Автореферат и диссертация по медицине (14.00.17) на тему:Распространение возбуждения в синоатриальном узле сердца при залповом раздражении блуждающего нерва у кошки

КУБАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ

АКАДЕМИЯ

РГО ОД

о На правах рукописи

ФЕДУНОВ Л Лариса Викторовна

РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ В СИНОАТРИАЛЬНОМ УЗЛЕ СЕРДЦА

ПРИ ЗАЛПОВОМ РАЗДРАЖЕНИИ БЛУЖДАЮЩЕГО НЕРВА У КОШКИ

14.00.17. - нормальная физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских паук

краснодар - 1995

Работа выполнена в Кубанской государственной медицинской академии.

Научный руководитель - доктор медицинских наук, заслуженный деятель науки Российской Федерации, член-корреспондент АЕН РФ профессор В. М. Покровский.

Официальные оппоненты:

1. Доктор медицинских наук,

профессор Я. А. Хананашвили.

2. Доктор биологических наук,

профессор А. Б. Трембач.

Ведущая организация - Российский государственный

медицинский университет.

Защита состоится «ЙЗ?..»..¿^^^..1995 г. на заседании диссертационного совета Д 084.06.01 Кубанской государственной медицинской академии (350690, г. Краснодар, ул. им. Седина, 4).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке академии.

Автореферат разослан ............1995 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, профессор

Ю. Р. Шейх-Заде

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

Традиционной теории генерации сердечного ритма в синоат-риальном узле и корригирующего влияния на него со стороны центральной нервной системы противоречат полученные в ряде отечественных и зарубежных лабораторий Факты управления ритмом сердца посредством залпового раздражения блуждающего нерва (БН) в определенных диапазонах частот (Зубков A.A.. 1936; Su-ga. Oshima. 1968; Reíd, 1969: Levy et al.. 1969). Совокупность этих данных, а также результаты многолетнего подробного изучения явления, названного феноменом управляемой брадикардии. в лаборатории В.М. Покровского позволили последнему высказать гипотезу о центральной генерации ритма сердца. Накоплены сведения о гуморально - медиаторных механизмах управляемой брадикардии (Покровский В.М. и соавт.. 1991. 1992). Электрофизиология феномена практически не изучена, в связи с чем окончательно не выяснены многие принципиальные аспекты вагусного управления ритмом сердца. Это определяет актуальность изучения электрофизиологических механизмов, лежащих в основе вагусно - сердечной синхронизации.

Целью настоящей работа явилось исследование электрофизиологических процессов, происходящих в синоатриальном узле (САУ) при управляемой брадикардии.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1) изучить электрофизиологическую картину возникновения и

- г -

распространения возбуждения в синоатриальном узле ь исходных условиях:

2) исследовать электрофизиологические изменения, возникающие в синоатриальном узле при раздражении блуждающего нерва в периодическом режиме;

3) выяснить электрофизиологические особенности возникновения и распространения возбуждения в синоатриальном узле при раздражении блуждающего нерва- залпами импульсов в различных диапазонах частот.

Проведенные исследования характеризуются научной новизной в практическом отношении :

1) метод многоэлектродного компьютерного картографирования впервые применен для изучения управляемой брадикардии;

2) предложен способ расчета скоростй проведения возбуждения от инициирующего очага по синоатриальной области;

и в теоретическом аспекте :

1) установлен электрофизиологический критерий возникновения управляемой брадикардии;

2) получено электрофизиологическое доказательство участия электротонического взаимодействия пейсмекерных клеток в возникновении вагусно - сердечной синхронизации.

Результаты проведённых исследований нашли свое отражение в положениях, выдвигаемых на з а щ и -т у :

1) электрофизиологическим маркером управляемой брадикардии является расширение первоначального очага возбуждения, площадь которого находится в прямой зависимости от степени урежекия сердцебиений;

2) стимуляция п. vagus как з периодическом, так и в залповом режиме сопровождается миграцией первоначального очага возбуждения в синоатриальном узле з каудальном направлении з прямой зависимости от уровня возникающей брадикардии;

3) скорость распространения возбуждения от инициирующего очага по синоатриальной области возрастает к периферии при любом варианте стимуляции блуждающего нерва в прямой зависимости от степени урежения сердцебиений.

Научно - практическая значи -мость работы.

Исследование носит теоретический характер и содержит новые факты, расширяющие представления о нервной регуляции деятельности сердца, а именно : сведения об электрофизиологических особенностях возникновения и распространения возбуждения в синоатриальном узле при вагусно - сердечной синхронизации. Полученные данные вносят существенный вклад в изучение механизмов ■ реализации пейсмекером управляющего сигнала с блуждающего нерва и могут быть использованы для дальнейшего исследования управляемой брадикардии. что язляется актуальной научной задачей.

Структура работы. Диссертация написана на 169 страницах машинописи и состоят из введения, обзора лиите-ратуры. методики исследования. 4-х глав с изложением полученных фактов и их обсуждением, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Библиографический указатель вкяг/чсет ¿oi литературный источник (из них 164 - на иностранных языках). Работа иллюстрирована 41 рисунком и 8 таблицами.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В ходе работы выполнено 318 исследований на 28-ми кошках. Животных, анестезированных хлоралозо - нембуталовой смесью (соответственно 60 и 20 мг/кг). после трахеостомии переводили на искусственное дыхание. Правый БН отсепаровывали и пересекали на уровне верхнего края щитовидного хряща. Периферический конец нерва укладывали на биполярные платиновые электроды, заливая место контакта смесью воска с вазелиновым маслом .для фиксации препарата и предотвращения высыхания нерва. Вскрывали. грудную клетку, производили перикардиотомию и подшивали электродную матрицу к миокарду между верхней и нижней полой венами. Индифферентный неполяризующийся злектрод укрепляли . на мышцах грудной клетки.

В состав экспериментальной установки входили: станок для Фиксации животного, аппарат искусственной вентиляция легких "Фаза", электростимулятор ЭСУ-1, аналогово - цифровой преобразователь. компьютер IBM PC 286, принтер EPSON FX- 1000. Электродная матрица - решетка, служившая для отведения электрограмм САУ. включала в себя 64 биполярных платиновых электрода диаметром 0,3 мм какдый. расположенных в и рядов на площади 2.3 х 1.4 см. с расстоянием между парами электродов 1,7 мм; при этом крайний правый ряд. состоящий из 4-х электродов, был удалён от предыдущего на 3,4 мм (рис. 1). Первый электрод обозначен цифрой "О", последний - цифрой "63". Такая матрица позволяла осуществлять одновременную регистрацию 64-х электрограмм САУ.

Рис. 1. Порядок расположения электродов на матрице. ВПЗ -верхняя полая вена. НПВ - полая вена. ПУ - правое улко.

ПЖ - правый желудочек.

Через аналогово - цифровой преобразователь 64 электрограммы САУ подавались на дисплей компьютера, просматривались и заносились в блок памяти. Запуск и остановка записей з ходе эксперимента, а также запись и чтение данных из файла осуществлялись через систему пользовательских меню.

Электрограммы регистрировали в исходных условиях, после чего приступали к раздражению п. vagus с помощью электростимулятора ЭСУ-1. Применяли залповую и периодическую стимуляцию БН. Вначале нерв стимулирозали залпами из 4-х. 8-ми и 16-ти импульсов длительностью импульса 2 мс. амплитудой ЗВ (5 - 6 порогов раздражения), с частотой импульсов в залпе 20 Гц. Получали управляемую брадикардиа. которая регистрировалась в зи-

де синхронизации артефактов раздражения и сердечных циклов. Изменяя частоту залпа, определяли верхнюю и нижнюю границу диапазона управляемой брадикардии при каждом варианте залпового' раздражения п.vagus. В память компьютера заносили 4 файла: на верхней и нижней границах управляемой брадикардии и за их пределами. Затем БН стимулировали в периодическом режиме с частотой 2. 4 и 8 Гц, записывая результаты каждого из вариантов раздражения в отдельный файл.

Электрофизиологический анализ процессов, происходящих в CAY на фоке управляемой брадикардии, позволил выявить расширение очага первоначального возбуждения. Для изучения этого явления была поставлена серия экспериментов с функциональным "рассечением" очага при помощи анодного блока после достижения нагусно - сердечной синхронизации. В этой группе опытоз в память компьютера заносилось в каждом случае 3 файла: в исходном состоянии, при управляемой брадикардии и ео время анодного блока на фоне управляемой брадикардии.

Следующим этапом работы было компьютерное картографирование экспериментальных данных. В произвольно выбранном временном окне компьютер определял моменты активации и метил их по максимуму второй производной первоначального отклонения электрограммы (dV / dT). При этом имелась возможность ручной корректировки меток. По моментам активации программа автоматически строила изохронную карту распространения возбуждения по си-ноатриальной области с шагом в 1 мс. Первоначальный очаг возбуждения помечался цифрой "О". Остальные цифры на изохронных картах обозначали время в мс, в течение которого волна возбуждения достигала соответствующего электрода (рис. 2).

пх

Рис. 2. Изохронная карта распространения возбуждения в исходных условиях (опыт N 1). ЧСС = 152 в 1 мин. "Нулевой" очаг расположен под 48-м электродом.

Анализ экспериментальных данных состоял из расчета частоты сердцебиений и скорости распространения волны деполяризации. а также определения площади очага первоначального возбуждения во всех пробах. Полученные результаты подвергались статистической обработке, включавшей расчет средней арифметической (М). средней ошибки средней арифметической (+гп) и показателя достоверности различий (р) методами прямых разностей в модификации Е.В. Монцевичате - Эрингене (1964).

ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В исходных условиях очаг первоначального возбуждения у всех животных возникал'в участке САУ. прилегающем к верхней

полой вене, и находился под 48-м. 54-м или 55-м электродом, в связи с чем на изохронных картах появлялась одна "нулевая" точка (рис. 2). В ходе экспериментов была обнаружена прямая зависимость между исходной ЧСС и локализацией первоначального очага возбуждения: урежение ЧСС сопровождалось более каудаль-ным положением "нулевой" точки. Скорость распространения возбуждения от инициирующего очага по скноатриальной области рассчитывалась в трёх последовательных пятимиллисекундных зонах путьк деления средней величины пройденного пути в данной зоне на Бремя, в течение которого зто произошло. К периферии САУ скорость возрастала и составила в 1-й зоне - 0.44 + 0.03 м/с; во второй - 0.71 + 0.02 м/с; в третьей - 0.83 + 0.03 м/с.

Раздражение БН в периодическом режиме сопровождалось миграцией первоначального очага возбуждения, в каудальном направлении. е прямой зависимости от степени возникающей брадикар-дии. Площадь очага при этом не изменялась (рис. 3).

Рис. 3. Периодическое раздражении БН с частотой 8 Гц (опыт N 17). ЧСС = 123 в 1 мин. "Нулевой " очаг под 37-м электродом.

Отмечалось определённое постоянство локализации смещенного "кулевого" очага при каждом из вариантов периодического раздражения БН. Согласно гипотезе Boinea et al. (1978). существует пейсмекерный комплекс, состоящий из множественных групп клеток - потенциальны:-: водителей ритма, способных переходить на режим работы истинных водителей ритма при изменении ЧСС. Брадикардия. возникавшая при стимуляции БК. по-видимому, сопровождается смещением пейсмекера в зону скрытых водителей ритма, которые переходят на режим работы истинных вследствие подавления ацетилхолином (АХ) натриево - калиевого тока If. активируемого калием при гиперполяризации (Ginneken. 1987; DiFrancesco, Tromba. 1988; Vatani, Brown. 1990). В работе высказано предположение об уменьшении плотности в САУ М-холиноре-цептороз модулирующего влияния БН (Алипов H.H.. 1993) в кау-даль.чом направлении, как о причине миграции водителя ритма при увеличении интенсивности стимуляции нерва.

Скорость распространения возбуждения при раздражении БН в периодическом режиме возрастала, по сравнению с исходной, тем больше, чем реже становился сердечный ритм. Максимальное увеличение скорости наблюдалось з первой пятимиллисекундной зоне. Положительное воздействие БН на проводимость предсердий описано в литературе (¡¡oble. 1979; i-íaylie. Morad. 1984} и объясняется активацией быстрого натриевого тока в клетках скрытого зо-дителя ритма и сократительного миокарда предсердий под влиянием вызываемой АХ гиперполяризации мембран.

Данные, полученные при периодическом раздражении БН. послужили котролем для результатов залповой стимуляции нерза.

Очаг первоначального возбуждения при залповом раздражении БН. так же как и при стимуляции нерва в периодическом режиме, мигрировал на фоне возникающей брадикардии в каудальном направлении. Минимальное смещение "нулезого" очага наблюдалось на верхней границе диапазона синхронизации при 4-х импульсах в залпе; максимальное - на нижней границе диапазона синхронизации при 16-ти импульсах в залпе. Таким образом, как и при периодическом раздражении БН. смещение очага первоначального возбуждения находилось в прямой зависмости от степени урежения сердечного ритма. Как и в случае стимуляции БН в периодическом режиме, смещение инициирующего очага при залповом раздражении нерва происходило в определенные участки САУ. где, по-видимому. находятся скопления потенциальных водителей ритма. Изменения скорости распространения возбуждения"при залповой стимуляции п. vagus как на границах диапазонов, так и за их пределами, был;: аналогичны таковым при периодическом раздражении нерза. а именно: скорость возрастала в прямой зависимости от интенсивности стимуляци БН, максимально - в перзой от "нулевого" очага пятнмиллисекундной зоне. Таким образом, ни по характеру смешения инициирующего очага, ни по динамике скорости распространения возбуждения между результатами залпового и периодического раздражения п.vagus не было принципиальных электрофизиологических отличий.

Характерной электрофизиологической особенностью управляемой брадикардии, не встречающейся при других вариантах стиму- . ляпип БН, явилось расширение очага первоначального возбуждения в виде появления на изохронных картах нескольких рядом расположенных "нулевых" точек (рис. 4).

Рис. 4.- Раздражение п. vagus залпами из 8-ми импульсов на нижней границе диапазона синхронизации (опыт N 17). ЧСС = 125 в 1 мин.

На верхней границе диапазона синхронизации при 4-х импульсах в залпе очаг первоначального возбуждения состоял из двух - трех "нулевых" точек. Их количество возрастало в прямой зависимости от интенсивности стимуляции БН и. соответственно, от уровня развивающейся брадикардии. Максимальная площадь очага отмечалась на нижней границе диапазона синхронизации при 16-ти импульсах в залпе, где она превышала исходную в среднем з 97 раз.

В то же время за границами диапазонов, при том же. что и на границах, уровне брадикардии. площадь очага первоначального возбуждения оставалась неизменной (рис. 5). Это явилось доказательством специфичности расширения очага первоначального возбуждения для синхронизации сердечного и вагусного ритмоз.

впв

Рис. 5. Раздражение п. vagus залпами из 8-ми импульсов за нижней границей диапазона синхронизации (опыт N 17). ЧСС = 122 в 1 мин.

Результаты, полученные при залпозом раздражении БН. позволили заключить, что тонический компонент вагусного хронот-ропного эффекта (ХЭ) в электрофизиологическом смысле проявляется смещением очага первоначального возбуждения. Увеличение площади этого очага характеризует как тонический, так и синхронизирующий компоненты отрицательного ХЭ и является электро-физиологическпм маркером управляемой брадикардии.

Известно, что существует два вида М-холинергических синапсов в САУ (Vassalle. 1976) и дза механизма влияния АХ на пейсмекерные клетки: модулирующий - через ингибицию потенциал-зависимых, чувствительных к фосфорнлирозанию ионных каналов токов Isl, I,,. IK (Llpsius. Vassalle. 1977) и управляющий -через канал IAch. минуя вторых посредников (Jallfe, Мое. 1979). Учитывая эти данные и теоретический вывод H.H. Алипова

(1993) о реализации различных слияний АХ через разные М-холи-юрецепторы. мы предположили, что плотность в САУ М-холиноре-цепторов управляющего влияния БН может возрастать в каудальном -¡аправлении. Зто явление и / или увеличение количества выделя-ощегося при стимуляции п. vagus АХ могут объяснять расширение очага первоначального возбуждения в прямой зависимости от интенсивности раздражения БН. Так как для п. vagus естественным шлятся залповый характер импульсации (Ratona et al., 1979; 1окровский В.М., 1988) со строго определённой продолжитель-юстью залпа, имеющей стойкую корреляционную взаимосвязь с щительностью сердечного цикла (Похотько А.Г.. 1995). можно ¡укать, что управляемая браднкардия возникает при совпадении застоты залповой стимуляции БН с частотой естественных разряде в в волокнах БН.

Расширение очага первоначального возбуждения означает, [то имеет место синхронизация ритмов нескольких рядом располо-:енных групп пейсмекерных клеток, которые в отсутствие управляемой брадикардии возбуждаются неодновременно. По-видимому, ктивация канала IAch Н-холинорецепторов управляющего влияния Н сопровождается переходом потенциальных водителей ритма на ежим работы истинного. Факт гораздо более длительного, по равнению с другими каналами_ латентного периода воздействия X на канал IAch (Tanagushi et al., iS81) позволяет считать, то. в ответ на залпозую стимуляцию БН б определённых диапазо-ах частот, происходит вначале смещение очага первоначального эзСуждения в зону потенциальных пейсмекеров, а затем их пере-эд на режим работы истинных водителей ритма, что вызывает зеличение площади очага первоначального возбуждения.

Для не следования электрофизиологических прцессов. происходящих при расширении инициирующего очага, была постазлена серия опытов с анодным блоком. У 10 кошек добивались вагусно -сердечной синхронизации при 8-ми импульсах в залпе. На верхней границе диапазона синхронизации осуществляли анодный блок. Анод в виде платиновой проволочки был вмонтирован в электродную матрицу з дзух позициях: между 9-м и 10-м и между 8-м и 9-м ряда:--.;', злектродоз (рис. 6).

Рис. 5. Анод з 1 позиции.

Анод з 1 позиции был расположен таким образом, что приходился на середину "нулезого" очага, площадь которого после наложения блока уменьшалась. Анод во второй позиции располагался по краю "нулезого" очага, вследствие чего площадь очага на Фоне блока оставалась неизменной. В' обеих случаях анодный блок приводил к срыву загусно - сердечной синхронизации и появлению синусовой аритмии, сходной с аритмией за границами диапазонов синхронизации. ЧСС при этом достоверно не изменялась.

__• •» »о 9 8 / ь , ч I £ i и

НПВ L tu J J J U UVU_

ВПВ

'ис. 7. Изохронная карта распространения возбуждения при сти-;уляции п. vagus залпами из 8-ми импульсов на верхней границе ;и£пазона синхронизации (опыт N 4).

НПВ

24 ,21 , 19 10 17-16-17 10, ,21

1Ш о Mi впв

I i4.)ci —0JLJ3

ПУ

ис. 8. Изохронная карта распространения возбуждения при сти-уля.ции п. vagus залпами из 8-ми импульсов на верхней границе иа.~азона синхронизации на фоне анодного блока б 1 позиции-опыт N 4).

В обеих анодных позициях на изохронных картах прерывался ход волны возбуждения в месте расположения анода (рис. 7. 8). Через несколько мс после "нулевого" возникал второй изохронный очаг в более каудальном участке САУ. от которого распространялась своя золка возбуждения, не пересеказщаяся с первой. Так' как блок поозедения возбуждения приводил к исчезновению управляемой брадикгрдии. был сделан вывод о роли в ее возникновении электротонического взаимодействия пейсмекерных клеток, прерываемого анодным блоком. ,

Резюмируя вышеизложенное, следует заключить, что глазным итогом работы явилось установление электрофизиологического критерия возникновения управляемой брадикардии в виде расширения очага первоначального возбуждения з САУ. что не описано ни при каких других вариантах раздражения БН. Б ходе исследования получено электрофизиологическое доказательство участия электротонического взаимодействия пейсмекерных клеток в возникновении вагусно - сердечной синхронизации.

ВЫВОДЫ

1. В работе дана сравнительная характеристика возникнове-ия и динамики распространения возбуждения в синоатриальном зле кошек при раздражении блуждающего нерва традиционным ме-одом в периодическом режиме и в условиях управления ритмом ердца посредством залповой стимуляции п.vagus.

2. Первоначальный очаг возбуждения в синоатриальном узле эшек в исходных условиях возникает в участке, прилегающем к :тью верхней полой вены, и локализуется наиболее каудально эи наименьшей частоте сердцебиений.

3. Скорость распространения волны возбуждения от иниции-/ющего очага по синоатриальной области возрастает к периферии зла. составляя в исходном состоянии в трёх последовательных 1тимиллисекундны>: зонах от первоначального очага возбуждения 44 + 0,03 м/с: 0.71 + 0.02 м/с; 0.83 + 0,03 м/с. При стиму-5цки блуждающего нерва во всех режимах скорость распростране-1Я возбуждения увеличивается, по сравнению с исходной, в пря-)й зависимости от уровня возникающей брадикардии. Максимальное ¡еличение скорости отмечается в первой пятнкпллисекундной зо-

4. Раздражение блуждающего нерва как в периодическом, так в залповом режиме, в том числе на фоне управляемой брадикар-и. сопровождается смещением первоначального очага возбужде-я в синоатриальном узле в каудальном направлении в прямой висимости от степени урежения сердцебиений независимо от да стимуляции нерва.

5. Электрофизпологическим маркером возникновения управляемой брадикардии является расширение очага первоначального возбуждения з синоатоиальном узле, площадь которого возрастает при увеличении интенсивности стимуляции нерва и максимальна на нижней границе диапазона управляемой брадикардии при 16-ти импульсах в залпе, где в 97 раз превышает площадь исходного очага.

6. Анодный блок на фоне управляемой брадикардии прерывает проведение возбуждения в синоатриальном узле, что сопровождается исчезновением вагусно - сердечной синхронизации и указывает на роль электротонического взаимодействия пейсмекерных клеток в возникновении управляемой брадикардии.