Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Реперфузионные аритмии в изолированном коронарно-перфузируемом желудочке сердца крысы: электрофизиологические механизмы и способы предотвращения

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Реперфузионные аритмии в изолированном коронарно-перфузируемом желудочке сердца крысы: электрофизиологические механизмы и способы предотвращения"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Р [" 5 ИНСтфгДт ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БИОФИЗИКИ

На правах рукописи УЛК 576. 8

БУРАШНИКОВ Александр Юрьевич

РЕПЕРФУЗИОННЫЕ АРИТМИИ В ИЗОЛИРОВАННОМ КОРОНАРНО-ПЕРФУЗИРУЕМОМ ЖЕЛУДОЧКЕ СЕРДЦА КРЫСЫ: ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ И СПОСОБЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ

03. 00. 02 - Биофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук.

ПУШИНО 1394

Работа выполнена в лаборатории автоволновых процессов возбуждения Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Научные руководители:

кандидат физико-математических наук, А. Б. Недвински! кандидат физико-математических наук, A.M. Перцов

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, Н.И. Кукушкин кандидат физико-математических наук, O.A. Морнев

Ведущая организация:

Институт Экспериментальной Кардиологии АНН России

заседании Специализированного Ученого Совета д. 200. 22. 01 при Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН (г. Пущино, Московская область, 142292)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТЭБ РАН.

1994 г. в

Ученый секретарь

Специализированного Совета

кандидат биологических наук,

П. А. Нелипович

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ: Возникновение тяжелых нарушений ритма сердца часто связано с реперфузией ( восстановлением кровотока) ишемического миокарда как в экспериментальной, так и в клинической практике (Manning and Hearse, 1984). Так, например, реперфузионные аритмии наблюдаются при проведениии коронарного тромболизиса (Rentrop et al., 1981), а также при реперфузии остановленного сердца во время хирургической операции (Rubin et al., 1985).

Полагают, что эти аритмии могут быть причиной внезапной смерти

»

(Tzivoni et al., 1983).

Несмотря на интенсивное исследование, механизмы реперфузионных аритмий исследованы в гораздо меньшей степени, чем механизмы нарушений ритма во время ишемии (Pogwizd and Corr, 1986; Yamada et al, 1990). Полагают, что реперфузионные аритмии могут вызываться как фокальными (точечными) источниками (Pogwizd and Corr, 1987), так и reentry - циркуляцией волны возбуждения (Coronel et il 1992).

Ключевым фактором возникновение реперфузионных аритмий, как известно, является увеличение концентрации внутриклеточного кальция ( Opie and Coetzee, 1988). Недавно было показано, что перегрузка клеток кальцием наблюдается не только во время реперфузии (Tani, 1990), но и в течение предшествующей ей острой ишемии (Marban et al., 1990). Интересно, что нарушение внутриклеточного кальциевого гокеостаза во время ишемии существенно влияет на генезис аритмий, возникающих на стадии реперфузии (Thandroyen et al., 1988). В то же время существуют косвенные данные, свидетельствующие о том, что такие аритмии во многом определяются кальцием, который входит в клетку во время реперфузии (Dennis et al., 1990; Ibuki and Avkiran, 1992). К настоящему времени оставалось неизвестным, какая из стадий (ишемии или реперфузии) кальциевой перегрузки клеток является определяющей в генезе источников реперфузионных аритмий.

Оставалась неисследованной и возможность эффективного предотвращения этих аритмий (Verrier and Hagastad, 1986). Несмотря на то, что был предложен ряд способов предотвращения экспериментальных реперфузионных аритмий посредством влияния на

предшествующую реперфузии ишемию (Thandroyen et al., 1988; Nakata et al., 1990), вопрос блокирования этих аритмий на стадии реперфузии оставался нерешенным Следует отметить в связи с этим, что ни одно из фармакологических средств при применении на стадии реперфузии не предотвращает реперфузионных нарушений сердечного ритма (Hearse and Tosaki, 1988). Все это определяет актуальность темы диссертации.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Исследование электрофизиологических механизмов и способов предотвращения реперфузионных аритмий.

.- основные ЗАДАЧИ исследования:

1. Создание экспериментальной модели ишемических и реперфузионных аритмий с высокой степенью воспроизводимости.

2. Определение на базе этой экспериментальной модели типа источников (фокус или reentry) реперфузионных аритмий с применением одновременного эпи- и эндокардиального многоэлектродного картирования. -

3. Определение электрофизиологического механизма источников реперфузионных аритмий.

4. Исследование роли ионов кальция, входящих в клетку во время реперфузии и в течении предшествующей ишемии, в возникновении реперфузионных аритмий.

5. Разработка новых эффективных способов предотвращения аритмий во время реперфузии.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1. Создана и охарактеризована новая экспериментальная модель ишемических и реперфузионных аритмий: изолированный коронарно-лерфузируемый правый желудочкек сердца крысы.

2. Исследованы источники реперфузионных аритмий методом многоэлектродного картирования. Показано, что эти аритмии обусловливаются появлением фокальных источников.

3. Определен электрофизиологический неханизм реперфузионных аритмий. Установленно, что механизмом возникновения этих аритмий является Са-зависимая аномальная автоматия нетриггерного типа.

4. Изучена роль кальция в реперфузионных аритмиях. Показано, что кальций, входящий в клетку во время реперфузии, определяет длительность реперфузионных аритмий, но не их инициацию. Основной причиной возникновения реперфузионных аритмий

является нарушение кальциевого гомеостаза во время ишемия.

5. Предложен новый способ предотвращения аритмий на стадии реперфузии. В его основе лежит увеличение концентрации ионов К в реперфузате с сопутствующим учащением стимуляции миокарда.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Результаты, представленные в работе, могут быть использованы для разработки эффективных методов предотвращения реперфузионных аритмий, а также - для поиска и отбора антиаритмических препаратов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы докладывались на конференции "Биофизика мембран" (Каунас, 1990), на IV всесоюзной школе "Физиология и биофизика миокарда" tЕкатеринбург, 1990), а также на рабочем совешании "Whole heart modelling" (Utrecht* 1994)

По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ. СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ: Диссертация состоит из Введения, Обзора литературы, главы с описанием методики, 4-х глав с изложением результатов и обсуждений, выводов и списка литературы.

Работа изложена на страницах и содержит рисунков.

II. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Анализируются работы, посвященные исследованию электрофизиологических механизмов реперфузионных аритмий сердца, применению метода многоэлектродного картирования. Рассматривается роль К+, Са2+, частоты стимуляции в возникновения реперфузионных нарушений ритма. Приведены известные способы предотвращения этих аритмий.

Глава 2. МАТЕРИАЛ И ИЕТОЛЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

В работе применялась созданная и охарактиризованная нами (см. Гл. 3) экспериментальная модель ишенических и реперфузионных аримий: изолированный коронарно-перфузируемый правый желудочек сердца крысы (Рис. 1). С этой целью использовали крыс-саицов линии Вистар весом 320-450 гр., 4-6 месячного возраста. Коронарную перфузию вели при помощи перистальтического насоса через катетер, вставленный в правую коронарную артерию, со скоростью 2,4 мл/мин. Одновременно препарат суперфузировали со скоростью протока 12 мл/мин как со стороны эндокарда, так и со стороны эпикарда. Ишемию с последующей реперфузией создавали путем выключения и последующего включения перистальтического насоса при неизменной

скорости суперфузии. Для перфузии экспериментах использовали раствор

ИаС1-137, 0; МдС12- 1,0;

КСЬ-4, О; глюкоза-11

ЫаНС Оэ" 11,2; (Ъ"36+0, 5°,

и суперфузии в контрольных следующего состава (в мМ) ;

КаН2Р04-1,8 рН-7,4). Раствор

БХ-СОг).

карбогеном (95У.-0 и < 2

эндокард

э п атрд

ГТГХ

• * •

» • А

>3

£

Рис 1. Изолированный коронарно-перфузируекый правый желудочек сердца крысы. Темные точки - расположение электродов на эпи- и эндокардиальной поверхностях препарата; рамкой обведена площадь картирования; - несто стимуляции; 1 - катетер; 2 - устье правой коронарной артерии; 3 - место фиксации катетера к ткани.

Стимуляцию вели со стороны эндокарда с помощью биполярного серёбрянного электрода прямоугольными импульсами длительностью 2 мс, анплитудой 2 порога и частотой 4 Гц. В экспериментах, где исследовалось влияние частоты стимуляции на возникновение и продолжительность реперфузионных тахикардии, за 5 сек до начала реперфузии частоту ритма изменяли с контрольной (4 Гц) на 10, 2 или О Гц. Изменение концентрации ионов К и Са проводилось путем соответственного изменения концентрации КС1 и СаС12 в коронарном растворе. Каждых препарат использовался только один раз.

Характер распространения возбуждения по препарату определяли одновременно на эпи- и эндокардиальной поверхностях при помощи двух матриц поверхностных униполярных электродов (32 на эндокарде и 31 на эпикарде), равномерно распределенных на площади 1x1 см с межэлектродным растоянием 2 мм (Рис. 1). Регистрация электрограмм и построение карт активации осуществлялись с использованием

автоматизированной системы "Волна" (Еарилко и др. 1986). Аритмии регистрировались при помощи эндокардяального отведения потенциала, выведенного на самописец и осциллограф.

Глава 3. изолированный коронарно-перфузируемый правый желудочек крысы: модель для исследования ишемических и реперфузионных

ариткий

Как показали наши эксперименты (п-5), перфузируеный правый желудочек крысы нормально функционирует более 3 часов после начала стимуляции. Это подтверждается тем, что электрофизиологические характеристики (порог возбуждения, рефраитерность) изменяются незначительно, сохраняется нормальная картина проведения возбуждения, а аритнии отсутствуют.

Продолжительная ишемия (>15 мин.) приводила к резкому увеличению экстрасистолии и появлению спонтанных тахикардий на фоне базового ритма. Также значительно облегчалось возникновение тахикардий при экстрастимуляции. На рис. 2 показана зависимость вероятности появления ишекических аритмий от продолжительности ишемии. Наиболее часто аритмии (экстрасистолия - в 8В%, спонтанные тахикардии - в 25%, вызванные тахикардии - в 75% опытов) наблюдались при длительности ишемии 16-20 мин.

к юс

к и

X

ы м

со

о тс

з:

к X м

X Р) м

о о 4«

< •0

н о ю

н и 10

с

г 0

%

гк

1

о- «I »-10 I 1*^10 |»1-«»|»»^»о1 м-5«

Рис. г. Вероятность появления ишемических аритмий в зависимости от продолжительности ишемии.

Светлые столбики -экстрасистолия; в косую сетку -тахикардии, вызванные экстрастимулом; темные - спонтанные тахикардии.

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ИШЕМИИ СМИЮ

Реперфузию проводили после 3, 5. 7, 10, 13, 15, 20, 30 и 60 мин. ишемии (для каждого случая п=7; при длительности ишемия 20 мин. и» 12). Реперфузионные аритмии возникали, если продолжительность ишемии составляла не менее 10 мин. Их появление

наблюдалось практически сразу после начала реперфузии (задержка не превышала 28 сек). Как и во время ишемии, возникали различные типы экстрасистолии и спонтанные тахикардии. Однако, в отличие от ишемии реперфузия вызывала и фибрилляцию. Воспроизводимость

выше, чем ишемических (ср.

Рис. 3. Частота появления реперфузион-ных аритмий в зависимости от продолжительности ишемии.

темные столбики -спонтанные тахикардии, в косую полоску -фибрилляция

Зависимость частоты возникновения реперфузионных аритмий от продолжительности ишемии имела колоколообразную форму с максимальным значением (тахикардия - 100%, фибрилляция 42%) после 20 мин. ишемии (Рис 3). Тахикардия и фибрилляция, как правило, возникали после экстрасистолии. Они имели продолжительность 0.5-180 сек., период - 40-125 мс. Время их появления (после начала реперфузии) и длительность зависели от продолжительности ишемии. После 15-20 мин. ишемии эти аритмии были наиболее продолжительными и начинались после 3-40 сек реперфузии. После 30 мин. ишемии высокочастотные аритмии возникали, как правило, на второй минуте. Характерным для реперфуз ионных тахикардии,' возникающих после 15-20 нин ишемии, было постепенное уменьшение их периода (рис. 4), затем тахикардия либо прекращалась, либо переходила в фибрилляцию.

Таким образок, на изолированном коронарно-перфузируемом правом желудочке крысы воспроизводятся многие виды аритмий, регистрируемые на целом сердце. Широкие возможности изменений экспериментальных уловий в этой модели наряду с возможностью применения различных методик (картирование, микроэлектродная

реперфузионных аритмий была значительно

Рис. 2 и 3). *

" 3 5 710 13 16 20 30 60

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ИШЕМИИ сиинэ

регистрация и др. ) делают ату модель удобным объектом для исследования механизмов аритмий желудочков сердца.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕПЕРФУ3ИОННЫХ АРИТМИЙ МЕТОДОМ КАРТИРОВАНИЯ

Метод многоэлектродного картирования волн возбуждения в миокарде является практически единственным достоверным методом регистрации пространственных картин распространения возбуждения во время аритмий (Janse, 1992). Задача данного исследования состояла в выявлении типа источников реперфузионных аритмий (фокальные источники или reentry - циркуляция волны возбуждения) в используемой модели методом кногоэлектродного картирования (см. Рис. 11.

Картирование волн возбуждения во время реперфузионных аритмий производилось в 42 экспериментах. В том числе в контрольных опытах - 10; в опытах с изменением частоты стимуляции - 9; при изменении концентрации ионов Са и К перфузате - в 23. На Рис. 4 показаны характерные карты тахикардии, вызванной реперфузией ишемического миокарда в контрольном эксперименте. Видно, что инициация возбуждения осуществляется фокальным источником, расположенным со стороны эндокарда. Этот источник обусловливал хорошо повторявшиеся (в течении всего времени регистрации) картины возбуждения эндокарда. В то же время характер распространения волн по эпикарду обычно изменялся при каждом последующей возбуждении (Рис. 4).

Фокальные источники возбуждения во время реперфузионных тахикардии и экстрасистол регистрировались и в экспериментах с изменением частоты стимуляции и при изменении концентрации ионов Са и К в перфузате. Таким образом, реперфузионные аритмии в миокарде желудочка сердца крысы обусловливаются фокальными источниками.

Электрофизиологическими механизмами фокальных источников аритмий желудочка сердца могут быть нормальная и аномальная автоматия и триггерная активность, вызванная ранней или задержанной постдеполяризацией (РПД и ЗПД, соответственно), (Hoffman and Rosen, 1981). В зависимости от механизма, аритмии по разному реагируют на частоту стимуляции миокарда и изменение концентраций ионов Са и К (Cranefield, 1977; Wit and Rosen, 1992; Rosen, 1988), Это позволяет различить вышеназванные механизмы.

Рис. 4. Карты проведения возбуждения во вреня реперфузионной тахикардии, а - электрогранма тахикардии, записанная с поверхности эндокарда (слева виден базовый ритм); б ( карты распространения

последовательных икпупьсов возбуждения, отмеченных на электрограиме, во время реперфузионной тахинардии. Стрелками показаны

направления распространения волн возбуждения. Числа рядом с линиями изохрон -время (в мс) возбуждения соответствующих областей миокарда; Т - период тахикардии.

В 5 и 6 главах диссертации описывается

исследование механизма

фокальных источников

реперфузионных аритмий. С этой целью изменялись частота стимуляции,

концентрация ионов Са и к и их комбинаций. Вследствии высокой воспроизводимости реперфузионных аритмий после 20 мин ишемии (см. выше), этот интервал времени был выбран для дальнейшего исследования.

Т* ювис

- а -

Глава 3. ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ И СПОСОБЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ РЕПЕРФУЗИОННЫХ АРИТМИЙ: РОЛЬ ЧАСТОТЫ СТИМУЛЯЦИИ И КОНЦЕНТРАЦИИ

ИОНОВ КАЛИЯ

На Рис. 5А и 5Б показаны, соответственно, частота возникновения реперфузионных аритмий и продолжительность этих аритмий при изменении частоты стимуляции за 5 сек до начала реперфузии и при увеличении концентрации ионов К в реперфузате. Видно, что ни уменьшение, ни увеличение, ни лаже отсутствие стимуляции во время реперфузии не влияло на частоту возникновения и продолжительность реперфузионных аритмий (все по сравнению с контролем р>0.05, см Рис. ЗА и Б).

Рис. 5. Частота возникновения (А) и продолжительность (Б) реперфузионных аритмий при изменении частоты стимуляции и концентрации ионов К во время реперфузии. Темные

столбики - спонтанные тахикардии, в полоску -фибрилляция. Для каждой серии (а - д)

экспериментов указана частота стимуляции; а -контроль (частота

стимуляции - 4 Гц. концентрация К - 4 тМ); в сериях а - <1 концентрация К составляла 4 тМ, в сериях е - д - 12 тм) . Каждая из серий, п*=ю.

Поскольку, как

известно, нормальная

автоматия подавляется высокочастотной стимуляцией (Vassalle, 197*7), а триггерная активность не возникает в нестимулируемой ткани (Wit и Rosen, 1992), можно сделать вывод, что в наших экспериментах механизмом реперфузионных аритмий, по крайней мере -их инициации, является аномальная автоматия желудочков (Hoffman

and Rosen, 1981). Отсутствие изменений в длительности реперфузионных аритмий при различных частотах и даже в отсутствии стимуляции (см. Рис. 5Б) позволяет предположить, что аномальная автоматия ответствена также за поддержание реперфузионных аритмий. Действительно, нормальную автоматик) и триггерную активность по механизму ЗПЛ можно сбить стимуляцией, в то же время аномальная автоматия не прерывается внешними импульсами (Wit и Rosen, 1992).

Аномальная автоматия характеризуется медленной диастолической деполяризацией, которая определяется уменьшением калиевой проводимости во время фазы 4 потенциала действия (Hoffman and Rosen, 1981). Известно также, что аномальная автоматия подавляется высокой (свыше 5тМ) внеклеточной концентрацией ионов К (Janse и Wit, 1989). В наших экспериментах увеличение калия в реперфузате до 12 мМ (по сравнению с 4 мм в контроле) блокировало появление реперфузионных тахикардии только в 5ОХ случаев (Рис. SA). Такая, сравнительно низкая эффективность подавления реперфузионных тахикардии наблюдалась как при контрольной стимуляции (4 Гц), так и в отсутствие стимуляции во время реперфузии (Рис. SA). Отметим, что продолжительность возникших тахикардии в среднем была значительно (р<0.05) короче при наличии, чем при отсутствии стимуляции (Рис. 5Б).

Примечательно, что увеличение концентрации ионов К (до 12 мК) с сопутствующим учащением стимуляции (с 4 до 8 Гц) предотвращало появление реперфузионных тахикардии уже в 90У. случаев (Рис. 5А).

Предотвращение реперфузионных аритмий комбинацией высокой концентрации ионов К и стимуляции можно объяснить а) активностью электрогенного Na/K насоса (что подавляет автоматию, Касс, 1984), который стимулируется высокой внеклеточной концентрацией ионов К, высокой частотой стимуляции миокарда и увеличением внутриклеточной концентрации Na (последнее показано для миокарда крыс в острую фазу ишемии, Tani and Neely, 1989); а также б) уменьшением скорости диастолической деполяризации аномальных источников вследствие высокой концентрации внеклеточного калия (Katzung and Morgenstern, 1977).

Глава 6. ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕС КИЕ МЕХАНИЗМЫ РЕПЕРФУЗИОННЫХ АРИТМИЙ:

РОЛЬ ИОНОВ КАЛЬЦИЯ Известно, что увеличение внутриклеточного кальция играет ключевую роль в возникновении реперфузионных аритмий (Opie and Coetzee, 1988). Недавно установлено, что перегрузка миокардиальных клеток кальцием наблюдается как во время острой ишемии (Marban et al., 1990), так и, особенно выражено, во время реперфузии (Tani, 1990). Однако до настоящего времени оставалось неизвестным, какая из стадий перегрузки клеток кальцием (ишемия или реперфузия) является определяющей в генезе реперфузионных аритмий сердца.

Для выяснения этого вопроса мы изменяли концентрацию ионов Са в коронарном растворе на различных этапах эксперимента. Уменьшение и удаление ионов Са в реперфузируюшем растворе незначительно (не более, чем на ЗОЮ снижало вероятность появления реперфузионных тахикардий (Рис. 6А), но. в то же время, значительно укорачивало

Рис 6. Частота возникновения (А) и продолжительность (Б) реперфуз и онных тахиаритмий при

уменьшении концентрации и удалении ионов Са в коронарном перфузате. Темные столбики спонтанные тахикардии, в полоску

фибрилляция. На Рис. 6А под каждой из серий (а - £) указана концентрация ионов Са (в мМ) в коронарном растворе и стадия, на которой проводилось изменение концентрации кальция: герегг. - в реперфузате, 1зсЬ/гер. - за 5 мин до начала ишемий в коронарном растворе, и, затем, в реперфузате. Для каждой из серий п-10, серия

11 П"4- (СЕК

В

%

100

2.0 0.4 (control) report

0.0 0.0«ЕОТА 0.4 0.0

npcrt. Itch/rap. feoh/rap.

A

a a

b с

& lil J, J i и

e essh f

40 BO № 70 SO ВО Ю0

b

d

с

их продолжительность (р<0.05, рис. БЕ). Удаление же ионов Ca в коронарной растворе за 5 кин до начала ишекии и, затеи, в реперфузате значительно (на 80%) сокращало частоту возникновения аритмий (Рис. 6А). Эти данные показывают, что кальций, входящий в клетку во время реперфузии не играет решающей роли в возникновении реперфузионных аритмий, но сушественно определяет их продолжительность. Нарушение же кальциевого гокеостаза на стадии предшествующей ишении (увеличение внутриклеточного кальция), по-видимому, и является основной причиной появления аритмий во время реперфузии.

Таким образом, результаты этой серии экспериментов свидетельствуют в пользу того, что реперфузионные аритмии в нашей модели являются Са-зависимыми Это подтверждает важную роль Ca в генезе реперфузионных аритмий (см. также Kimura et al 1986; Tosaki and Hearse, 1987; Brooks and Conrad, 1992).

Возникновение на первой минуте реперфузии коротких аритмий (Рис. 6Б), которые возникали при отсутствии СаС12 в реперфузионном растворе (на фоне 0.S мМ EGT А), можно объяснить а) тен, что кальций удаляли только в реперфузате; и б) присутствием внутриклеточного кальция (как известно, даже в отсутствие Ca во внеклеточном пространстве в клетке в первые несколько минут остается значительное количество кальция, (Ruigrok, 1985), а кроме того кальциевый буффер EGTA не проникает в клетку).

Полагают, что циклическое увеличение свободного

внутриклеточного кальция, лежащее в основе триггерной автоматии по механизму ЗПД является доминирующим механизмом фокальных источников реперфузионных аритмий (Abete et al 1988; Opie и Coetzee, 1988; Berndorf et al 1991). В наших же экспериментах именно нетриггерная (см. Гл. 5) кальций-зависимая (см. выше) аномальная автоматия определяет возникновение реперфузионные аритмии, т. е. налицо некоторое противоречие наших данных с господствующим в данное время мнением. В связи с этим следует отметить, что аномальная автоматия желудочков также, по крайней мере частично, является также кальций-зависимой (Imanishi, 1971; Katzung, 1975).

Для .разрешения указанного противоречия, а также для выяснения

роли кальция в генезе аномальной автоматии в нашей модели мы прерывали стимуляцию за 5 секунд до реперфузии на фоне удаления ионов Са в коронарном перф.у:.:зте до ишемии и во время реперфузии (при этом имея в виду, что триггерная автоматия не может возникать в нестимулируемой сердечной ткани, см. выше). Выполнение вышеназванных условий не предотвращало появление реперфузионных тахикардии (Рис. 7А), более того эти аритмии возникали чаше и были значительно продолжительнее, ББ и 7Б).

чем при наличии стимуляции (ср. Рис.

а Ь с

*

юо •о

и

[Б)

при

Рис 7. Частота возникновения (А) продолжительность реперфузионных тахиаритмий уменьшении концентрации и удалении ионов Са в перфузате при выключении стимуляции за 5 сек до начала реперфузии. 11а Рис. 7А под столбиками показана концентрация ионов Са в коронарном растворе, которую

изменяли за 5 мин до начала ишемии и и реперфузате. Для серии а п=10, для Ь и с п-4.

2.0 0.4 (СОТ1(|0|) .

А

90 во ГО Ж

(СЕК)

В

Полученные данные подтверждают определяющюю роль аномальной автоматии в механизме, по крайней мере, инициации реперфузионных аритмий. Интересно отметить, что наличие стимуляции во время реперфузии способствовало предотвращению и прерыванию реперфузионных нарушений ритма (ср. Рис. 6 и 7).

Стоит отметить также, что уменьшение кальция в растворе на любых этапах эксперимента предотвращало (в отличие от тахикардии) появление фибрилляции (Рис. 6А и 7А). Это свидетельствует о важном значении кальция в генезе фибрилляции во время реперфузии.

Расхождение наших результатов с результатами других авторов (Abete et al 1988; Berndorf et al 1991; Opie and Coetzee, 1988), выделяющих кальций-зависимую ЗПЛ как доминирующий механизм реперфузионных аритмий, можно объяснить недостаточной изученностью ионных основ аномальной автоматии. Так, Capogrossi с соавт. (1987), продемонстрировали, что увеличение цитозольного Ca вследствие синхронного освобождение Ca из саркоплазмэтического ретикулума в нестимулируемых миоцитах крыс может вызывать спонтанные потенциалы действия. Таким образом, как отмечают Capogrossi с соавт. (1987), циклическое увеличение

внутриклеточного Ca, что, как предполагают является механизмом ЗПД (Wit and Rosen, 1992), может быть ответственным и за аномальную автоматик). В подтверждение этого можно привести недавние результаты Brooks and Conrad (1992), которые показали на изолированных сердцах крыс, что при отсутствии стимуляции во время реперфузии наблюдаются осцилляции свободного внутриклеточного Ca, коррелирующие с появлением реперфузионных аритмий.

Подчеркнём также, что созданная нами экспериментальная модель позволяет, в отличие от суперфузируемых препаратов и изолированных сердец, используемых в вышеназванных работах (Abete et al 1988; Berndorf et al 1991; Opie and Coetzee, 1988), однозначно определять роль спонтанной автоматии желудочков в аритмиях.

Таким образом, в соответствии с принятыми в настоящее время определениями механизмов точечных источников аритмий (Wit и Rosen, 1992), инициация реперфузионных аритмий в нашей модели вызывается автоматией нетриггерного типа В то же время не исключено, что поддержание этих аритмий может определяться, наряду с автоматией нетриггегного типа, также Ca-зависимой триггерной активностью.

ВЫВОДЫ

1. Создана новая экспериментальная модель ишемических и реперфузионных аритмий: изолированный коронарно-перфузируемый правый желудочек сердца крысы. Ишемия моделировалась прекращением коронарной перфузии. Реперфузионные аритмии спонтанно возникали после восстановления перфузии.

Показано, что эта модель обладает рядом достоинств. К ним относятся:

а) высокая воспроиз водимоетъ реперфузионных аритмий,

б) возможность определения реакции спонтанной автоматик желудочков на ишемию и реперфузию.

в) свободный доступ к пни- и эндокардиальной поверхности препарата, что существенно лля одновременного двустороннего картирования,

г) дешевизна используемых экспериментальных животных.

Показано, что ишемические аритмии в данной модели обычно

возникают в 15 20-минутном интервале после прекращения

коронарной перфузии. Максимальная воспроизводимость реперфузионных аритмий наблюдалась после двадцатиминутной ишемии (тахикардия - в 100% опытов, фибрилляция - в 42%).

2. Методом одновременного эпи- и эндокардиального многоэлектродного картирования ( 64 электрода) с высоким разрешением и компьютерной реконструкцией автоволновых картин показано, что реперфузионные нритмии в данной экспериментальной модели вызывались точечными (фокальными) источниками.

3. На основании исследования реакции реперфузионных аритмий на изменение частоты стимуляции по время реперфузии и на изменение концентрации ионов К. и г. а в растворе показано, что электрофизиологическим механизмом воз никновения этих аритмий является Са-зависимая аномальная автоматмя нетриггерного типа.

4. В результате исследования роли кальция в генезе реперфузионных аритмий показано, что-.

а) нарушение кальциевого гомеостаза клеток во время ишемии является основной причиной возникновения реперфузионных аритмий;

б) кальций, входящий в клетку во время реперфузии, определяет длительность реперфузионных аритмий, но не играет существенной роли в их инициации.

5. Предложен новый способ предотвращения этих аритмий во время реперфузии. В его основе лежит увеличение концентрации ионов К в реперфузате (с 4 до 12 мМ) с сопутствующим учащением (с 4 до 8 Гц) стимуляции миокарда. Показано, что этот способ позволяет предотвращать аритмии в 90% случаев.

Список работ, опубликованных по теме диссертаци:

1. Бурашников А.Ю. , Ефимов И.Р.. Фаст В.Г., Карасаева А.Х., Перцов A.M. Изолированный коронарно-перфузируемый правый желудочек крысы как модель для исследования ишемических и реперфузионных аритмий.-Кардиология, 1991, N 7, с-58-61.

2. Starmer C.F., Krinsky V.I., Tong F.C., Romashko D.N., Aliev R.R., Burashnikov A.Yu., Stepanov M.R. Role of channel blockade in promoting the initiation of rotating vortices in cardiac muscle. IEEE Proc. Comput. Cardiol.. 1992, p. 55-58.

3. Бурашников А. Ю. , Перцов A. M., Медвинский А. Б. , Кринский В. И. Исследование реперфузионных аритмий на экспериментальной модели методом картирования. Кардиология. 199Я. N 1, с. 52-55.

4. Медвинский А. Б. , Бурашников А. Ю. . Перцов А. М.,Кринский В. и. Исследование реперфузионных аритмий методом картирования. Тезисы III международного симпозиума по сравнительной электрокардиологии "Достижения и перспективы сравнительной электрокардиологии", Сыктывкар, 1993, с. 24.

5. Бурашников А. Ю. , Перцов A.M., Медвинский А-Б. , Кринский В.И. Увеличение концентрации ионов калин в реперфузате с сопутствующим учащением стимуляции предотвращает реперфузионные аритмии. Там же, с. 74.

2+

6. Бурашников А.Ю. , Медвинский А. Б. Роль Са входящего в клетку во время реперфузии в механизме инициации и поддержания реперфузионных аритмий. Биофизики. 1994 (в печати).

7. Бурашников А.Ю., Перцов A.M.. Медвинский А.Б., Кринский В. И. Увеличение концентрации ионов калия в реперфузате с сопутствующим учащением стимуляции предотвращает реперфузионные аритмии. Кардиология, 1994 (в печати).

8. Бурашников А. Ю. , Ефимова Т. Б. , Стармер С.Ф., Медвинский А.Б. Дозо-зависимый про- и антиаритмический эффект новокаинамида в правом желудочке сердца крысы. Кардиология, 1994, (в печати).

9. Burashnikov A.Yu., Efimov I.R., Fast v.G. , Karasaeva A.Kh., Pertsov A.M. Isolated coronary perfused right ventricule of rat as a model of ischemia- and reperfusion-induced arrhythmias. J. Cardiovasc. Electrophysiol. (submitted).