CC BY
48
УДК 612.172
ВЛИЯНИЕ БИВЕНТРИКУЛЯРНОЙ И МОНОФОКАЛЬНОЙ СТИМУЛЯЦИИ ВЕРХУШЕК ЛЕВОГО И ПРАВОГО ЖЕЛУДОЧКОВ СОБАКИ НА ПАРАМЕТРЫ СЕРДЕЧНОЙ ГЕМОДИНАМИКИ
Н.А. КИБЛЕР
Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН, г.Сыктывкар [email protected]
В клинической кардиологии для улучшения сократимости левого желудочка (ЛЖ) широко используется бивентрикулярная и монофокальная электрическая стимуляция желудочков сердца. В работе изучены параметры сердечной гемодинамики при бивентрикулярной стимуляции (основание левого и верхушка правого (ПЖ) желудочков) и монофокальной стимуляции верхушек ЛЖ и ПЖ взрослых беспородных собак. Насосная функция ЛЖ собаки сохраняется в большей степени при стимуляции верхушки ЛЖ, тогда как насосная функция ПЖ - при бивентрикулярной стимуляции. Наибольшее снижение насосной функции ПЖ происходит при электрической стимуляции его верхушки, по сравнению со стимуляцией других зон миокарда.
Ключевые слова: сердечная гемодинамика, бивентрикулярная и монофокальная стимуляция желудочков, внутрижелудочковое давление, собака.
N.A. KIBLER. EFFECTS OF BIVENTRICULAR AND MONOFOCAL PACING OF THE LEFT AND RIGHT VENTRICULAR APICES ON THE PARAMETERS OF THE CARDIAC HEMODYNAMICS IN DOG
In clinical cardiology biventricular and monofocal electrical pacing is widely applied to improve contractility of the left ventricle. Parameters of cardiac haemo-dynamics at biventricular (base of the left and apex of the right ventricles) and monofocal pacing of the apices of the left and right ventricles of adult mongrel dogs are studied. Pump function of the left ventricle in dog continued to a greater degree at pacing of the left ventricle apex, whereas that of the right ventricle - at biventricular pacing. The greatest decrease in pump function of the right ventricle occurs at electric pacing of its apex, as compared with pacing of other zones of myocardium.
Key words: cardiac hemodynamics, biventricular and monofocal pacing, ventricular pressure, dog
В практической медицине используют бивен-трикулярную и монофокальную стимуляцию желудочков, чтобы улучшить сократимость ЛЖ [1]. Установлено [2-6], что бифокальная стимуляция в сравнении с монофокальной стимуляцией желудочков приводит к большей синхронизации возбуждения миокарда желудочков и, соответственно, к уменьшению длительности комплекса QRS и улучшению насосной функции. Бивентрикулярная стимуляция улучшает сердечную функцию у собак с блокадой левой ножки пучка Гиса, что проявляется в увеличении показателя сократимости dP/dtmax и аортального давления в сравнении с суправентрикулярным ритмом [7].
В большинстве проведенных исследований [2, 8-12] при эктопическом возбуждении исследована в основном насосная функция ЛЖ. Показатели насосной функции ПЖ сердца у теплокровных животных при различной локализации эктопических очагов возбуждения в сравнении с насосной функцией ЛЖ изучены в меньшей степени [13]. Исследование закономерностей формирования сократительной функции ПЖ сердца является актуальным
для поиска оптимальных областей электрокардиостимуляции, при которых нарушения гемодинамики были бы минимальными.
Цель настоящей работы - установление влияния бивентрикулярной и монофокальной стимуляции верхушек левого и правого желудочков на параметры сердечной гемодинамики собаки.
Материал и методы
Исследования проведены на 16 взрослых беспородных собаках обоего пола. Животных наркотизировали золетилом (15 мг/кг, внутримышечно). Для миорелаксации внутривенно вводили кси-лазин в дозе 3 мг/кг. В течение эксперимента проводили инфузию капельным путем 0,85% NaCL для поддержания перфузии тканей. Животных переводили на искусственную вентиляцию легких с помощью аппарата «Р0-6-04». Грудную клетку вскрывали по среднегрудинной линии, обнажали сердце и разрезали перикард. Температуру тела собаки поддерживали на уровне 37-38°С, сердце смачивали теплым физиологическим раствором.
Методика регистрации внутрижелудочко-вого давления. С помощью гемодинамической установки Prucka Mac-Lab 2000 (GE Medical System, GmbH) у собак определяли давление в ЛЖ, ПЖ и в аорте. Для измерения давления в полости ПЖ сердца животных использовали заполненный гепа-ринизированным физиологическим раствором од-нопросветный катетер (внутренний диаметр 1 мм), который вводили через свободную стенку желудочка. Посредством катетеризации левой бедренной артерии у собаки катетером Свана-Ганца измеряли давление в ЛЖ и аорте, а также минутный объем крови. Определяли гемодинамические показатели: среднее давление в аорте, систолическое и конечно-диастолическое давление, максимальную скорость повышения давления (dP/dtmax) и максимальную скорость падения давления (dP/dtmix) в ПЖ и ЛЖ. По полученным данным среднего аортального давления и сердечного выброса фиксировали общее периферическое сопротивление.
Методика электрической стимуляции сердца. Стимуляцию сердца проводили с помощью электрокардиостимулятора «ЭКСН-04». Ушко правого предсердия (суправентрикулярный ритм) и эпикардиальную поверхность желудочков собаки стимулировали импульсами прямоугольной формы (амплитуда 3,5 В, длительность 1 мс). Чтобы избежать высокой вариабельности частоты сердечных сокращений, которая наблюдается при синусовом ритме у каждого животного, для контроля ипользовали суправентрикулярный ритм. Проводили эпи-кардиальную электрическую монофокаль-ную стимуляцию верхушки ЛЖ и ПЖ и би-вентрикулярную стимуляцию (стимуляция основания ЛЖ и верхушки ПЖ).
При сравнении количественных показателей использовали однофакторный дисперсионный анализ. мм рт.ст./с
Для оценки различий рСр, мм рТСТ.
параметров до и после воздействия применяли критерий Стью-дента с последующей поправкой Бонферро-ни, а также критерий Уилкоксона. Связь показателей изучали методом корреляционного анализа. Данные в работе представлены в виде: среднее арифметическое ± стан-
дартное отклонение (М+ст). Для статистической обработки использовали пакеты STATISTICA 6.0., BIOSTAT 4.03.
Результаты исследования
При бивентрикулярной стимуляции максимальное систолическое давление в ЛЖМСД собаки снижается (р<0,05), тогда как в ПЖ значимого изменения ПМЖСД не происходит. При таком виде стимуляции не происходит изменения dP/dtmax как в ЛЖ, так и в ПЖ. Скорость изоволюмического расслабления dP/dtmiX миокарда ЛЖ уменьшается (о<0,05), а в ПЖ остается неизменной. Среднее аортальное давление и общее периферическое сопротивление в сравнении с суправентрикулярным ритмом уменьшаются ^<0,05), а величина сердечного выброса не изменяется (таблица).
При стимуляции верхушки ЛЖ, в сравнении с суправентрикулярным ритмом, максимальное его систолическое давление не изменяется, тогда как в ПЖ при данном виде стимуляции максимальное систолическое давление уменьшается значимо ^<0,05). В ПЖ максимальная скорость прироста и падения давления ^<0,05) в сравнении с суправен-трикулярным ритмом снижается, а среднее аортальное давление, минутный объем крови и общее периферическое сопротивление не изменяются. Суще-
Гемодинамические показатели сердца собаки при суправентрикулярном ритме, бивентрикулярной и монофокальной стимуляциях верхушек желудочков
Г емодинамические показатели сердца Суправентри- кулярный ритм Бивентрику- лярная стимуляция Стимуляция верхушки ПЖ Стимуляция верхушки ЛЖ
ЛЖМСД, мм рт.ст. 119±18 105±17*ф 100±15*ф 114±17
ЛЖКДД, мм рт.ст. 10±4 9±4 9±4 10±4
dP/dtmax ЛЖ, мм рт.ст./с 1421±400 1291±389 1206±367*ф 1437±403
dP/dtmin ЛЖ, мм рт.ст./с -1306±401 -953±289**ф -902±305**ф 1282±403
ПЖМСД, мм рт.ст. 20±3 18±4 17±4* 17±4*
ПЖКДД, мм рт.ст. 1 ±2 2±2 2±2 3±2
dP/dtmax ПЖ, мм рт.ст./с
282±64
287±66
213±62*t
250±62*
-250±69 85,6±19,0 1,8±0,4 47,7±15,9
-200±65 74,7±18,4* 1,9±0,3 37,2±12,4**
-159±61** 76,7±17,2* 1,8±0,2 40,9±12,2*
205±61* 80,6±16,2 1,8±0,2 44,3±13,2
ОПС, мм рт.ст.^ мин/л
Примечание: ЛЖМСД и ПЖМСД - максимальное систолическое давление левого и правого желудочков; ЛЖКДД и ПЖКДД - конечно-диастолическое давление левого и правого желудочков; dP/dtmаx ЛЖ и dP/dtmax ПЖ - максимальная скорость прироста давления в левом и правом желудочках; dP/dtm¡n ЛЖ и dP/dtm¡n ПЖ - максимальная скорость падения давления в левом и правом желудочках; Рср - среднее аортальное давление, МОК - минутный объем крови (сердечный выброс), ОПС - общее периферическое сопротивление. * р<0,05, ** р<0,01 - по сравнению с суправентрикулярным ритмом; 1р<0,05 - по сравнению с бивентрикулярной стимуляцией; ф р<0,05 - по сравнению со стимуляцией верхушки ЛЖ.
ствует прямая зависимость максимальной скорости падения давления от максимальной скорости прироста давления ЛЖ (г=0,70; p<0,05) (таблица).
При стимуляции верхушки ПЖ максимальное систолическое давление как в ЛЖ, так и в ПЖ значительно уменьшается ^<0,01) в сравнении с суправентрикулярным ритмом. Максимальная скорость нарастания падения давления в обоих желудочках снижается в большей степени ^<0,01) как по сравнению с суправентрикулярным ритмом, так и по отношению к бивентрикулярной стимуляции и стимуляции верхушки ЛЖ ^<0,05). В ЛЖ существует прямая зависимость между максимальной скоростью прироста и падения давления (г=0,79; p<0,01). При стимуляции верхушки ПЖ значительно уменьшаются ^<0,01) среднее аортальное давление и общее периферическое сопротивление, по сравнению с суправентрикулярным ритмом, тогда как минутный объем крови в условиях данной стимуляции по сравнению с исходным не изменяется (таблица).
Обсуждение результатов
При эктопическом возбуждении желудочков сердца собаки показатели их насосной функции снижаются. Более выраженное инотропное влияние на насосную функцию ЛЖ оказывает стимуляция ПЖ, по сравнению с левожелудочковой и бивентрикулярной стимуляцией. При этом показатели насосной функции ЛЖ значительно ниже при стимуляции верхушки ПЖ, что согласуется с данными литературы [1, 12, 14-17].
Величина dP/dtmax зависит от преднагрузки, однако в силу стабильности последней при кардиостимуляции служит надежным маркером изменения сократимости Лж [2, 11, 12, 15, 18-22]. Ранее показано, что уменьшение систолического давления и dP/dtmax, по сравнению с суправентрикулярным ритмом, происходит при эпикардиальной стимуляции средней части ЛЖ [22] и стимуляции ПЖ [15, 19, 23, 24;], тогда как при эктопическом возбуждении верхушки ЛЖ [2] и средней части передней стороны ЛЖ [22] максимальная скорость прироста давления ЛЖ увеличивается более значительно в сравнении со стимуляцией основания ЛЖ. Наши данные показывают, что уровень преднагрузки ЛЖ и ПЖ при эктопическом возбуждении желудочков у собаки не изменяется, а уменьшение максимального систолического давления и dP/dtmax в ЛЖ и ПЖ свидетельствует об ухудшении сократимости их миокарда. В обоих желудочках dP/dtmax при стимуляции верхушки ПЖ уменьшается в большей степени.
Известно, что снижение систолической функции желудочков при их стимуляции приводит к существенным изменениям диастолической функции. Поскольку расслабление желудочков зависит от преднагрузки, постнагрузки и однородности процессов сокращения, при измении степени неоднородности сокращения миокарда эктопическое возбуждение желудочков нарушает и процесс расслабления миокарда [2]. Максимальная скорость падения давления ЛЖ значительно меняется при стимуляции желудочков [2, 12, 24-26]. Стимуляция
только ЛЖ увеличивает время сокращения, что приводит к увеличению длительности периода систолы и уменьшению скорости расслабления желудочка [1, 27]. При одном и том же конечно-систолическом давлении у собак расслабление ЛЖ происходит медленнее при стимуляции ПЖ, чем при суправен-трикулярном ритме [15, 19, 28]. По нашим данным, максимальная скорость падения давления ЛЖ уменьшается при бивентрикулярной стимуляции, по отношению к суправентрикулярному ритму.
Стимуляция верхушек желудочков вызывает сходные изменения dP/dtmax и dP/dtmin ЛЖ, о чем свидетельствуют ранее полученные данные [25; 2; 12; 26; 22]. Это подтверждается выявленной нами положительной корреляционной связью между dP/dtmax и dP/dtmin ЛЖ при монофокальной стимуляции. Объяснить взаимосвязь между параметрами сокращения и расслабления миокарда можно тем, что при увеличении сократимости больший ударный объем приводит к уменьшению конечносистолического объема (КСО). При сниженном КСО с увеличением скорости диссоциации кальций-тропонинового (Са2+-ТпС) комплекса [29] возрастает максимальная скорость падения давления в желудочках и, соответственно, улучшается процесс расслабления [30].
Помимо изменений изоволюмических показателей желудочка, чувствительными к электрокардиостимуляции являются также ударный объем и сердечный выброс. При эпикардиальной стимуляции верхушки ПЖ, по сравнению с суправентрику-лярным ритмом, происходит незначительное снижение ударного объема [19, 23, 24]. В результате стимуляции разных участков желудочка сопряжение между активацией предсердий и желудочков изменяется, что приводит к меньшему участию предсердия в наполнении желудочка, а это в свою очередь влияет на сердечный выброс [2, 20]. Последний в небольшой степени уменьшается как при стимуляции эпикарда [19], так и эндокарда [15] верхушки ПЖ, по сравнению со стимуляцией других областей желудочков.
В ходе наших экспериментов эктопическое возбуждение сердца у собаки не изменяло сердечный выброс, однако стимуляция верхушки ПЖ и бивентрикулярная стимуляция сопровождались значительным снижением Рср и ОПС, что является по-видимому, компенсаторным механизмом для поддержания фиксированного сердечного выброса при сниженной сократимости миокарда желудочка.
Следовательно, по нашим данным при стимуляции желудочков снижение насосной функции левого и правого желудочков имеет сходную направленность. А именно, максимальное систолическое давление, максимальная скорость прироста и падения давления в желудочках в большей мере снижаются при стимуляции верхушки ПЖ. Однако области желудочков, при стимуляции которых параметры насосной функции у ЛЖ и ПЖ являются оптимальными, имеют различное анатомическое расположение. Насосная функция ЛЖ оптимальна при нанесении стимула в область его верхушки, а насосная функция ПЖ - при бивентрикулярной стимуляции.
Таким образом, подытоживая вышесказанное можно сделать следующие выводы: 1) стимуляция желудочков у собаки ухудшает как процесс сокращения, так и расслабления миокарда левого и правого желудочков; 2) насосная функция ЛЖ и ПЖ у собаки существенно снижается при стимуляции верхушки ПЖ; 3) насосная функция ЛЖ собаки сохраняется в большей степени при стимуляции верхушки ЛЖ, тогда как насосная функция ПЖ значительно сохраняется при бивентрикулярной стимуляции.
Литература
1. Hay I., Melenovsky V., Fetics BJ. Short-term effects of right-left heart sequential cardiac resynchronization in patients with heart failure, chronic atrial fibrillation, and atrioventricular nodal block // Circulation, 2004. Vol. 110. P. 3404-3410.
2. Prinzen F.W., Oosterhout M.F.M. van, Vanagt W.Y.R., Storm C, Reneman R.S. Optimization of ventricular function by improving the activation sequence during ventricular pacing // PACE, 1998. Vol. 21. P. 2256-2260.
3. Effects of multisite biventricular pacing in patients with heart failure and intraventricular conduction delay / S.Cazeau, C.Leclerq, T.La-vergne, S.Walker, C.Varma// N. Engl. J. Med., 2001. Vol. 344. P. 873-880.
4. Cardiac resynchronization in chronic heart failure / W.T.Abraham, W.G.Fisher, A.L.Smith,
B.D.David, R.L. Angel // N. Engl. J. Med., 2002. Vol. 346. P. 1845-1853.
5. Boriani G, Biffi M., Martignani C. Cardiac resynchronization by pacing: an electrical treatment of heart failure // Int. J. Cardiol. 2004. Vol. 94. P. 151-61.
6. QRS duration, QRS complexity and repolarization heterogeneity in biventricular pacing in chronic heart failure / B.H. van Huysduynen,
C.A.Swenne, J.J.Bax, S.G.Molhoek, G.B. Blee-ker // Heart Rhythm, 2005. Vol. 2. № 5. P. 42.
7. McVeigh E. Measuring mechanical function in the failing heart // J. Electrocardiol, 2006. Vol. 39. P. 24-27.
8. Effect of pacemaker site on cardiac output and ventricular activation in dogs with complete heart block / J.W.Lister, D.H.Klotz, S.L.Jo-main, J.H.Stuckey, B.F.Hoffman//Am. J. Cardiol, 1964. Vol. 14. P. 494-503.
9. Park R.C., Little W.C., O'Rourke RA. Effect of alteration of left ventricular activation sequence on the left ventricular end-systolic pres-sure-volume relation in closed-chest dogs // Circ. Res, 1985. Vol. 57. P. 706-717.
10. Burkhoff D, Oikawa R.Y., Sagawa K. Influence of pacing site on left ventricular contraction // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol, 1986. Vol. 251. P. 428-435.
11. Rosenqvist M., Bergfeldt L, Haga Y, Ryden L., Owall A. The effect of ventricular activation sequence on cardiac performance during pacing // PACE. 1996. Vol. 19. P. 1279-1287.
12. Left ventricular septal and apex pacing for optimal pump function in canine hearts /M.Pes-
char, H. de Swart, K.J.Michels, R.S.Reneman, F.W. Prinzen // J. Am. Coll. Cardiol, 2003. Vol. 41. No. 7. P. 1218-1226.
13. Prinzen F.W., Peschar M. Relation Between the Pacing Induced Sequence of Activation and Left Ventricular Pump Function in Animals // PACE, 2002. Vol. 25. P. 484-498.
14. Gilmore J.P., Sarnoff S.J., Mitchell J.H. Syn-chronicity of ventricular contraction: Observations comparing haemodynamic effects of atrial and ventricular pacing // Br. Heart. J., 1963. Vol. 25. P. 299-307.
15. Grover M., Glantz SA. Endocardial pacing site affects left ventricular end-diastolic volume and performance in the intact anesthetized dog // Circ. Res. 1983. Vol. 53. P. 72-85.
16. Redistribution of myocardial fiber strain and blood flow by asynchronous activation/ F.W.Pri-nzen, C.H.Augustijn, T.Arts, M.A.Allessie, R.S.Reneman // Am. J. Physiol, 1990. Vol. 259. P. 300-308.
17. Gassis SA, DeLurgio D.B., Leon A.R. Progress in Cardiovascular Disease: Technical Considerations in Cardiac Resynchronization Therapy // Progr. Cardiovasc. Dis., 2006. Vol. 48. No. 4. P. 239-255.
18. Boerth R.C., Covell J.W. Mechanical performance and efficiency of the left ventricle during ventricular stimulation // Am. J. Physiol., 1971. Vol. 221.1686-1691.
19. Heyndrickx G.R., Vilane J.-P., Khight D.R., Vatner S.F. Effects of altered site of electrical activation on myocardial performance during inotropic stimulation // Circulation. 1985. Vol. 71. No. 5. P. 1010-1016.
20. Zile M.R., Blaustein A.S., Shimizu G., Gaasch W.H. Right ventricular pacing reduces the rate of left ventricular relaxation and filling // J. Am. Coll. Cardiol. 1987. Vol. 10. P. 702-709.
21. Effects of multisite ventricular pacing on cardiac function in normal dogs and dogs with heart failure/L.Fei, D.Wrobleski, W.Groh, A.Vet-ter, E.G.Duffin, D.P. Zipes // J. Cardiovasc. Electrophysiol. 1999. Vol. 10. P. 935-946.
22. Ashikaga H., Omens J.H., Ingels N.B. Transmural mechanics at left ventricular epicardial pacing site // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol, 2004. Vol. 286. P. 2401-2407.
23. Truex R.C., Copenhaver W.M. Histology of the moderator band in man and other mammals with special reference to the conduction system // Am. J. Ana. 1947. Vol. 80. P. 173-200.
24. Hoffman B.F., Cranefield P.F., Stuckley J.H. Direct measurement of conduction velocity in situ specialized conduction system of mammalian heart // Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 1959. Vol. 102. P. 55-57.
25. Henning R.J., Levy M.N. Effects of autonomic nerve stimulation, asynchrony, and load on dP/dt max and on dP/dt min // Am. J. Physiol. 1991. Vol. 260. P. 1290-1298.
26. Left Ventricular Mechanics During Right Ventricular Apical or Left Ventricular-Based Pacing in Patients With Chronic Atrial Fibrillation After Atrioventricular Junction Ablation/
E.N.Simantirakis, K.E.Vardakis, G.E.Kochia-dakis, E.G.Manios, N.E.Igoumenidis // J. Am. Coll. Cardiol. 2004. Vol. 43. P. 1013-1018.
27. Spragg D., Kass D.A. Pathobiology of left ventricular dyssynchrony and resynchronization // Progress in Cardiovascular Diseases, 2006. Vol. 49. No. 1. P. 26-41.
28. Lew W.Y., Rasmussen C.M. Influence of nonuniformity on rate of left ventricular pressure fall in the dog // Am. J. Physiol, 1989. Vol. 256. P. 222-232.
29. Solovyova O., Vikulova N, Katsnelson L.B., Markhasin V.S. Mechanical interaction of heterogeneous cardiac muscle segments in silico: effects on Ca2+ handling and action potential // Intern. J. Bifurcation Chaos. 2003. Vol. 13. P. 3757-3782.
30. Brutsaert D.L., Sys S.U. Relaxation and diastole of the heart // Physiol. Rev., 1989. Vol. 69. P. 1228-1301.
Статья поступила в редакцию 25.10.2010.
