывкар, 1979, с.31 (Дмитриева Н.В., Китайгородская Г.М.)

13. "Электромеханическое сопряжение в клетках миокарда. Сравнительно-физиологические аспекты проблемы" - Всесоюзный симпозиум "Проблемы сравнительной электрокардиологии", Сыктывкар,

1979,с.66 (Ходоров Б.И.)

14. "Влияние ионов никеля на электромеханическое сопряжение в миокарде лягушки"- ДАН СССР, 1979, т.249, N 6, с. 1492-1494 (Сорокин Л.В., Ходоров Б.И., Юрченко О.П.)

15. "Влияние ионов никеля на электрическую активность поверхностной мембраны клеток миокарда лягушки" - Конференция "Физикохимические свойства биологаческих мембран", ИЭБАИ, Арм. ССР, Ереван, 1980 (Китайгородская Г.М.)

16. "Влияние катехоламинов на электрическую и механическую активность миокарда лягушки в условиях увеличения длительности потенциалов действия ионами никеля" - Физиологический журн. CCCP,t.66,N 8, 1980, с.1230-1235 (Сорокин Л.В., Юрченко О.П.)

17. "Две фазы действия кофеина на сократительную активность миокарда лягушки" - Физиологический журн. СССР, 1980,t.66,N 9,с. 13631368 (Дмитриева Н.В., Китайгородская Г.М., Сорокин Л. В.)

18. "Исследование механизмов действия адреналина на электромеханическое сопряжение в миокарде лягушки" - Всесоюзная конференция "Физиология и биохимия медиаторных процессов",1980,с.190 (Сорокин Л.В., Юрченко О.П.)

19. "Модели и методы исследования функции миокарда в опытах с кардиоплегией и консервацией сердца" - Хирургия,1980,N 5,с.123 (Портной В.Ф.,Дворцин Г.Ф., Ляхович Ю.С., Мачулин А. В.)

20. "Роль внутриклеточго Са-депо в механизме действия кофеина на сопряжение возбуждения и сокращения в миокарде лягушки" -Биофизика,1981, N 4, т.26,с.669-674 (Дмитриева Н.В., Китайгородская Г.М.)

21. "Сохранение сократительной способности миокарда собаки после кардиоплегии" БЭБкМ,1981, т.42, N 7,с.28-31 (Портной В.Ф., Ляхович Ю.С.)

22. "Зависимость контрактуры и степени гипохсического повреждения от содержания кальция в перфузате" - Патологическая физиология и экспериментальная терапия, 1981, N4,c.58-62 (Портной В.Ф., Ляхович Ю.С.)

23. "Влияние блокаторов медленных Na-Ca каналов на сокращения и контрактуру в миокарде лягушки" - Физиологический журн. СССР, 1981,t.67,N 10,с. 1525-1532 (Ходорова А.Б., Дмитриева Н.В., Сорокин Л.В., Ходоров Б.И.)

24. "Перфузат для кардиологии на основе крови " ВестникАкадемии мед.наук СССР,1981, N10,c.23-31 (Портной В.Ф., Дворщин Г.Ф., Мачулин A.B., Лернер Д.М.,Ляхович Ю.С., Карнель Е.Г.,Тарасова Г.Г.)

25. "Фармакологический анализ медленных Na-Ca каналов в генезе калиевой контрактуры миокарда лягушки" - Всесоюзная конференция "Актуальные проблемы оценки фармакологической активности химических соединений". Часть П, Ногинск, 1981,с.85 (Ходорова А. Б., Дмитриева Н.В.)

26. "Оценка влияния химических соединений на саркоплазматическин ретикулум по изменению ритмоинотропных отношений в миокарде крысы" - Всесоюзная конференция "Актуальные проблемы оценки фармакологической активности хим.соединений", Часть П, Ногинск, 1981.С.89-90 (Ляхович Ю.С.)

27. "Влияние ишемии на сопряжение возбуждения и сокращения в папиллярной мышце крысы" - Патологическая физиология и экспер.терапия,

1981, N 5.C.27-31 (Ляхович Ю.С., Исаева СЛ., Малина Н.В., Портной В.Ф.)

28. "Анализ математической модели сопряжения возбуждения и сокращения в миокарде лягушки" -1 Всесоюзный биофизический сьезд,т.2,1982,с. 165 (Пратусевич В.Р., Зыков B.C.)

29. "О моделировании процесса сопряжения возбуждения и сокращения в миокарде лягушки" - В кн: Вопросы кибернетики. Применение гибридных вычислительных систем для моделирования и автоматизации научных исследований, М., 1982,с.76-86 (Пратусевич В.Р., Зыков B.C.) -

30. "Влияние тетракаина на калиевую контрактуру миокарда желудочка лягушки" -1 Всесоюзный биофизический сьезд.М.,

1982,т.3,с.72 (Ходорова А.Б.)

31. "Фармакологический анализ роли Са-депо в электромеханическом сопряжении в предсердии лягушки" - 1 Всесоюзный биофизический съезд, 1982,М., т.3,с.72 (Китайгородская Г.М.)

32. "Влияние продуктов перекисиого окисления липидов на тонус сосудов и сократительную функцию миокарда" - 1 Всесоюзный биофизический съезд, 1982,М.,т.Ш,с.82 (Биленко М.В.,Булгаков В.Г., Чуракова Т.Д.)

33. "Исследования ионного механизма феномена отрицательной лестницы в миокарде" - 1 Всесоюзный биофизический съезд, М.,1982,т.3,с.9б (Паутов В.А.,Исаева С.А..Пратусевич В.Р., Сорокин Л.В.)

34. "Изменение фазической и тонической компоненты калиевой контрактуры под влиянием блокаторов Са-каналов в миокарде лягушки"- 1 Всесозный биофизический съезд,М., 1982,т.4,с.53 (Ходорова А.Б.)

35. "Двойственный эффект кофеина на тоническую компоненту халиевой контрактуры миокарда лягушки" - 1 Всесоюзный биофизический съезд,М.,1982,т.4,с.91 (Ходорова А.Б., Ходоров Б.И.)

36. "Методика оценки функционального состояния системы регуляции сокращений миокарда лягушки" -Симпозиум "Биофизика и биохимия мышечного сокращения", Тбилиси,1983,с.84 (Баум П.Б., Зыков B.C., Пратусевич В.Р.)

37. "Ионный механизм лестницы Вудворса" - Биофизика,

1983,t.28,N 1,сЛ08-ИЗ (Сорокин Л.В.,Исаева С.А., Паутов В А.)

38. " Исследование влияния продигиозана на электромеханическое сопряжение и парасимпатическое торможение в сердце лягушки" -Симпозиум "Биофизика и биохимия мышечного сокращения", Тбилиси,1983,с.136 (Пирузян Л.А.,Афанасьева Н.М.,Сорохин Л.В.)

39. "Влияние папаверина на электромеханическое сопряжение в миокарде крысы" -Симпозиум "Биофизика и биохимия мышечного сокращения",Тбилиси, 1983.С.142 (Портной В.Ф., Сорокин Л.В.)

40. "Фазовое действие оуабаина на электрическую и сократительную активность миокарда лягушки" - Фармакология и токсикология, 1984,N 1,с.38-44 (Дмитриева Н.В.,Китайгородская Г.М.)

41. "Исследование природы двойственного эффекта кофеина-бензоата натрия на тоническую компоненту калиевой контрактуры миокарда лягушки" - Физиологический журн. СССР им.И.М.Сеченова,

1984,t.70,N2,c. 180-185 (Ходорова А.Б.,Ходоров Б.И.)

42. "Исследование природы фазической компоненты калиевой контрактуры в миокарде лягушки" - Физиологический журн. СССР им.И.М.Сеченова, 1984, t.70.N3, с.339-344 (Ходоров Б.И., Ходорова Б.)

43. "Исследование роли внутриклеточных Са-депо в генезе фазической компоненты калиевой контрактуры миокарда лягушки" Физиологический журн. СССР им.И.М.Сеченова, 1984, т.70 N б,с. 833-836 (Ходорова А.Б., Ходоров Б.И.)

44. "Обладает ли папаверин прямыми противоишемическим действием на миокард крысы" - I Всесоюзный симпозиум "Фарма-кол. коррекция кислородзавис. патолог. состояний",М., 1984, с.127 (Ляхович Ю.С., Портной В.Ф.)

45. "Сопоставление необратимых изменений электромеханического сопряжения и концентрации АТФ в миокарде крысы после нормотермической ишемии различной продолжительности" - I Всесоюзный симпозиум "Фармакологическая коррекция кислородзависимых патологических состояний", М.,1984,с.13б (Ляхович Ю.С.,Исаева С.А., Черкащенко Л.Н., Портной В.Ф.)

46. "Исследование изменения ритмо-инотропной зависимости миокарде морской свинки под влиянием ишемии различной

продолжительности"-Патологическая физиология и экспериментальная терапия, 1985,N1 ,с. 19-23 (Ляхович Ю.С.,Исаева СА.,Портной В.Ф.)

47. "Математическая модель электромеханического сопряжения в миокарде крысы"-Биофизика,1985,т.30,Ы2,с.317 (Истарова Л.Г.,Ляхович Ю.С.,Сорокин Л.В.,Баум П.Б.)

48."Способ определения чувствительности миокарда "-Авторское свидетельство N 1163266, 1985 (Пратусевич В.Р.,Зыков В.С.)

49."The possible role of intracellular Ca-stores in the rhyüun-inotropic relationship of frog myocardium (study by simulation)"- General Physiology and Biophysics 1986,5,N 3,p. 259-271 (Pratusevich V.R.,Khodorov B.I.)

50. "Способ тестирования химических соединений на кардиотропную активность"-Авторское свидетельство N 1244593,1986 (Афанасьева Н.М.)

51. "Способ определения индивидуальной чувствительности к кардиотропному препарату"-Авторское свидетельство N 1301414, 1986 (Истарова Л.Г., Исаева С.А., Авруцкий М.Я.)

52. "Способ определения вязкоупругих свойств сердечной мышцы"-Авторское свидетельство N 1305557,1986 (Годин Е.А.,Шгенгольд Е.Ш.)

53."Способ оценки противоишемического действия биологически активных веществ"-Авторское свидетельство N 1309955, 1987 (Ляхович Ю.С., Исаева С.А.,Годин Е.А.,Портной В.Ф.)

54."Устройство для исследования механических свойств мышцы"-Авторское свидетельство N 1316655, 1987 (Годин Е.А.,Штенгольд Е.Ш.)

55. "Способ определения кардиотонической активности соединенений"-Авторское свидетельство N 1320744, 1987 (Исаева С.А., Истарова Л.Г., Баум П.Б.)

56."Способ определения сократимости кардиомиоцига "-Авторское свидетельство N 1377738,1987 (Годин Е.А., Штенгольд Е.Ш.)

57. "Оценка изменений трансмембранных кальциевых потоков с помощью математитческой модели электромеханического сопряжения в миокарде"- В сб. "Математические и вычислительные методы в биологии. Биомолекулярные системы." Пущино, 1987, с. 133-134 (Пратусевич В.Р., Зыков B.C.).

58. "Оценка действия кардиотропных • веществ с помощью математической модели электромеханического сопряжения"-Биофизиха, 1987,T.32,N4,c.667-672 (Пратусевич В.Р., Зыков B.C.)

59. "Устройство для определения биомеханических характеристик мышцы"-Авторское свидетельство N 1454373, 1988 (Годин Е.А., Штенгольд Е.Ш.)

60. "Прогнозирование изменения физиологической активности химических соединений под влиянием патогенных факторов"-в Сб."Оценка фармакологической активности химических соединений: принципы и подходы",часть 2.C.219.- Всес.науч.конф. 15-19 ноября 1989,М. (Пратусевич В.Р.)

61. "Принцип отбора химических соединений с заданным механизмом действия на сердечную мышцу в ходе первичного скрининга"

Сб."Оценка фармакологической активности химических соединений: принципы и подходы".часть 3.C.263.- Всес.науч.хонф.15-19 ноября 1989,М.(Пратусевич

B.Р.)

62."Клеточный механизм зависимости кардиотонического действия дигоксина от степени ишемического повреждения миокарда"-Хим-фарм. журнал, 1989,N6,c.656-659 (Исаева С.А., Лазарев А.В., Ким Э.А., Даниленко М.П., Есырев О.В.)

63. "Исследование хроноинотропной реакции гипертрофированного миокарда с помощью математической модели электромеханического сопряжения"-Биофизика,1991,т.36,К4,с.676-680 (Исаева

C.А., Белая МЛ.,Пратусевич В.Р.,Васильева Е.М.,Смирнов И.Е.)

64. "Heterogeneity of human auricle chronoinotropic reaction: normal or pathology?" - Тезисы докладов, Constituent Congress INTERNATIONAL SOCIETY for PATHOPHYSIOLOGY, Moscow, May 28-June 1,1991, p.Sl. (Isaeva S.A.,Khodorova A.B.)

65. "Зависимость ритмоинотропии миокарда от степени растяжениа"-Физиологический журнал СССР, 1991, т.77, N10 (Ляхович Ю.С., Курчихов АЛ., Белая МЛ., Прагусевич В.Р.

Отдел оперативной полиграфии и множительной техники МГИЙЗ МВД СССР пр-кт Веряадского-76

Информация о работе

Мукумов, Марат Рахимович
доктора биологических наук
Москва, 1992
ВАК 03.00.02

Автореферат

Похожие работы

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему Электромеханическое сопряжение в патологически измененной сердечной мышце ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Электромеханическое сопряжение в патологически измененной сердечной мышце"

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Электромеханическое сопряжение в патологически измененной сердечной мышце
ВАК РФ 03.00.02, Биофизика