CC BY
20
оценка влияния механ1 правого предсердия на работу изолированного серд| методом мультиэлектродного карп
DOI: 10.17691/stm2018.10.4.13 УДК 616.125.3-073.97 Поступила 24.04.2018 г.
Е.Е. Харьковская, ведущий инженер лаборатории электрофизиологии и моделирования живых систем Института информационных технологий, математики и механи ассистент кафедры нейротехнологий Института биологии и биомедицины1;
A.А. Куликова, студентка кафедры теории управления и динамики систем Института информационных технологий, математики и механики1; Р.Д. Катаев, студент кафедры теории управления и динамики систем Института информационных технологий, математики и механики1; О.В. Другова, к.б.н., зав. лабораторией электрофизиологии и моделирования живых систем Института информационных технологий, математики и механики1;
B.А. Костин, к.ф.-м.н., доцент кафедры теории управления и динамики систем
Института информационных технологий, математики и механики1; старший научный сотрудник отдела физики плазмы2;
И.В. Мухина, д.б.н., профессор, руководитель Центра трансляционных технологий1; зав. ЦНИЛ3; зав. кафедрой нормальной физиологии им. Н.Ю. Беленкова3; профессор кафедры нейротехнологий Института биологии и биомедицины1;
Г.В. Осипов, д.ф.-м.н., профессор, зав. кафедрой теории управления и динамики систем Института информационных технологий, математики и механики1; руководитель НИИ суперкомпьютерных технологий1
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, проспект Гагарина, 23, Н. Новгород, 603950;
Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук, ул. Ульянова, 46, Н. Новгород, 603950;
3Приволжский исследовательский медицинский университет, пл. Минина и Пожарского, 10/1, Н. Новгород, 603005
Цель исследования — методом мультиэлектродного картирования гибкими матрицами оценить влияние механического растяжения правого предсердия изолированного сердца крысы на частоту и вариабельность ритма сердца, а также на скорость распространения волны возбуждения в миокарде левого желудочка.
Материалы и методы. Экспериментальные исследования были проведены на изолированном сердце крысы по методу Лан-гендорфа. С помощью системы гибких мультиэлектродных матриц регистрировалась электрическая активность сердца.
Результаты. С помощью метода мультиэлектродного картирования гибкими матрицами выявлены особенности изменения электрофизиологических параметров изолированного сердца в условиях растяжения правого предсердия. При этом устройство гибкой матрицы позволило осуществить регистрацию электрических потенциалов с поверхности левого желудочка активно сокращающегося сердца крысы, перфузируемого методом Лангендорфа и тем самым оценить взаимосвязь в работе двух разных отделов сердца: правого предсердия, в котором локализован синусовый узел, регулирующий ритм сердечных сокращений, и левого желудочка. Использование множества электродов, определенным образом сгруппированных в матрице, дало возможность провести анализ пространственно-временных характеристик электрической активности на поверхности сердца и установить не только увеличение частоты возбуждения синусового узла, но и увеличение скорости распространения волны возбуждения в левом желудочке.
Заключение. Рост вариабельности сердечного ритма позволяет предположить существование дополнительных механоиндуци-рованных процессов формирования электрической нестабильности в растягиваемом предсердии. Обнаруженные с использованием указанного метода в левом желудочке эффекты могут быть обусловлены включением интракардиальных механизмов регуляции.
Ключевые слова: изолированное сердце; мультиэлектродное картирование; растяжение правого предсердия; вариабельность ритма сердца; распространение волны возбуждения в миокарде.
Для контактов: Харьковская Елена Евгеньевна, e-mail: elharkov@gmail.com
Как цитировать: Kharkovskaia E.E., Kulikova A.A., Kataev R.D., Drugova O.V., Kostin V.A., Mukhina I.V., Osipov G.V. Application of multielectrode mapping to assess the effect of mechanical right atrium distension on the work of the isolated rat heart. Sovremennye tehnologii v medicine 2018; 10(4): 113-121, https://doi.org/10.17691/stm2018.10.4.13
English
Application of Multielectrode Mapping to Assess the Effect
of Mechanical Right Atrium Distension on the Work of the Isolated Rat Heart
E.E. Kharkovskaia, Leading Engineer, Laboratory of Electrophysiology and Living Systems Modeling, Institute of Information Technologies, Mathematics, and Mechanics1; Tutor, Department of Neurotechnologies, Institute of Biology and Biomedicine1;
A.A. Kulikova, Student, Department of System Dynamics and Control Theory, Institute of Information Technologies, Mathematics, and Mechanics1;
R.D. Kataev, Student, Department of System Dynamics and Control Theory, Institute of Information Technologies, Mathematics, and Mechanics1;
0.V. Drugova, PhD, Head of the Laboratory of Electrophysiology and Living Systems Modeling, Institute of Information Technologies, Mathematics, and Mechanics1;
VA Kostin, PhD, Associate Professor, Department of System Dynamics and Control Theory, Institute of Information Technologies, Mathematics, and Mechanics1; Senior Researcher, Department of Plasma Physics2;
1.V. Mukhina, DSc, Professor, Head of the Center for Translational Technologies1;
Head of Central Scientific Research Laboratory3; Head of the Department of Normal Physiology named after N.Y. Belenkov3; Professor, Department of Neurotechnologies, Institute of Biology and Biomedicine1; G.V. Osipov, DSc, Professor, Head of the Department of Systems Control and Dynamics Theory, Institute of Information Technologies, Mathematics, and Mechanics1; Head of the Institute of Supercomputer Technologies1
1National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod, 23 Prospekt Gagarina, Nizhny Novgorod, 603950, Russia;
2Federal Research Center Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences, 46 Ul'yanova St., Nizhny Novgorod, 603950, Russia;
3Privolzhsky Research Medical University, 10/1 Minin and Pozharsky Square, Nizhny Novgorod, 603005, Russia
The aim of the study was to assess the effect of mechanical right atrium distension of the isolated rat heart on the heart rate and heart rate variability, and the velocity of excitation wave propagation in the left ventricular myocardium using multielectrode mapping with flexible arrays.
Materials and Methods. Experimental studies have been performed on the isolated rat heart in compliance with the Langendorff technique. Electrical heart activity was recorded using a flexible multielectrode array system.
Results. Characteristic electrophysiological parameter changes of the isolated heart with the right atrium distension were detected using multielectrode mapping with flexible arrays. The flexible array design allowed registration of electrical potentials from the left ventricular surface of the actively contracting rat heart perfused according to the Langendorff technique and assessment of interconnection in the work of different parts of the heart: the right atrium in which the sinus node regulating the heart rate is located and the left ventricle. Application of multiple electrodes arranged in a specific way in the array made it possible to analyze spatio-temporal characteristics of electrical activity on the heart surface and to establish both the increase of the sinus node excitation frequency and excitation wave propagation velocity in the left ventricle.
Conclusion. The growth of heart rate variability may suggest the existence of additional mechano-induced processes generating electrical instability in the distended atrium. The effects detected in the left ventricle with the given method may be caused by triggering intracardial regulation mechanisms.
Key words: isolated heart; multielectrode mapping; right atrium distension; heart rate variability; excitation wave propagation in myocardium.
Введение
Реакция сердца на механические раздражения осуществляется под контролем вегетативной нервной системы организма. Электрические сигналы от ме-
ханорецепторов предсердий, желудочков и сосудов по нервным волокнам в составе блуждающего нерва передаются в продолговатый мозг, отвечающий за ритмогенез сердца. Например, при растяжении устья полых вен и правого предсердия (ПП) срабатывает
//////////////////////^^^^
114 СТМ J 2018 J том 10 J №4 Е.Е. Харьковская, А.А. Куликова, Р.Д. Катаев, О.В. Другова, В.А. Костин, И.В. Мухина, Г.В. Осипов
адаптационный физиологический механизм, направленный на увеличение частоты сердечных сокращений (ЧСС). Он способствует выведению избыточного объема крови из сердца — рефлекс Бейнбриджа, который устраняется при денервации сердца [1]. Ответная реакция сердца на механическое воздействие может осуществляться под контролем собственной внутрисердечной нервной системы. В 70-х годах ХХ в. в опытах Г И. Косицкого на изолированных сердцах теплокровных животных показано, что возбуждение механочувствительных рецепторов при растяжении предсердий приводит к изменению силы сокращений в желудочках [2].
Оптимизация сердечной деятельности в условиях механической нагрузки может также осуществляться на уровне мышечных волокон миокарда по закону Франка-Старлинга [3, 4]. Установлено, что кроме электромеханического сопряжения, за счет которого электрический сигнал вызывает сокращение мышечных волокон, в сердце существует обратная меха-ноэлектрическая связь. В результате этой обратной связи механические воздействия на миокард приводят к изменению в нем электрических процессов [5]. Механическое воздействие может регулировать метаболизм миокарда за счет влияния на состояние механочувствительных каналов клеток [6, 7], белков цито-скелета и внеклеточного матрикса [8, 9].
Влияние механических воздействий на работу сердца подтверждается наблюдениями из медицинской практики — описаны случаи внезапной смерти от удара в грудную клетку в области сердца или возникновения аритмий при коронарной катетеризации [10, 11]. Механическая чувствительность в сердце активно исследуется на разных организационных уровнях — от клетки до целого органа [12-16], а также в разных отделах сердца — предсердиях и желудочках [17-19]. Тем не менее до сих пор механизмы, лежащие в основе отклика сердца на механические вмешательства, остаются не до конца ясными. Исследование их природы может открыть большие возможности для лечения и профилактики сердечных заболеваний и послужить основой для разработки новых способов искусственной регуляции работы сердца.
Благодаря развитию экспериментальных технологий в настоящее время стало возможным более детальное изучение свойств миокарда непосредственно во время его активной работы. Например, с помощью мультиэлектродной техники измерения электрических потенциалов, которая на сегодняшний день в той или иной модификации успешно применяется для разных целей в научных лабораториях и лечебных учреждениях по всему миру [20-22], можно оценивать влияние растяжения ПП на скорость проведения возбуждения в желудочках.
Цель исследования — оценить влияние растяжения правого предсердия на скорость распространения возбуждения в левом желудочке методом мультиэлек-тродного картирования гибкими матрицами для реги-
страции сигналов, что позволит понять интракарди-альные механизмы регуляции изолированного сердца: электрические волновые процессы в сердце, частоту и вариабельность сердечного ритма в норме и при патологии.
Материалы и методы
Перфузия по методу Лангендорфа. Экспериментальные работы выполнялись в соответствии с законодательством РФ (приказы №1179 МЗ СССР от 11.10.1983 и №267 МЗ РФ от 19.06.2003), международными правилами «Guide for the Care and Use of Laboratory Animals» (National Research Council, 2011), отвечали требованиям Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей (Страсбург, 2006).
Белым аутбредным крысам массой 200-250 г вну-трибрюшинно вводили гепарин (500 МЕ) и наркоз (Золетил 100, 35 мг/кг). Торакотомически извлеченные сердца подвергали гравитационной ретроградной перфузии по методу Лангендорфа. Для перфузии был использован раствор Кребса-Хензелейта (в ммоль/л): NaCl — 118; KCl — 4,7; CaCl2 — 2; MgSO4 — 1,2; KH2PO4 — 1,2; NaHCO3 — 20; глюкоза — 10; pH=7,3-7,4; при температуре 37°С под давлением 80 мм вод. ст. и при насыщении газовой смесью из 95% О2 и 5% СО2 (рис. 1, а). Механическое растяжение ПП осуществляли путем заполнения его камеры имплантатом из высокомолекулярного полиэтилена (рис. 1, б).
Метод регистрации электрической активности сердца. Электрическую активность сердца регистрировали с использованием системы гибких мультиэлектродных матриц (MIEAFlex72; Multi Channel Systems MCS GmbH, Германия). Корпус матрицы (рис. 2, а) выполнен из гибкого полиимида и объединяет 72 электрода: 64 регистрирующих, 4 рефрактерных и 4 заземляющих, собранных в структурированную матрицу в области контактной площадки (рис. 2, б). Электрические сигналы с поверхности левого желудочка (ЛЖ) (рис. 2, в) по электродам в составе матрицы поступали в систему из усилителей, фильтров и аналого-цифрового преобразователя (Multi Channel Systems MCS GmbH, Германия) с целью регистрации с возможностью визуализации и сохранения цифровых файлов для дальнейшей обработки (рис. 2, г).
Протокол эксперимента. Исследование включало два этапа: 1-й — при сокращении сердца в нормальных условиях; 2-й — при механическом растяжении ПП. Полученные параметры работы сердца за первые 5 мин 2-го этапа сравнивали с последней минутой 1-го этапа. Результаты исследований в экспериментальной группе (механическое растяжение ПП) сравнивали с контролем (перфузия в нормальных условиях). В опытной и контрольной группах проведено по 10 экспериментов.
Рис. 1. Перфузия изолированного сердца крысы методом Лангендорфа:
а — схема перфузионной установки: АЦП — аналого-цифровой преобразователь; ПК — персональный компьютер; б — сердце крысы с помещенным в правое предсердие (ПП) имплантатом синего цвета; А — аорта, закрепленная на канюле с помощью зажима; ЛЖ — левый желудочек; ПЖ — правый желудочек
как ЧСС, вариабельность интервалов R-R, которую отражает коэффициент вариабельности CV, определяемый как CV (%) = 100 СКО/М, где СКО — среднее квадратическое отклонение и М — среднее значение интервалов R-R [23].
Поскольку в данном эксперименте не использовалась электрокардиография, то понятия «R-зубец» и «интервал R-R» применяются условно. Положения R-зубцов соответствуют моментам поступления сигнала на электроды матрицы. Эти положения определяли на основе полуинтерактивного анализа снятых временных зависимостей напряжения. Основу анализа составлял пороговый фильтр с параметрами, устанавливаемыми в ручном режиме для конкретного экспериментального сердца и электрода матрицы. Этот фильтр применялся к временной производной потенциала на одном из электродов матрицы и в получившейся зависимости определялись моменты наступления максимумов или минимумов, которые условно помечались как R-зубцы. Временные промежутки между соседними R-зубцами, определенными таким образом, принимались за интервалы R-R, последовательность которых затем использовалась для анализа ЧСС и вариабельности сердечного ритма.
Большое количество регистрирующих электродов в составе матрицы дает возможность проанализировать скорость распространения волны возбуждения в миокарде ЛЖ с помощью программного приложения Cardio2D (Multi Channel Systems MCS GmbH, Германия). Архитектоника миокарда не позволяет регистрировать широкий фронт волны возбуждения на поверхности сердца [24]. Поэтому представление о скорости рас-Анализ параметров работы сердца. Использо- пространения возбуждения в миокарде дает значение вание электродной техники позволяет анализировать временной задержки возбуждения между электродами ритм работы сердца для оценки таких характеристик, в выборочной группе (минимум из 9 электродов).
116 СТМ f 2018 f том 10 f №4 Е.Е. Харьковская, А.А. Куликова, Р.Д. Катаев, О.В. Другова, В.А. Костин, И.В. Мухина, Г.В. Осипов
I
I
42 мм
12 мм
I 2 3 4 5 6 7 8 Л000©©000
вооо®©ооо <00000000 •>00000000 «оооооооо fоооооооо с; оооооооо
"©ОООООО® I©ОООООО©
ЙШ
ШЙШ
ШШш
БВ
ш
ш
fbj
ш
Ей
ш
Ей
ш
Шш
Щщ.1
шш
ff
Шш
С4
ИМИ)
ЙШ
Йи
ш
Кши
ffiiiii
шш
шш
Шш
шш
ЕЬяи
Еш_и
D8
шш
тшш
Ниш
ШшКиш
Е8
ЕЕ
ШИШ
ЩШШйШ
шЩЩЩШш
ш
шшшш
шш
Шип
Шш
ШШШШ
нё
мВ
Щ|ЦВ!цт1№ j ultft i Щ
йшашйиш
ЙИШ
Vfniij i'Iuiij
Рис. 2. Мультиэлектродная регистрация электрической активности сердца:
а — гибкая мультиэлектродная матрица; б — матрица электродов на регистрирующей пластинке: синим цветом обозначены регистрирующие электроды, желтым — референтные голубым — заземляющие в — гибкая матрица, расположенная на поверхности левого желудочка (ЛЖ) на границе с правым желудочком (ПЖ) ниже ушка (У) изолированного сердца крысы; г — визуализация регистрируемых электрограмм
б
а
в
г
г
я ^
I
%
11
■8 | е I I
1 I
I |
I
I I
§ i
о « |
£ I
СЛ 3 ф
§ I
О Я>
о
- 8
I "О Ф ш го
сл
о -8 -£ -о
го
® 8 Ф 33
II
Ф О
2 £ ф
х
ф 3=1
I з=
^ О)
Л X
ф т
£ f
О Е
Ф о
о о
3
1«
* I
* §
тз ¿5
Е 3 о ■■
-с "О
о и :
■О О о
2 о '
3 Р *
о —
ГО о _
О -гз тз
»в ®
- ф н
.с а>
I I
О- I
Ъ ®>
— X V]
-С О
Ф О со
х "5? я
§ 2 I
м 51 О
5 о о-
ш
Нормированная ЧСС, %
Нормированная ЧСС,
СП
го тз
со ^
а
"О
5
тз
3=1 ^
3=1 ^
"О
О со
Ф ТЗ
о
-I
тз 0) 2 2 [Г
9 2
£
Ф X
Е
тз 8 тз
03
я
§ ^
тз о го ш
тз тз ш о го сп О 0)
ТЗ 3 Ф *
5 о 2 ® Ф тз
1«
сг
X
§ ф
о
ф £
-С
ф
о
т;
о
3
тз
03
Напряжение, , мВ
8 О 8
й-
ш =1 ш
со
0
1 О го
5 .с ш 5 В
s
X
j=
Ф I H ТЗ
ш ь сг
I
сг Ф H CD I în Ф I
О ь □
H Ш ТЗ
о» -О Ф
00 Í о
— о H
СП sc Ш
0 ^ го тз о ь
^ Е iû
s s i
1 o\s ® i ro
S-8
Ф
ro
ro
(D 1 ■ (D
ГО
ГО S
Ф
S Ш
1° ш T3 Ь Ф
ïf I 5
Q)
ш I
° H 3 (D
ZI Ь
О iû
-С s
ЕЕ о
я s
1 3
I §
(D 0"
О со
iû О
% =1
ъ О
ш го
X CD
1 ТЗ
-. О О "О
m S
g о со
I
Ш
CD I S Я
I
0 тз s ш ь сг
1
о
ш 03 =1
0 s
1 тз о
тз L 0) е
3 i
тз
s
CD I
ш
In
ш
I I
çr iû CD
° §
i â
§ <5
= s
О ro
4 §
тз тз
ш ш
0 о =1 =1 тз -о
fi fi
ф ф
ф ф
1 1
s s
5 50
о <*>
о s
ZI
£ s
ф ^
з i
ГО Ф
О I
i g X
Ф ТЗ
5 ф
0 Ts
го о Ш S
1 ® SC ^
03 J=
I =1
о тз
SC S
О g
0 * Ц ф
1 i ф »
s ш
Ö" Q
ф
о сл о д
о =fi
ё о
Ш СП
S тз s
„ СП
Го о
Cû ^
тз ^ s
JZ тз
g «
и
о 5
sc ш
go.8
I
о
Q.
I m
СЛ X
? Q о
СП
s §
о
° 143
О s
0 о о\ W
£ го s §
1 ф
s тз Ф ш s J= s
О о СП I
* S
О g
s ш
0 I
=1 s
§ »
CT ZI
со тз
2 °
Я ГО
Ш о
1 1=,
11
0 3
1
с о
2 с
X ф
0 §
Сс 0)
1
s
Oj §
?
о
H
ш
0
1 H
тз §
сг
I
ÇT
X
о
тз ш
■а
о го
=1 тз
I
0 тз s ш ь сг
1
сг
X
о
тз s о
о
=1 ф
тз
S
=1 о
го ш 5
8 8 5 £
о тз ш
X Ш Cl)
ш СП ь
CD CD
s ь 3
-С D"
ф I ^
Q о о
§ О -а
Ц ¿ ш
* н ¡ Q CD X
* Q) S
Ф ь о
i ° '
iû
я *
Ш CD
ТЗ I
s S
ш CD СП
Ф ZI
Ь о
СГ Ь
з: о
О П
о
5 тз
I
с
0
H
го
1
ш iû
тз ф
1 05
00 «
s
о\
=1 в
о-Ï о о 2 о-
=1 73 -О
s ° 1
О -i. Ф I
о
i ? * -5
О 03 ф *
ТЗ 0) Ф ш
о s
О 2 Ф s
I
=1
тз H О Е iû
го ZI
ь о
о
ф
.с
I СГ
X
о
0
т; тз ш
в
ф
1
. Ф го
О 0)
* S -о
^ Ф S
-С
1 я
ш О
"О
i ?
0)
g ?
50 -О
0 S ф 2
II
ш
ш -g
11 s i
1 s
ф л g §
S3
Q]
ТЗ с 0) Ä О Ф
gí Ф s
s CD Ш 15 ^ s
g ш
5 i ш
ш ь сг
I
О -Ф К)
ф
Ol
-ч Ol
=1 тз
0
б
1
ш
СГ
я
H
s
s
H
s
Sr1 Œ
s
H
s
ft
ft >
H >
о
>
Πs
виях перфузии ЧСС (рис. 4, а) после механического растяжения ПП (рис. 4, б) возрастает. На 1-й минуте в опытной группе значение ЧСС регистрировалось в нормальных условиях и в среднем составляло 222,6±22,8 в минуту. После 1-й минуты у сердца растягивали полость ПП и со 2-й минуты наблюдали значительный разброс в значениях ЧСС. На рис. 4 приведены нормированные значения ЧСС, определенные для пяти последовательных минутных интервалов и отнесенные к значению во 2-ю минуту (1-ю минуту после растяжения) для конкретного сердца.
Рис. 5 иллюстрирует изменение коэффициента вариабельности ^ на фоне механического растяжения ПП.
Разброс значений длительности интервалов Р-Р показан на рис. 6 для двух сердец: из контрольной и опытной групп. На 1-й минуте в опытной группе значения Р-Р-интервалов регистрировались в нормальных условиях, после 1-й минуты осуществляли растяжение полости ПП.
Скорость распространения волны возбуждения в миокарде. После растяжения ПП (рис. 7, б-г)
Рис. 5. Временные зависимости коэффициента вариабельности СУ изолированного сердца крысы для одного контрольного и двух сердец из опытной группы
Каждый столбец гистограммы соответствует одному из последовательных минутных интервалов, на которых проводился статистический анализ
30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
□ 1 мин
□ 2 мин ■ 3 мин
4 мин О 5 мин 6 мин
П-ШГГИ г-
Контроль
Опыт 1
Опыт 2
а 288 286 284 282
о
м
о:" 280
£
¡3 278
ш
р
£
нт 276 274 272 270
А
б 250 245 240 235
о
5 230 ос
К 225 л
го
£. 220
<и
т
215 210 205 200
5 6 Время, мин
5 6 Время, мин
• среднее значение
3 25, 50, 75%
Т мин-макс
1
о
А
А
Рис. 6. Диаграмма размаха интервалов Р-Р контрольного (а) и опытного (б) сердец
Изображены средние и медианные значения, 25-й и 75-й процентили, максимальные и минимальные значения. Отображенные значения получены в результате статистического анализа 50 последовательных Р-Р-интервалов, взятых в начале 6 последовательных временных отрезков минутной длительности
///////////////^^^^
118 СТМ I 2018 I ТОМ 10 I №4 Е.Е. Харьковская, А.А. Куликова, Р.Д. Катаев, О.В. Другова, В.А. Костин, И.В. Мухина, Г.В. Осипов
s
Ш X
s % л
CD О ЯГ О CD
а .
*
CD X S
О.
§ I
s I
s та
0 со
Ш X
1 %
%
°
s
.1 i
2 2, s i
i =
œ
ш тз
CT Q3
X q i
ТЗ Ä
S CD
H I
S s
s аз
H °
- I
О g ш 9
I
О 03 Ш i
* s
03 I
о
CD
° N
g i 03
3 ^
ш s
ro s
CD I
"О S< H
о I T3 03
о o\
H T3 ^ 03
л О О s t 03 T3 t s 03
^ i
тз СГ
о I
s о
—1 о
о
t тз
s CD
H -е-
го
CD
H ^
CD о
X 03
CD
I
S ^
CD о
t
—^ о
s< о\ I
S s I о —1 о
H тз
tr CD
-е-
^
о CD
Q
i О
CD
I H
CD T3
CJ О
03 =1
Ш I
S 03
о аз
О о
0
1 о ш s аз X
ТЗ 03
0
H
аз *
CD
1
I I
03
X
,_, s
К) й Ol О
03 "О H
^ В s
H тз
S CD
œ t
i =1
0 О
03
о\ cd
1 H
ti -C
03 03
^ o
o H
£ s
CD CD
о о
-г °
S о
CD а\
^ О
Ш -1
03 о
аз
со
о О
^ CD
—1 s -Q
MT3 ti
-vi O J=
^ Ш 03
03 X
?¡ •
о
H -г
ь О 2
п- о ?
* 31
X
тз у
0 ^
1 CD ? ш
Ol о л I
о ^ о s CJ
■g тз о
CD I 03
ч s I CD 5
S аз о s о 2 t § 0 s 1
о ^ s £ X о
тз о =1 о о ^
го о го тз
о ^ СГ 03
03 CJ CJ E
t 03 [Г CD
03 I го I
Ç5 о 03 s
ч ч аз
о аз X ч сг I ro
тз о 03 4
о тз 03
о го v< ^
ч Е о
о i CD s
s s X
X ^ Q
о CD S i
^ I
о s го X
тз CD о 03
о CJ CD
о ч X о\
03
s о t ro
ч ^ CD
тз о ч s i
03 [Г о X
о ^ тз о го о CJ 2 s s CD I s CD
i I тз о
CD о 03 JZ
I Si Ol CD
s о I
аз ^ X s
CD CD го
s T3 -1 о 03
-8- i
0 01 CJ s s о аз
[J' CD s s о ^ ^ о
^ 03
03 X тз Cl)
■2 t i
^ ti 03 CD
T3 g о о ч 03 =1 тз ^ ч тз о
^ о ч о s -е-
i ^ Cl) S
03 ч CJ
-1 го о s
03 I s о
CD i
4 ч тз го о —1
ro s V< s
СГ £ о X
о CD i CD
о i о о
го ^ s s
t s
5 о X аз X
о ^ о тз ^ 03
о тч ro CD тз
о ч 03
о 2 сг -1 о t 03 тз о —1 тз 03 ^ ? тз 03
s го t
I
03
тз
03
0
4
ai *
CD
1
=1 =1
Si. œ Ol g Z s
i H
=1
О CD
CD
i
о
CD i s
X CD I
s 5 л о
0
"О
03
1 CD CD H 03
T3
Ol
I 8
tl о g
CD
ro
T3
й ® q cj
аз ^
* s CD
14
Z.S =4
s О
" о о ° Ь s
о
О) о
о
о
CD I I
0
S' CJ 03 t CD
1
о
0
1
CD ,, tl CD
is ¡1
тз
CD
0 тз -1 03
1 CD
о
0
1
CD X CD I
s CD Ol
ТЗ I
2 s 5!5
g я
Sc О
тз
-1 о
5 q
®
s о и -Э
I §
ср -О
I "
s< CD I
ti
О S
"С! ï
2 Е
аз s
I s
I о
S СГ
œ ш
о
а\ Щ s
¥ о
CD
аз
ш
тз -s со
О 1+
о
>1 CJ CJ
X оз
œ cd
03 ti I
0 œ 03
1
о
CD V<
S о
t H
JZ 03
03 g
ш
тз i
CT CD
° Í
CT о
I
CD I 03
o\ i 5 t 03 i о о сг
тз аз .р
t ш
о о
^ й,
го
ш о
œ о s œ
CD ??
I
о - œ
03 CD
T3 аз
s °
■И ш
2 § s
X CD I
g -
03 03
H ^
T3 -
s s
03 ro
i 03 сг I
CD
о сг ТЗ CD
CJ X
ffl 03
X a\
CD 5
s ^
t 03 CD CD
II
s< о
i X
03 03
■ I
о!
t CD
I о
03
i =1
O Q
¥ н
S CD
11
H §
° t
о 1<
h q
X g
O i
p '
ä ï
S4 g
5 *
t ^ 03 CD
S Ci) СГ
SOI
CJ ^ s
S CD CD
CD j= S I s
çp -e-
5 ? "
£ О
CD S' о
§ CD
X 03
аз
CD
C3\
s
03 CD
CJ
Го ш
о °
У cj
^ t.
S CD
s Q CD
£ ° S< —i
ro ° I Щ
03 о
E Щ 1.0 -S
03 T3 Ol®
О 5
X g 03 ^
S 2
H -<
ОГОН
^ a. „
° ^ 2 OJ ro 3
s
" —I ¥
Ш g I
СГ I СГ
DO X Ш
S Ш ffl I I 3
О 03 s 3 ro О 03 ro JZ
T3
5 E
03
iE
1 CD
s ь
I *
V< ГО
У о
CD
T3
Ê 03
о
CD О
^ CD
Я тз Ш s
M
CD i
X о 03 CD
о тз H t Q JZ 03
03
--J
i сг
о
03
CD I I 03
аз
CJ s g
S CD ТЗ
S 03 JZ
s: ТЗ
ro 2
^
CD T3
t 03 il
=1 о
ТЗ I
0 I го сг
S i
CD s
1 тз 1 CD
^ 03
CD ^
о
CD
T3 03
о о
_ о
Q Ol ^ g
CD I
H CD О
аз
2 сг
аз Tí
0 §
?! аз CD
1 i Ф з;
ТЗ аз
" 1 CD s CD О CD
03 t
03 M
s s
2 о
0 33 § §
s»!
4 i
CD CD ïo
1 3
X CD t г о
3 ro
CD 03
™ i s I
ш b О) ш
s»
ш
'i» тз О) I I IT
X §
ф
тз о ti о
Я -о
-з q -a s
О s
ГО
ti
0) X
о о о
О 1
Го s 0)
я го
О) о\ тз тз
5 -а
3 i
го ь
ф Ф
* S ° S
S -о я s s о
I ^
о ■
IS
< В)
7 3
л s
о» ■ с ш
г
0 ь
Ф s X I
il
1 S О =,
ci О
ro m
со 0)
тз
VC ф
H
-8 о тз s
VC
-8-тз о
1 го
Г 03
о
> го ^
тз о о
H
тз 0)
s a\
ф T3
X 0)
H i
о i
го СГ
го X
тз u
ф b
s Ф
ф I s T3 о
I tl
0) о
ro
1 s
Sc Q]
__.. H
3 T3
s
JZ
M IT
St ro
I о
s ТЗ s
СП Ф
St "H"
Ф
tl
s о
s
I ТЗ
VC 0)
H о
0) H
X a
*
I Ф
0) I
0) s
я
^
H
s ro s
Q] JZ s
5 Ч
тз
о
0
1 I
о;
X =i £
Q ф
ь ti
I
о
X H
X
0 тз
EU
ы s s
■С
1
X
ш о X а
—I
о -а
я о D S
в °
:1s
О о
59 я
О Ч
Д "о О о
3 i
Si 2 §
я 5
s
г
■а s
■а
<
г £ s ф s
U 2 Л) X
о
X
s о л ■а
Л) 2 Л) X X
о s<
ы
£ о тз
02 РЧ п я
H
-а s
s
H Я
H
>
> Œ
23
H
s
n
n >
H >
о
са
>
я s sc
экспериментальные исследования
странения волны возбуждения в ЛЖ. Однако следует обратить внимание на подъем вариабельности сердечного ритма на фоне растяжения, которая особенно высока на начальных этапах растяжения. Если рассматривать появление положительной хронотропной реакции в ответ на растяжение в качестве проявления интракардиального рефлекса, ранее описанного в работах Г И. Косицкого [2], то нельзя не учитывать присущего при этом положительного инотропного эффекта, который предполагает усиление входящего Са2+-тока в фазе плато потенциала действия. Избыток ионов Ca2+ может привести к электрической нестабильности в желудочках сердца и развитию аритмии.
Заключение
Метод мультиэлектродного картирования гибкими матрицами позволяет выявить особенности изменения электрофизиологических параметров изолированного сердца в условиях растяжения ПП. При этом устройство гибкой мультиэлектродной матрицы дает возможность осуществить регистрацию электрических потенциалов с поверхности ЛЖ активно сокращающегося сердца крысы, перфузируемого методом Лангендорфа.
С помощью матрицы установлена взаимосвязь в работе двух разных отделов сердца: ПП, в котором локализован синусовый узел, регулирующий ритм сердечных сокращений, и ЛЖ. Использование множества электродов, определенным образом сгруппированных в матрице, дало возможность провести анализ пространственно-временных характеристик электрической активности на поверхности сердца и установить увеличение не только ЧСС, но и скорости распространения волны возбуждения в ЛЖ. Рост вариабельности сердечного ритма позволяет предположить существование дополнительных механоиндуцированных процессов формирования электрической нестабильности в растягиваемом предсердии. Обнаруженные в ЛЖ эффекты, по-видимому, обусловлены включением ин-тракардиальных механизмов регуляции.
Финансирование исследования. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках проекта «Исследование коллективной динамики смешанных сред, состоящих из элементов, обладающих качественно различным поведением и имеющих сложную топологию связей», №17-02-00467.
Конфликт интересов. Конфликт интересов отсутствует.
Литература/References
1. Bainbridge F.A. The influence of venous filling upon the rate of the heart. J Physiol 1915; 50(2): 65-84, https://doi. org/10.1113/jphysiol.1915.sp001736.
2. Косицкий Г.И. Афферентные системы сердца. М: Медицина; 1975; 207 с. Kositsky G.I. Afferentnye sistemy serdtsa
[The afferent systems of the heart]. Moscow: Meditsina; 1975; 207 p.
3. Frank O. Zur Dynamik des Herzmuskels. Z Biol 1895; 32: 370-447.
4. Patterson S.W., Starling E.H. On the mechanical factors which determine the output of the ventricles. Physiol 1914; 48(5): 357-379.
5. Камкин А.Г., Ярыгин В.Н., Киселева И.С. Механо-электрическая обратная связь в сердце. М: Натюрморт; 2003; 352 с. Kamkin A.G., Yarygin V.N., Kiseleva I.S. Mekhanoelekgricheskaya obratnaya svyaz' v serdtse [Mechano-electric feedback in the heart]. Moscow: Natyurmort; 2003; 352 p.
6. Teng J., Loukin S., Kung C. Mechanosensitive ion channels in cardiovascular physiology. Exp Clin Cardiol 2014; 20(10): 6550-6560.
7. Inoue R., Jian Z., Kawarabayashi Y. Mechanosensitive TRP channels in cardiovascular pathophysiology. Pharmacol Ther 2009; 123(3): 371-385, https://doi.org/10.1016/j. pharmthera.2009.05.009.
8. McCain M.L., Parker K.K. Mechanotransduction: the role of mechanical stress, myocyte shape, and cytoskeletal architecture on cardiac function. Pflugers Arch 2011; 462(1): 89-104, https://doi.org/10.1007/s00424-011-0951-4.
9. Young J.L., Kretchmer K., Ondeck M.G., Zambon A.C., Engler A.J. Mechanosensitive kinases regulate stiffness-induced cardiomyocyte maturation. Sci Rep 2014; 4(1): 6425, https://doi.org/10.1038/srep06425.
10. Schlomka G. Commotio cordis und ihre Folgen. (Die Einwirkung stumpfer Brustwandtraumen auf das Herz). In: Czerny A., Kraus F., Müller F., v. Pfaundler M., Schittenhelm A. (editors). Ergebnisse der Inneren Medizin und Kinderheilkunde. Springer, Berlin, Heidelberg; 1934; p. 1-91, https://doi. org/10.1007/978-3-642-90672-5_1.
11. Michel J., Johnson A.D., Bridges W.C. Arrhythmias during intracardiac catheterization. Circulation 1950; 2(2): 240250, https://doi.org/10.1161/01.cir.22.240.
12. Brohawn S.G., Su Z., MacKinnon R. Mechanosensitivity is mediated directly by the lipid membrane in TRAAK and TREK1 K+ channels. Proc Natl Acad Sci USA 2014; 111(9): 3614-3619, https://doi.org/10.1073/pnas.1320768111.
13. Thompson S.A., Copeland C.R., Reich D.H., Tung L. Mechanical coupling between myofibroblasts and cardiomyocytes slows electrical conduction in fibrotic cell monolayers. Circulation 2011; 123(19): 2083-2093, https://doi. org/10.1161/circulationaha.110.015057.
14. Vandebrouck C., Martin D., Colson-Van Schoor M., Debaix H., Gailly P. Involvement of TRPC in the abnormal calcium influx observed in dystrophic (mdx) mouse skeletal muscle fibers. J Cell Biol 2002; 158(6): 1089-1096, https://doi. org/10.1083/jcb.200203091.
15. Wang K., Terrar D., Gavaghan D.J., Mu-u-min R., Kohl P., Bollensdorf C. Living cardiac tissue slices: an organotypic pseudo two-dimensional model for cardiac biophysics research. Prog Biophys Mol Biol 2014; 115 (2-3): 314-327, https://doi.org/10.1016/j.pbiomolbio.2014.08.006.
16. Filgueiras-Rama D., Martins R.P., Ennis S.R., Mironov S., Jiang J., Yamazaki M., Kalifa J., Jalife J., Berenfeld O. High-resolution endocardial and epicardial optical mapping in a sheep model of stretch-induced atrial fibrillation. J Vis Exp 2011; 53: 3103, https://doi.org/10.3791/3103.
17. Nazir S.A., Lab M.J. Mechanoelectric feedback in the atrium of the isolated guinea-pig heart. Cardiovasc Res 1996;
//////////////////////^^^^
120 СТМ J 2018 J TOM 10 J №4 Е.Е. Харьковская, А.А. Куликова, Р.Д. Катаев, О.В. Другова, В.А. Костин, И.В. Мухина, Г.В. Осипов
32(1): 112-119, https://doi.org/10.1016/s0008-6363(96)00077-6.
18. Franz M.R. Mechano-electrical feedback in ventricular myocardium. Cardiovasc Res 1996; 32(1): 15-24, https://doi. org/10.1016/s0008-6363(96)00074-0.
19. Quinn T.A., Kohl P. Mechano-sensitivity of cardiac pacemaker function: pathophysiological relevance, experimental implications, and conceptual integration with other mechanisms of rhythmicity. Prog Biophys Mol Biol 2012; 110(2-3): 257-268, https://doi.org/10.1016/j. pbiomolbio.2012.08.008.
20. Бокерия Л.А., Филатов А.Г. Картирование аритмий. Анналы аритмологии 2012; 9(1): 5-13. Bokeriya L.A., Filatov A.G. Mapping of arrhythmias. Annaly aritmologii 2012; 9(1): 5-13.
21. Vigmond E.J., Efimov I.R., Rentschler S.L., Coronel R., Boukens B.J. Fractionated electrograms with ST-segment elevation recorded from the human right ventricular outflow tract. HeartRhythm Case Rep 2017; 3(11): 546-550, https:// doi.org/10.1016/j.hrcr.2017.08.010.
22. Linnenbank A.C., de Bakker J.M.T., Coronel R. How to measure propagation velocity in cardiac tissue: a simulation study. Front Physiol 2014; 5: 267, https://doi.org/10.3389/ fphys.2014.00267.
23. Баевский Р.М., Иванов Г.Г., Чирейкин Л.В., Гаврилуш-кин А.П., Довгалевский П.Я., Кукушкин Ю.А., Миронова Т.Ф., Прилуцкий Д.А., Семенов А.В., Федоров В.Ф., Флейш-
ман А.Н., Медведев М.М. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем: методические рекомендации. Вестник аритмологии 2001; 24: 65-86. Baevskiy R.M., Ivanov G.G., Chireykin L.V., Gavrilushkin A.P., Dovgalevskiy P.Ya., Kukushkin Yu.A., Mironova T.F., Prilutskiy D.A., Semenov A.V., Fedorov V.F., Fleyshman A.N., Medvedev M.M. Analysis of heart rate variability using different electrocardiographic systems: methodical recommendations. Vestnik aritmologii 2001; 24: 65-86.
24. Hooks D.A., Tomlinson K.A., Marsden S.G., LeGrice I.J., Smaill B.H., Pullan A.J., Hunter P.J. Cardiac microstructure: implications for electrical propagation and defibrillation in the heart. Circ Res 2002; 91(4): 331-338, https://doi.org/10.1161/01.res.0000031957.70034.89.
25. Tiitso M. Chronotrope Wirkungen der Spannungsänderungen des rechten Vorhofes. Pflugers Arch Gesamte Physiol Menschen Tiere 1937; 238(1): 738-748, https://doi.org/10.1007/bf01767681.
26. Blinks J.R. Positive chronotropic effect of increasing right atrial pressure in the isolated mammalian heart. Am J Physiol 1956; 186(2): 299-303, https://doi.org/10.1152/ ajplegacy.1956.186.2.299.
27. Deck K.A. Effects of stretch on the spontaneously beating, isolated sinus node. Pflugers Arch Gesamte Physiol Menschen Tiere 1964; 280: 120-130.
чтт^т^чшшшшштчт^т^тчшшшшшш^
Механическое растяжение изолированного сердца СТМ J 2018 J том 10 J №4 121
