CC BY
21
УДК 612.66; 616.12-008.331.1
КАРДИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ НА ПОВЕРХНОСТИ ТЕЛА КРЫС ЛИНИИ ВИСТАР В ПЕРИОД ДЕПОЛЯРИЗАЦИИ ЖЕЛУДОЧКОВ В ПРОЦЕССЕ СТАРЕНИЯ
О.В. СУСЛОНОВА, С.Л. СМИРНОВА, И.М. РОЩЕВСКАЯ
Отдел сравнительной кардиологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар [email protected]
Методом кардиоэлектротопографии исследовано электрическое поле сердца (ЭПС) на поверхности тела 4-, 12- и 18-месячных крыс линии Вистар в период деполяризации желудочков. В процессе старения у крыс показано достоверное увеличение систолического давления. Структурное и электрическое ремоделирование миокарда у стареющих 12- и 18- месячных крыс приводит к достоверным изменениям параметров ЭПС на поверхности тела по сравнению с 4-месячными животными.
Ключевые слова: электрическое поле сердца, поверхностное картирование, артериальная гипертензия, старение
O.V. SUSLONOVA, S.L. SMIRNOVA, I.M. ROSHCHEVSKAYA. CARDIOE-LECTRIC FIELD ON THE BODY SURFACE OF WISTAR RATS DURING VENTRICULAR DEPOLARIZATION IN AGING
The spatial and amplitude-temporal parameters of cardiac electric field on the body surface was studied in 4-, 12-, 18-month Wistar rats during ventricular depolarization by the method of electrocardiotopography. Cardioelectric potentials were recorded from 64 subcutaneous needle electrodes uniformly distributed around the chest. It is shown, that systolic pressure in rats from four to eighteen months of postnatal life is increased. Histological research revealed left ventricular hypertrophy in 12-month and hypertrophy of both ventricles in 18-month rats in comparison with 4-month animals. The hypertrophy of the right and left ventricles in 18-month Wistar rats leads to the shift of the heart electrical axis, change of location of the negative extremum on the body surface during maximal ventricular activity, longer duration of ventricular depolarization compared to 4-, 12-month rats. The structural and electrical remodeling of the myocardium in aging 12- and 18-month rats results in the change of the amplitude-temporal parameters of the cardiac electric field on the body surface during depolarization in comparison with 4-month animals.
Keywords: cardiac electric field, body surface mapping, arterial hypertension, aging
Введение
С возрастом в популяции людей распространенность артериальной гипертензии растет [1]. Гипертензия приводит к гипертрофии желудочков, для которой характерны увеличение объема кардиомио-цитов, интерстициального фиброза, связанного с прогрессированием синтеза коллагена [2, 3], клеточным некрозом [4], утолщением стенок миокардиаль-ных сосудов и апоптозом кардиомиоцитов [5, 6].
Наряду со структурными перестройками происходит электрическое ремоделирование миокарда, заключающееся в удлинении потенциала действия, изменении плотности и активности ионных каналов, числа, размера и распределения щелевых контактов. Эти факторы приводят к снижению скорости проведения возбуждения, повышению гетерогенности [7], и тем самым являются субстратами
для возникновения жизнеугрожающих аритмий. Таким образом, изучение возрастных структурно-функциональных изменений сердца представляет несомненный интерес.
Перспективным методом для исследования функционального состояния сердца при формировании артериальной гипертензии (АГ) является поверхностное картирование кардиопотенциалов [8-11].
Цель работы - анализ пространственных и амплитудно-временных параметров ЭПС на поверхности тела крыс линии Вистар в период деполяризации желудочков в процессе старения.
Материал и методы
Методом синхронной многоканальной кардио-электротопографии в период деполяризации желудочков исследованы пространственные и ампли-
тудно-временные параметры ЭПС на поверхности тела самцов крыс линии Вистар в возрасте: 4 (n=8), 12 (n=10) и 18 месяцев (n=8) постнатального онтогенеза. Согласно возрастной периодизации, крысы 4, 12, 18 месяцев приблизительно соответствуют возрасту человека 17, 50 и 80 лет [12]. Крыс наркотизировали золетилом (3,5 мг/100 г веса в/м). Массу тела определяли при помощи лабораторных весов (ACOMJW-1, точность 0,05 г, Южная Корея). Систолическое артериальное давление измеряли непрямым методом в хвостовой артерии устройством для неинвазивной регистрации (СДК-1, Санкт-Петербург). Регистрацию кардиопотенциалов осуществляли от 64 подкожных игольчатых электродов, равномерно распределенных вокруг туловища животного от уровня основания ушей до последнего ребра. Синхронно с униполярными ЭКГ от поверхностных электродов регистрировали биполярные ЭКГ в отведениях от конечностей. Анализ пространственно-временных параметров ЭПС производили по эквипотенциальным моментным картам. Отсчет времени (в мс) осуществляли относительно Rn-пика на ЭКГ во втором отведении от конечностей, до RII-пика время указывали со знаком минус. После окончания эксперимента сердца вырезали, изготавливали поперечные гистологические срезы толщиной 7 мкм на микротоме - криостате (Leica СМ 1510S, Germany). Оценивали толщину правого, левого желудочков и межжелудочковой перегородки на уровне папиллярных мышц левого желудочка. Статистическую обработку вариационных рядов и проверку их на нормальность распределения проводили пакетом Statistica 10.0. Данные представлены в виде среднее арифметическое ± стандартное отклонение. Достоверность оценивали критерием Стьюдента для двух независимых выборок. Значения считали значимыми при р<0,05.
Результаты исследования
Показано достоверное увеличение массы тела и систолического давления у крыс линии Вистар от четырех до 18 месяцев постнатальной жизни. Гистологически выявлена большая толщина свободной стенки левого желудочка и межжелудочковой перегородки у стареющих 12- и 18-месячных крыс по сравнению с 4-месячными животными. Кроме того, у крыс в возрасте 18 месяцев отмечены выраженный фиброз левого желудочка и большая толщина свободной стенки правого желудочка по сравнению с 4- и 12- месячными животными (табл. 1).
ЭПС на поверхности тела 4-месячных крыс линии Вистар в период деполяризации желудочков формируется за 10 мс, у 12- и 18-месячных крыс достоверно раньше (за 11-12 мс) до пика зубца RII. При этом зона положительных кардиопотенциалов располагается краниально, отрицательных - кау-дально. В период восходящей фазы зубца RII происходит смещение положительной и отрицательной зон кардиопотенциалов, что приводит к изменению их взаимного расположения - первой инверсии. В результате этого зона положительных кардиопо-тенциалов занимает каудальную часть вентральной
Таблица 1 Морфофункциональные показатели у крыс линии Вистар
Table 1
Multifunctional parameters in Wistar rats
Параметр Возраст крыс линии Вистар
4 мес. 12 мес. 18 мес.
Масса тела 246,9±22,4 282,3±27,6* 337,7±59,1*§
Систолическое давление 125±6 148±20* 184±21*§
Толщина правого желудочка, мм 1,1±0,1 1,2±0,1 1,6±0,1*§
Толщина межжелудочковой перегородки, мм 2,5±0,1 2,8±0,2* 3,2±0,2*
Толщина левого желудочка, мм 2,5±0,1 2,9±0,5* 3,5±0,2*§
Примечание: *- достоверно относительно 4-месячных крыс линии Вистар, §- достоверно относительно 12-месячных крыс линии Вистар. Not: * - reliable relative to 4-month Wistar rats, § - reliable relative to 12-month Wistar rats
Таблица 2 Амплитудно-временные параметры кардиоэлектрического поля на поверхности тела крыс линии Вистар в период начальной желудочковой активности
Table 2
Amplitude-temporal parameters of cardioelectric field on the body surface of Wistar rats during initial ventricular activity
Параметр Возраст крыс линии Вистар
4 мес. 12 мес. 18 мес.
Начало формирования поля, мс -10,7±0,5 -10,9±0,3 -11,7±0,7*§
Завершение первой инверсии, мс -4,4±0,7 -6,2±0,6* -5,3±0,3*§
Завершение второй инверсии, мс 4,8±0,5 5,5±0,5* 5,4±0,5*
Максимальное значение положительного экстремума (max) в период комплекса QRS, мВ 1,26±0,33 0,81±0,24* 0,85±0,17*
Максимальное значение отрицательного экстремума (min) в период комплекса QRS, мВ -0,93±0,18 -0,98±0,23 -0,93±0,17
Отношение max/min 1,39±0,46 0,83±0,21* 0,94±0,25*
Момент достижения положительным экстремумом своего максимального значения, мс 0,3±1,4 0,4±0,7 1,8±0,4*§
Момент достижения отрицательным экстремумом своего максимального значения, мс 0,1±0,5 0,1±0,4 0±0,5
Длительность деполяризации желудочков, мс 16±1 16±1 21±1*§
Примечание. Условные обозначения те же, что и в табл. 1.
Note: * - reliable relative to 4-month Wistar rats, § - reliable relative to 12-month Wistar rats
поверхности грудной клетки, отрицательная - краниальную часть вентральной и всю дорсальную. В период максимальной желудочковой активности, соответствующей RII пику, отрицательный экстремум расположен на ЭПС у 4- и 12-месячных животных каудально в области левого плеча, у 18-месяч-
Рис. Эквипотенциальные моментные карты на поверхности тела крыс линии Вистар в период деполяризации желудочков сердца:
А - 4-месячных, Б - 12-месячных, В - 18-месячных крыс.
Примечание: Закрашена область отрицательных кардиоэлектрических потенциалов, не окрашена - положительных. Рядом с каждой картой приведена ЭКГП с отметкой времени и указаны амплитуды наибольших положительных (max) и отрицательных (min) кардиопотенциалов в соответствующий момент времени. Знаками "+" и "-" обозначено местоположение положительного и отрицательного экстремумов. Шаг изолиний составлял 0,2 мВ. Левая половина каждой карты соответствует вентральной стороне тела, правая -дорсальной.
Fig. Equipotential moment maps on the body surface of Wistar rats during the period of cardiac ventricular depolarization:
A- 4-month, В-12-month, С-18-month rats
Note: The white and dark regions correspond to positive and negative potentials. Each fragment is accompanied by corresponding ECGn , time, and the extreme values (max and min) of cardiopotentials. "+" and "-" signs mark locations of maximal positive and negative cardiopotentials. The equipotential line spacing is 0.2 mV. The left and right side of the map correspond to ventral and dorsal parts of the body.
ных крыс - вентролатерально. Второе смещение зон кардиопотенциалов завершается на восходящей фазе зубца SII. В результате второй инверсии у всех обследованных животных зона положительных потенциалов располагается в краниальной, отрицательных - в каудальной части грудной клетки (см. рисунок).
Показаны достоверные различия в амплитудно-временных параметрах ЭПС на поверхности тела крыс линии Вистар разных возрастных групп (табл. 2).
Анализ пространственной динамики ЭПС на поверхности тела крыс линии Вистар разных возрастных групп показал, что траектории смещения зон положительных и отрицательных кардиопотен-циалов сходны в период деполяризации желудочков, за исключением расположения отрицательного экстремума в период максимальной желудочковой
активности у 18-месячных крыс по сравнению с 4- и 12-месячными животными. По-видимому, это связано со смещением сердца в грудной клетке и его электрической оси у 18-месячных крыс вследствие гипертрофии обоих желудочков. Смещение отрицательного экстремума в период максимальной желудочковой активности в влеволатеральную область ранее было показано у 12-месячных крыс гипертен-зивной линии НИСАГ со сходным уровнем артериального давления [13].
Выявлено увеличение начального этапа деполяризации желудочков (время от начала формирования ЭПС до завершения первой инверсии кар-диопотенциалов) у 18-месячных крыс по сравнению с 4- и 12-месячными животными, что, по-видимому, связано с морфологическими изменениями в системе волокон Пуркинье и выраженной гипертрофией обоих желудочков. С возрастом происходит ис-
тончение волокон Пуркинье и уменьшение количества межклеточных контактов между проводящими и рабочими кардиомиоцитами. Это приводит к снижению скорости проведения возбуждения [14]. Показано достоверное снижение амплитуды и более позднее время достижения положительным экстремумом своего максимального значения у 18-месячных крыс по сравнению с 4- и 12-месячными. Кроме того, выявлены признаки значительного преобладания амплитуды отрицательного потенциала (отношение максимальных амплитуд max/min<0,95) у 12- и 18-месячных крыс по сравнению с 4-месячными животными. Асимметрия ЭПС с преобладанием отрицательного потенциала показана у больных III стадией гипертонической болезни с выраженной гипертрофией левого желудочка [9].
Выявленная нами гипертрофия левого и правого желудочков у 18-месячных крыс линии Вистар приводит к достоверному увеличению общей длительности деполяризации желудочков по сравнению с 4- и 12-месячными животными.
Выводы
1. В процессе старения крыс линии Вистар показано достоверное увеличение систолического артериального давления, что приводит к умеренной гипертрофии левого желудочка и межжелудочковой перегородки у 12-месячных и выраженной гипертрофии обоих желудочков у 18-месячных животных по сравнению с 4-месячными.
2. Структурное и электрическое ремодели-рование миокарда у стареющих 12- и 18-месячных крыс приводит к достоверным отличиям в амплитудно-временных параметрах электрического поля сердца на поверхности тела по сравнению с 4-месячными животными.
Литература
1. Fagard R. Epidemiology of hypertension in the elderly // Am. J. Geriatr. Cardiol. 2002. Vol. 11. Р. 24-27.
2. Remodeling of the rat right and left ventricles in experimental hypertension / C.G.Brila, R.Pick, L.B.Tan, J.S.Janicki, K.T. Weber // Circ. Res. 1990. Vol. 67. № 6. Р. 1355-1364.
3. Endothelin system-dependent cardiac remodeling in renovascular hypertension / B.Hocher, I.George, J.Rebstock, A.Bauch, A.Schwarz, H.H.Neumayer, C.Bauer // Hypertension. 1999. Vol. 33. № 3. Р. 816-822.
4. Myocyte necrosis is the basis for fibrosis in renovascular hypertensive rats / M.P.Okoshi, L.S.Matsubara, M.Franco, A.C.Cicogna, B.B.Ma-tsubara // Braz. J. Med. Biol. Res. 1997. Vol. 30. № 9. Р. 1135-1144.
5. Effects of combined renovascular hypertension and diabetes mellitus on myocardial cells, non-vascular interstitium and capillaries: a stereological study on rat hearts / M.Fischer, G.Wiest, I.Tekesin, K.Amann, J.Mann, C.Has-slacher, H.Derks, G.Mall // Virchows. Arch. a Pathol. Anat. Histopathol. 1992. Vol. 420. № 6. P. 499-506.
6. Myocyte loss in early left ventricular hypertrophy of experimental renovascular hypertension / M.Buzello, C.Boehm, S.Orth, B.Fi-sher, H.Ehmke, E.Ritz, G.Mall, K.Amann // Virchows. Arch. 2003. Vol. 442. №4. Р. 364 -371.
7. Janczewski A.M., Spurgeon HA, Lakatta E.G. Action potential prolongation in cardiac myo-cytes of old rats is an adaptation to sustain youthful intracellular Ca2+ regulation // J. Moll. Cell. Cardiol. 2002. Vol.34. №6. P. 641-648.
8. Крандычева В.В., Харин С.Н., Шмаков Д.Н., Рощевская И.М. Кардиоэлектрическое поле на поверхности тела крыс с гипертрофией левого желудочка сердца при экспериментальной реноваскулярной гипертензии // Рос. физиол. журн. им. И.М.Сеченова. 2005. Т. 91. № 10. С. 1168-1175.
9. Ряузова Е.Г. Электрическая негомогенность и нестабильность сердечной мышцы у больных с осложненным и неосложненным течением гипертонической болезни: Дис. канд. мед. наук. М.: Российский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию, 2008. 158 с.
10. Шорохов Ю.В., Рощевская ИМ. Электрическое поле сердца в период деполяризации желудочков у крыс линии НИСАГ с разной степенью артериальной гипертензии // Известия Коми НЦ УрО РАН. 2014. № 2 (18). С. 46-49.
11. Суслонова О.В., Смирнова С.Л., Рощевская И.М. Кардиоэлектрическое поле на поверхности тела 12-месячных гипертензивных крыс линии НИСАГ в период начальной и конечной желудочковой активности // Междунар. журн. прикладных и фундамент. исслед. 2016. № 8 (ч. 5). С. 732-735.
12. Гелашвили ОА. Вариант периодизации биологически сходных стадий онтогенеза человека и крысы // Саратовский научно-медицинский журнал. 2008. № 4 (22). С. 125-126.
13. Суслонова О.В., Смирнова С.Л., Рощевская И.М. Пространственно-временные параметры кардиоэлектрического поля на поверхности тела 12-ти месячных нормотензивных крыс линии Вистар и гипертензивных крыс линии НИСАГ в период деполяризации желу-дочков//Современные проблемы науки и образования. 2016. № 6. URL: http://www. science-education.ru/article/view?id=25923 (дата обращения: 20.12.2016).
14. Cooper L.L. Electromechanical and structural alterations in the aging rabbit heart and aorta // Am. J. Physiol. 2012. Vol. 302. № 8. Р. 1625-1635.
References
1. Fagard R. Epidemiology of hypertension in the elderly // Am. J. Geriatr. Cardiol. 2002. Vol. 11. P. 24-27.
2. Remodeling of the rat right and left ventricles in experimental hypertension / C.G.Brila, R.Pick, L.B.Tan, J.S.Janicki, K.T.Weber. // Circ. Res. 1990. Vol. 67. № 6. P. 1355-1364.
3. Endothelin system-dependent cardiac remodeling in renovascular hypertension / B.Hocher, I.George, J.Rebstock, A.Bauch, A.Schwarz, H.H.Neumayer, C.Bauer. // Hypertension. 1999. Vol. 33. № 3. P. 816-822.
4. Myocyte necrosis is the basis for fibrosis in renovascular hypertensive rats / M.P.Okoshi, L.S.Matsubara, M.Franco, A.C.Cicogna, B.B.Matsubara. // Braz. J. Med. Biol. Res. 1997. Vol. 30. № 9. P. 1135-1144.
5. Effects of combined renovascular hypertension and diabetes mellitus on myocardial cells, non-vascular interstitium and capillaries: a stereological study on rat hearts / M.Fischer,
G.Wiest, I.Tekesin, K.Amann, J.Mann, C.Ha-sslacher, H.Derks, G.Mall // Virchows. Arch. a Pathol. Anat. Histopathol. 1992. Vol. 420. № 6. P. 499-506.
6. Myocyte loss in early left ventricular hypertrophy of experimental renovascular hypertension / M.Buzello, C.Boehm, S.Orth, B.Fi-sher,
H.Ehmke, E.Ritz, G.Mall, K.Amann // Virchows. Arch. 2003. Vol.442. №4. P. 364 -371.
7. Janczewski A.M., Spurgeon HA.., Lakatta E.G. Action potential prolongation in cardiac myo-cytes of old rats is an adaptation to sustain youthful intracellular Ca2+ regulation // J. Moll. Cell. Cardiol. 2002. Vol. 34. № 6. P. 641-648.
8. Krandycheva V.V., Kharin S.N., Shmakov D.N., Roshchevskaya I.M. Kardiojelektricheskoe pole na poverhnosti tela krys s gipertrofiej levo-go zheludochka serdca pri jeksperimental'noj renovaskuljarnoj gipertenzii [Cardiac electric field on the body surface in rats with left ventricular hypertrophy at experimental renovascular hypertension] // Ros. fiziol. zhurn. im. I.M. Sechenova [I.M.Sechenov Physiology J.]. 2005. № 10. P. 1168-1175.
9. Ryauzova E.G. Jelektricheskaja negomogen-nost' i nestabil'nost' serdechnoj myshcy u bol' nyh s oslozhnennym i neoslozhnennym tech-eniem gipertonicheskoj bolezni [Electrical in-homogeneity and instability of the cardiac muscle in patients with complicated and uncomplicated course of hypertensive disease]: Diss. Cand. Sci. (Medicine). Moscow: Russian State Medical Univ. of Federal Agency for health and social development. 2008. 158 p.
10. Shorokhov Yu.V, Roshchevskaya I.M. Jelektri-cheskoe pole serdca v period depoljarizacii zheludochkov u krys linii NISAG s raznoj ste-pen'ju arterial'noj gipertenzii [Cardiac electric field during ventricular depolarization of ISIAH rats with various degree of arterial hypertension] // Proc. of Komi Sci. Centre, Ural Branch, RAS]. 2014. № 2(18). P. 46-49.
11. Suslonova O.V., Smirnova S.L., Roshchevskaya I.M. Kardiojelektricheskoe pole na poverhnosti tela 12-ti mesjachnyh gipertenzivnyh krys linii NISAG v period nachal'noj i konechnoj zheludochkovoj aktivnosti [Cardioelectric field on the body surface of 12-month hypertensive ISIAH rats during initial and final ventricular activity] // Mezhdunar. zhurn. prikladnyh i fundament. issl. [Intern. J. of Applied and Fundam. Res.]. 2016. № 8 (5). P. 732-735.
12. Gelashvili OA. Variant periodizacii biologi-cheski shodnyh stadij ontogeneza cheloveka i krysy [Variant of periodization of biologically similar stages of human and rat ontogenesis] // Saratovskij nauchno-medicinskij zhurnal [Saratov J. of Medical Sci. Res.]. 2008. № 4 (22). P. 125-126.
13. Suslonova O.V., Smirnova S.L., Roshchevskaya I.M. Prostranstvenno-vremennye parametry kardiojelektricheskogo polja na poverhnosti tela 12-ti mesjachnyh normotenzivnyh krys linii Vistar i gipertenzivnyh krys linii NISAG v period depoljarizacii zheludochkov [The spatial-temporal parameters of cardiac electric field on the body surface of 12-month Wistar and ISIAH rats during ventricular depolarization] // Sovremennye problemy nauki i obra-zovanija [Modern problems of science and education]. 2016. № 6. URL: http://www. science-education.ru/article/view?id=25923 (accessed: 20.12.2016).
14. Cooper L.L. Electromechanical and structural alterations in the aging rabbit heart and aorta // Am. J. Physiol. 2012. Vol. 302. № 8. P. 1625-1635.
Статья поступила в редакцию 05.04.2017.
