Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Восстановление параметров кардиоэлектрического поля по потенциалам, измеренным в интрамуральных слоях и на эпикарде у животных с разными типами активации миокарда

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Восстановление параметров кардиоэлектрического поля по потенциалам, измеренным в интрамуральных слоях и на эпикарде у животных с разными типами активации миокарда"

РГБ ОД О 1 ИЮН 1997

На правах рукописи

ЕВСТИФЕЕВА НАТАЛИЯ ВИКТОРОВНА

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАРДИОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ПО ПОТЕНЦИАЛАМ, ИЗМЕРЕННЫМ В ИНТРАМУРАЛЬНЫХ СЛОЯХ И НА ЭПИКАРДЕ У ЖИВОТНЫХ С РАЗНЫМИ ТИПАМИ АКТИВАЦИИ МИОКАРДА

03.00.13 - физиология человека и животных

Автореферат д иссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Сыктывкар - 1997

Работа выполнена в Институте физиологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук.

Научные руководители:

академик М.П. Рощевский,

доктор биологических наук Д.Н. Шмаков

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор B.C. Мархасин кандидат физико-математических наук О.В. Баум

Ведущее учреждение:

Российский Государственный медицинский университет им. Н.И. Пирогова

Защита состоится 13 мая 1997 г. в 10.00 час. на заседании диссертационного совета Д 200.25.01 в Институте физиологии Коми НЦ Уральского отделения Российской академии наук по адресу: 167610, Республика Коми, Сыктывкар, ул. Первомайская, д. 48.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Коми научного центра УрО РАН.

Автореферат разослан " / / " .Qd^iS^i.

1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

Н.А. Чермных

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Современная

кардиоэлеюротоиография, основанная на измерении и анализе распределения потенциала кардиоэлектрического поля (КЭП) на поверхности туловища, более информативна по сравнешпо с традиционными электрокардиографическими методами [Рощевский, 1958; Рощевский, 1972;Амиров, 1976; Taccardi et al., 1976]. Несмотря на несомненные успехи в диагностике и прогнозе заболеваний сердца, mrrqmpстация параметров КЭП до сих пор носит в основном эмпирический характер. Очевидно* что максимум информащш из данных измерашя КЭП можно извлечь, лишь зная законы его формирования [Пинскер, Цукерман, 1973; Баум и др., 1983]. Таким образом, проблема генеза КЭП имеет не только теоретическое, но и практическое значение, поскольку ее решение могло бы вывести диагностику заболеваний сердца на качественно новый уровень.

При изучении механизмов формирования КЭП оптимальным представляется сочетание экспериментальных исследований с развитием моделей генеза КЭП [Баум, Орлова, 1981]. В настоящее время в электрокардиологии существует целый ряд моделей сердца как электрического генератора, от самых простых, таких как одиночный диполь с неподвижной точкой расположения [Einthoven et al., 1913], до очень сложных, детально описывающих электрические свойства сердца [Баум, 1974; Plonsey, 1974; Титомир, 1980; Wei bt al., 1995 и др.]. Однако эти модели ориентированы в основном на человека или тех лабораторных животных, способ активации сердца которых сходен с таковым у человека. Таким образом, все эти модели описывают один и тот же -последовательный - тип актшзации миокарда. В то же время еще в 1958 году М.П.Рощевским [Рощевский, 1958] было обнаружено, что способ активации желудочков сердца копытных отличается от того, который характерен для человека. В последующих работах М.П.Рощевского и Д.Н.Шмакова [Рощевский, 1972; Рощевский, Шмаков, 1977; Рощевский;1978; Шмаков, 1990] было показано, что у позвоночных животных сформировалось несколько способов охвата возбуждением сердца. Тем не менее, многообразие типов активации миокарда, присущее животным разных видов, до настоящего времени оставалось за рамками модельных

исследований в области электрокардиологии как в нашей стране, так и за рубежом.

Настоящая работа выполнена в соответствии с планами НИР Института физиологии Коми НЦ УрО РАН "Проблемы генезиса и физиологической информативности электромагнитных полей функциональных систем организма" (№ ГР 01.9.10.03162) и "Механизмы формирования кардиоэяектрического поля у позвоночных животных" (№ ГР 01.9.60.001210). Исследование поддержано грантом РФФИ № 96-04-51052.

ЦЕЛЬ ДАННОЙ РАБОТЫ - изучение отображения электрической активности желудочков сердца на эпикард и поверхность туловища у животных с разными типами активации миокарда методами математического моделирования на основе экспериментальных данных.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1. Разработка математической модели, позволяющей на основе пространственно-временных характеристик процесса деполяризации в желудочках сердца восстановить распределение потенциала на эпикарде и поверхности туловища.

2. Реконструкция пространственной конфигурации фонтов волны возбуждения в сердце в разные моменты деполяризации желудочков у животных с "последовательным" и "вспышечным" типами активации миокарда на основе данных интрамурального картографирования потенциала.

3. Восстановление потенциала на эпикарде и поверхности туловища на основе реальных фронтов деполяризации в желудочках сердца.

4. Оценка вклада электрической активности отдельных слоев миокарда желудочков в формирование кардиоэлектрического поля в зависимости от способа охвата возбуждением сердца.

5. Разработка математической модели, описывающей отображение эпикардиальных потенциалов на поверхность туловища.

6. Восстановление кардиоэлектрических потенциалов на поверхности туловища на основе экспериментально измеренных эпикардиальных потенциалов и реальных геометрических характеристик животных.

7. Изучение влияния формы торса и ориентации сердца в грудной клетке на формирование кардиоэлектрического поля на поверхности туловища.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. При решении прямой задачи электрокардиологии впервые был использован сравнительно-физиологический подход - прямую задачу решали на основе потенциалов КЭП, зарегистрированных на эпикарде и в интрамуральных слоях желудочков сердца у животных разных видов, с различающейся последовательностью возбуждения миокарда, а также с различающимися геометрическими характеристиками сердца и торса. Впервые восстановлена трехмерная конфигурация фронтов волны возбуждения в желудочках сердда у животного со "вспышечным" типом активации миокарда - овцы. Методами математического моделирования впервые проведено сравнительное изучение соотношения между последовательностью деполяризации желудочков сердца и распределением потенциала, формирующимся на эпикарде и поверхности туловища у животных с "последовательным" (собака) и "вспышечным" (овца) типами активации миокарда. Впервые проведено модельное исследование влияния реальных различий в форме поверхности грудной клетки и в ориентации сердца относительно этой поверхности, характерных для особей одного вида, на формирование КЭП на примере кролика, собаки и крысы.

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Восстановление распределения потенциала КЭП на эпикарде и поверхности туловища на основе реальных пространственно-временных характеристик процесса деполяризации и желудочках сердца позволило установить связь между конфигурацией фронтов волны возбуждения в отдельные моменты деполяризации желудочков и распределением потенциала, формирующимся в соответствующие моменты времени на поверхностях сердца и туловища. Моделирование потенциала на торсе на основе экспериментально измеренных эпикардиальных потенциалов и реальных геометрических характеристик животных позволило , выявить влияние различий в геометрии сердца и торса у особей одного вида на вариабельность КЭП, формирующегося на поверхности туловища. Разработанные модели решения прямой задачи и полученный фактический материал могут быть использованы в сравнительной электрокардаологии, при разработке новых методов функциональной оценки сердечно-сосудистой системы, а также для верификации моделей решения обратной (диагностической) задачи электрокардиологии.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1. В начальный период деполяризации желудочков как при "последовательном" (собака), так и при "вспышечном" (овца) способе активации сердца кардиоэлектрическое поле формируется благодаря электрической активности субэндокардиальных слоев миокарда.

2. На заключительных этапах желудочковой деполяризации распределение потенциала, регистрируемое на эпикарде и поверхности тела, у собаки формируется благодаря электрической активности интрамуральных и субэпикардиальных слоев желудочков, у овцы - субэндокардиальных и субэпикардиальных участков миокарда желудочков.

3. Различия в положении и ориентации сердца в грудной клетке у особей одного вида влияют на отображение эпикардиального потенциала на поверхность туловища в существенно большей степени, чем различия в форме торса.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований были представлены на II симпозиуме "Кардиогенератор - модели и приложения" (г. Пущино, 1992г.); конференции молодых физиологов и биохимиков России "Биохимические и биофизические механизмы физиологических функций" (г. Санкт-Петербург, 1995 г.); I Международной конференции по биоэлектромагнетизму (г. Тампере, Финляндия, 1996 г.); симпозиуме "Интеграция механизмов регуляции висцеральных функций" (г. Краснодар, 1996); IV Молодежной научной конференции Института биологии Коми НЦ УрО РАН "Актуальные проблемы биологии" (г. Сыктывкар, 1996 г.). Материалы работы были также представлены на XIX (г. Лиссабон, Португалия, 1992 г.), XXII (г. Наймеген, Нидерланды, 1995 г.) и XXIII (г. Кливленд, США, 1996 г.) Международных конгрессах по электрокардиологии.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано девять печатных работ.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Работа изложена на 141 машинописной странице, состоит из введения, четырех глав (обзор литературы, материал и методы исследования, результаты исследовании, обсуждение результатов), выводов и списка литературы (170 источников). Диссертация иллюстрирована 28 рисунками.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Методы получения и обработки экспериментальных данных. Эксперименты были проведены на 20 белых крысах лшши Вистар и 6 овцах совместно с к.б.н. И.М. Рощевской, 10 кроликах породы Шиншилла совместно с к.б.н. ЯЗ. Азаровым, 10 собаках совместно с к.б.н. И.М. Рощевской и В.А. Витязевым. У всех исследованных животных потенциал КЭП регистрировали на поверхности туловища и эпикарде желудочков сердца. Кроме того, у всех овец и 6 собак регистрировали внеклеточные потенциалы в интрамуральных слоях миокарда желудочков.

Регистрацию потенциала КЭП производили методом многоэлектродного картографирования посредством 128-канальной автоматизированной компьютерной установки [Рощевский и др., 1985; Карпушов, 1990]. Пространственно-временные и амплитудные характеристики КЭП анализировали при помощи эквипотенциальных моментных карт, представляющих собой прямоугольную развертку поверхностей торса или. эпикарда -желудочков, и хронотопографических карт поперечных сечений желудочков. Хронотопографические карты строили с помощью модели, разработанной в Институте физиологии Коми НЦ УрО РАН к.ф.-м.н. Н .А. Антоновой [Ап1опоуэ й а1., 1993; Антонова, 1993].

Для каждого исследованного животного были реконструированы поверхности торса и сердца, близкие к реальным. Для тех животных, у которых потенциал КЭП регистрировали в интрамуральных слоях миокарда, была восстановлена пространственная конфигурация фронтов волны возбуждения в различные моменты деполяризации желудочков. Фронты волны возбуждения восстанавливали как изохронные поверхности деполяризации на основе хронотопографических карт поперечных срезов желудочков.

Методы моделирования кардиоэлектрического поля. Механизмы формирования КЭП исследовали путем решения прямой задачи электрокардиологии с помощью двух математических моделей.

Первая модель была представлена однородными двойными электрическими слоями, совпадающими с реальными фронтами деполяризации в миокарде желудочков. Объемный проводник тела в этой модели полагали бесконечным и однородным.

Вторая модель представляла собой систему линейных уравнений, связывающую потенциал на поверхностях сердца и

туловища посредством передаточных коэффициентов, зависящих от геометрии и взаимного пространственного расположения этих поверхностей. Формулировка модели была получена на основе второго тождества Грина. Поверхность сердца в этой модели рассматривали как сферу, торс - как однородный ограниченный проводник.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Восстановление параметров кардиоэлектрического поля на эпикарде и поверхности туловища на основе пространственно-временных характеристик фронтов деполяризации

в желудочках сердца .,»,.,.,

В рамках модели, представленной однородными двойными электрическими слоями, совпадающими с реальными фронтами деполяризации в миокарде желудочков, исследовали отображение фронтов волны возбуждения в желудочках сердца на эпикард и поверхность туловища. В задачу исследования входил анализ формирования КЭП у собаки ("последовательный" тип активации миокарда) и овцы ("вспышечный" тип активации) в начальный и конечный периоды деполяризации желудочков.

Для каждой восстановленной конфигурации фронтов деполяризации были вычислены распределения потенциала на торсе и эпикарде желудочков, которые создавали бы однородные двойные электрические слои, совпадающие по форме с этими фронтами. Моделирование позволило выявить непосредственную связь между различными конфигурациями фронтов деполяризации в желудочках сердца и распределением потенциала, регистрируемым на эпикарде и поверхности туловища [Евстифеева и др., 1995; ЯозЬсЬеувку й а 1., 1995; НоэЬсЬеузку е! а1., 1996].

Моделирование кардиоэлектрического поля собаки. На начальном этапе деполяризации желудочков сердца собаки (примерно через 5 мс после появления первых очагов электронегативности в миокарде желудочков) были реконструированы два первичных фронта волны возбуждения: небольшой фронт, локализованный в области основания перед ней папиллярной мышцы левого желудочка, пересекающийся с эндокардом и движущийся по направлению к эпикарду свободной стенки левого желудочка, и более обширный фронт волны

возбуждения, охватывающий левую половину межжелудочковой перегородки, пересекающийся с эндокардом левого желудочка и движущийся по направлению к эндокарду правого желудочка (рис. 1, I А). В этот период на эпикарде желудочков сердца собак регистрировали распределение потенциала с одной отрицательной зоной, локализованной в базальной часта свободной стенки левого

II

ЕРМ(эксперимент)

BSPM(эксперимент)

BSPM (модель)

W

ЕРМ(эксперимент)

BSPM (эксперимент)

Рис. 1. Кардиоэлектричесгсое поле собаки в начальный (I) и конечный (П) периоды деполяризации желудочков сердца, реальное и вычисленное на основе пространственно-временных характеристик процесса деполяризации.

А- положение фронтов волны возбуждения (жирные линии) на поперечных сечениях желудочков (стрелхами обозначено направление движения фронтов, заштрихованы полости желудочков). Б-ЭКГ в отведении от передних конечностей с маркером времени. ЕРМ-карты распределения потенциала на эпикарде желудочков (epicardial potential maps), BSPM -карты распределения потенциала на поверхности туловища (body surface potential maps). Левая половина карт соответствует вентральной, правая половина - дорсальной поверхности торса или эпикарда желудочков, знаками "+" и обозначено положение экстремумов, заштрихована зона положительного потенциала. Шаг изолиний для начального периода деполяризации равен I мВ для эпикарда и 0.1 мВ для поверхности туловища, для конечного периода деполяризации - 5 мВ для эпихарда и 0.5 мВ для поверхности туловища.

..желудочка (рис,.,1, I)., На вычисленной эпикардиальной эквипотенциальной моментной карте, соответствующей данному моменту деполяризациц (рис. 1, I), подобное распределение потенциала формируется в основном фронтом волны возбуждения, локализованным в межжелудочковой перегородке. На поверхности туловища этот фронт волны возбуждения формирует близкое к дипольному распределение потенциала с положительной передне-каудальной областью, аналогичное наблюдавшемуся в эксперименте (рис. 1,1).

Для момента времени, соответствующего 23-25 мс отначала деполяризации в миокарде желудочков собаки, были реконструированы два фронта деполяризации, пересекающихся с эпикардом и движущихся из субэпикардиальных слоев по направлению к внешней границе сердца: один обширный фронт волны возбуждения в свободной стенке левого желудочка, простирающийся от верхушки до основания сердца, и небольшой фронт в субэпикарде вентро-праволатеральной области верхушки сердца (рис. 1, II А). В этот период деполяризации на эпикарде собак регистрировали распределение потенциала с д вумя отрицательными зонами, одна из которых охватывала латеральную поверхность правого желудочка, а другая, менее обширная, была локализована в леволатеральной области верхушки сердца (рис. 1, II). На эпикардиальной эквипотенциальной моментной карте, построенной по результатам моделирования (рис. 1, II), распределение потенциала было аналогичным. Как показало моделирование, фронт волны . возбуждения в свободной стенке левого желудочка формирует одну . зону отрицательного потенциала, охватывающую эпикард правого желудочка и поверхность левого желудочка в области верхушки; эта обширная электронегативная зона становится разделенной на две отдельные области отрицательного потенциала, наблюдаемые в эксперименте, благодаря наличию второго фронта деполяризации в субэпикарде верхушки сердца, формирующего электропозитивную область на вентральной части эпикарда верхушки. Моделирование также показало, что обширный по площади фронт волны деполяризации в субэпикарде свободной стенки левого желудочка формирует на поверхности туловища собак дипольное распределение потенциала с отрицательной краниальной и положительной каудальной областями (рис. 1, II). Распределение потенциала на поверхности туловища, зарегистрированное в

эксперименте (рис. 1, II), было аналогично вычисленному распределению потенциала.

Моделирование кардлоэлектрического поля овцы. Для начального периода деполяризации (через 3-4 мс после регистрации первых очагов электронегативности в желудочках сердца) были реконструированы три небольших фронта волны возбуждения, локализованных в основании передией и задней папиллярных мышц левого желудочка (рис. 2, I А). Эти фронты волны возбуждения, пересекающиеся с эндокардом, двигались вглубь Миокарда по направлению к внешней границе сердца. Вычисленное суммарное распределение потенциала полей этих небольших, близко

II

(Е)

ЕРМ (эксперимент)

.."27" ЕРМ (модель)

ВБРМ (эксперимент)

В5РМ (модель)

ЕРМ (модель)

©

БЭРМ (эксперимент)

Г<5

Рис. 2. Кардиоэлектричеекое поле овцы в начальный (I) и конечный (II) периоды деполяризации желудочков сердца, реальное и вычисленное на основе пространственно-временных характеристик процесса деполяризации.

Обозначения те же, что и на рис. I. Шаг изолиний для начального периода деполяризации равен 0.5 мВ для эпикарда и 0.1 мВ дня поверхности туловища, для конечного периода деполяризации - 1 мВ дая эпикарда й 0.2 ыВ для поверхности туловища. ! ,

расположенных друг от друга фронтов волны деполяризации на эпикарде характеризовалось наличием одной зоны отрицательного потенциала, локализованной в базальной часта вентральной поверхности правого желудочка (рис. 2, I), а на поверхности туловища - зоной отрицательного потенциала, расположенной краниально, и зоной положительного потенциала, расположенной каудально (рис. 2, I). Аналогичное распределение потенциала на эпикарде и поверхности туловища регистрировали в эксперименте (рис. 2,1).

Через 20 мс после начала деполяризации, когда основная масса желудочков сердца овцы была уже охвачена возбуждением, вблизи эпи- и эндокарда регистрировали несколько небольших локальных фронтов волны возбуждения, движущихся по направлению к внешней и внутренней поверхностям серд ца (рис. 2, II А). Согласно результатам моделирования, эти небольшие рассредоточенные фронты деполяризации формируют несколько небольших очагов электропозитивности на эпикарде, окруженных зоной отрицательного потенциала (рис. 2, II). Вычисленное эпикардиальное распределение потенциала имеет принципиальное сходство с экспериментально измеренным (рис. 2, II). Вычисленное суммарное распределение потенциала полей этих множественных фронтов волны возбуждения на поверхности туловища овцы в этот период характеризовалось одной зоной положительного потенциала, занимающей краниальную часть поверхности торса, и одной отрицательной зоной, охватывающей каудальную поверхность торса, что также соответствовало экспериментальным данным (рис. 2, II).

Восстановление параметров кардноэлектрнческого поля на поверхности туловища на основе эпикардиальных потенциалов

Помимо собственной характеристики электрического генератора сердца - последовательности активации миокарда - были рассмотрены также экстракардиальные факторы формирования КЭП, такие как форма туловища и ориентация сердца в грудной клетке. Подобные исследования проводили с помощью модели, позволяющей вычислить распределение потенциала на поверхности туловища на основе экспериментально измеренных эпикард иальных потенциалов и геометрических характеристик сердца и торса. В рамках этой модели рассматривали "отображение" эпикардиальных

потенциалов на поверхность туловища на примере кролика, собаки и крысы [КоБЬсЬетБкауа, Уеу^йееуа, 1992; Ло&сЬеУБкауа, Уеу&йееуа, 1993; БЬтакоу^ а!., 1996].

Распределения потенциала на поверхности туловища крысы, кролика, собаки, вычисленные с учетом индивидуальных геометрических характеристик каждого животного, были аналогичны измеренным в эксперименте: положение зон положительного и отрицательного потенциала и их экстремумов соответствовало экспериментальным данным (рис. 3, 1 и 4, 1).

II

ЕРМ (эксперимент)

ВБРМ (эксперимент)

ВБРМ (модель) 1

Рис. 3. Влияние формы туловища и ориентации сердца в грудной клетке на кардиоэлектрическое поле собаки.

I и II - особи с различающейся геометрией сердца и торса. А - поверхности сердца и торса, реконструированные на основе экспериментальных данных (вид спереди и вид сбоку). Б - ЭКГ в отведении от передних, конечностей с маркером времени. ВЗРМ (модель)- моделирование КЭП на поверхности туловища на основе экспериментально измеренных эпикардиальных потенциалов и геометрических характеристик сердца и торса. 1 - распределение потенциала, вычисленное с учетом реальной геометрии сердца и торса; 2-распределение потенциала, вычисленное при измененной форметорса: дая собаки I использовали форму торса, присущую собаке II, и наоборот; 3 - распределение потенциала, вычисленное при измененной ориентации сердца; для собаки I использовали ориентацию сердца, характерную для собаки II, и наоборот. Шаг изолиний дня эпикарда равен 5 мВ, дня поверхности туловища - 0.5 мВ. Остальные обозначения те же, что и на рис. I.

Анализ динамики изменения КЭП на торсе и эпикарде у особей одного вида выявил, что у всех исследованных крыс изменения во времени распределения потенциала на эпикарде и поверхности тела происходили синхронно, в то время как у кроликов и собак наблюдалась большая вариабельность КЭП на поверхности туловища по сравнению с эпикардом. В отдельные моменты деполяризации желудочков у кроликов или собак с аналогичным распределением; эпикардиального потенциала могли формироваться разные распределения потенциала на поверхности туловища (рис. 3 и 4).

1 ЕРМ (эксперимент) 11

А

Б

J

!\

V

ВБРМ {эксперимент)

3

ВБРМ (модель)

Рис. 4- Влияние формы туловища и ориентации сердца в грудной клетке на кардиоэлектрическое поле кролика.

Обозначения те же, что и на рис. 3. Шаг изолиний для эпикарда равен 3 мВ, для поверхности туловища - 0,3 мВ.

Что касается геометрических параметров исследованных животных, то у крыс; как форма торса, так и ориентация сердца были практически одинаковыми. У кроликов форма туловища была

одинаковой, но пространственная ориентация сердца варьировала: поворот анатомической оси сердца у разных особей во фронтальной плоскости составлял от -15° до +30°, в сагиттальной - от +30° до +60°. У собак различались как форма туловища, так и ориентация сердца в грудной клетке: поворот анатомической оси сердца у разных особей во фронтальной плоскости составлял от -15° до +30°, в сагиттальной - от 0° до почти +90°.

Сопоставление анатомических различий между особями одного вида и соотношения между КЭП на эпикарде и поверхности туловища позволило сделать вывод о том, что различия в ориентации сердца в большей степени влияют на отображение эпикардиальных потенциалов на поверхность туловища, нежели различия в форме торса. Это предположение было проверено в рамках модельных вычислений.

С целью оценки влияния формы внешней границы туловища на формирование КЭП прямую задачу решали при измененной форме торса: при вычислениях использовали собственные эпикардиальные потенциалы и ориентацию сердца одного животного и форму поверхности торса и положение геометрического центра сердца, характерные для другого животного того же вида с аналогичным распределением эпикардиального потенциала, но различающимся распределением потенциала на поверхности туловища. Для вычислений выбирали животных с различающейся формой торса. Полученные таким образом распределения потенциала несущественно отличались от тех, что были вычислены с учетом реальной формы туловища (рис. 3, 2 и 4, 2).

Влияние ориентации сердца в грудной клетке на формирование КЭП оценивали следующим образом. При вычислении распределения потенциала на торсе использовали собственные значения эпикардиальных потенциалов, форму поверхности туловища и положение геометрического центра сердца, присущие одному животному, и пространственную ориентацию сердца, характерную для другого животного того же вида со сходным распределением эпикардиального потенциала, но различающимся распределением потенциала на поверхности туловища. Для вычислений выбирали животных с различающейся ориентацией сердца. Вычисленные таким образом потенциалы были аналогичны потенциалам, измеренным у животного, пространственная ориентация сердца которого была использована при вычислениях (рис. 3, 3 и 4,3).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные экспериментальные данные по шпрамуральной хронотопографии процесса деполяризации в желудочках сердца у собаки и овцы- животных с разными типами активащш миокарда-и разработанный метод решения прямой задачи на основе реальных пространственно-временных хар^актериетик фронтов волны возбуждения в миокарде желудочков позволили моделировать процесс формирования КЭП на эпикарде и поверхности туловища при разной последовательности возбуждения сердца, а также выделять вклад отдельных фронтов волны возбуждения в формирование КЭП на разных этапах деполяризации желудочков.

Моделирование распределения потенциала на поверхности туловища крысы, кролика, собаки на основе экспериментально измеренных эпикардиальных потенциалов и реальных геометрических характеристик животных позволило оценить влияние таких экстракардиальных факторов формирования КЭП, как форма торса и ориентация сердца в грудной клетке. Так, модельные вычисления показали, что различияв ориентации сердца в грудной клетке у особей одного вида влияют на отображение эпикарднального потенциала на поверхность туловища в существенно большей степени, чем различия в форме торса.

ВЫВОДЫ

1. Предложена и численно реализована модель генеза кардиоэлектрического поля, представленная однородными двойными электрическими слоями, совпадающими с реальными фронтами деполяризации в миокарде желудочков.

2. По данным интрамурального картографирования потенциала восстановлена пространственная конфигурация фронтов .волны возбуждения в желудочках сердца овцы ("вспышечныи" тип активации миокарда) и собаки ("последовательный" тип активации) в начальный и конечный периоды деполяризации желудочков.

3. В рамках модели, основанной на реальной конфигурации фронтов деполяризации в миокарде желудочков, выделен вклад электрической активности отдельных слоев миокарда желудочков в формирование кардиоэлектрического поля в начальный и

конечный периоды деполяризации в зависимости от типа активации сердца:

а) в начальный период деполяризации желудочков как при "последовательном" ; (собака), так и при "вспышечном" (овца) способе активации миокарда кардиоэлектрическое поле формируется благодаря электрической активности субэндокардиальных слоев желудочков;

б) на заключительных этапах деполяризации распределение потенциала, регистрируемое на эпикарде и поверхности тела, у собаки формируется благодаря электрической активности интрамуральных и субэпикардиальных слоев желудочков, у овцы -субэндокардиальных и субэпикардиальных участков миокарда желудочков.

4. Разработана и численно реализована математическая модель, позволяющая вычислить распределение потенциала на поверхности туловища на основе экспериментально измеренных зпикардиальных потенциалов и геометрических характеристик сердца и торса.

5. Модельное исследование влияния геометрии сердца и торса на формирование кардиоэлектрического поля у кролика, собаки, крысы показало, что различия в ориентации сердца в грудной клетке у особей одного вида влияют на отображение эпикардиального потенциала на поверхность туловища в существенно большей степени, чемразличия в форме торса.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Roshchevskaya I.M., Yevstifeeva N.V. Relationship between calculated and experimental cardioelectric fields on epicardial and body surface in rat (forward solution)// Abstr. XlXth Intern. Congr. on Electrocardiology.- Lisbon , Portugal, 1992.- P. 96.

2. Roshchevskaya I.M., Yevstifeeva N.V. Relationship between calculated and experimental cardioelectric fields on epicardial and body surface in rat// Electrocardiology'92: Proc. XlXth Intern. Congr. on Electrocardiolody/ Ed. P. Macfarlane, F. de Padua - Singapure, New Jersey, London, Hong Kong: World Scientific, 1993.- P. 73-76.

3. Азаров Я.Э., Витязев B.A., Евстифеева H.B. Последовательность деполяризации и реполяризации эпикарда желудочков кролика при изменении температуры// Биохимические

и биофизические механизмы физиологических, функций: Тез. докл. конф. молодых физиологов и биохимиков России.- С.-Пб., 1995. С.6.

4. Витязев В.А., Азаров * Я.Э., Евстифеева Н.В. Кардиоэлектрическое поле в период QRS-комплекса на поверхности тела и желудочков сердца кролика// Биохимические и биофизические механизмы физиологических функций: Тез;" докл. конф. молодых физиологов и биохимиков России.- С.-Пб., 1995. С. 35.

5. Евстифеева Н.В.. Рощевская И.М., Витязев В.А. Оценка вклада биоэлектрической активности отдельных слоев миокарда в формирование кардиоэлектрического поля на поверхности туловища собаки// Биохимические и биофизические механизмы физиологических функций: Тез. докл. конф. молодых физиологов и биохимиков России.- С.-Пб., 1995. С.68.

6. Roshchevsky М.Р., Shmakov D.N., Roshchevskaya I.M., Yevstifeeva N.V.. Antonova N.A. Formation of extracellular potentials on the epicardial and body surfaces in vertebrates// Building Bridges in Electrocardiqlogy; Proc. XXIIlh Intern. Congr. onElectrocardiology/Ed. A. van Oosterom, T.F. Oostendorp, G.J.H. Uijen - Nijmegen: University Press Nijmegen, 1995.-. P. 106-107.

7. Азаров Я.З., Витязев В.А., Евстифеева Н.В. Кардиоэлектрическое поле на поверхности тела кролика в период Т волны// Актуальные проблемы биологии: Тез. докл. IV Молодежной науч. конф. Института биологии Коми НЦ УрО РАН 11-12 апреля 1996.-Сыктывкар, 1996. С. 19-20.

8. Roshchevsky М.Р., Shmakov D.N., Roshchevskaya I.M., Vityasev V.A., Yevstifeeva N.V.. Azarov J.E., Antonova N.A. Formation of cardioelectric fieldon ventricular epicardium and body surface in animals with different myocardium activation patterns// Medical and biological engineering and computing.- 1996.- Y. 34, Suppl. 1, Part 2.- P. 105-106.

9. Shmakov D.N., Roshchevsky M.P., Roshchevskaya I.M., Yevstifeeva N.V.. Vityasev V.A., Azarov J.E. Torso potential distributions in rabbit and dog measured and simulated from real epicardial potentials// Abstr. XXIIIth Intern. Congr. on Electrocardiology.- Cleveland, Ohio, USA, 1996.- P. 39.