На правах рукописи

Шкляр Татьяна Фридриховна

КОНЦЕПЦИЯ МЕХАНОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В МИОКАРДЕ НА ОСНОВЕ ФИЗИКОХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ ЦИТОСКЕЛЕТА

03.03.01 – физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Челябинск – 2012 2

Работа выполнена в Центральной научно-исследовательской лаборатории ГБОУ ВПО «Уральская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации.

Научный консультант:

Цывьян Павел Борисович, доктор медицинских наук, профессор.

Официальные оппоненты:

Брюхин Геннадий Васильевич, доктор медицинских наук, профессор, зав.кафедрой гистологии, цитологии и эмбриологии ГБОУ ВПО «Челябинская государственная медицинская академия»

Баньков Валерий Иванович, доктор биологических наук, профессор, зав.кафедрой нормальной физиологии ГБОУ ВПО «Уральская государственная медицинская академия»

Пряхин Евгений Александрович, доктор биологических наук, зав.экспериментальным отделом ФГБУН "Уральский научно-практический центр радиационной медицины"

Ведущая организация: ФГБУН Институт физиологии КНЦ УрО РАН

Защита состоится 24 мая 2012 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета Д 212.295.03 на базе ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет» по адресу: 454080, г. Челябинск, проспект им. В.И.Ленина 69, конференц-зал (ауд. 116).

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет»

Автореферат разослан «_» 2012 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук Ефимова Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Хорошо известно, что в возбудимых клетках и, в частности, в кардиомиоцитах механические переменные, прежде всего, деформация миокарда оказывает влияние на внутриклеточный потенциал покоя (ПП), контролируя при этом условия возникновения потенциала действия (Камкин и др., 2003; Камкин, Каменский, 2004; Lab, 1996; Taggart, 1996;

Franz, 2000; Taggart, Lab, 2008). Данный феномен получил название механоэлектрической обратной связи (МЭС) в миокарде. Выраженность МЭС существенно возрастает при увеличении нагрузки на сердце вне зависимости от того, связано ли это с интенсивными физическими нагрузками или же развитием патологических изменений в сердечной мышце. Это влечет за собой, прежде всего, глобальные изменения в структуре сердечного ритма, которые могут приводить к фибрилляции желудочков.

Согласно данным ВОЗ различные нарушения ритма сердца являются первостепенной причиной внезапной смерти человека. В этой связи актуальность затронутой проблемы приобретает необычайную важность, поскольку для успешного предупреждения и лечения нарушений ритма сердца необходимо ясно представлять молекулярные механизмы, лежащие в основе механоэлектрического преобразования в кардиомиоцитах.

Традиционно, описание МЭС связывают с идентификацией и исследованием свойств специфических механочувствительных (МЧ) каналов в мембране клетки. Экспериментально установлено существование как неселективных, так и селективных активируемых растяжением каналов для различных типов ионов (Камкин и др., 2000, 2001, 2002; Ravens, 2003; Kamkin et al., 2003; Isenberg et al., 2005;

Baumgarten, 2007; Nishimura et al., 2008).

Вместе с тем, даже самые детальные подробности строения МЧ каналов не дают представления о том, как происходит трансформация механического стимула (растяжения) в электрофизиологический или биохимический ответ клетки. Существует несколько теорий для объяснения механоэлектрических преобразований в клетке. Одна из них, как полагают некоторые авторы, применима ко всем эукариотическим клеткам, подразумевает участие субмембранных структур цитоскелета (кортекса) в реализации МЭС (Hamill, Martinac, 2001; Baumgarten, 2007;

Chalfie, 2009; Sachs, 2010). Доказательства необходимости присутствия актинового кортикального цитоскелета для механопреобразования получены в многочисленных исследованиях с применением цитохалазина, ингибитора полимеризации фибриллярного актина (Казанский и др., 2000;

Wang et al., 2002; Isenberg et al., 2003; Karpushev et al., 2010).

Цитоскелет, особенно в субмембранной области, представляет собой рыхлую сеть биополимеров, образованную F-актином и множеством сопутствующих актин-связывающих белков (Weihing, 1985; Pullarkat et al., 2007; Baumgarten, 2007). Установлено, что концы молекулы филамина могут взаимодействовать с нитями актина, образуя между ними сшивки, тем самым, детерминируя трехмерное расположение актиновых филаментов (Weihing, 1985; Matsudaira, 1991). Кроме того, в клетках, обеспечивающих подвижность, обнаружен регуляторный белок р (JMY), который определяет формирование ансамблей актина в рыхлые сети (Wrighton, 2009).

С физико-химической точки зрения, трехмерные белковые структуры цитоскелета, погруженные во внутриклеточный раствор самых различных ионов, могут рассматриваться как полиэлектролитные гидрогели – то есть трехмерные полимерные сетки, несущие электрические заряды, локализованные на макромолекулярных нитях, и содержащие большое количество жидкой среды с распределенными в ней подвижными ионами.

Необычайное сходство особенностей структуры синтетических и биологических полиэлектролитных гелей было отмечено рядом исследователей (Ling, 1990, 2003; Pollack, 2001, 2006).

Изучение свойств интактного цитоскелета в значительной мере лимитировано наличием множества взаимосвязанных явлений и процессов в клетке. Поэтому в исследованиях роли цитоскелета в регулировании клеточных функций широко используются математические и физические модели, которые с долей допущений, воспроизводят основные черты и свойства выбранного объекта (Guilak et al., 2006;

Mofrad, 2009).

В настоящей работе предлагается оригинальная экспериментальная модель цитоскелета на основе синтетических полиэлектролитных гидрогелей. Результаты изучения характеристик модельного цитоскелета позволили сформулировать новое теоретическое толкование совокупности экспериментальных фактов проявления механоэлектрических взаимоотношений в миокарде с позиции, согласно которой возможный молекулярный механизм МЭС тесно сопряжен с физико-химическими свойствами цитоскелета.

С точки зрения гелеподобной природы цитоскелета роль деформации в регулировании электрической активности миокарда может быть рассмотрена исходя из фундаментальных законов взаимодействия полимерных нитей цитоскелета со средой. Данный подход, опирающийся на универсальность законов для объяснения физических и биологических явлений, дает возможность по-новому взглянуть на природу ряда фактов, теоретическое обоснование которых открывает широкие возможности для диагностики и лечения заболеваний сердца.

Цель работы состояла в разработке теоретических основ молекулярного механизма механоэлектрического преобразования в миокарде путем использования методов экспериментального моделирования.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования:

1. В экспериментах на изолированном миокарде лабораторных животных и препаратах сердечной мышцы человека, выделенных в ходе кардиохирургических операций, выявить влияние растяжения миокарда на электрическую активность кардиомиоцитов.

2. В экспериментах на изолированном миокарде животных установить механизмы регулирования величины растяжения мышцы в норме и патологии.

3. Теоретически обосновать и разработать экспериментальную модель цитоскелета на основе синтетических полиэлектролитных гидрогелей.

4. Количественно охарактеризовать механические и электрические свойства экспериментальной модели цитоскелета.

5. На экспериментальной модели цитоскелета определить факторы, регулирующие степень выраженности МЭС.

6. Сформулировать представления о механизме механоэлектрических преобразований в миокарде на основе сопоставления экспериментальных фактов, полученных на биологических и синтетических объектах.

Научная новизна работы • Установлено, что в условно нормальном изолированном миокарде желудочков животных и человека в физиологическом диапазоне растяжений сердечной мышцы механоэлектрическая обратная связь выражена слабо. Возникновение патологических отклонений в сердце различного генеза приводит к увеличению степени влияния растяжения миокарда на внутриклеточный потенциал, что может провоцировать возникновение спонтанных ПД.

• Разработана экспериментальная модель неоднородности миокарда, состоящая из препаратов миокарда механически соединенных в последовательный тандем, и взаимодействующих друг с другом за счет компьютерных средств управления экспериментом в составе стенки сферического желудочка в реальном масштабе времени.

• Экспериментально обосновано, что в систолический период сердечного цикла регионы сердечной стенки растягиваются вследствие механической асинхронности в сердце, возникновение которой связано как с различием в структуре, так и функции участков сердечной стенки.

• Выяснено, что в качестве экспериментальной модели трехмерной структуры цитоскелета могут быть использованы полиэлектролитные гидрогели на основе акриловой и полиметакриловой кислот.

Разработаны критерии синтеза гелей с учетом подобия особенностей структуры цитоскелета, в частности, качественного сходства в степени сшивки и заряженности полимерных нитей, в использовании ключевых физиологически значимых противоионов.

• Установлено, что электрический потенциал внутри геля и внутриклеточный потенциал имеют близкое по величине значение, которое зависит от степени набухания геля, его ионизации и плотности сшивки полимерной сети, а также от ионной силы раствора, в которую гель помещен.

• Установлено, что механические свойства гидрогелей качественно и количественно схожи с характеристиками цитоскелета, и зависят от особенностей структуры, прежде всего, от плотности сшивки полимерной сети.

• Обнаружено существование механоэлектрической связи в синтетических гидрогелях, выраженность которой зависит, в первую очередь, от упругих свойств полимерной сети.

• Предложен механизм механоэлектрических преобразований в возбудимых клетках, в котором ключевая роль отводится универсальному физическому явлению конденсации зарядов на полимерной сети при ее растяжении.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту 1. Существование механоэлектрической обратной связи в миокарде сопряжено с физико-химическими свойствами полимерной сети цитоскелета, которые могут быть определены с высокой степенью адекватности на синтетических гидрогелях, выбранных в качестве экспериментальной модели цитоскелета.

2. Величина внутриклеточного потенциала в клетке зависит от ряда физико-химических характеристик цитоскелета, среди которых ключевую роль играет степень набухания и плотность сшивки полимерной сети.

3. Степень выраженности механоэлектрической обратной связи в клетке зависит от совокупности факторов, регулирующих ионный баланс между цитоскелетом и окружающей его средой, однако, при прочих равных условиях плотность сшивки полимерной сети выступает главным детерминантом механоэлектрического преобразования в миоците.

4. Механизм регулирования механоэлектрических взаимоотношений в клетке базируется на универсальном законе физики полимеров, и связан с конденсацией электрических зарядов на полимерной сети цитоскелета при ее осевой деформации.

Теоретическая значимость работы Работа углубляет современные представления в области физиологии клетки и электрофизиологии о роли цитоскелета в регулировании электрической функции клетки за счет рассмотрения этого объекта с точки зрения трехмерной сети биополимеров, погруженной в цитозоль. В диссертационном исследовании оценен вклад цитоскелета в ионный баланс клетки в зависимости от степени ее растяжения с позиции фундаментальных физико-химических законов и явлений.

Практическая значимость работы 1. Разработанная экспериментальная модель цитоскелета может быть использована в фундаментальных исследованиях для выяснения роли цитоскелета в регулировании механической и электрической активности мышечных клеток.

2. Модель также может быть использована для тестирования механизмов антиаритмического действия фармакологических агентов при моделировании патологических ситуаций в миокарде.

3. Методические аспекты работы по направленному синтезу гидрогелей и научные основы о механизмах регулирования в гелях механической и электрической активности могут составить теоретическую основу для создания искусственных биосовместимых протезов мышечной ткани.

Внедрение результатов работы Материалы диссертационного исследования внедрены в педагогический процесс на кафедре медицинской физики УГМА в общем курсе лекций «Современная научная картина мира (раздел законы функционирования живых систем)», а также на кафедре молекулярной физики ИЕН УрФУ в специальных курсах лекций «Молекулярная природа биологической подвижности» и «Общая биология для физиков (раздел физиология клетки)».

Апробация работы Основные положения исследования были представлены на ряде отечественных и зарубежных конференций, симпозиумов и съездов в форме стендовых докладов и устных сообщений. В частности, на Всемирном конгрессе «Клеточная и молекулярная биология», Франция, 2005; на 18 и 21 Российских конференциях «Проблемы теоретической и экспериментальной химии», Екатеринбург, 2008 и 2011; на Международных конференциях «Биологическая подвижность», Пущино, 2008 и 2010; на Международном конгрессе «Кардиология на перекрестке наук», Тюмень, 2010; на 17 Международной конференции «Механика в биологии и медицине», Польша, 2010; на 19 Международной конференции «Научного общества исследователей сердечнососудистой динамики», Япония, 2010. Работа была официально апробирована на межкафедральном заседании сотрудников ГБОУ ВПО «Уральская государственная медицинская академия с участием специалистов сторонних организаций.

Публикации По материалам исследования опубликовано 60 печатных работ, из которых 17 в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы Работа изложена по стандартной схеме и состоит из введения, обзора литературы, методического раздела, трех экспериментальных глав и обсуждения результатов. Манускрипт содержит 220 страниц текста и иллюстрирован 61 рисунком и 13 таблицами. Список литературы включает 323 цитируемых источника.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Основные результаты настоящей работы были получены на материально-технической базе отдела биомедицинской физики и инженерии ЦНИЛ УГМА и кафедр высокомолекулярных соединений и молекулярной физики ИЕН УрФУ.

Объекты исследований Эксперименты на лабораторных животных выполнены с соблюдением требований, установленных Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых в экспериментальных и других научных целях (ETS N 123), от 18 марта 1986 г., Страсбург. В исследовании использовали изолированный миокард лабораторных животных: морская свинка, кролик, лягушка.

Для перфузии препаратов теплокровных животных использовали аэрируемый (95% О2 и 5% СО2) раствор Кребса, для холоднокровных животных - раствор Рингера. Стимуляцию миокарда осуществляли массивными платиновыми электродами (базовая частота 0,3 Гц).

приобретенными пороками сердца. Экспериментальное исследование биоптатов миокарда человека проведено с соблюдением этических принципов проведения медицинских исследований с участием человека в качестве субъекта исследования, включая исследования, в которых используются полученные от человека биологические материалы, разработанных и принятых на 18-й Генеральной ассамблее Всемирной медицинской ассоциации (World Medical Association – WMA), Хельсинки, Финляндия, июнь 1964 г.

Был использован биопсийный материал, полученный у больных во время кардиохирургических операций, проведенных в Областной клинической больнице №1 (Екатеринбург). У пациентов с митральным стенозом (80) и с врожденными пороками сердца (40) иссекали ушки предсердий. У больных с митральным пороком при операциях по замене митрального клапана были получены кусочки папиллярных мышц (40).

Перфузию биоптатов проводили аэрированным раствором Кребса, того же состава, как для теплокровных животных. Скорость протока - 5- мл/мин. Температуру поддерживали на уровне 33±0,5 оС. Базовая частота стимуляции - 0,3 Гц Синтетические полиэлектролитные гидрогели. Использованы гели полиметакриловой (ПМАК) и полиакриловой кислот (ПАК). Гели были синтезированы в результате свободнорадикальной полимеризации частично нейтрализованной акриловой (метакриловой) кислоты с N,N'метилен-диакриламидом в качестве сшивающего агента в водном растворе. В синтезе использовали реагенты фирм «Merck» (Schuchardt, Hohenbrunn).

Готовили раствор соответствующей кислоты в воде с добавлением гидрооксида калия, магния или кальция взятых в количестве, требуемом для нейтрализации заданной доли кислотных групп. В полученный раствор вводили сшивающий агент в количестве, обеспечивающем заданное число мономерных звеньев линейного полимера на один узел сетки. Варьирование условий синтеза позволило получать гели с различной степенью сшивки. Количество внесенного в поле реакции оксида калия (магния, кальция) определяло степень ионизации (заряженности, нейтрализации).

Гели маркировали согласно условиям синтеза. Первое число в маркировке указывало на среднее число звеньев линейных участков, приходящихся на один узел сетки. Второе число соответствовало процентному содержанию солевых групп по отношению к общему числу звеньев. Например, КПАК 100/50 – гель акриловой кислоты, со степенью сшивки 100 мономеров на одну сшивку, 50% групп акрилата калия.

Методы Базовая экспериментальная установка. Для исследования механических и электрических свойств биологических и синтетических объектов была создана установка, включающая комплекс оборудования, представленная на рис. 1.

За счет сопряжения измерительных и исполнительных (мотор) устройств с компьютером по средствам аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, установка обеспечивала управление экспериментом, в соответствии с поставленными задачами. Оборудование позволяло задавать образцу деформации произвольной формы и различные режимы нагрузок, включая изометрический, изотонический и физиологический режимы.

Электрохимический потенциал () определялся с помощью микроэлектродной техники, стандартно используемой для фиксации электрохимических потенциалов в живой клетке. Величина помех не превышала 3 мВ.

Исследование вязкоупругих свойств объектов. Упругие свойства материалов оценивали путем задания образцам деформаций различной формы с помощью мотора. Одновременно регистрировали силу, возникающую при изменении длины препаратов, предварительно растянутых вручную до удаления их провисания. Величина деформации определялась по относительному изменению длины образца: = L / Lo.

Механическое напряжение () рассчитывали как отношение силы к площади поперечного сечения образца. Модуль упругости (Юнга) E определялся как тангенс угла наклона кривой в координатах « – »:

Для характеристики релаксационных свойств материала к образцу прикладывали ступенчатые деформации прямоугольной формы.

Рассчитывали время релаксации по модели Максвелла и эффективное значение вязкости образца: =E·.

Регистрация механоэлектрической связи в объектах. Влияние растяжения на электрические свойства изолированных сердечных мышц исследовали в двух режимах. В статическом режиме препарат растягивали от Lo (исходная длина препарата после устранения провисания) до 1, Lmax (Lmax – длина, при которой активная сила препарата максимальна) с шагом 5% Lo. Электрическую активность регистрировали неподвижным электродом. На каждой длине проводили не менее 10 измерений и вычисляли средние величины параметров электрической активности клеток миокарда. В динамическом режиме мышцу растягивали мотором до 1,50 Lmax и затем возвращали к Lo (циклическая деформация) с постоянной скоростью от 0,03 до 0,3 м/сек. Измерения электрического потенциала велось с помощью подвижного «плавающего»

микроэлектрода.

Для выявления механоэлектрической связи в синтетических гелях использовали оборудование, аналогичное описанному выше для мышц.

Образцы геля растягивали либо ступенчато, либо непрерывно в динамическом режиме на величину до 50% от их начальной длины.

Экспериментальная модель желудочка была разработана на базе комплекса устройств экспериментальной установки (см. рис. 1) для оценки механического поведения миокарда в сердечной стенке. Свойства стенки желудочка были представлены изолированным миокардом, а архитектура камеры математической моделью тонкостенной сферы.

Мышечное взаимодействие со сферической моделью осуществлялось на основе обратной связи в реальном времени с помощью компьютера.

Электрический сигнал от датчика силы (F) соответствовал мышечному напряжению (), рассчитанному как =F/s, где s поперечное сечение мышцы. Давление (P) в сферическом желудочке рассчитывали по закону Лапласа. Радиус камеры рассматривали как R=kl l, где l - текущая длина мышцы, а kl – коэффициент преобразования текущей длины в радиус сферической камеры. Объем камеры (V) желудочка рассчитывали как: V=4/3R2.

На рис. 2. приведены примеры экспериментальной записи полного сердечного цикла модельного желудочка при двух постнагрузках и диаграммы «давление-объем», характеризующие его насосную функцию.

Для данного эксперимента была выделена сердечная мышца из желудочка лягушки (Rana radibunda), длиной около 4 мм и поперечным сечением ~ мм2. Вначале задавали величину преднагрузки желудочка и его конечнодиастолический объем.

Трасса, обозначенная как «1», соответствует сокращению желудочка, когда давление на периферии (постнагрузка) составляет 30% от максимально возможного изоволюмического давления (P0) при данном конечно-диастолическом объеме желудочка. Трасса, обозначенная «2», соответствует экспериментальным условиям, когда постнагрузка для желудочка составляет 60% от P0. На этом же рисунке (справа) показаны диаграммы связи «давление-объем» для сокращений желудочка при двух постнагрузках. По оси абсцисс –объем желудочка, по оси ординат – давление, нормированное на максимальную величину (P0). Фазы сердечного цикла : а – изоволюмическое сокращение, в – фаза выброса, сизоволюмическое расслабление, d - фаза диастолического наполнения.

Для имитации различной степени структурно-функциональной неоднородности в стенке модельного желудочка к компьютерному блоку управления экспериментом были дополнительно подключены устройства для механического испытания еще одной сердечной мышцы, идентичные уже имеющимся (см. рис. 1). Не смотря на то, что препараты находились в отдельных экспериментальных камерах и механически соединены с независимыми техническими устройствами, алгоритм управления представлял каждую их мышц соответствующим элементом стенки желудочка.

Работа желудочка в данном случае была реализована на принципе взаимодействия тандема двух мышц, сформулированном много лет назад (Tyberg et al, 1969) и развитом позже (Бляхман, 1996). В компьютерной системе управления две мышцы были представлены механически соединенными последовательно. Для этого сила мышц поддерживались одинаковой за счет динамического перераспределения длин препаратов с помощью соответствующих сервомоторов. При наличии взаимодействия двух мышц, «имплантированных» в сердечную стенку, радиус камеры, ее объем, и изменение этих параметров рассчитывали, на основе оценки текущей длины препаратов во время эксперимента.

Для моделирования различных типов структурно-функциональной неоднородности в сердечной стенке были использованы препараты миокарда с исходно неодинаковыми морфо-функциональными характеристиками. Кроме того, наличие независимых систем жизнеобеспечения мышц, позволило управлять масштабом неоднородности за счет, например, введения временных задержек в стимуляцию мышц, либо внесения в перфузат одной из них кардиотропных соединений.

Определение степени набухания – сжатия гелей. В зависимости от поставленной задачи, в ряде экспериментов оценивали степень набухания геля, то есть его способность поглощать растворитель. В других случаях необходимо было оценить процесс сжатия геля, то есть уменьшение его объема. Применяли два различных метода оценки степени набухание-сжатие.

В статических условиях эксперимента оценивали степень набухания образца как отношение веса набухшего в соответствующем растворе образца к весу остатка после полного его выслушивания: = (PнабухРсухой)/Рсухой.

При исследовании динамики процесса сжатия применяли метод видеосъемки, для чего была разработана оптическая установка, включающая видеокамеру («Samsung VP-W80») формата Hi8 с выходным сигналом формата PAL. Камера была сопряжена с персональным компьютером, где видеоизображения объекта оцифровывались с помощью аналого-цифрового устройства («Conexant bt878»). Были разработаны алгоритмы обработки видеоизображений и использована оригинальная программа в среде «Delphi», позволяющая количественно оценить линейные размеры образца в любом направлении, а также площадь видимой поверхности геля и полную абсолютную погрешность вычисления площади.

Обработка экспериментальных данных.

Статистическая обработка данных осуществлялась с использованием пакетов программы «Microsoft Excel» и «Statistica-6». Нормальность распределения данных проверялась критерием Шапиро-Уилкса.

Значимость различий непрерывных величин определялась по критерию Манна-Уитни, достоверность корреляции с помощью рангового коэффициента Спирмена. В ряде случаев был применен дисперсионный и регрессионный анализы. Достоверность уравнений регрессии оценивалась по критерию Фишера.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В первом разделе экспериментальной части работы, приведены результаты исследований электрической активности кардиомиоцитов и МЭС в сердечной ткани нормальных животных и человека, при возникновении в его сердце патологических изменений. Данный фрагмент работы был выполнен на базе Института гигиены труда и профзаболеваний под руководством профессора Мархасина В.С.

характеризующих электрическую активность папиллярных мышц, для всех тестированных препаратов миокарда. Обращает на себя внимание высокие значения средних ошибок для всех временных характеристик ПД папиллярных мышц больных с пороками сердца. Данный факт связан с тем, что в ряде случаев в биоптатах папиллярной мышцы человека наряду с нормальными клетками присутствовали и клетки с измененными электрофизиологическими характеристиками.

Табл. 1. Параметры электрической активности кардиомиоцитов папиллярных мышц лабораторных животных и больных пороками сердца.

больные пороками -85±12 115±11 21±10 200±50 420± сердца (n=25) морская свинка (n=5) -78±6 116±8 20±1 384±14 452± В таких клетках регистрировали низкие значения амплитуды ПП и ПД и замедленную фазу деполяризации по сравнению с нормальными кардиомиоцитами. Вместе с тем, следует констатировать отсутствие каких-либо значимых отличий в параметрах электрической активности кардиомиоцитов папиллярных мышц экспериментальных животных и человека.

Электрические характеристики миоцитов предсердий больных врожденными и приобретенными пороками сердца отличались большим разнообразием, чем клетки желудочков. В частности, величина ПП в клетках предсердий варьировала от -45 до -75 мВ, в среднем -62±18 мВ.

При этом кардиомиоциты больных приобретенными пороками сердца имели значение ПП достоверно меньшее по абсолютной величине, чем клетки у больных с врожденными пороками:

-54±12 мВ и -73±8 мВ, соответственно.

Здесь же следует добавить, что спонтанная электрическая активность миоцитов была установлена только в препаратах миокарда предсердий, в то время как в клетках сердечной ткани желудочка, то есть в биоптатах папиллярных мышц экспериментальных животных и больных с дефектами митрального клапана, не была обнаружена.

В миокарде больных септальными дефектами сердца вспышки ритмической активности проявлялись чаще, чем в биоптатах предсердий больных ревматическими пороками сердца. При одновременной записи электрической и механической активностей кардиомиоцитов (рис. 3) можно было видеть, что во многих препаратах отсутствовала синхронизация между электрической спонтанной активностью, возникающей в этой клетке, и механическим ответом всего препарата миокарда (рис. 3а и б).

В случаях, представленных на рис. 3(в,г) электрическая и механическая активности препарата хорошо синхронизованы. На рис. 3(г) показана задержанная постдеполяризация, которая регулярно следует за каждым ПД. Видно, что постдеполяризация сопровождается сократительным ответом мышцы.

Примечательно, что авторитмическая активность кардиомиоцитов могла быть легко индуцирована различными воздействиями. В частности, внесение адреналина в концентрации 0,1 ммоль/л в питательный раствор или повышение его температуры всего на 1-2оС приводило к возникновению устойчивой и регулярной авторитмической активности.

Вспышки спонтанной активности возникали также при случайном растяжении препаратов миокарда во время их крепления в экспериментальной камере. Данное наблюдение косвенно свидетельствует о наличие МЭС в миокарде, количественному описанию которой был посвящен следующий раздел экспериментальной части работы.

Относительные величины параметров типичных ПД клеток папиллярных мышц кролика и больных пороками сердца при растяжении препаратов до длины, близкой к Lmax, то есть на 25% от исходной длины, приведены в табл. 2.

Табл. 2. Изменение электрофизиологических параметров кардиомиоцитов при растяжении до L=Lo+25% Lo.

ПД папилл. мышцы кролика (n=5) Нормальные ПД больных (n=8) Медленные ПД больных (n=12)