Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Гетерогенность реполяризации желудочков сердца животных

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Гетерогенность реполяризации желудочков сердца животных"

На правах рукописи

АЗАРОВ Ян Эрнестович

ГЕТЕРОГЕННОСТЬ РЕПОЛЯРИЗАЦИИ ЖЕЛУДОЧКОВ СЕРДЦА

ЖИВОТНЫХ

03.00.13 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

"^^чаиззэ

Сыктывкар - 2009

003480333

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институт физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН.

Научный консультант:

Доктор биологических наук, профессор Шмаков Дмитрий Николаевич

Официальные оппонента: Доктор биологических наук, профессор

Кукушкин Николай Ильич,

Доктор биологических наук, профессор Фатеев Михаил Михайлович

Доктор биологических наук, профессор Иржак Лев Исакович

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт иммунологии и физиологии Уральского отделения РАН.

Защита состоится «12» ноября 2009 г. в 10 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 004.017.01 Учреждения Российской академии наук Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН по адресу г. Сыктывкар, уп. Первомайская, д. 50.

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

Автореферат разослан «_12 » октября___ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Варламова Н.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

К настоящему времени получены убедительные данные об электрической гетерогенности миокарда предсердий и желудочков [Гоффман, Крейнфилд, 1962; Cohen et al., 1976; Antzelevitch et al., 1999; Nerbonne, Kass, 2005]. Неоднородность реполяризации миокарда обусловлена, во-первых, неодинаковой экспрессией в разных областях сердца белков, образующих ос- и ß-субъединицы ионных каналов кардиомиоцитов, что порождает региональные различия в плотности реполяризующих токов [Nerbonne, Kass, 2005], и, во-вторых, неодновременной активацией, которая определяет момент начала деполяризации и, следовательно, реполяризации этих областей [Christian, Scher, 1967]. Проявления такой функциональной гетерогенности реполяризации заключаются, в частности, в специфическом распределении локальных длительностей реполяризации и последовательности реполяризации (восстановления возбудимости) миокарда.

На протяжении более чем вековой истории электрокардиологии было предложено несколько концепций для объяснения генезиса Т волны электрокардиограммы [Wilson et al., 1934; Harumi et al., 1966; Kootsey, Johnson, 1980; Yan, Antzelevitch, 1998; Van Oosterom, 2001; Ritsema van Eck et al., 2006]. Тем не менее хронотопография реполяризации желудочков и генезис электрического поля в этот период исследованы значительно меньше по сравнению с периодом деполяризации из-за методических трудностей, обусловленных высокой чувствительностью процесса реполяризации кардиомиоцитов к действию самых различных факторов; отсутствием четко локализованных источников тока, генерирующих в этот период электрическое поле; сглаженной формой внеклеточных потенциалов реполяризационного комплекса электрограммы [Kootsey, Johnson, 1980; Van Dam, Durrer, 1964]. Установлено, что электрокардиографическая Т волна формируется за счет одного или нескольких желудочковых градиентов реполяризации: трансмурального [Higuchi, Nakaya, 1984; Yan, Antzelevitch, 1998], апикобазального [Noble, Cohen, 1978] и межжелудочкового [Nishimura et al., 1984], однако какой из этих градиентов вносит наибольший вклад в распределение потенциалов на поверхности тела, не выяснено. Относительно полно определена элекгрофизиологическая природа трансмурального градиента [Antzelevitch et al., 1999], сведения о двух других остаются крайне противоречивыми. Подробно изучены влияния на продолжительность потенциала действия кардиомиоцитов со стороны таких факторов, как температура [Kiyosue et al., 1993], ишемия [Carmeliet, 1999], электролитный баланс, кислотно-щелочное состояние [Cascio et al., 1995] и ряд других. В то,'

/

же время фрагментарно исследован вопрос о том, насколько однородно изменяются длительности реполяризации в различных областях миокарда при приложении данных воздействий на целое сердце, и соответственно насколько стабильными остаются в этих условиях апикобазальный и межжелуцочковый градиенты реполяризации.

Время окончания реполяризации в какой-либо области миокарда определяется двумя факторами: временем прихода в эту область волны деполяризации и локальной длительностью реполяризации, однако какой из этих двух факторов больше влияет на последовательность реполяризации, не выяснено. Данные литературы о последовательности реполяризации эпикарда желудочков и соотношении последовательностей деполяризации и реполяризации миокарда противоречивы. Имеются точки зрения о том, что последовательность реполяризации желудочков сердца не зависит от последовательности деполяризации [Noble, Cohen, 1978; Kanai, Salama, 1995], и, напротив, о том, что последовательность реполяризации миокарда определяется траекторией движения волны возбуждения [Van Dam, Durrer, 1961 ; Gepstein et al., 1997; Yuan et al., 2001].

Одной из характеристик процесса реполяризации желудочков является ее дисперсия, обычно определяемая как разность между самым ранним и самым поздним временем окончания реполяризации на исследуемой области миокарда [Burton, Cobbe, 2001]. Дисперсия реполяризации тесно коррелирует с дисперсией рефрактерности, увеличение которой повышает вероятность возникновения желудочковых аритмий [Han, Мое, 1964; Kuo, Munakata et al., 1983]. Определение закономерностей изменений дисперсии реполяризации позволит предсказывать появление аритмогенных субстратов в миокарде, а также разработать методы их неинвазивной диагностики.

Установлены фундаментальные принципы структурно-функциональной организации возбуждения интрамуральных слоев сердца у млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий и рыб [Durrer, Van der Tweel, 1957; Durrer et al., 1970; Рощевский, 1972; Шмаков, Рощевский, 1997]. Экспериментально доказано, что в процессе филогенетического развития у позвоночных животных сформировались несколько способов охвата возбуждением миокарда [Рощевский, 1958; Рощевский, 1972; Шмаков, Рощевский, 1997], определяющие распределение потенциалов кардиоэлектрического поля на поверхности туловища в период деполяризации желудочков [Шмаков, Рощевский, 1995; Рощевская, 2008]. Механизмы формирования электрического поля сердца в период его реполяризации изучены значительно меньше. Распределение потенциала на эпикарде и поверхности туловища в период Гволны изучено в основном у млекопитающих [Рощевский, 1958; Taccardi, 1966; Spach, Barr, 1975; 1976; Spach et al., 1977; Ramsey et al., 1977]; кроме того, имеются описания кардиоэлектрического поля при ряде

сердечно-сосудистых заболеваний [Taccardi et al., 1998; Medvegy et al., 2002], однако до выполненных нами работ [Shmakov et al., 1995; Рощевский и др., 1998; Azarov et al., 1999; 2008] не было сопоставления распределения потенциала на поверхности туловища и последовательности реполяризации желудочков сердца. Данные о формировании кардиоэлектрического поля в период реполяризации желудочка у холоднокровных животных до проведения наших исследований [Вайкшнорайте и др., 2007а,б; 2008] в литературе также отсутствовали. Сложность получения и интерпретации параметров поверхностных карт кардиоэлектрического поля ограничивают использование электрокардиотопографического метода в клинической практике. Для адекватной интерпретации данных о процессе реполяризации желудочков сердца, получаемых как путем картографирования распределения потенциала на поверхности туловища, так и путем общепринятых электрокардиографических методик, необходимо определение механизмов генезиса кардиоэлектрического поля в период конечного желудочкового комплекса, ключевую роль в котором играет последовательность реполяризации миокарда.

Таким образом, для выяснения генезиса и раскрытия диагностической информативности электрического поля сердца в период конечной желудочковой активности необходимо установить основные закономерности, определяющие последовательность реполяризации желудочков, в том числе при воздействии факторов, меняющих последовательность активации и длительность реполяризации миокарда.

Настоящая работа выполнена в соответствии с планами НИР Института физиологии Коми НЦ УрО РАН «Проблемы генезиса и физиологической информативности электромагнитных полей функциональных систем организма», «Механизмы формирования кардиоэлектрического поля у позвоночных животных и человека», «Формирование кардиоэлектрического поля на поверхности тела в зависимости от структурно-функциональной организации сердца» (№№ ГР 01.9.10.03162; 01.9.60 001210; 01.2.00 107402; рук. - акад. М.П.Рощевский), «Функциональная гетерогенность реполяризации интрамуральных слоев миокарда у позвоночных животных» (№ ГР 0120.0 602857; рук. - д.б.н. проф. Д.Н.Шмаков).

Цель работы - исследование закономерностей формирования последовательности реполяризации желудочков сердца и ее роли в генезисе распределения потенциалов на поверхности туловища животных.

Задачи работы:

1. Определить закономерности формирования последовательности

реполяризации желудочков сердца на эпикардиальной поверхности и

на отдельном ее фрагменте при синусно-предсердном ритме у животных с разными типами и продолжительностью активации миокарда.

2. Изучить влияние увеличения длительности реполяризации миокарда при снижении температуры на последовательность реполяризации эпикарда желудочков.

3. Изучить влияние уменьшения длительности реполяризации при гипоксии миокарда на формирование последовательности реполяризации эпикарда желудочков.

4. Исследовать формирование последовательности реполяризации при изменении последовательности деполяризации миокарда в условиях эктопического возбуждения желудочков.

5. Изучить влияние сочетанного увеличения длительности охвата возбуждением и уменьшения длительности реполяризации миокарда при гиперкалиемии на последовательность реполяризации эпикарда желудочков.

6. Исследовать качественную корреляцию между последовательностью реполяризации эпикарда желудочков и распределением потенциала кардиоэлектрического поля на поверхности туловища при синусно-предсердном ритме у животных с разными типами и продолжительностью активации миокарда.

7. Определить зависимость формирования распределения потенциалов на поверхности туловища от направления последовательности реполяризации эпикарда желудочков при изменении длительности реполяризации в условиях гипоксии и гипотермии.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Последовательность реполяризации эпикарда желудочков позвоночных животных при синусно-предсердном ритме характеризуется выраженным апикобазальным градиентом реполяризации, определяется распределением локальных длительностей реполяризации и не зависит от последовательности охвата миокарда возбуждением.

2. Инверсия апикобазального (межжелудочкового) градиента реполяризации при охлаждении и гипоксии обусловлена более выраженными изменениями локальных длительностей реполяризации на верхушке сердца по сравнению с основанием (в левом желудочке по сравнению с правым).

3. Краниокаудальное пространственное распределение потенциала на поверхности туловища в период реполяризации желудочков с каудальной положительной и краниальной отрицательной областями

является отображением апикобазального градиента реполяризации. Смена последовательности реполяризации эпикарда желудочков с апикобазальной на базоапикальную вызывает инверсию распределения потенциала с образованием краниальной положительной и каудальной отрицательной зон. Межжелудочковая последовательность реполяризации отображается в виде трансверсального градиента потенциала на поверхности туловища.

4. Роль последовательности деполяризации в формировании последовательности реполяризации в разных условиях неодинакова, она тем больше, чем дольше проводится возбуждение и чем меньше между собой различаются длительности реполяризации в разных участках исследуемой области эпикарда:

1) При синусно-предсердном ритме последовательность реполяризации на целом эпикарде желудочка не зависит от последовательности деполяризации, в то время как в отдельных локальных зонах эпикардиальной поверхности охват возбуждением влияет на последовательность реполяризации;

2) При гиперкалиемии последовательности деполяризации и реполяризации на целом эпикарде совпадают из-за увеличения продолжительности возбуждения и уменьшения дисперсии локальных длительностей реполяризации;

3) При электростимуляции желудочков распространение волны деполяризации влияет на последовательность реполяризации, меняя ее продолжительность и время возникновения возбуждения; в наибольшей степени этот эффект выражен в сердце шук из-за более длительного охвата волной активации.

5. Укорочение или удлинение реполяризации изменяет ее общую последовательность и пространственное распределение потенциала на поверхности туловища только в случае уменьшения или инверсии градиентов длительности реполяризации на эпикарде желудочков.

Научная новизна

Установлены механизмы формирования электрического поля сердца на основе апикобазального и межжелудочкового градиентов реполяризации.

Определены соотношения между последовательностями деполяризации и реполяризации эпикарда желудочков сердца. Непосредственное влияние последовательности деполяризации на последовательность реполяризации возможно при сочетании повышенной дисперсии активации со сниженной дисперсией интервалов активация-восстановление.

1. При синусно-предсердном ритме охват волной возбуждения определяет последовательность реполяризации отдельных фрагментов эпикарда, но не влияет на последовательность реполяризации желудочков в целом.

2. При эктопическом возбуждении нарушение процесса активации миокарда приводит к перераспределению длительностей и изменению последовательности реполяризации эпикарда желудочков.

3. Гиперкалиемия приводит к задержке охвата возбуждением и уменьшению пространственных различий в длительностях реполяризации, в результате чего последовательность реполяризации эпикарда желудочков повторяет последовательность активации. Обнаружена общность механизмов формирования краниокаудального

распределения потенциала на поверхности туловища теплокровных и холоднокровных животных, обусловленных апикобазальной последовательностью реполяризации.

Установлено, что электрокардиотопографические эффекты гипотермии и гипоксии обусловлены преимущественным изменением длительности реполяризации в области верхушки сердца.

1. Охлаждение как теплокровных (кролик, кошка), так и холоднокровных (лягушка) животных приводит к инверсии эпикардиальной последовательности реполяризации и распределения потенциала на поверхности туловища в период конечной желудочковой активности за счет большего удлинения "реполяризации на верхушке сердца по сравнению с его основанием.

2. Гипоксия миокарда кошки уменьшает длительность реполяризации преимущественно в верхушечной области левого желудочка, вследствие чего при нормальной температуре повышается дисперсия реполяризации, а при гипотермии инвертируются эпикардиальная последовательность реполяризации и распределение потенциала на поверхности туловища.

Научно-практическая значимость

Данные, полученные в работе, могут быть использованы для интерпретации изменений потенциалов электрического поля сердца в период реполяризации желудочков с целью прогнозирования риска развития аритмий у лиц с сердечно-сосудистой патологией. Установлено, что апикобазальный градиент реполяризации можно оценить по разности потенциалов в период Т волны между краниальными и каудальными участками грудной клетки, а межжелудочковый градиент - по максимальной разности потенциалов в трансверсальной плоскости.

Определены новые электрокардиотопографические маркеры гипотермии и гипоксии миокарда. При гипотермии возникает область поздней реполяризации на верхушке левого желудочка с формированием в ней отрицательного зубца Т, происходит краниокаудальная инверсия потенциалов на поверхности тела в период реполяризации желудочков с образованием отрицательной каудальной и положительной краниальной областей. При гипоксии на верхушке левого желудочка укорачивается реполяризация, возникает или увеличивается по амплитуде положительный зубец Т, увеличивается каудокраниальный градиент потенциала на поверхности туловища в период реполяризации желудочков. На основании мониторирования полярности и амплитуды потенциалов в верхушечной области сердца возможна разработка системы стратификации риска аритмических осложнений в ходе кардиохирургических вмешательств, связанных с раздельным или сочетанным воздействием гипотермии и гипоксии.

Установлено, что при гиперкалиемии последовательность реполяризации желудочков повторяет последовательность деполяризации, что может объяснять изменение ЭКГ, а также служить основой формирования reentry в миокарде, что следует учитывать при терапии острых нарушений ритма сердца при состояниях, сопровождающихся гиперкалиемией.

Показано, что электрокардиотопографический метод позволяет выявить характерные изменения кардиоэлекгрического поля, не отражающихся на ЭКГ в виде отдельных зубцов, в период не только деполяризации [Витязев и др., 2001], но и реполяризации желудочков.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в Коми филиале Кировской государственной медицинской академии.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на XXIV (г. Братислава, Словакия, 1997 г.), XXV (г. Будапешт, Венгрия, 1998 г.), XXVI (г. Сыктывкар, Россия, 1999 г.) XXXV (г. Санкт-Петербург, Россия, 2008 г.) международных конгрессах по электрокардиологии; III и VI Всероссийской с международным участием конференции «Механизмы функционирования висцеральных систем» (г. Санкт-Петербург, Россия, 2003 и2008 гг.); IV (1997г.), V (1999 г.), VI (2004 г.) международных симпозиумах по сравнительной электрокардиологии (г. Сыктывкар, Россия), конференции молодых физиологов и биохимиков России "Биохимические и биофизические механизмы физиологических функций" (г. Санкт-Петербург, Россия, 1995 г.); конференции "Физиология и патология сердца", посвященной 75-летию со дня рождения Г.И.Косицкого (г. Москва, Россия, 1995 г.); конференции по терморегуляции и тепломассопереносу кровью (г. Санкт-Петербург, Россия, 1996 г.); XIII Коми республиканской молодежной научной конференции (г. Сыктывкар, Россия, 1997 г.); IV Молодежной научной конференции Института биологии Коми НЦ УрО РАН "Актуальные проблемы биологии" (г. Сыктывкар, Россия, 1996 г.).

Материалы работы были также представлены на XXII (г. Наймеген, Нидерланды, 1995 г.), XXIII (г. Кливленд, США, 1996 г.), XXVII (г. Милан, Италия, 2000 г.), XXVIII (г. Сан-Паулу, Бразилия, 2001 г.), XXXIV (г. Стамбул, Турция, 2007 г.) международных конгрессах по электрокардиологии, XVII (г. Ростов-на-Дону, Россия, 1998 г.) и XVIII (г. Казань, Россия, 2000 г.) съездах Всероссийского физиологического общества им. И.П.Павлова, XIII Международном совещании по эволюционной физиологии (г. Санкт-Петербург, Россия, 2006 г.), V Всероссийской с международным участием конференции «Механизмы функционирования висцеральных систем» (г. Санкт-Петербург, Россия, 2007 г.); V Сибирском физиологическом съезде (г. Томск, Россия, 2005г.), IV Всероссийской с международным участием школе-конференции по физиологии кровообращения (г. Москва, Россия, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 55 работ, из них — 16 статей в рецензируемых журналах, одна глава в монографии.

Структура работы. Работа изложена на 278 страницах, состоит из введения, восьми глав (обзор литературы, описание материалов и методов исследования, изложение полученных результатов и их обсуждение), заключения, выводов, списка литературы из 58 русскоязычных и 387 англоязычных источников и приложения.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследовано формирование кардиозлектрического поля в период конечного желудочкового комплекса под влиянием факторов, определяющих время окончания реполяризации - последовательности деполяризации и локальных длительностей реполяризации. Для изучения роли последовательности деполяризации мы использовали животных, обладающих разными способами активации миокарда: вспышечно-последовательным (собака, кошка, кролик), последовательным базоапикальным (щука), и последовательным эндоэпикардиальным (лягушка). Для изменения охвата возбуждением миокарда применяли электростимуляцию желудочков и инфузию калия. В качестве воздействия, влияющего на длительность реполяризации миокарда, использовали охлаждение сердца, гипоксию и инфузию калия. Эксперименты проведены в период с 1993 по 2007 гг.

В работе были использованы 47 кроликов породы Шиншилла, 32 беспородные кошки, 16 беспородных собак, 22 лягушки, 12 щук. Все животные были взрослые, обоего пола. При обращении с животными соблюдали международные правила (Guide for the Care and Use of Laboratory Animals -публикация US National Institutes of Health: NIH Publication № 85-23, ред. 1996).

Работа одобрена локальным этическим комитетом Института физиологии Коми НЦУрОРАН.

Кроликов, кошек и собак наркотизировали тиопенталом натрия (100 мг/кг, в/б). При изучении эффектов гиперкалиемии кроликов наркотизировали уретаном (1.5-2.0 г/кг, в/б). При исследовании хронотопографии реполяризации на фрагменте эпикарда у четырех собак использовали анестезию золетилом (25 мг/кг, в/м) в комбинации с ксилазином (3 мг/кг, в/м). Для эпикардиального картографирования производили среднегрудинную торакотомию и вскрывали перикард, который при необходимости подшивали к краям разреза для облегчения доступа к желудочкам сердца. В ходе манипуляций сердце орошали теплым физиологическим раствором для предотвращения высыхания и охлаждения. Ректальную температуру и температуру в средостении поддерживали на уровне 38°С.

Лягушек декапитировали, разрушали спинной мозг. Эксперименты на пяти животных были проведены без разрушения центральной нервной системы под эфирным наркозом. После этого вскрывали грудобрюшную полость и перикард. Щукам разрушали головной мозг, затем фиксировали в заполненном водой лотке, через жабры непрерывно пропускали речную воду. После регистрации потенциалов с поверхности тела обнажали сердце срединным разрезом. Открытое сердце смачивали физиологическим раствором (№С1 0.9 и 0.65% для щук и лягушек соответственно).

По окончании экспериментов у животных при глубокой анестезии быстро вырезали сердце для дальнейшего определения локализации отводящих электродов. Результаты, полученные на животных одного вида в одинаковых условиях при разных видах анестезии, значимо не различались, поэтому при дальнейшем анализе животных не делили на группы в зависимости от вида наркотизации и обездвиживания.

Потенциалы на эпикарде и поверхности туловища регистрировали в униполярных отведениях относительно терминали Вильсона. На поверхности грудной клетки собак, кроликов, кошек располагали 64 подкожных игольчатых электрода (восемь рядов в краниокаудальном направлении от основания шеи до каудальной границы грудной клетки по восемь электродов в каждом). Кардиоэлектрическое поле на поверхности тела лягушек и щук регистрировали от 32 подкожных игольчатых электродов, равномерно распределенных в четырех равноудаленных друг от друга продольных рядах, от основания черепа до проекции мечевидного отростка на вентральную и дорсальную поверхность тела у лягушек и от жаберных дуг до брюшных плавников у щук. На желудочки сердца кроликов, собак и кошек накладывали 64-электродную эпикардиальную сетку [Витязев, 1997]. На желудочек сердца лягушек и щук накладывали 24 электрода, которые располагались на трех резиновых кольцах: на верхушке, в

средней части, и в основании желудочка. У собак и лягушек регистрировали желудочковые электрограммы на фрагменте эпикарда с помощью квадратной электродной пластинки (матрицы) размером 5x5 мм, на которой было закреплено 64 электрода. У собак матрицу помещали в бессосудистой области на боковой поверхности левого желудочка, а у лягушек - в середину передней поверхности желудочка.

Регистрацию и обработку получаемых данных проводили при помощи автоматизированной компьютерной установки (АОЗТ СП «Геософт-Истлинк» при участии Института физиологии Коми научного центра УрО РАН и АОЗТ «ВНИИМП-ВИТА»; 128 каналов регистрации; полоса пропускания - 0.05-1 ООО Гц; разрешающая способность - от 10 до 100 мкВ на один разряд АЦП; входное сопротивление усилителей - 10 МОм; дискретизация сигнала - 0.25 мс)

Температуру в средостении кроликов и кошек контролировали и изменяли путем перфузии ее физиологическим раствором (NaCl 0.9 %) различных температур. Электрограммы регистрировали при 38 и 32°С после трехминутной инкубации при указанных значениях температуры. Длительность охлаждения средостения от 38 до 32°С составляла 30-40 минут. Для исследования распределения потенциала на поверхности грудной клетки при охлаждении сердца кролика вскрывали грудную клетку и подготавливали перфузию средостения. После выполнения подготовительных процедур грудную клетку зашивали и начинали перфузию, в ходе которой меняли температуру сердца в диапазоне от 38 до 32°С. Температуру контролировали в средостении с помощью вшитого в средостение датчика электротермометра, а также в прямой кишке. У лягушки сердце омывали физиологическим раствором (NaCl 0.65%) разной температуры. Регистрацию электрограмм проводили при температуре 18 и 12°С. Для исследования действия охлаждения на распределение потенциала на поверхности туловища тело животного помещали в холодильную камеру. В этом случае потенциалы регистрировали при температуре тела 18 и 10°С.

Кардиоэлектрическое поле на эпикарде желудочков кошки в условиях гипоксии исследовали при температуре в средостении 38 и 32°С. Гипоксию (Р0 артериальной крови ниже 10 mm Hg) вызывали путем прекращения искусственной вентиляции легких при подавлении самостоятельного дыхания в условиях глубокой анестезии. Параметры газового состава крови определяли на аппарате Chiron Diagnostics 855 (Великобритания) на базе Кардиологического диспансера Республики Коми. Анализировали электрограммы, зарегистрированные через 2.5 минуты после прекращения вентиляции легких при нормотермии и через 4 минуты при гипотермии.

Для того, чтобы изменить последовательность активации миокарда кролика, проводили электрическую стимуляцию в области основания правого и левого желудочка и верхушки сердца. Анодом служила подкожная игла,

расположенная в области мечевидного отростка грудины, а в качестве катода использовали электроды мультиполярной эпикардиальной сетки. Форма импульсов была прямоугольная, длительность цикла - 286 мс, длительность стимула - 2 мс, амплитуду варьировали в диапазоне 5 - 15 В для того, чтобы добиться устойчивого желудочкового ответа. Эктопическое возбуждение желудочка лягушек и щук вызывали путем эпикардиальной биполярной электрической стимуляции (1000 мс, 2 мс, 5 В). Стимулировали вначале верхушку сердца, а затем - основание желудочка в области артериального конуса.

У кроликов повышение внеклеточной концентрации калия моделировали путем капельного внутривенного введения хлорида калия (0.1Н) под контролем электролитного состава артериальной крови, параметры которого определяли на аппарате Chiron Diagnostics 855 (Великобритания) на базе Кардиологического диспансера Республики Коми. Измерения потенциалов проводили до инфузии калия ([К+] = 3.02 ± 0.19 ммоль/л) и при гиперкалиемии ([К+] = 8.01 ± 0.47 ммоль/л).

Пространственно-временные и амплитудные характеристики кардиоэлектрического поля на эпикарде желудочков и поверхности туловища исследовали при помощи изохронных хронотопографических и изопотенциальных карт. Момент прихода волны возбуждения в область отведения потенциала (время активации, деполяризации) устанавливали по минимуму первой производной потенциала по времени (dV/dt min) в период комплекса QRS, а момент окончания реполяризации (время реполяризации) -по точке максимума первой производной (dV/dt max) в период ST-T комплекса. Интервал активация-восстановление (activation-recovery interval, AR1) определяли как период между моментами деполяризации и окончания реполяризации как показатель локальной длительности реполяризации [Millar et al., 1985; Haws, Lux, 1990]. Рассчитывали временные промежутки между моментами наиболее ранней и наиболее поздней деполяризации (дисперсия активации, или деполяризации). Аналогичные величины, равные разнице между временем самого раннего и самого позднего окончания реполяризации, называли дисперсией времени окончания реполяризации, а различия между самым длительным и самым коротким интервалом ARI—дисперсией локальных длительностей реполяризации (дисперсией ARI).

Для оценки различий количественных характеристик в зависимости от параметров распределения исследуемых выборок и вида сравнений между группами применяли критерий Стьюдента для несвязанных и попарно связанных вариант, непараметрические критерии Манна-Уитни, W-тест Уилкоксона и критерий Фридмана с последующим тестом Ньюмена-Кейлса для множественных сравнений. Отличия качественных параметров (распределение положительных и отрицательных потенциалов в различных

областях поверхности туловища) оценивали по критерию хи-квадрат. Различия признавали значимыми при Р<0.05. Для оценки связи между хронотопографическими показателями рассчитывали коэффициент корреляции Пирсона. Вычисления производили с помощью программ MS Excel 2002 и McGraw-Hill Primer Biostatistics 4.03 [Гланц, 1999].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Последовательности реполяризации эпикарда желудочков сердца у представителей разных систематических групп позвоночных животных при синусно-предсердном ритме

На фрагменте эпикарда желудочка лягушки и левого желудочка собак вследствие малых размеров картируемой области (5x5 мм) дисперсии времени активации, длительностей и времени окончания реполяризации значимо меньше, чем на целом эпикарде (Р<0.001), кроме того дисперсии всех трех параметров не отличаются друг от друга. Длительность реполяризации в эпикардиальных отведениях обратно пропорциональна времени прихода волны возбуждения. Поскольку и у собак, и у лягушек дисперсии активации и локальных длительностей реполяризации в отдельной области эпикарда сопоставимы по величине друг с другом, формирование последовательности реполяризации определяется балансом влияний со стороны последовательности охвата возбуждением и распределения ARI в картируемой зоне. Количественно, сила влияния этих факторов пропорциональна величинам дисперсий времени прихода волны деполяризации и локальных длительностей реполяризации: существует значимая линейная зависимость между отношением дисперсий активации и ARI, с одной стороны, и величиной коэффициента корреляции между временем прихода волны возбуждения и временем реполяризации, с другой стороны.

Таким образом, при синусно-предсердном ритме последовательность окончания реполяризации фрагмента поверхности сердца зависит от обоих факторов: последовательности активации и распределению ARI, сила влияния которых определяется их дисперсией.

Общее распределение длительностей реполяризации на эпикарде желудочков. На поверхности желудочка сердца шук и лягушек локальные длительности реполяризации увеличиваются в направлении от верхушки к основанию (Р<0.05; табл. 1). Наблюдается обратная зависимость между значениями интервала ARI и времени прихода волны возбуждения в область отведения потенциала (г = -0.45 и -0.60 для щук и лягушек соответственно). Дисперсия ARI значимо выше дисперсии деполяризации (Р<0.05).

Таблица 1

Длительность (АШ) и время окончания (ИТ) реполяризации в апикальных и базальных областях эпикарда желудочка щук и лягушек при синусно-предсердном ритме (медиана и интерквартильный интервал)

Щука Es ох lue ins Лягушка Лапа temporaria

ARI, мс RT, мс AM, мс RT, мс

Верхушка 362 (332; 432) 416 (390;453) 495 (440; 547) 514 (459; 562)

Основание 499 (445; 574)' 522 (448; 587) 576 (555; 665)"' 584 (554; 662) "

Примечание:" - Р < 0.05, *** - Р < 0.001 по сравнению с верхушкой

У кроликов не обнаружено связи между временем прихода волны возбуждения и локальной длительностью реполяризации (г=0.06). Самые короткие АМ наблюдаются на верхушке сердца и на латеральной поверхности левого желудочка, более длительные - в основании левого желудочка и на латеральной поверхности правого желудочка, а самая большая локальная длительность реполяризации характерна для основания правого желудочка (Р<0.01; табл. 2). Дисперсия локальных длительностей реполяризации на эпикарде кролика намного больше дисперсии активации (Р<0.001).

Таблица 2

Длительность (АИ) и время окончания (КГ) реполяризации в различных областях эпикарда желудочков кроликов и кошек при синусно-предсердном ритме (медиана и интерквартильный интервал)

Кролик Oiyctolagus cuniculus Кошка Felis domestica

ARI, мс RT, мс ARI, MC RT, мс

Основание ПЖ 150 (127;174)""" 143(131; 162)"'" 169(163; 174) 195(193;199)

Основание ЛЖ 129(114; 148)"'" 132 (116; 151)""" 174(174; 177)' 208 (199; 208)'

Боковая стенка ПЖ 153 (127; 165)*"" 149 (131; 165)'"" 179(152; 182) 199(181;202)

Боковая стенка ЛЖ 106(102; 121) 110 (99; 121) 159(146; 160) 187(178; 187)

Верхушка сердца 103(96; 113) 101 (93; 110) 150(148; 174) 180(171; 193)

Примечание: "" - Р < 0.001 по сравнению с верхушкой сердца; Р < 0.05, п - Р < 0.01 по сравнению с боковой стенкой ЛЖ; ЛЖ - левый желудочек; ПЖ - правый желудочек

На эпикарде желудочков кошки распределение локальных длительностей реполяризации сходно с соответствующим распределением у кроликов (табл. 2). В верхушечных областях длительность реполяризации меньше, чем в базальных, и на левом желудочке меньше, чем на правом. В то же время между распределениями АШ у кошек и кроликов имеется ряд отличий. Во-первых, на эпикарде желудочков кошек наиболее короткие длительности

АШ наблюдаются не на верхушке сердца, а в смежной с ней области латеральной поверхности левого желудочка. Наиболее длительные АШ обнаруживаются в основании не правого, а левого желудочка. Во-вторых, распределение АК1 по эпикарду кошек более однородно, что выражается в меньшей дисперсии локальных длительностей реполяризации, которая тем не менее более, чем в 2.5 раза, превышает дисперсию активации (Р<0.001).

Общая последовательность реполяризании. На эпикарде желудочка щук наблюдаются две независимые зоны ранней реполяризации, одна из которых расположена на верхушке сердца, а другая - в области прорыва волны возбуждения в основании желудочка. В большинстве случаев верхушечная область реполяризуется несколько раньше, в силу чего время реполяризации верхушки в целом меньше, чем основания, хотя различия не достигают уровня статистической значимости (Р<0.07; табл. 1). Зона поздней реполяризации расположена в основании желудочка и, как правило, совпадает с одной из зон поздней активации. Последовательность реполяризации не повторяет последовательность активации (>=-0.10), хотя в базальных отделах между ними имеется сходство. Дисперсия реполяризации более, чем в два раза, выше дисперсии активации (Р<0.05) и незначимо меньше дисперсии локальных длительностей реполяризации.

У лягушек вначале реполяризуется эпикард на верхушке сердца, затем в средней части желудочка по оси основание-верхушка, а в последнюю очередь - в основании (Р<0.001; табл. 1). Таким образом, в последовательности реполяризации прослеживается четкое направление от верхушки к основанию. Эпикардиальная дисперсия реполяризации значительно больше дисперсии активации (Р<0.001) и меньше дисперсии АШ (Р<0.01). Последовательность реполяризации соответствует распределению локальных длительностей реполяризации (г=0.96) и не совпадает с последовательностью деполяризации (г=-0.39).

У кроликов наиболее ранняя реполяризация наблюдается на верхушке левого желудочка, которая незначительно опережает реполяризацию латеральной поверхности левого желудочка. Вслед за этими зонами реполяризуется основание левого и незначительно позднее - латеральная поверхность правого желудочка. Самая поздняя реполяризация наблюдается в основании правого желудочка (Р<0.01; табл. 2). Эпикардиальная дисперсия реполяризации существенно больше, чем дисперсия активации (Р<0.001), и не отличается от дисперсии длительностей АШ. Также как и у лягушек, на эпикарде желудочков кролика последовательность реполяризации соответствует распределению локальных длительностей реполяризации (г=0.99) и не коррелирует с последовательностью деполяризации (г=0.17). Последовательность реполяризации эпикарда желудочков кошки близка к последовательности реполяризации эпикарда желудочков кролика за исключением того, что у кошки зона наиболее поздней реполяризации чаще 16

время как у кролика - в

anterior posterior

veniralis dorsalis ventralls darsatis veniralis

располагается в основании левого желудочка, в то основании правого (табл. 2).

posterior

103 эгс

-V-------------1- (0,025 мВ) —«,-(0,01 мВ) (0,20 мВ)

Щука Лягушка Кролик

Рис. 1. Репрезентативные хронотопографические карты последовательности реполяризации эпикарда желудочков (А) и изопотенииальные карты распределения потенциала на поверхности туловища (Б) щуки, лягушки и кролика в период пика Т волны. На шкалах хронотопографических карт числа показывают время окончания реполяризации в миллисекундах. На изопотенциальных картах заштрихована область положительного потенциала. Под каждой картой на ЭКГ в контрольном отведении маркером показан момент, которому соответствует распределение потенциала. В скобках указан шаг изолиний для каждой карты. Положение максимума и минимума обозначено знаками «+» и «-» соответственно.

Таким образом, при спонтанном синусно-предсердном ритме в последовательностях реполяризации эпикарда желудочков кроликов, кошек и лягушек (рис. 1А) преобладает апикобазальное направление, несмотря на то, что последовательности и длительности активации у представителей разных классов позвоночных отличаются. Последовательности деполяризации и реполяризации эпикарда желудочков у исследованных видов животных не совпадают. При синусно-предсердном ритме главный фактор, определяющий последовательность реполяризации, - распределение локальных длительностей реполяризации. Последовательность активации влияет на последовательность реполяризации только в сердце щук, формируя область относительно ранней реполяризации в основании желудочка, что объясняется наиболее продолжительным проведением возбуждения в миокарде этих животных.

Формирование последовательности реполяризации эпикарда желудочков при изменении длительности реполяризации в условиях гипотермии и гипоксии

Реполяризация эпикарда желудочков при охлаждении сердца. У кроликов и кошек при гипотермии величины АШ возрастают, однако их удлинение неодинаково в различных областях желудочков. Наибольшее увеличение наблюдается на верхушке левого, а наименьшее - в основании правого желудочка. В результате этих неоднородных изменений при гипотермии формируется новое распределение локальных длительностей реполяризации, при котором интервалы активация-восстановление возрастают от основания к верхушке и от правого желудочка к левому (рис. 2).

160 240 220 • 200 150 -160 140 120 -100

~~ Основание ПЖ;Р> 0.05

- » Основание ЛЖ; Р < 0.001

Боковая стенка ПЖ; Р< 0.001

- * -Боковая стенка ЛЖ Р< 0.001

-ВерхушхаЯЖ; Р<0.0

32=0

176 мс

38°С

32°С

Рис. 2. Длительности реполяризации эпикарда желудочков кролика при охлаждении сердца от 38 до 32°С. А: Неравномерное удлинение интервалов активация-восстановление (АШ) в разных областях желудочков. Б и В: Репрезентативные хронотопографические карты распределения величин АШ на эпикарде при нормо- и гипотермии соответственно. Числа на шкалах показывают длительность АШ в миллисекундах. ЛЖ - левый желудочек, ПЖ -правый желудочек. Из: Агагоу е! а1., 2008 с изменениями. 18

Наименьшие величины АШ регистрируются в основании правого желудочка, а наибольшие - на верхушке левого (Р<0.001). Таким образом, охлаждение сердца приводит к инверсии в распределении локальных длительностей реполяризации. Удлинение реполяризации обратимо и не зависит от длительности сердечного цикла. В соответствии с перераспределением АШ последовательность реполяризации эпикарда желудочков также инвертируется. В охлажденном сердце последовательность реполяризации направлена от основания правого и левого желудочка к боковой поверхности и верхушке левого желудочка (Р<0.001), -происходит инверсия межжелудочкового иапикобазального градиентов реполяризации. При охлаждении сердца дисперсия реполяризации значимо возрастает (Р<0.05).

При охлаждении сердца лягушки до 12°С продолжительность интервалов активация-восстановление увеличивается неодинаково в различных участках эпикарда. Наиболее выраженное увеличение наблюдается на верхушке сердца, а наименьшее - в основании (Р<0.05). Вследствие этого при 12°С локальные длительности реполяризации становятся более однородными. Наиболее короткие АШ наблюдаются в основании, наиболее длительные - в средней части желудочка, а интервалы активация-восстановление промежуточной величины - на верхушке сердца. Различия между средними длительностями реполяризации в указанных трех эпикардиальных областях статистически не значимы (/>>0.05). Вследствие перераспределения АШ апикобазальная последовательность реполяризации меняется на базоапикальную, хотя различия между временем окончания реполяризации в основании и на верхушке не достигают уровня статистической значимости. Между временем активации и окончания реполяризации в данном отведении появляется прямая зависимость (/=0.51), которая обусловлена двумя факторами: перераспределением локальных длительностей реполяризации и возросшей ролью последовательности деполяризации в формировании последовательности реполяризации вследствие выравнивания региональных значений АШ.

Таким образом, изменения хронотопографических характеристик реполяризации эпикарда желудочков сходны при снижении температуры сердца и тела млекопитающих (кроликов и кошек) от 38 до 32°С и лягушек от 18 до 10°С. Охлаждение сердца вызывает неодинаковые эффекты в разных областях желудочков: увеличение АШ более выражено на верхушке в сравнении с основанием и (у кроликов и кошек) в левом желудочке в сравнении с правым. Неоднородное увеличение локальных длительностей реполяризации приводят к смене апикобазальной последовательности реполяризации эпикарда желудочков на базоапикальную. Эти результаты дают вероятное объяснение противоречивости данных литературы о длительностях реполяризации в разных областях сердца; в работе продемонстрировано, что относительно небольшие изменения температуры в ходе эксперимента могут привести к получению

прямо противоположных данных о характере реполяризации эпикардиальной поверхности желудочков.

Реполяризация эпикарда желудочков кошек при гипоксии. Длительность интервалов активация-восстановление под влиянием снижения Р0 уменьшается. При нормальной температуре тела (38°С) статистической значимости эффект достигает только на латеральной поверхности левого желудочка (Р<0.05), причем наибольшие изменения отмечаются в области, непосредственно примыкающей к верхушке сердца. Поскольку наибольшее укорочение длительностей реполяризации наблюдается в области, где исходно их величина наименьшая, то «гипоксическое» пространственное распределение АШ на эпикарде желудочков не отличается от контрольного: наиболее короткие интервалы активация-восстановление наблюдаются на верхушке и прилегающей к ней латеральной области левого желудочка, а наиболее длительные - в основании обоих желудочков и на латеральной поверхности правого желудочка. Апикобазальная последовательность реполяризации эпикарда желудочков в условиях гипоксии при 3 8°С не меняется по сравнению с исходным состоянием, хотя дисперсия времени окончания реполяризации увеличивается (Р<0.05) за счет того, что минимальные значения интервалов активация-восстановление уменьшаются (Р<0.05), а максимальные - значимо не меняются.

После охлаждения сердца и тела кошек до 32°С эффекты гипоксии развиваются медленнее, и период, по истечении которого возникают частые желудочковые экстрасистолы и/или эпизоды желудочковых тахикардий, составляет 4 минуты (по сравнению с 2.5 минутами при нормальной температуре). Наибольшее укорочение реполяризации наблюдается на верхушке сердца, а наименьшее - в основании правого желудочка (Р<0.05). Длительные интервалы активация-восстановление уменьшаются в большей степени, а короткие - в меньшей степени (г = 0.85), в связи с этим длительности реполяризации на эпикарде перераспределяются. До прекращения вентиляции наименьшие интервалы активация-восстановление наблюдаются в базальных частях правого и левого желудочка, а наибольшие - на верхушке сердца, а при гипоксии эпикардиальное распределение АШ практически инвертируется: наименьшие их величины наблюдаются на левом желудочке, а наибольшие - в основании правого желудочка. В соответствии с инверсией распределения интервалов активация-восстановление последовательность реполяризации эпикарда желудочков меняет направление. Вместе с тем, несмотря на инверсию последовательности реполяризации, ее дисперсия значимых изменений не претерпевает, поскольку в условиях гипоксии и максимальные, и минимальные локальные длительности реполяризации уменьшаются приблизительно одинаково.

Данные картографирования эпикарда желудочков кошки в условиях гипоксии свидетельствуют о том, что при снижении Р0 в артериальной крови

длительность реполяризации уменьшается в наибольшей степени в левом желудочке—на верхушке сердца или на латеральной поверхности, прилегающей к верхушке. Гипоксическое воздействие, приложенное при нормальной температуре, увеличивает дисперсию, но не меняет последовательность реполяризации, в то время как при гипотермии - наоборот: меняет последовательность реполяризации практически на противоположную, но не изменяет дисперсии реполяризации.

Формирование последовательности реполяризации эпикарда желудочков при изменении последовательности активации в условиях эктопического возбуяадения

При эктопическом возбуждении желудочка сердца щук длительность (дисперсия) активации эпикарда при верхушечной и базальной стимуляции значительно возрастает по отношению к синусно-предсердному ритму (Р<0.05) и становится неотличимой от дисперсий локальных длительностей и времени окончания реполяризации. Распределение АШ становится более однородным: в нем отсутствуют значимые различия между областями эпикарда. Последовательности реполяризации при разных видах электростимуляции желудочка существенно различаются и повторяют соответствующие последовательности деполяризации (г=0.81 и г = 0.45 при стимуляции верхушки и основания соответственно), поскольку длительность охвата возбуждением поверхности желудочка существенно выше, чем при синусно-предсердном ритме, а различия между областями эпикарда в величинах АШ относительно невелики. При стимуляции верхушки сердца последовательность реполяризации апикобазальная, а при нанесении стимула в основание - базоапикальная. В отличие от синусно-предсердного ритма дисперсия окончания реполяризации независимо от области нанесения стимула не отличается от дисперсий локальных длительностей реполяризации и активации.

При эктопическом возбуждении желудочка сердца лягушек дисперсия активации значительно возрастает по сравнению с синусно-предсердным ритмом, но остается меньше дисперсий локальных длительностей и времени окончания реполяризации. При стимуляции основания желудочка локальные длительности реполяризации уменьшаются (Р<0.001) в основании и в средней зоне, в то время как на верхушке длительность АЫ значимо не меняется. При нанесении стимула на верхушку сердца во всех эпикардиальных областях интервалы активация-восстановление укорачиваются (Р<0.01), причем в области верхушки их укорочение наибольшее по сравнению с другими зонами (Р<0.05). В апикальной области длительность реполяризации уменьшается при ранней активации данной зоны и увеличивается в случае ее поздней активации

(Р<0.024). При базальной стимуляции у лягушек обнаруживаются две зоны раннего окончания реполяризации: одна на верхушке сердца, в области, где регистрируются наиболее короткие АШ, а другая в основании, в зоне наиболее ранней активации. Положение области поздней реполяризации вариабельно, но в большинстве случаев она находится в средней части желудочка. При стимуляции верхушки зона раннего окончания реполяризации находится в месте нанесения стимула, в котором обнаруживаются наиболее короткие длительности реполяризации. Позднее окончание реполяризации наблюдается в основании желудочка, в области наиболее длительных АШ. Таким образом, при апикальной стимуляции последовательность реполяризации близка к последовательности активации и одновременно соответствует распределению интервалов активация-восстановление. Имеется значимая корреляция между временем прихода волны возбуждения и временем реполяризации в одном и том же эпикардиальном отведении (г = 0.31 и г = 0.46 при стимуляции верхушки и основания соответственно); однако наиболее мощным фактором, определяющим время окончания реполяризации, является ее длительность (г = 0.99 и г - 0.97 при стимуляции верхушки и основания соответственно). Дисперсия реполяризации при эктопическом возбуждении не меняется по сравнению с суправентрикулярным ритмом. Она остается выше дисперсии активации и не отличается от дисперсии АШ.

При эктопическом возбуждении желудочков кролика время охвата волной возбуждения эпикарда существенно больше, чем при синусно-предсердном ритме. В условиях нормотермии (38°С) при разных способах стимуляции длительные АШ имеют тенденцию укорачиваться, а короткие -удлиняться, вследствие чего дисперсия АШ уменьшается по сравнению с синусно-предсердным ритмом, но при этом остается больше дисперсии активации. В месте, где располагается эктопический очаг, длительность АШ мала, а в зоне поздней активации она больше (Р<0.05; рис. 3). Дисперсия времени окончания реполяризации значимо не меняется. Она остается выше дисперсии активации, однако становится значимо больше дисперсии интервалов активация-восстановление при стимуляции. При стимуляции основания правого желудочка в первую очередь реполяризуется область локализации эктопического очага, затем, приблизительно одновременно, -верхушка, основание левого и латеральная поверхность правого желудочка и в последнюю очередь - латеральная область свободной стенки левого желудочка. Когда эктопический очаг располагается в основании левого желудочка, самая ранняя реполяризация наблюдается на его латеральной поверхности, самая поздняя - на латеральной поверхности и в основании правого желудочка, в то время как на основании и верхушке левого отмечается промежуточное время окончания реполяризации. При верхушечной стимуляции область раннего восстановления расположена на верхушке, позже реполяризуются латеральные

зоны правого и левого желудочка и в последнюю очередь - базальные отделы. В условиях эктопического желудочкового ритма последовательность реполяризации имеет значительно больше сходства с последовательностью деполяризации, нежели при синусно-предсердном ритме. В области, активирующейся раньше других, наблюдается относительно ранняя реполяризация, а для зоны поздней активации характерна поздняя реполяризация. Вместе с тем последовательность реполяризации сохраняет зависимость от распределения интервалов активация-восстановление, что подтверждается более высокой дисперсией времени окончания реполяризации по сравнению с дисперсией активации.

О 20 40 60 80 100 120 140 160 180

АМ.мс

Рис. 3. Последовательности реполяризации эпикарда желудочков кролика при их эктопическом возбуждении. А и Б: Репрезентативные хронотопографические карты последовательности реполяризации при электростимуляции основания левого и правого желудочка соответственно. Числа на шкалах показывают время окончания реполяризации. Прямоугольным символом показано место нанесения стимула. В: Различия длительности реполяризации (АЫ) в основании левого желудочка (показано стрелками) при различном положении эктопического очага возбуждения.

В условиях гипотермии имеется большее по сравнению с нормотермическим состоянием сходство между синусно-предсердным и эктопическими желудочковыми распределениями АЮ: зона длительных

интервалов активация-восстановление находится независимо от режима стимуляции на эпикарде верхушки сердца, а коротких - в базальных отделах. При гипотермии навязывание более частого желудочкового ритма приводит к наибольшему укорочению интервалов АШ на верхушке сердца и латеральной поверхности свободной стенки левого желудочка. В основании обоих желудочков изменения менее выражены. Таким образом, длительные интервалы активация-восстановление имеют тенденцию к большему укорочению по сравнению с короткими. Основные закономерности формирования последовательности реполяризации при электростимуляции желудочков в условиях гипотермии и нормотермии в целом сходны.

Таким образом, исследование процессов деполяризации и реполяризации теплокровных и холоднокровных животных при эктопическом возбуждении показывает, что при электростимуляции желудочков наряду с задержкой активации миокарда происходит перераспределение длительностей реполяризации, при котором формируется относительно однородное распределение АШ на эпикарде желудочков. Наибольшие изменения реполяризации имеют место в апикальной области, вследствие чего меняется апикобазальный градиент реполяризации. Последовательность реполяризации повторяет последовательность деполяризации, хотя механизмы этого сходства у разных видов животных различны: у щук оно связано с более продолжительным распространением волны активации, а у лягушек и кроликов - с укорочением реполяризации в области ранней активации и удлинением ее в области поздней активации.

Формирование последовательности реполяризации эпикарда желудочков кролика при изменении длительности активации и реполяризации в условиях гиперкалиемии

На эпикарде желудочков кроликов в условиях гипокалиемии последовательности активации, распределения локальных длительностей реполяризации и последовательности реполяризации значимо не отличались от определенных нами ранее при нормальной концентрации калия. При гиперкалиемии распространение волны возбуждения замедляется, что подтверждается повышением дисперсии активации (Р<0.05), однако сама последовательность деполяризации при этом существенно не изменяется. Длительность реполяризации уменьшается в наибольшей степени в основании правого желудочка (Р<0.05). Степень укорочения АЫ зависит от исходной его величины: чем больше длительность реполяризации при гипокалиемии, тем больше она укорачивается при гиперкалиемии, в результате чего дисперсия АЫ значимо снижается (Р<0.05).

(...........■■............ г !•'!'•1111

,1 1 Г"Я—

8 16 «ас

Рис. 4. Репрезентативные хронотопографические карты последовательности деполяризации (А) и реполяризации (Б) эпикарда желудочков кролика при концентрации калия в артериальной крови 7.49 ммоль/л. Числа на шкалах показывают время прихода волны возбуждения (А) и окончания реполяризации (Б). Из: Азаров и др., 2008 с изменениями.

Поскольку при гиперкалиемии волна возбуждения распространяется дольше, а распределение локальных длительностей реполяризации относительно однородно, последовательность реполяризации зависит от последовательности активации (рис. 4). Данная зависимость тем больше, чем больше отношение дисперсий активации к дисперсии АЫ1 (г = 0.79).

Таким образом, установлено, что при гиперкалиемии распространение волны возбуждения замедляется без изменений его эпикардиальной последовательности; локальные длительности реполяризации уменьшаются преимущественно в тех зонах, где их значения исходно велики, а последовательность реполяризации приобретает зависимость от последовательности активации.

Распределение потенциала на поверхности тела в период реполяризации желудочков

Расположение зон кардиоэлектрического поля у всех исследованных животных устанавливается во время сегмента БТ и существенно не изменяется в течение Г волны. У собак, кроликов и кошек в период пика Г волны область положительных потенциалов расположена каудально. На вентральной поверхности она расширена в краниальном направлении и достигает уровня 34 ребра с максимумом в области проекции верхушки сердца на среднегрудинной линии. Область отрицательных потенциалов в это время формируется в краниальной части тела, занимая большую часть дорсальной поверхности.

Положение минимума вариабельно, но в большинстве случаев он располагается либо на спине, либо на латеральных поверхностях. У кроликов амплитуда потенциалов меньше, чем у собак, а у кошек область положительного потенциала расширена в краниальном направлении не на вентральной, как у собак и кроликов, а на леволатеральной поверхности, и максимум у кошек смещен влево (Р<0.001) от среднегрудинной линии.

У лягушек амплитуда кардиоэлектрических потенциалов на поверхности тела ниже, чем у млекопитающих. Положительные потенциалы регистрируются в каудальной части туловища, а отрицательные - в краниальной, причем, как правило, на брюхе большую часть поверхности занимает положительная область, а на спине - отрицательная. У щук краниальная область отрицательного потенциала наблюдается только в небольшом участке вентральной поверхности. Область, где регистрируется положительный потенциал, занимает каудальную часть вентральной и всю дорсальную поверхность. Отрицательный экстремум располагается вентрально между жаберными дугами. Позиция положительного экстремума менее определенна: он может располагаться как в каудальной части на спине или на брюхе, так и в краниальной части дорсальной поверхности.

Таким образом, у всех исследованных животных (собаки, кролики, кошки, лягушки, щуки) в распределении потенциала на поверхности туловища выражен краниокаудальный градиент потенциала с положительной каудальной и отрицательной краниальной областями (рис. 1Б). Позиция максимума потенциала в области вентральной проекции верхушки сердца устойчива, в то время как положение минимума изменчиво на протяжении БТ-Т комплекса и вариабельно у разных особей. У щук область положительного потенциала занимает не только каудальную часть туловища, но и краниальную часть дорсальной поверхности. Краниокаудальное распределение потенциала на поверхности туловища соответствует апикобазальной последовательности реполяризации (рис. 1). Положительные потенциалы в каудальной части тела формируются в зоне проекции области раннего окончания реполяризации на верхушке сердца, а отрицательные потенциалы в краниальной части - в зоне проекции базальной области поздней реполяризации. Формирование положительных потенциалов в краниальной части тела у щук обусловлено наличием «дополнительной» области ранней реполяризации в основании желудочка.

При охлаждении сердца кроликов и лягушек распределение потенциала на поверхности туловища в период комплекса (¿КБ остается практически неизменным, в то время как в период БТ-Т комплекса потенциалы перераспределяются в соответствии с инверсией последовательности реполяризации (рис. 5). Положительные потенциалы наблюдаются в краниальной части торса, занимая большую часть дорсальной поверхности, а отрицательные -

в кауцальной части с четким минимумом в области вентральной проекции верхушки сердца. Т волна в отведениях от конечностей меняет полярность или уплощается. После повторного прогревания тела животного до исходной температуры параметры кардиоэлектрического поля восстанавливаются.

А Б

аптепог роз<епог гепггаНв ёогзаНв

38°С

I 1 1 I I . - УШВЯИИ

О 63 126 мс

32°С

Рис. 5. Последовательности реполяризации эпикарда желудочков (А) и распределение потенциала на поверхности туловища (Б) при охлаждении сердца кролика. Шаг изолиний изопотенциальных карт - 0.20 мВ. Условные обозначения те же, что и на рис. 1. Из: А га го V е1 а1., 2008 с изменениями.

При гипоксии краниокаудальное распределение потенциала на поверхности туловища кошек при нормальной температуре (38°С) в соответствии с сохранной последовательностью реполяризации эпикарда желудочков существенно не изменяется в отношении пространственно-временных параметров, хотя амплитуды экстремумов увеличиваются, что отражает рост дисперсии реполяризации (рис. 6).

С агйепог ро,Хепог хеШгаШ догчаНз

Гипоксия Р0=7пш1^

Нормоксия РО;=102тт^

Рис. 6. Последовательности реполяризации эпикарда желудочков (А) и распределение потенциала на поверхности туловища кошки (Б) в условиях гипоксии при температуре 38°С. Шаг изолиний изопотенциальных карт -0.05 мВ. Условные обозначения те же, что и на рис. 1.

При температуре 32°С распределение потенциала на поверхности туловища кошки резко отличается от исходного (область положительных потенциалов смещена в краниальном направлении, а отрицательных - в каудальном), что отражает измененную последовательность реполяризации. После гипоксического воздействия, когда эпикардиальная последовательность реполяризации приобретает направление от верхушки к основанию и от левого желудочка к правому, положительная зона смещается в каудальном направлении, дорсально и влево с максимумом потенциала в каудальной части дорсальной поверхности слева. Зона отрицательного потенциала формируется краниально, на большей части вентральной и на краниальном полюсе дорсальной поверхности с минимумом потенциала в средней или правой части вентральной поверхности (рис. 7). Таким образом, при гипоксии в гипотермических условиях в средней части вентральной поверхности положительный экстремум меняется на отрицательный, и происходит трансверсальная инверсия распределения потенциала.

32°С

anterior posterior

ventraïis dorsalis

P0;= 102 mmHg

0 4S 96 sic

P0,=7 mmHg

I

Рис. 7. Последовательности реполяризации эпикарда желудочков (А) и распределение потенциала на поверхности 1уловшца кошки (Б) в условиях гипоксии при температуре 32°С. Шаг изолиний изопотенциальных карт -0.05 мВ. Условные обозначения те же, что и на рис. 1.

Проведенные исследования неоднородных свойств реполяризации желудочков сердца животных позволили сформулировать закономерности формирования эпикардиальной последовательности реполяризации и ее отображения в распределении потенциалов на поверхности туловища.

Последовательность реполяризации в целом определяется двумя факторами: последовательностью активации и распределением локальных длительностей реполяризации. В желудочках сердца выделяются области с различными длительностями реполяризации: правый и левый желудочки, верхушка и основание. В пределах данных областей длительности реполяризации относительно однородны. Региональные различия локальных длительностей реполяризации формируются под влиянием собственных свойств кардиомиоцитов в различных областях миокарда, воздействий на сердце, таких как температура, гипоксия, нарушения электролитного баланса, и изменений последовательности активации.

У исследованных видов животных (кошка, кролик, лягушка, щука) последовательность реполяризации эпикарда желудочков направлена от

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

верхушки к основанию в соответствии с распределением локальных длительностей реполяризации. Их перераспределение происходит вследствие неодинаковой реакции различных областей сердца на одно и то же воздействие: как правило, верхушечные зоны желудочков реагируют сильнее базальных, а левожелудочковые - сильнее правожелудочковых. С другой стороны, чем больше исходная длительность реполяризации, тем больше выражено укорочение реполяризации, и, наоборот: чем меньше исходная длительность реполяризации, тем больше выражено ее удлинение при соответствующем воздействии. Неоднородное укорочение или удлинение реполяризации приводит к изменению общей последовательности ее окончания только в случае уменьшения или инверсии, но не при увеличении градиентов длительностей реполяризации. При инверсии градиентов формируется новое эпикардиальное распределение локальных длительностей реполяризации, которое определяет последовательность ее окончания; при уменьшении величины градиентов до уровня, когда дисперсия интервалов активация-восстановление сравнивается с дисперсией времени прихода волны возбуждения, повышается роль последовательности активации в формировании последовательности окончания реполяризации.

Общая последовательность реполяризации желудочков у исследованных животных не зависит от охвата возбуждением per se. Последовательность активации миокарда влияет на последовательность реполяризации целого эпикарда желудочков главным образом через изменения локальных длительностей реполяризации: при электростимуляции желудочков в области ранней активации длительность реполяризации становится меньше, а в зоне поздней активации - больше. Прямой эффект процесса деполяризации желудочков на последовательность реполяризации имеет место только в условиях, когда дисперсия локальных длительностей реполяризации близка по величине к дисперсии активации. По нашим данным, такие условия выполняются в нескольких ситуациях: 1) у животных с наиболее продолжительным проведением волны возбуждения (щуки) как при синусно-предсердном ритме (в основании желудочка), так и при эктопической стимуляции (на целом желудочке); 2) при внешних воздействиях (гиперкалиемия), приводящих к задержке проведения и возникновению более однородного распределения длительностей реполяризации; 3) на отдельных фрагментах желудочков, в пределах которых нет значительных неоднородностей в распределении длительностей реполяризации. Таким образом, роль последовательности деполяризации в формировании последовательности реполяризации зависит от соотношения дисперсий времени активации и локальных длительностей реполяризации.

У исследованных животных наблюдаются сходные распределения потенциала на поверхности туловища в период реполяризации желудочков,

характеризующиеся положительной каудальной и отрицательной краниальной зонами, что обусловлено общностью параметров эпикардиальной последовательности реполяризации в направлении от верхушки к основанию и от левого желудочка к правому. Параметры краниокаудального распределения зон отрицательного и положительного потенциала на поверхности туловища отражают направление апикобазального градиента реполяризации, а трансверсальный компонент распределения потенциала на торсе отражает направление межжелудочкового градиента. Метод многоэлектродного картографирования потенциала на поверхности туловища может быть использован для оценки отдельных желудочковых градиентов и дисперсии реполяризации.

ВЫВОДЫ

1. Установлены механизмы формирования последовательности реполяризации желудочков сердца животных, ведущими факторами которых являются распределение локальных длительностей реполяризации, длительность охвата возбуждением, нарушение последовательности активации, размеры исследуемой области миокарда.

2. Вклад последовательности активации в формирование последовательности реполяризации эпикарда желудочков зависит от соотношения величин дисперсии времени активации, зависящей от продолжительности охвата возбуждением желудочков, и дисперсии локальных длительностей реполяризации.

3. Общая последовательность реполяризации эпикарда желудочков кроликов, кошек, лягушек и щук имеет апикобазальное направление в соответствии с увеличением локальных длительностей реполяризации от верхушки к основанию и не зависит от последовательности деполяризации. У щук, помимо области ранней реполяризации, на верхушке сердца имеется относительно ранняя базальная зона, которая соответствует первичному очагу деполяризации на поверхности желудочка.

4. На отдельных фрагментах эпикарда желудочков собак и лягушек при синусно-предсердном ритме последовательность активации определяет последовательность реполяризации, либо непосредственно влияя на момент возникновения возбуждения, либо косвенно изменяя длительности реполяризации по механизму электротонического взаимодействия.

5. При охлаждении сердца кроликов и кошек от 38 до 32°С и сердца лягушек от 18 до 12°С интервалы активация-восстановление удлиняются в наибольшей степени на верхушке сердца, а у кроликов и кошек также на левом желудочке больше, чем на правом, что приводит к смене

апикобазальной последовательности реполяризации на базоапикальную и к увеличению дисперсии времени окончания реполяризации на эпикарде.

6. При гипоксии укорочение интервалов активация-восстановление на эпикарде желудочков кошек максимально на верхушке левого желудочка и прилегающей области свободной стенки. При нормотермии (38°С) неоднородное укорочение интервалов активация-восстановление вызывает рост дисперсии, но не меняет последовательность окончания реполяризации. При сниженной температуре тела (32°С) гипоксия вызывает инверсию апикобазальной и межжелудочковой последовательности реполяризации при незначительных изменениях ее дисперсии.

7. При эктопической электростимуляции желудочков кроликов и лягушек последовательность активации опосредованно определяет последовательность реполяризации, изменяя локальные длительности реполяризации: в области эктопического возбуждения длительность реполяризации уменьшается, а в области поздней активации -увеличивается. При эктопическом возбуждении желудочка щук последовательность деполяризации влияет на последовательность реполяризации, определяя момент возникновения возбуждения в отдельных участках желудочка.

8. При повышении концентрации калия в артериальной крови кролика до 8 ммоль/л последовательность активации непосредственно влияет на последовательность реполяризации вследствие задержки охвата возбуждением и уменьшения дисперсии локальных длительностей реполяризации желудочков за счет их преимущественного укорочения в тех областях, где их исходная длительность максимальна (основание правого желудочка).

9. При синусно-предсердном ритме у животных с разными типами и продолжительностью активации миокарда кардиоэлектрическое поле на поверхности туловища в период конечной желудочковой активности характеризуется краниокаудальным распределением потенциала с положительной каудальной и отрицательной краниальной областями, которое соответствует апикобазальной последовательности реполяризации. У щук дополнительная область ранней реполяризации в основании желудочка отображается в дорсальном расширении области положительного потенциала в краниальном направлении.

10. Смена апикобазальной последовательности реполяризации эпикарда желудочков на базоапикальную при охлаждении сердца кроликов, кошек и лягушек проявляется в инверсии краниокаудального распределения потенциала на поверхности туловища.

11. Изменение межжелудочкового градиента реполяризации при сочетанном воздействии гипоксии и гипотермии у кошек приводит к инверсии

трансверсалыгого компонента в распределении потенциала на поверхности туловища.

12. Сформулирована и доказана концепция формирования кардиоэлектрического поля на поверхности туловища животных в период реполяризации желудочков на основе апикобазального и межжелудочкового градиентов времени окончания реполяризации.

1) Краниокаудальное распределение потенциала образуется вследствие апикобазального градиента реполяризации желудочков.

2) Трансверсальное распределение потенциала формируется за счет межжелудочкового градиента реполяризации.

3) Инверсия кардиоэлектрического поля на поверхности туловища происходит при уменьшении или инверсии апикобазального или межжелудочкового градиентов длительности реполяризации.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ

ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в рецензируемых журналах:

1. Рощевский М.П., Азаров Я.Э.. Шмаков Д.Н., Витязев В.А., Рощевская И.М., Артеева Н.В., Мостивенко К.К., Харин С.Н. Инверсия последовательности реполяризации эпикарда желудочков сердца кролика при гипотермии // ДАН. -2000. - Т.375, №3. - С. 410-411.

2. Азаров Я.Э.. Рощевский М.П., Шмаков Д.Н., Витязев В.А., Рощевская И.М., Артеева Н.В. Влияние гипотермии на последовательность реполяризации эпикарда желудочков кролика. // Росс, физиол. журн. им. И.М.Сеченова. -2001. - Т. 87, №10. -С. 1309-1317.

3. Витязев В.А., Харин С.Н., Азаров Я.Э.. Мостивенко К.К., Антонова H.A., Рощевская И.М., Шмаков Д.Н., Рощевский М.П. Сопоставление по времени начальных моментов активации миокарда желудочков и параметров кардиоэлектрического поля на поверхности тела собаки // Бюлл. эксп. биол. мед. - 2001. - Т. 131, №4. - С. 388-391.

4. Вайкшнорайте М.А., Белоголова A.C., Витязев В.А., Азаров Я.Э., Шмаков Д.Н. Кардиоэлектрическое поле на эпикарде и поверхности тела шук в период деполяризации и реполяризации миокарда желудочка // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. - 2007,- Т. 93, № 8,- С. 870877.

5. Вайкшнорайте М.А., Белоголова A.C., Витязев В.А., Азаров Я.Э., Шмаков Д.Н. Последовательность реполяризации желудочка сердца

лягушки при снижении температуры тела // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. -2007.-Т. 93, № 10.-С. 1123-1131.

6. Витязев В. А., Шмаков Д.Н., Антонова Н.А., Артеева Н.В., Азаров Я.Э.. Харин С.Н., Нужный В.П. Корреляция во времени процесса интрамуральной деполяризации желудочков сердца и распределения потенциалов кардиоэлектрического поля собаки Canis familiaris // Журн. эвол. биохим. и физиол. -2007. - Т. 43, № 4. - С. 362-365.

7. Azarov J.Б., Shmakov D.N., Vityazev V.A., Roshchevskaya I.M., Roshchevsky M.P. Activation and repolarization patterns in the ventricular epicardium under sinus rhythm in frog and rabbit hearts // Сотр. Biochem. Physiol. AMol. Integr. Physiol - 2007. - Vol. 146, № 3. - P.310-316.

8. Азаров Я.Э., Симакова H.JL, Витязев B.A., Шмаков Д.Н. Реполяризация желудочков сердца кролика при повышении концентрации калия в плазме крови // Бюлл. эксп. биол. мед. - 2008. - Т. 146, №8. - С. 150154.

9. Вайкшнорайте М.А., Белоголова А.С., Витязев В.А., Азаров Я.Э.. Шмаков Д.Н. Кардиоэлектрическое поле в период деполяризации и реполяризации желудочка сердца лягушки // Журн. эволюц. биохим. физиол.- 2008,- Т. 44, № 2.- С. 173-179.

10. Киблер Н.А., Белоголова А.С., Вайкшнорайте М.А., Азаров Я.Э.. Шмаков Д.Н. Насосная функция желудочка лягушек при эктопическом возбуждении сердца // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. - 2008. -Т. 94, №2.-С. 176-183.

11. Седова К.А., Витязев В.А., Азаров Я.Э.. Шмаков Д.Н. Влияние перегрузки левого желудочка на реполяризацию эпикардиальной поверхности желудочков кролика // Бюлл. эксп. биол. мед. - 2008. - Т. 146, №8.-С. 144-146.

12. Цветкова А.С., Киблер Н.А., Азаров Я.Э.. Нужный В.П., Шмаков Д.Н. Реполяризация миокарда желудочков собак при суправентрикулярном ритме // Росс, физиол. журн. им. И.М. Сеченова. - 2008. - Т.94, №5. -2008.-С. 523-531.

13. Цветкова А.С., Нужный В.П., Киблер Н.А., Азаров Я.Э., Шмаков Д.Н. Реполяризация миокарда желудочков собак при предсердно-желудочковой электрической стимуляции сердца // Бюлл. эксп. биол. мед. - 2008. - Т. 146, №8,- С. 131-134.

14. Azarov J.E., Shmakov D.N., Vityazev V.A., Roshchevskaya I.M., Arteyeva N. V., Kharin S.N., Roshchevsky M.P. Ventricular repolarization pattern under heart cooling in the rabbit//Acta Physiol.-2008.-Vol. 193,№2.-C. 129138.

15. Вайкшнорайте M.A., Цветкова A.C., Витязев B.A., Азаров Я.Э.. Шмаков Д.Н. Последовательность реполяризации миокарда желудочка щук //

Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. - 2009. - Т. 95, № 2. - С. 116122.

16. Гошка C.JL, Азаров Я.Э.. Чамкин С.М., Куневич М.П., Шмаков Д.Н. Изменение длительности реполяризации желудочков сердца собаки при увеличении преднагрузки // Бюлл. эксп. биол. мед. -2009. - Т. 147, № 6.-С. 613-616.

Глава в коллективной монографии:

17. Нужный В.П., Шмаков Д.Н., Азаров Я.Э., Нужная Т.Г. Вклад фундаментальной физиологии в развитие медицинских технологий на европейском Северо-Востоке // В кн. «Север: Наука и перспективы инновационного развития» / Ред. В.Н.Лаженцев. - Сыктывкар: 2006. -С. 348-358.

Статьи в сборниках материалов конференций и тезисы докладов:

18. Shmakov D.N., Roshchevsky М.Р., Vityazev V.A., Roshchevskaya I.M., Azarov J.E. Cardioelectric field on the epicardial and body surfaces in animals with different myocard activation patterns during the T wave period // In: Building bridges in electrocardiology: Proc. XXIInd Intern. Congr. on Electrocardiology / Ed. van Oosterom A., Oostendorp T.F., Uijen G.J.H.-Nijmegen: University Press Nijmegen, 1995- P. 84-85.

19. Roshchevsky M.P., Shmakov D.N., Roshchevskaya I.M., Vityasev V.A., Yevstifeeva N.V., Azarov J.E.. Antonova N.A. Formation of cardioelectric field on ventricular epicardium and body surface in animals with different myocardium activation patterns // Medical and biological engineering and computing-1996.- Vol.34, Suppl.l, Part 2.- P. 105-106.

20. Azarov J.E.. Roshchevsky M.P., Shmakov D.N., Vitiyazev V. A., Yevstifeeva N.V. Alterations of ventricular epicardial repolarization sequence under moderate heart cooling in the rabbit // In: Electrocardiology'97; Ed. L. Bacharova, P. W. Macfarlane. - Singapore - New Jersey - London - Hong Kong: World Scientific, 1998. - P. 31-34.

21. Shmakov D.N., Azarov J.E.. Roshchevsky M.P., Vitiyazev V.A., Roshchevskaya I.M., Harin S.N., Mostivenko K.K. Cooling effect on activation sequence of the ventricular epicardium in the rabbit // In: Electrocardiology'97 / Ed. Bacharova L, Macfarlane PW. - Singapore -New Jersey - London - Hong Kong: World Scientific, 1998. - P. 27-30.

22. Azarov J.E.. Roshchevsky M.P., Shmakov D.N., Vitiyazev V.A., Roshchevskaya I.M., Arteeva N.V. Body surface potential distribution during ventricular repolarization under mediastinal cooling in the rabbit // In:

Electrocardiology'98; Ed. I. Preda. - Singapore - New Jersey - London -Hong Kong: World Scientific, 1999. - P. 135-138.

23. Azarov J.E.. Roshchevsky M.P., Shmakov D.N., Vityazev V.A., Roshchevskaya I.M., Arteyeva N.V., Kharin S.N. Ventricular epicardial recovery properties under ectopic activation of heart ventricles in the rabbit. // In: Electrocardiology'99. Proceedings of the XXVI International Congress on Electrocardiology, Syktyvkar, Komi Republic, Russia 29 June - 3 July 1999; Ed. M.P.Roshchevsky. - Syktyvkar, 2000. - P. 91-96.

24. Shmakov D.N., Azarov J.E.. Roshchevskaya I.M., Goshka S.L., Kunevitch M.P., Tudos I.A., Roshchevsky M.P. Hypoxia-induced changes of cardiac electric field during ventricular repolarization differ at normo- and hypothermia in the cat // In: Electrocardiology 2001 /Ed.:Pastore- C.A.Sao Paulo, Brazil, 2001. -P. 499-503.

25. Азаров Я.Э.. Белоголова A.C., Вайкшнорайте M. А., Седова К. А., Киблер Н.А., Витязев В.А., Шмаков Д.Н. Активация и реполяризация фрагмента эпикарда желудочков собаки // Вестник Уральской медицинской академической науки. - 2006. - Т.З, №2. - С. 96.

26. Belogolova A., Nuzhniy V., Kibler N., Azarov J., Shmakov D. Effect of pacing on ventricular repolarization in dogs // Journal of Electrocardiology.

- 2007.- Vol. 40 (4S).- P. S1-S2.

27. Sedova K., Vityazev V., Azarov J.. Shmakov D. Effect of left ventricular overload on the epicardial repolarization in the rabbit // Journal of Electrocardiology. - 2007.- Vol. 40 (4S).- P. S2-S3.

28. Sedova K., Vityazev V., Azarov J., Shmakov D. Effect of the left ventricular overload on epicardial repolarization in the rabbit // The Anatolian Journal of Cardiology. - 2007.-Vol. 7, Suppl. l.-P. 93-94.

29. Vaykshnorayte M., Azarov J.. Shmakov D. Cooling effect on cardiac electric field during ventricular repolarization in the frog // Journal of Electrocardiology. -2007.-Vol. 40 (4S).-P. S5.

30. Kibler N.. Azarov J., Belogolova A., Vaykshnorayte M., Shmakov D. Effects of ectopic excitation on ventricular repolarization and cardiac pump function in the frog // Journal of Electrocardiology. - 2007 - Vol. 40 (4S).- P. S6.

31. Kharin S.N., Kibler N. A., Tsvetkova A.S., Azarov J.E.. Shmakov D.N. A comparative study of the inotropic and lusitropic effects of cardiac pacing on the right ventricle in mammals and birds // Acta Physiol. Sin.: Proc. of the Beijing Joint Conference of Physiological Sciences. Beijing, China 19.10-22.10.2008.-China.-2008.-Vol.60,Suppl. l.-P. 152.

32. Goshka S.L., Azarov J.E., Chamkin S.M., Kunevitch M.P., Shmakov D.N. Ventricular repolarization at volume overload in dogs // J. Mol. Cell. Cardiol.

- 2008. - Vol. 44, JVM. - P. 785-786.

Считаю своей приятной обязанностью высказать глубокую благодарность своему учителю - профессору Дмитрию Николаевичу Шмакову предложенную идею, мудрое руководство, отеческую поддержку и многолетнюю мотивацию этой работы. Выражаю большую признательность коллегам за всестороннюю помощь и доброжелательную критику.

Лицензия № 0025 от 20.06.96

Компьютерный набор. Формат 60x90 1\16 Бум. Kym Lux. Отпечатано на ризографе. Усл.печ.л. 3.72

Тираж 100 Заказ №91

Информационно-издательский отдел Института физиологии Коми НЦ УрО РАН

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Азаров, Ян Эрнестович

Введение

Глава 1. Формирование и электрокардиотопографическое отображение 17 гетерогенности реполяризации миокарда (Обзор литературы)

1.1. Гетерогенность реполяризации миокарда: ионные и молекулярные основы

1.2. Изменения длительности реполяризации в экспериментальных условиях

1.3. Роль последовательности активации в формировании последовательности 37 реполяризации миокарда

1.4. Формирование Т волны и распределения потенциалов на поверхности 48 туловища

Глава 2. Материалы и методы исследования

2.1. Материал исследования

2.2. Подготовка животного к эксперименту

2.3. Регистрация потенциалов кардиоэлектрического поля

2.4. Воздействия

2.5. Обработка данных 77 Результаты исследования

Глава 3. Последовательность реполяризации эпикарда желудочков сердца у 84 животных с разными типами и продолжительностью активации миокарда при синусно-предсердном ритме

3.1. Реполяризация фрагмента эпикарда желудочков

3.2. Общая последовательность реполяризации эпикардиальной поверхности 94 желудочков

3.2.1. Активация эпикарда желудочков

3.2.2. Эпикардиальное распределение локальных длительностей 100 реполяризации

3.2.3. Последовательность реполяризации эпикарда желудочков

Глава 4. Формирование последовательности реполяризации эпикарда желудочков 108 при изменении длительности реполяризации в условиях гипотермии и гипоксии

4.1. Реполяризация эпикарда желудочка лягушки при охлаждении сердца

4.2. Реполяризация эпикарда желудочков кролика при гипотермии

4.3. Реполяризация эпикарда желудочков кошки при гипотермии

4.4. Реполяризация эпикарда желудочков кошки при гипоксии

4.5. Реполяризация эпикарда желудочков кошки при сочетанном действии гипотермии 134 и гипоксии

Глава 5. Формирование последовательности реполяризации эпикарда желудочков 140 при изменении последовательности активации в условиях эктопического возбуждения

5.1. Реполяризация эпикарда желудочка щук

5.2. Реполяризация эпикарда желудочка лягушек

5.3. Реполяризация эпикарда желудочков кролика в условиях нормотермии

5.4. Реполяризация эпикарда желудочков кролика в условиях гипотермии

Глава 6. Формирование последовательности реполяризации эпикарда желудочков 176 кролика при изменении длительности активации и реполяризации в условиях ^ гиперкалиемии

Глава 7. Распределение потенциала на поверхности тела в период реполяризации 181 желудочков сердца

7.1. Распределение потенциала па поверхности туловища при синусно- 181 предсердном ритме у животных с разными типами и продолжительностью активации миокарда

7.2. Распределение потенциала на поверхности туловища при раздельном и сочетанием действии гипотермии и гипоксии

Глава 8. Механизм формирования последовательности реполяризации желудочков 194 сердца и распределения потенциала на поверхности туловища (Обсуждение результатов)

8.1. Роль видовых и классовых электрофизиологических особенностей 194 миокарда в формировании последовательности реполяризации

8.2. Роль изменений длительности реполяризации кардиомиоцитов в 200 формировании последовательности реполяризации миокарда

8.3. Роль последовательности активации в формировании последовательности 214 реполяризации миокарда

8.4. Электрокардиотопографическое отображение последовательности 237 реполяризации в распределении потенциала на поверхности туловища в период конечной желудочковой активности

8.5. Ограничения работы 243 Заключение 246 Выводы 249 Список литературы 252 Приложение

Введение Диссертация по биологии, на тему "Гетерогенность реполяризации желудочков сердца животных"

Актуальность работы

К настоящему времени получены убедительные данные об электрической гетерогенности миокарда предсердий и желудочков [Гоффман, Крейнфилд, 1962; Cohen et al., 1976; Antzelevitch et al., 1999; Nerbonne, Kass, 2005]. Неоднородность реполяризации миокарда обусловлена, во-первых, неодинаковой экспрессией в разных областях сердца белков, образующих а- и ß-субъединицы ионных каналов кардиомиоцитов, что порождает региональные различия в плотности реполяризующих токов [Nerbonne, Kass, 2005], и, во-вторых, неодновременной активацией, которая определяет момент начала деполяризации и, следовательно, реполяризации этих областей [Christian, Scher, 1967]. Проявления такой функциональной гетерогенности реполяризации заключаются, в частности, в специфическом распределении локальных длительностей реполяризации и последовательности реполяризации (восстановления возбудимости) миокарда.

На протяжении более чем вековой истории электрокардиологии было предложено несколько концепций для объяснения генезиса Т волны электрокардиограммы [Wilson et al., 1934; Harumi et al., 1966; Kootsey, Johnson, 1980; Yan, Antzelevitch, 1998; Van Oosterom, 2001; Ritsema van Eck et al., 2006]. Тем не менее хронотопография реполяризации желудочков и генезис электрического поля в этот период исследованы значительно меньше по сравнению с периодом деполяризации из-за методических трудностей, обусловленных высокой чувствительностью процесса реполяризации кардиомиоцитов к действию самых различных факторов; отсутствием четко локализованных источников тока, генерирующих в этот период электрическое поле; сглаженной формой внеклеточных потенциалов реполяризационного комплекса электрограммы [Kootsey, Johnson, 1980; Van Dam, Durrer, 1964]. Установлено, что электрокардиографическая Т волна формируется за счет одного или нескольких желудочковых градиентов реполяризации: трансмурального

Higuchi, Nakaya, 1984; Yan, Antzelevitch, 1998], апикобазального [Noble, Cohen, 1978] и межжелудочкового [Nishimura et al., 1984], однако какой из этих градиентов вносит наибольший вклад в распределение потенциалов на поверхности тела, не выяснено. Относительно полно определена электрофизиологическая природа трансмурального градиента [Antzelevitch et al., 1999], сведения о двух других остаются крайне противоречивыми. Подробно изучены влияния на продолжительность потенциала действия кардиомиоцитов со стороны таких факторов, как температура [Kiyosue et al., 1993], ишемия [Carmeliet, 1999], электролитный баланс, кислотно-щелочное состояние [Cascio et al., 1995] и ряд других. В то же время фрагментарно исследован вопрос о том, насколько однородно изменяются длительности реполяризации в различных областях миокарда при приложении данных воздействий на целое сердце, и соответственно насколько стабильными остаются в этих условиях апикобазальный и межжелудочковый градиенты реполяризации.

Время окончания реполяризации в какой-либо области миокарда определяется двумя факторами: временем прихода в эту область волны деполяризации и локальной длительностью реполяризации, однако какой из этих двух факторов больше влияет на последовательность реполяризации, не выяснено. Данные литературы о последовательности реполяризации эпикарда желудочков и соотношении последовательностей деполяризации и реполяризации миокарда противоречивы. По этому вопросу имеются следующие точки зрения: а) последовательность деполяризации и реполяризации желудочков сердца не зависят друг от друга [Christian, Scher, 1967; Cohen et al., 1976; Noble, Cohen, 1978; Kanal, Salama, 1995; Efimovetal., 1996]; б) последовательность реполяризации миокарда определяется траекторией движения волны возбуждения [Van Dam, Durrer, 1961; Hoffman, 1982; Reynolds, Vander Ark, 1959; Gepstein et al., 1997; Yuan et al., 2001]; в) наибольшая длительность реполяризации имеет место в зонах ранней, а наименьшая - в зонах поздней деполяризации, в результате чего все участки желудочков реполяризуются одновременно [Autcnrieth et al., 1975; Cowan et al., 1988; Franz et al., 1989]; г) в разных участках миокарда соотношения между последовательностями деполяризации и реполяризации неодинаковы [Abildskov, 1975; d'Alche et al., 1992; Toyoshima et al., 1981].

Одной из характеристик процесса реполяризации желудочков является ее дисперсия, обычно определяемая как разность между самым ранним и самым поздним временем окончания реполяризации на исследуемой области миокарда [Burton, Cobbe, 2001]. Дисперсия реполяризации тесно коррелирует с дисперсией рефрактерности, увеличение которой повышает вероятность возникновения желудочковых аритмий [Han, Мое, 1964; Kuo, Munakata et al., 1983]. Определение закономерностей изменений дисперсии реполяризации позволит предсказывать появление аритмогенных субстратов в миокарде, а также разработать методы их неинвазивной диагностики.

Установлены фундаментальные принципы структурно-функциональной организации возбуждения интрамуральных слоев сердца у млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий и рыб [Durrer, Van der Tweel, 1957; Durrer et al., 1970; Рощевский, 1972; Шмаков, Рощевский, 1997]. Экспериментально доказано, что в процессе филогенетического развития у позвоночных животных сформировались несколько способов охвата возбуждением миокарда [Рощевский, 1958; Рощевский, 1972; Шмаков, Рощевский, 1997], определяющие распределение потенциалов кардиоэлектрического поля на поверхности туловища в период деполяризации желудочков [Шмаков, Рощевский, 1995; Рощевская, 2008]. Механизмы формирования электрического поля сердца в период его реполяризации изучены значительно меньше. Распределение потенциала на эпикарде и поверхности туловища в период Т волны изучено в основном у млекопитающих

Рощевский, 1958; Taccardi, 1966; Spach, Barr, 1975; 1976; Spach et al., 1977; Ramsey et al., 1977]; кроме того, имеются описания кардиоэлектрического поля при ряде сердечнососудистых заболеваний [Taccardi et al., 1998; Medvegy et al., 2002], однако до выполненных нами работ [Shmakov et al., 1995; Рощевский и др., 1998; Azarov et al., 1999; Azarov et al., 2008] не было сопоставления распределения потенциала на поверхности туловища и последовательности реполяризации желудочков сердца. Данные о формировании кардиоэлектрического поля в период реполяризации желудочка у холоднокровных животных до проведения наших исследований [Вайкшнорайте и др., 2007а,б; 2008] в литературе также отсутствовали.

Сложность получения и интерпретации параметров поверхностных карт кардиоэлектрического поля ограничивают использование электрокардиотопографического метода в клинической практике. Между тем при общепринятой электрокардиографии реполяризационный комплекс является наиболее чувствительной частью электрокардиограммы и используется для диагностики различных заболеваний, прежде всего нарушений ишемического характера. Известна также высокая значимость изменений конечного желудочкового комплекса как критерия в тестировании физической работоспособности человека [Карпман и др., 1988; Дембо, Земцовский, 1989]. Для адекватной интерпретации данных о процессе реполяризации желудочков сердца, получаемых как путем картографирования распределения потенциала на поверхности туловища, так и путем общепринятых электрокардиографических методик, необходимо определение механизмов генезиса кардиоэлектрического поля в период конечного желудочкового комплекса, ключевую роль в котором играет последовательность реполяризации миокарда.

Таким образом, для выяснения генезиса и раскрытия диагностической информативности электрического поля сердца в период конечной желудочковой активности необходимо установить основные закономерности, определяющие последовательность реполяризации желудочков, в том числе при воздействии факторов, меняющих последовательность активации и длительность реполяризации миокарда.

Настоящая работа выполнена в соответствии с планами НИР Института физиологии Коми НЦ УрО РАН «Проблемы генезиса и физиологической информативности электромагнитных полей функциональных систем организма», «Механизмы формирования кардиоэлектрического поля у позвоночных животных и человека», «Формирование кардиоэлектрического поля на поверхности тела в зависимости от структурно-функциональной организации сердца» (№№ ГР 01.9.10.03162; 01.9.60 001210; 01.2.00 107402; рук. - акад. М.П.Рощевский), «Функциональная гетерогенность реполяризации интрамуральных слоев миокарда у позвоночных животных» (№ ГР 0120.0 602857; рук. - д.б.н. проф. Д.Н.Шмаков).

Цель работы - исследование закономерностей формирования последовательности реполяризации желудочков сердца и ее роли в генезисе распределения потенциалов на поверхности туловища животных.

Задачи работы:

1. Определить закономерности формирования последовательности реполяризации желудочков сердца на эпикардиальной поверхности и на отдельном ее фрагменте при синусно-предсердном ритме у животных с разными типами и продолжительностью активации миокарда.

2. Изучить влияние увеличения длительности реполяризации миокарда при снижении температуры на последовательность реполяризации эпикарда желудочков.

3. Изучить влияние уменьшения длительности реполяризации при гипоксии миокарда на формирование последовательности реполяризации желудочков.

4. Исследовать формирование последовательности реполяризации при изменении последовательности деполяризации миокарда в условиях эктопического возбуждения желудочков.

5. Изучить влияние сочетанного увеличения длительности охвата возбуждением и уменьшения длительности реполяризации миокарда при гиперкалиемии на последовательность реполярпзации эпикарда желудочков.

6. Исследовать качественную корреляцию между последовательностью реполяризации эпикарда желудочков и распределением потенциала кардиоэлектрического поля на поверхности туловища при синусно-предсердном ритме у животных с разными типами и продолжительностью активации миокарда.

7. Определить зависимость формирования распределения потенциалов на поверхности туловища от направления последовательности реполяризации эпикарда желудочков при изменении длительности реполяризации в условиях гипоксии и гипотермии.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Последовательность реполяризации эпикарда желудочков позвоночных животных при синусно-предсердном ритме характеризуется выраженным апикобазальным градиентом реполяризации, определяется распределением локальных длительностей реполяризации и не зависит от последовательности охвата миокарда возбуждением.

2. Инверсия апикобазального (межжелудочкового) градиента реполяризации при охлаждении и гипоксии обусловлена более выраженными изменениями локальных длительностей реполяризации на верхушке сердца по сравнению с основанием (в левом желудочке по сравнению с правым).

3. Краниокаудальное пространственное распределение потенциала на поверхности туловища в период реполяризации желудочков с каудальной положительной и краниальной отрицательной областями является отображением апикобазального градиента реполяризации. Смена последовательности реполяризации эпикарда желудочков с апикобазальной на базоапикальную вызывает инверсию распределения потенциала с образованием краниальной положительной и каудальной отрицательной зон. Межжелудочковая последовательность реполяризации отображается в виде трансверсального градиента потенциала на поверхности туловища.

4. Роль последовательности деполяризации в формировании последовательности реполяризации в разных условиях неодинакова, она тем больше, чем дольше проводится возбуждение и чем меньше между собой различаются длительности реполяризации в разных участках исследуемой области эпикарда:

1) При синусно-предсердном ритме последовательность реполяризации на целом эпикарде желудочка не зависит от последовательности деполяризации, в то время как в отдельных локальных зонах эпикардиальной поверхности охват возбуждением влияет на последовательность реполяризации;

2) При гиперкалиемии последовательности деполяризации и реполяризации на целом эпикарде совпадают из-за увеличения продолжительности возбуждения и уменьшения дисперсии локальных длительностей реполяризации;

3) При электростимуляции желудочков распространение волны деполяризации влияет на последовательность реполяризации, меняя ее продолжительность и время возникновения возбуждения; в наибольшей степени этот эффект выражен в сердце щук из-за более длительного охвата волной активации.

5. Укорочение или удлинение реполяризации изменяет ее общую последовательность и пространственное распределение потенциала на поверхности туловища только в случае уменьшения или инверсии градиентов длительности реполяризации на эпикарде желудочков.

Научная новизна

Установлены механизмы формирования электрического поля сердца на основе апикобазального и межжелудочкового градиентов реполяризации желудочков.

Определены соотношения между последовательностями деполяризации и реполяризации эпикарда желудочков сердца. Непосредственное влияние последовательности деполяризации на последовательность реполяризации возможно при сочетании повышенной дисперсии активации со сниженной дисперсией интервалов активация-восстановление.

1. При синусно-предсердном ритме охват волной возбуждения определяет последовательность реполяризации отдельных фрагментов эпикарда, но не влияет на последовательность реполяризации желудочков в целом.

2. При эктопическом возбуждении нарушение процесса активации миокарда приводит к перераспределению длительностей и изменению последовательности реполяризации эпикарда желудочков.

3. Гиперкалиемия приводит к задержке охвата возбуждением и уменьшению пространственных различий в длительностях реполяризации, в результате чего последовательность реполяризации повторяет последовательность активации эпикарда желудочков.

Обнаружена общность механизмов формирования краниокаудального распределения потенциала на поверхности туловища теплокровных и холоднокровных животных, обусловленных апикобазальной последовательностью реполяризации.

Установлено, что электрокардиотопографические эффекты гипотермии и гипоксии обусловлены преимущественным изменением длительности реполяризации в области верхушки сердца.

1. Охлаждение как теплокровных (кролик, кошка), так и холоднокровных (лягушка) животных приводит к инверсии эпикардиальной последовательности реполяризации и распределения потенциала на поверхности туловища в период конечной желудочковой активности за счет большего удлинения реполяризации на верхушке сердца по сравнению с его основанием.

2. Гипоксия миокарда кошки уменьшает длительность реполяризации преимущественно в верхушечной области левого желудочка, вследствие чего при нормальной температуре повышается дисперсия реполяризации, а при гипотермии инвертируются эпикардиальная последовательность реполяризации и распределение потенциала на поверхности туловища.

Научно-практическая значимость

Данные, полученные в работе, могут быть использованы для интерпретации изменений потенциалов электрического поля сердца в период реполяризации желудочков с целью прогнозирования риска развития аритмий у лиц с сердечно-сосудистой патологией. Установлено, что апикобазальный градиент реполяризации можно оценить по разности потенциалов в период Т волны между краниальными и каудальными участками грудной клетки, а межжелудочковый градиент - по максимальной разности потенциалов в трансверсальной плоскости.

Определены новые электрокардиотопографические маркеры гипотермии и гипоксии миокарда. При гипотермии возникает область поздней реполяризации на верхушке левого желудочка с формированием в ней отрицательного зубца Т, происходит краниокаудальная инверсия потенциалов на поверхности тела в период реполяризации желудочков с образованием отрицательной каудальной и положительной краниальной областей. При гипоксии на верхушке левого желудочка укорачивается реиоляризация, возникает или увеличивается по амплитуде положительный зубец Т, увеличивается каудокраниальиый градиент потенциала на поверхности туловища в период реполяризации желудочков. На основании мониторирования полярности и амплитуды потенциалов в верхушечной области сердца возможна разработка системы стратификации риска аритмических осложнений в ходе кардиохирургических вмешательств, связанных с раздельным или сочетанным воздействием гипотермии и гипоксии.

Установлено, что при гиперкалиемии последовательность реполяризации желудочков повторяет последовательность деполяризации, что может объяснять изменение ЭКГ, а также служить основой формирования reentry в миокарде, что следует учитывать при терапии острых нарушений ритма сердца при состояниях, сопровождающихся гиперкалиемией.

Показано, что электрокар диотопографический метод позволяет выявить характерные изменения кардиоэлектрического поля, не отражающихся на ЭКГ в виде отдельных зубцов, в период не только деполяризации [Витязев и др., 2001], но и реполяризации желудочков.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в Коми филиале Кировской государственной медицинской академии.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на XXIV (г. Братислава, Словакия, 1997 г.), XXV (г. Будапешт, Венгрия, 1998 г.), XXVI (г. Сыктывкар, Россия, 1999 г.) XXXV (г. Санкт-Петербург, Россия, 2008 г. ) международных конгрессах по электрокардиологии; III и VI Всероссийской с международным участием конференции «Механизмы функционирования висцеральных систем» (г. Санкт-Петербург, Россия, 2003 и 2008 гг. ); IV (1997 г.) V (1999 г.) VI (2004 г.) международных симпозиумах по сравнительной электрокардиологии (г. Сыктывкар, Россия), конференции молодых физиологов и биохимиков России "Биохимические и биофизические механизмы физиологических функций" (г. Санкт-Петербург, Россия, 1995 г.); конференции "Физиология и патология сердца", посвященной 75-летию со дня рождения Г.И.Косицкого (г. Москва, Россия, 1995 г.); конференции по терморегуляции и тепломассопереносу кровью (г. Санкт-Петербург, Россия, 1996 г.); XIII Коми республиканской молодежной научной конференции (г. Сыктывкар, Россия, 1997 г.); IV Молодежной научной конференции Института биологии Коми НЦ УрО РАН "Актуальные проблемы биологии" (г. Сыктывкар, Россия, 1996 г.); Материалы работы были также представлены на XXII (г. Наймеген, Нидерланды, 1995 г.), XXIII (г. Кливленд, США, 1996 г.), XXVII (г. Милан, Италия, 2000 г.), XXVIII (г. Сан-Паулу, Бразилия, 2001 г.), XXXIV (г. Стамбул, Турция, 2007 г.) международных конгрессах по электрокардиологии, XVII (г. Ростов-на-Дону, Россия, 1998 г.) и XVIII (г. Казань, Россия, 2000 г.) съездах Всероссийского физиологического общества им. И.П.Павлова, XIII Международном совещании по эволюционной физиологии (г. Санкт-Петербург, Россия, 2006 г.), V Всероссийской с международным участием конференции «Механизмы функционирования висцеральных систем» (г. Санкт-Петербург, Россия, 2007 г.); V Сибирском физиологическом съезде (г. Томск, Россия, 2005 г.), IV Всероссийской с международным участием школе-конференции по физиологии кровообращения (г. Москва, Россия, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 55 работ, из них 16 статей в рецензируемых журналах, одна глава в монографии.

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Азаров, Ян Эрнестович

ВЫВОДЫ

1. Установлены механизмы формирования последовательности реполяризации желудочков сердца животных, ведущими факторами которых являются распределение локальных длительностей реполяризации, длительность охвата возбуждением, нарушение последовательности активации, размеры исследуемой области миокарда.

2. Вклад последовательности активации в формирование последовательности реполяризации эпикарда желудочков зависит от соотношения величин дисперсии времени активации, зависящей от продолжительности охвата возбуждением желудочков, и дисперсии локальных длительностей реполяризации.

3. Общая последовательность реполяризации эпикарда желудочков кроликов, кошек, лягушек и щук имеет апикобазальное направление в соответствии с увеличением локальных длительностей реполяризации от верхушки к основанию и не зависит от последовательности деполяризации. У щук, помимо области ранней реполяризации, на верхушке сердца имеется относительно ранняя базальная зона, которая соответствует первичному очагу деполяризации на поверхности желудочка.

4. На отдельных фрагментах эпикарда желудочков собак и лягушек при синусно-предсердном ритме последовательность активации определяет последовательность реполяризации, либо непосредственно влияя на момент возникновения возбуждения, либо косвенно изменяя длительности реполяризации по механизму электротонического взаимодействия.

5. При охлаждении сердца кроликов и кошек от 38 до 32°С и сердца лягушек от 18 до 12°С интервалы активация-восстановление удлиняются в наибольшей степени на верхушке сердца, а у кроликов и кошек также на левом желудочке больше, чем на правом, что приводит к смене апикобазальной последовательности реполяризации на базоапикальную и к увеличению дисперсии времени окончания реполяризации на эпикарде.

6. При гипоксии укорочение интервалов активация-восстановление на эпикарде желудочков кошек максимально на верхушке левого желудочка и прилегающей области свободной стенки. При нормотермии (38°С) неоднородное укорочение интервалов активация-восстановление вызывает рост дисперсии, но не меняет последовательность окончания реполяризации. При сниженной температуре тела (32°С) гипоксия вызывает инверсию апикобазальной и межжелудочковой последовательности реполяризации при незначительных изменениях ее дисперсии.

7. При эктопической электростимуляции желудочков кроликов и лягушек последовательность активации опосредованно определяет последовательность реполяризации, изменяя локальные длительности реполяризации: в области эктопического возбуждения длительность реполяризации уменьшается, а в области поздней активации — увеличивается. При эктопическом возбуждении желудочка щук последовательность деполяризации влияет на последовательность реполяризации, определяя момент возникновения возбуждения в отдельных участках желудочка.

8. При повышении концентрации калия в артериальной крови кролика до 8 ммоль/л последовательность активации непосредственно влияет на последовательность реполяризации вследствие задержки охвата возбуждением и уменьшения дисперсии локальных длительностей реполяризации желудочков за счет их преимущественного укорочения в тех областях, где их исходная длительность максимальна (основание правого желудочка).

9. При синусно-предсердном ритме у животных с разными типами и продолжительностью активации миокарда кардиоэлектрическое поле на поверхности туловища в период конечной желудочковой активности характеризуется краниокаудальным распределением потенциала с положительной каудальной и отрицательной краниальной областями, которое соответствует апикобазальной последовательности реполяризации. У щук дополнительная область ранней реполяризации в основании желудочка отображается в дорсальном расширении области положительного потенциала в краниальном направлении.

10. Смена апикобазальной последовательности реполяризации эпикарда желудочков на базоапикальную при охлаждении сердца кроликов, кошек и лягушек проявляется в инверсии краниокаудального распределения потенциала на поверхности туловища.

11. Изменение межжелудочкового градиента реполяризации при сочетанном воздействии гипоксии и гипотермии у кошек приводит к инверсии трансверсального компонента в распределении потенциала на поверхности туловища.

12. Сформулирована и доказана концепция формирования кардиоэлектрического поля на поверхности туловища животных в период реполяризации желудочков на основе апикобазального и межжелудочкового градиентов времени окончания реполяризации.

1) Краниокаудальное распределение потенциала образуется вследствие апикобазального градиента реполяризации желудочков.

2) Трансверсальное распределение потенциала формируется за счет межжелудочкового градиента реполяризации.

3) Инверсия кардиоэлектрического поля на поверхности туловища происходит при уменьшении или инверсии апикобазального или межжелудочкового градиентов длительности реполяризации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования неоднородных свойств реполяризации желудочков сердца животных позволили сформулировать закономерности формирования эпикардиалыюй последовательности реполяризации и ее отображения в распределении потенциалов на поверхности туловища.

Последовательность реполяризации в целом определяется двумя факторами: последовательностью активации и распределением локальных длительностей реполяризации. В желудочках сердца выделяются области с различными длительностями реполяризации: эпикард и эндокард, правый и левый желудочки, верхушка и основание. В пределах данных областей длительности реполяризации относительно однородны. Региональные различия локальных длительностей реполяризации формируются под влиянием собственных свойств кардиомиоцитов в различных областях миокарда, воздействий на сердце, таких как температура, гипоксия, нарушения электролитного баланса, и изменений последовательности активации.

У исследованных видов животных (кошка, кролик, лягушка, щука) последовательность реполяризации эпикарда желудочков направлена от верхушки к основанию в соответствии с распределением локальных длительностей реполяризации. Их перераспределение происходит вследствие неодинаковой реакции различных областей сердца на одно и то же воздействие: как правило, верхушечные зоны желудочков реагируют сильнее базальных, а левожелудочковые - сильнее правожелудочковых. С другой стороны, чем больше исходная длительность реполяризации, тем больше выражено укорочение реполяризации, и, наоборот: чем меньше исходная длительность реполяризации, тем больше выражено ее удлинение при соответствующем воздействии. Неоднородное укорочение или удлинение реполяризации приводит к изменению общей последовательности ее окончания только в случае уменьшения или инверсии, но не при увеличении градиентов длительностей реполяризации. При инверсии градиентов формируется новое эпикардиальное распределение локальных длительностей реполяризации, которое определяет последовательность ее окончания; при уменьшении величины градиентов до уровня, когда дисперсия интервалов активация-восстановление сравнивается с дисперсией времени прихода волны возбуждения, повышается роль последовательности активации в формировании последовательности окончания реполяризации.

Общая последовательность реполяризации желудочков у исследованных животных не зависит от охвата возбуждением per se. Последовательность активации миокарда влияет на последовательность реполяризации целого эпикарда желудочков главным образом через изменения локальных длительностей реполяризации: при электростимуляции желудочков в области ранней активации длительность реполяризации становится меньше, а в зоне поздней активации — больше. Прямой эффект процесса деполяризации желудочков на последовательность реполяризации имеет место только в условиях, когда дисперсия локальных длительностей реполяризации близка по величине к дисперсии активации. По нашим данным, такие условия выполняются в нескольких ситуациях: 1) у животных с наиболее продолжительным проведением волны возбуждения (щуки) как при синусно-предсердном ритме (в основании желудочка), так и при эктопической стимуляции (на целом желудочке); 2) при внешних воздействиях (гиперкалиемия), приводящих к задержке проведения и возникновению более однородного распределения длительностей реполяризации; 3) на отдельных фрагментах желудочков, в пределах которых нет значительных неоднородностей в распределении длительностей реполяризации. Таким образом, роль последовательности деполяризации в формировании последовательности реполяризации зависит от соотношения дисперсий времени активации и локальных длительностей реполяризации.

У исследованных животных наблюдаются сходные распределения потенциала на поверхности туловища в период реполяризации желудочков, характеризующиеся положительной каудальной и отрицательной краниальной зонами, что обусловлено общностью параметров эпикардиальной последовательности реполяризации в направлении от верхушки к основанию и от левого желудочка к правому. Параметры краниокаудального распределения зон отрицательного и положительного потенциала на поверхности туловища отражают направление апикобазального градиента реполяризации, а трансверсальный компонент распределения потенциала на торсе отражает направление межжелудочкового градиента. Метод многоэлектродного картографирования потенциала на поверхности туловища может быть использован для оценки отдельных желудочковых градиентов и дисперсии реполяризации.

Библиография Диссертация по биологии, доктора биологических наук, Азаров, Ян Эрнестович, Сыктывкар

1. Абрамочкин Д.В., Розенштраух Л.В. Оптическое картирование хронотопографии возбуждения эпикардиальной поверхности желудочка сердца лягушки при синусовом ритме // Рос. физиол. журн. им. И.М.Сеченова. 2008. - Т. 94, №4. - С. 414-420.

2. Азаров Я.Э., Белоголова A.C., Вайкшнорайте М.А., Седова К.А., Киблер H.A., Витязев В.А., Шмаков Д.Н. Активация и реполяризация фрагмента эпикарда желудочков собаки // Вестник Уральской медицинской академической науки. -2006. Т.З, №2. - С. 96.

3. Азаров Я.Э., Рощевская И.М., Витязев В.А., Шмаков Д.Н., Рощевский М.П. Апикобазальный градиент реполяризации в желудочках сердца // Тез. VI симп. по сравнительной электрокардиологии.- Сыктывкар, 2004. С. 3-4.

4. Азаров ЯЗ., Рощевский М.П., Шмаков Д.Н., Витязев В.А., Рощевская И.М., Артеева Н.В. Влияние гипотермии на последовательность реполяризации эпикарда желудочков кролика. // Росс, физиол. журн. им. И.М.Сеченова. — 2001. Т. 87, №10. -С. 1309-1317.

5. Азаров ЯЗ., Симакова Н.Л., Витязев В.А., Шмаков Д.Н. Реполяризация желудочков сердца кролика при повышении концентрации калия в плазме крови // Бюлл. эксп. биол. мед. 2008. - Т. 146, №8. - С. 150-154.

6. Баум О.В., Киселев Е.Е. Негомогенность формы трансмембранного потенциала в миокарде и возникновение желудочкового градиента // Моделирование и автоматический анализ электрокардиограмм.- М.: Наука, 1973.- С. 98-103.

7. Букаускас Ф.Ф., Саксон М.Е., Кукушкин Н.И. Дискретные зоны электрической связи терминалей Пуркинье с мышечными волокнами в желудочке собаки // Биофизика. 1976. - Т. 21, № 5. - С. 887-892.

8. Вайкшнорайте М.А., Белоголова A.C., Витязев В.А., Азаров ЯЗ., Шмаков Д.Н. Последовательность реполяризации желудочка сердца лягушки при снижении температуры тела // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 20076 - Т. 93, № 10-С. 1123-1131.

9. Вайкшнорайте М.А., Белоголова A.C., Витязев В.А., Азаров ЯЗ., Шмаков Д.Н. Кардиоэлектрическое поле в период деполяризации и реполяризации желудочка сердца лягушки // Журн. эволюц. биохим. физиол.- 2008,- Т. 44,№ 2.- С. 173-179.

10. Вайкшнорайте М.А., Цветкова A.C., Витязев В.А., Азаров Я.Э., Шмаков Д.Н. Последовательность реполяризации миокарда желудочка щук // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2009. - Т. 95, № 2. - С. 116-122.

11. Витязев В.А. Интрамуральная активация желудочков сердца и формирование кардиоэлектрического поля у собаки. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Сыктывкар. - 1997.- 130 с.15.18.21,22,232627,28