Сердечная недостаточность является завершающим этапом развития дисфункции сердца. Неблагоприятный для пациентов с сердечной недостаточностью прогноз связан, в частности, с повышенным риском развития летальных желудочковых аритмий и внезапной сердечной смерти. В основе аритмогенеза лежат изменения реполяризации миокарда [1, 6]. Правожелудочковая сердечная недостаточность развивается при прогрессирующем течении легочной артериальной гипертензии. Имеющиеся данные об электрическом ремоделировании миокарда при легочной гипертензии и правожелудочковой сердечной недостаточности получены на изолированных кардиомиоцитах и изолированном сердце [2, 3, 7, 9]. Электрофизиология сердца в условиях in situ при правожелудочковой сердечной недостаточности не изучена. Наиболее часто используемой экспериментальной моделью правожелудочковой сердечной недостаточности является монокроталиновая модель. Процессы, наблюдаемые в организме животных при введении монокроталина, аналогичны таковым у человека при развитии лёгочной артериальной гипертензии вследствие дисфункции легочных артерий с последующим развитием правожелудочковой сердечной недостаточности [5, 8].
Цель исследования – изучить в условиях in situ изменения реполяризации миокарда желудочков при правожелудочковой сердечной недостаточности, вызванной монокроталином.
Материалы и методы исследования
Для моделирования правожелудочковой сердечной недостаточности самкам крыс линии Вистар (n=24, масса тела 206±12 г) однократно внутрибрюшинно вводили монокроталин в дозе 60 мг/кг. Электрофизиологические и гемодинамические измерения проводили через 4-6 недель после инъекции. Крыс наркотизировали золетилом (Zoletil® 100, Virbac S.A., Франция) и ксилазином (Xyla, Interchemie, Нидерланды) из расчета 1 мл/кг и 0.5 мг/кг (внутримышечно) соответственно, переводили на искусственную вентиляцию легких, вскрывали грудную клетку путем срединной торакотомии, удаляли перикард.
Униполярные эпикардиальные электрограммы желудочков регистрировали синхронно с помощью компьютеризированной электрокардиотопографической системы, используя 64-электродную матрицу (межэлектродное расстояние 0.5 мм), последовательно накладываемую в течение минуты на основание левого желудочка, верхушку левого желудочка, верхушку правого желудочка и основание правого желудочка. Интервалы активация-восстановление (ИАВ) определяли для каждой электрограммы как интервал между моментом локальной деполяризации и моментом локальной реполяризации. Дисперсию ИАВ (разность между самым длительным и самым коротким ИАВ) использовали как показатель гетерогенности реполяризации.
Сердечный выброс измеряли как объемный кровоток в восходящей аорте с помощью флоуметрического датчика (2PSB2252; Transonic Systems, США), подсоединенного к модулю (Type 700; Hugo Sachs Elektronik, Германия; Transonic Systems) регистрирующей системы (Hugo Sachs Elektronik–Harvard Apparatus, Германия). Для измерения внутрижелудочкового давления, dP/dtmax (сократимость миокарда) и dP/dtmin (лузитропные свойства миокарда) катетеры с внутренним диаметром 0,6 мм вводили в полость желудочков сердца через их свободную стенку и соединяли с датчиками давления (SP844; MEMSCAP, Франция). Внутрижелудочковое давление регистрировали с помощью системы Prucka Mac-Lab 2000 (GE Medical System GmbH, Германия).
Предрасположенность к желудочковым аритмиям оценивали по дозе аконитина, необходимой для возникновения устойчивой (3 с) желудочковой тахикардии. Аконитин (10 мкг/мл) непрерывно вводили (0,2 мл/мин) в кровоток с помощью программируемого насоса (SN-50C6; Sino Medical-Device Technology Co., Ltd, Китай), одновременно регистрируя ЭКГ в отведениях от конечностей. Дозу аконитина (мкг/кг) рассчитывали по формуле: 10 мкг/мл /0.2 мл/мин время, необходимое для возникновения аритмии (мин) / масса тела (кг).
По окончании эксперимента сердце вырезали и фиксировали в формалине для последующего изготовления гистологических препаратов желудочков сердца с окраской гематоксилин-эозином и по Ван Гизону.
Данные обрабатывали статистически с использованием теста Манна–Уитни (сравнение групп животных) и критерия Вилкоксона (сравнение желудочков сердца). Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение.
Результаты исследования и их обсуждение
Девять из 24 крыс, которым ввели монокроталин, умерли в период 3-6 недель после инъекции и были исключены из анализа. Через 4-6 недель после инъекции монокроталина у крыс наблюдались следующие клинические симптомы: снижение массы тела на 45±30 г (по сравнению с приростом массы тела у контрольных животных на 23±13 г при исходной массе тела 206±22 г, n=27), бледность, цианоз, слабость, одышка. Отношение массы правого желудочка к массе левого желудочка, являющееся индексом гипертрофии правого желудочка, у крыс после инъекции монокроталина (n=15) было в два раза больше по сравнению с контролем (n=27): 0,56±0,08 и 0,27±0,02 соответственно (p<0,05).
Введение монокроталина привело к развитию у крыс систолической и диастолической дисфункции обоих желудочков сердца (табл. 1).
Таблица 1
Гемодинамические параметры у крыс после введения монокроталина
|
Параметр |
Контроль (n=19) |
Монокроталин (n=8) |
|
Сердечный выброс (мл/мин) |
36 ± 10 |
12 ± 2 * |
|
Максимальное систолическое давление в левом желудочке (мм рт. ст.) |
106 ± 16 |
51 ± 11 * |
|
dP/dt max левого желудочка |
3251 ± 1109 |
1222 ± 249 * |
|
dP/dt min левого желудочка |
2670 ± 982 |
807 ± 302 * |
|
Максимальное систолическое давление в правом желудочке (мм рт. ст.) |
27 ± 4 |
26 ± 4 |
|
dP/dt max правого желудочка |
852 ± 247 |
585 ± 140 * |
|
dP/dt min правого желудочка |
623 ± 141 |
478± 43 * |
* p<0.05 по сравнению с контролем.
У крыс, которым вводили монокроталин, ИАВ были трёхкратно увеличены по сравнению с контролем (табл. 2). При этом пролонгация ИАВ в правом желудочке была существенно больше, чем в левом – в 3.8 и 2.3 раза соответственно (p<0.05). Дисперсия ИАВ у крыс, которым вводили монокроталин, была увеличена, а межжелудочковые различия в длительности и дисперсии ИАВ отсутствовали (табл. 2).
Устойчивая желудочковая тахикардия у крыс, которым был введён монокроталин, вызывалась меньшей дозой аконитина по сравнению с контрольными животными (табл. 3).
Таблица 2
Длительность и дисперсия ИАВ у крыс после введения монокроталина
|
Область желудочков |
Контроль (n=19) |
Монокроталин (n=8) |
|
ИАВ (мс) |
||
|
Оба желудочка |
12.7 ± 3.1 |
36.5±15.3 * |
|
Правый желудочек |
10.4 ± 2.2 † |
40.0±30.4 * |
|
Левый желудочек |
14.8 ± 4.3 |
33.6±18.1 * |
|
Дисперсия ИАВ (мс) |
||
|
Оба желудочка |
15.6±4.2 |
48.0±28.0 * |
|
Правый желудочек |
9.1 ± 3.8 † |
19.3±4.8 * |
|
Левый желудочек |
12.1 ± 4.4 |
26.9±11.2 * |
* p<0.05 по сравнению с контролем, † p<0.05 по сравнению с левым желудочком.
Таблица 3
Доза аконитина, вызывающая устойчивую желудочковую тахикардию у крыс после введения монокроталина.
|
Группа |
Доза аконитина (мкг/кг) |
|
Контроль (n=8) |
74 ± 9 |
|
Монокроталин (n=7) |
50 ± 14 * |
* p<0.05 по сравнению с контролем.
При гистологическом исследовании в миокарде желудочков крыс, которым вводили монокроталин, выявлены фиброз, гипертрофия и извитость кардиомиоцитов, паретическое расширение сосудов, кровоизлияния, интерстициальный отёк, воспаление.
Экспериментальное исследование было проведено с целью оценки в условиях in situ ремоделирования реполяризации миокарда желудочков при правожелудочковой сердечной недостаточности, смоделированной у крыс посредством однократной инъекции монокроталина. Данная экспериментальная модель правожелудочковой сердечной недостаточности адекватно отражает развитие сердечной недостаточности у пациентов с лёгочной артериальной гипертензией вследствие дисфункции легочных артерий [5, 8]. Гистологические изменения в миокарде, клинические симптомы и значительные нарушения гемодинамики, наблюдавшиеся в нашей работе у крыс, которым вводили монокроталин, свидетельствовали о развитии правожелудочковой сердечной недостаточности на фоне гипертрофии правого желудочка.
Пролонгация реполяризации, выявленная у крыс с сердечной недостаточностью в нашем исследовании, согласуется с пролонгацией потенциалов действия [2, 3, 7], изменениями в трансмембранном транспорте кальция [7] и ремоделированием калиевых каналов [2, 7] при гипертрофии правого желудочка, вызванной монокроталином. Пролонгация реполяризации была неоднородной и более выражена в правом желудочке, что не противоречит неоднородному удлинению потенциалов действия у крыс с гипертрофией правого желудочка, вызванной монокроталином [2], и согласуется с региональными различиями в изменении ионных токов в кардиомиоцитах желудочков при развитии гипертрофии миокарда [4, 10]. Следствием неоднородной пролонгации реполяризации было увеличение гетерогенности реполяризации миокарда желудочков, что согласуется с увеличением дисперсии потенциалов действия у крыс с легочной гипертензией и сердечной недостаточностью, вызванными монокроталином [2, 3, 9], а также уменьшение межжелудочковых различий в длительности и гетерогенности реполяризации. Обнаруженные нами электрофизиологические изменения в миокарде желудочков крыс с сердечной недостаточностью сопровождались снижением устойчивости сердца к аритмогенезу в отношении развития фатальных желудочковых аритмий, потенциально связанных с внезапной сердечной смертью.
Заключение
Электрофизиологическое ремоделирование желудочков сердца при развитии правожелудочковой сердечной недостаточности, вызванной монокроталином, характеризуется увеличением гетерогенности реполяризации миокарда желудочков вследствие неоднородной пролонгации реполяризации, что повышает электрическую нестабильность желудочков сердца и уязвимость сердца к развитию фатальных желудочковых аритмий, потенциально связанных с внезапной сердечной смертью.