В современной патофизиологической теории возникновения риска развития и прогрессирования атеросклеротического повреждения коронарных артерий, которые приводят к возникновению ИБС с ее осложнениями, относят: молекулярно-генетические маркеры возникновения и прогрессирования атеросклероза [1, 4, 5, 10-16]; эндотелиальная дисфункция, которая проявляется воспалением, повышением тромбогенности, увеличением локальной экспрессии матриксных металлопротеиназ, что повышает уязвимость атеросклеротической бляшки, приводя к ее повреждению или разрыву, провоцируя образование внутрикоронарного тромба и, как следствие ишемии, приводит к клинической манифестации ОКС [11, 12]; иммуновоспалительные изменения прослеживаются с самых ранних стадий развития атеросклеротического поражения стенки сосуда до момента дестабилизации и повреждения атеросклеротической бляшки [7, 14, 15]; неоваскулогенез, который с одной стороны способствует компенсации ишемии в органе, а с другой способствует прогрессированию атеросклеротических бляшек и является ключевым фактором, приводящим к дестабилизации и разрыву атеросклеротической бляшки [1-16].
Патофизиологические изменения при ИМ сопровождаются, в зависимости от площади поражения, более или менее значительным снижением сократительной функции миокарда в зоне некроза и повреждения. Это явление проявляется в виде гипокинезии, акинезии и дискинезии – парадоксальным выбуханием участка миокарда в момент систолы. В менее пораженных областях наблюдается диссинхрония – замедление процесса сокращения по сравнению с неповрежденным миокардом. В то же время функция последнего компенсаторно возрастает за счет механизма Старлинга и повышения катехоламинов в крови. Компенсаторная гиперкинезия обычно постепенно снижается в течении первых двух недель заболевания.
Экспериментальное моделирование острого инфаркта миокарда в сочетании с классическими и современными методами исследования незаменимо в решении проблемы патогенетических механизмов развития данного заболевания и разработки новых способов его лечения. Нами был проведен анализ существующих способов моделирования острого ИМ (фармакологические, термические – воздействие высоких и низких температур, ультразвука, лазера, КВЧ, токсинов, стресса и др.), в результате которого, мы остановились 2 общепринятых методиках. Нам импонировала методика воздействия тока на миокард, которая легка в исполнении и не требует особых технологических затрат. Вторая методика заключалась в хорошо воспроизводимой технике – перевязки коронарной артерии, которая проста в исполнении и полно имитирует ситуацию, возникающую при данной патологии. Помимо прочего, она позволила четко локализовать инфаркт в одной области сердца у всех животных (что невозможно при фармакологическом способе, использовании токсинов, стрессе), приблизительно одинаковой площади, 100 % возникновение процесса и в отличии от физических моделей альтерации (температурным режимом, ультразвуком, высокочастотным током и т.д.) при патогистологическом исследовании обнаруживаются те же изменения, что и при инфаркте миокарда у человека.
Материалы и методы исследования
Экспериментальное исследование проводилось на инбредной линии крыс Вистар-Кайото (№ 30), которые содержались в обычных условиях вивария ГУ «ИНВХ им В.К. Гусака НАМН Украины». Исследования на животных выполнялись при соблюдении международных правил биоэтики, предъявляемые международными организациями и ассоциациями, протокол экспериментального исследования был одобрен локальным этическим комитетом (председатель – проф. А.А. Штутин) и соответствует Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации 2010 г. пересмотра.
Прежде чем приступить к выполнению основной части экспериментального исследования, мы решили исследовать две модели инфаркта миокарда (путем высокочастотной электродеструкции и лигирования коронарного сосуда), а далее использовать наиболее приемлемую для поставленных задач. Моделирование ИМ с помощью высокочастотного электроповреждения проводилось на фоне наркоза. Выполняли торакотомию и высокочастотную электродеструкцию аппаратом ЭХВЧ 120 (по разработанной нами методике).
У всех крыс в первые часы после высокочастотной электродеструкции было зарегистрировано типичная для острого ИМ электрофизиологическая картина повреждения миокарда со значительным подъемом сегмента ST выше изоэлектрической линии, которое значительно отличалось от начальной ЭКГ начальной (то есть в начале эксперимента) (рис. 1, 2). В ранние сроки непосредственно после нанесения повреждения формировался очаг коагуляционного некроза в миокарде. При этом отмечалась коагуляция цитоплазматических белков, отсутствие поперечной пестроты волокон, гемолиз эритроцитов в капиллярах.
На третьи сутки после нанесения повреждения формировался очаг коагуляционного некроза, вокруг которого формировалось демаркационное воспаление с наличием в инфильтрате большого количества нейтрофилов. К концу 1 недели эксперимента наблюдались практически полный лизис некротизированных волокон, разрастание грануляционной ткани, количество нейтрофилов, инфильтрирующих участок некроза, уменьшилось, на смену им приходили лимфоциты и макрофаги.
К концу 2 недели эксперимента в зоне повреждения наблюдалось полное отсутствие нектротизированных волокон, на их месте обнаруживалась молодая соединительная ткань с начальными признаками коллагенизации.
Характерно в эти сроки после нанесения повреждения была и электрофизиологическая динамика. Все вышесказанное свидетельствует об адекватности модели в сроки 2 недель для подострого ИМ с переходом в стадию рубцевания.
Следует отметить, что модель технически проста в выполнении по сравнению с лигированием коронарного сосуда, но имеет ряд недостатков: непосредственное воздействие тока высокой частоты и коагуляция всех капилляров и клеточных структур в зоне повреждения. При данной модели не будет зон оглушенного и гибернирующего миокарда. К тому же следует отметить, что несмотря на одинаковую частоту тока и экспозицию у большого количества животных (более 50 %) получался субэпикардиальный инфаркт, а у других прожигание всей стенки левого желудочка, что приводило к моментальной смерти крысы (около 20 %). Все вышесказанное привело нас к отказу от данной модели острого инфаркта миокарда у крыс. Поэтому в эксперименте мы брали модель ИМ путем лигирования коронарного сосуда.
Смертность в ходе наших экспериментов при моделировании инфаркта миокарда по нашей методике составляла у крыс Вистар 15 %. Главной её причиной являлись ранние ишемические аритмии. Данный результат полностью соответствует данным, приводимым в оригинальной методике Selye H. (Selye H., 1960), при которой смертность составляет 40-60 % по данным различных авторов. Для экспериментов отбирали животных с трансмуральными инфарктами, наличие которых определяли визуально и по наличию зубца и инверсии Т на ЭКГ в I отведении. При этом величина зубца составляла не менее 0,15 мВ.
После моделирования ИМ изучалось ЭКГ, УЗИ сердца в покое и с изопропилнорадреналиновой нагрузкой, показатели оксида азота, эндотелина 1 и VEGF.
Рис. 1. Электрокардиограмма крысы после нанесения электроповреждение
Рис. 2. Формирование некроза (первые сутки после электроповреждения)
Результаты исследования и их обсуждение
Через 1 час после ИМ, концентрация оксида азота возрастает с 0,58 ± 0,03 до 0,86 ± 0,04 мкг/мл, далее, через 6 часов в группе с ИМ содержание NO возрастает до 0,92 ± 0,03 мкг/мл и достигает максимального значения к концу 1 суток и составляет 1,12 ± 0,05 мкг/мл. К 7 суткам после ИМ уровень оксида азота снижается и эта тенденция сохраняется до конца 1 месяца, когда уровень вазодилататора достигал 0,88 ± 0,03 мкг/мл, что гораздо выше нормы. Во все временные сроки после ИМ концентрация оксида азота продолжала снижаться. Через 1 месяц после ИМ уровень NO достигал 0,96 ± 0,05 мкг/мл, тем не менее оставался на более высоком уровне по сравнению с нормой.
При изучении динамики вазоконстриктора эндотелина 1 в группе ИМ, установили 2-х кратное увеличение содержания по сравнению с нормой (10,6 ± 0,7 моль/мл). К концу 7 суток концентрация эндотелина 1 сохранялась на высоком уровне. Максимальный пик 12,9 ± 0,4 моль/мл данный показатель достигал к 1 суткам, а к концу опыта возвращался к норме. При изучении динамики концентрации VEGF, который отражает интенсивность ангиогенеза, установили, что до 6 часов после развития ИМ, данный показатель не отличался от контрольных значений. К 6 часу в группе с ИМ содержание VEGF возрастало до 126,72 ± 24,05 пг/мл и достигало максимального пика к концу 1 суток – 220,45 ± 22,13 пг/мл. К концу месяца VEGF снижался до 89,74 ± 21,38 пг/мл, что не отличается от нормы при t = 0,91; p > 0,05.
Как известно, NO отвечает за эффект релаксирующего фактора, выделяемого эндотелием. В ответ на ишемическое повреждение эндотелия сосудов вырабатывает семейство аминопептидов, к которым относится эндотелин 1. Полагают, что вазодилататорное действие NO направлено против вазоконстрикторного эффекта эндотелинов.
Полагают, что восстановление функции миокарда может быть достигнуто путем увеличения количества сократительных клеточных элементов в миокарде и/или путем повышения функционального резерва кардиомиоцитов реципиента за счет стимуляции в них процессов внутриклеточной регенерации, изменения биомеханических свойств сердечной мышцы, улучшения васкуляризации миокарда.
Из качественных характеристик УЗИ сердца следует отметить: наличие систолического утолщения пораженного сегмента миокарда при ИМ в систолу либо снижено, либо вообще отсутствует. В сроки от 1 месяца отмечается истончение пораженного сегмента миокарда. Истонченный сегмент обладает повышенной эхогенностью по сравнению с прилегающими сегментами вследствие большего количества соединительной ткани. Визуализируется нарушение подвижности стенки: гипокинезия, акинезия или дискинезия, т.е. движение пораженного сегмента в систолу внутрь частично снижено, отсутствует или пародоксально направлено наружу. Сегменты стенки противоположной пораженной при остром инфаркте миокарда, как правило, компенсаторно гиперкинетичны. У ряда животных в группе с ИМ визуализировалась аневризма левого желудочка, в виде выпячивания «молчащей» стенки.
Влияние ИМ на диастолический объем сердца, на прямую отражает изменение основных функций сердца. Следует учитывать, минутный объем сердца, т.е. объем крови, выбрасываемый сердцем в сосудистую сеть в течение одной минуты. Нами был изучено изменение МО при стресс-имитируемой нагрузке с изопропилнорадреналином. Установлено, что у крыс с моделью ИМ существенно снизился по сравнению с нормой с 121,25 ± 2,49 до 65,39 ± 1,12 мл/мин при t = 20,26; p < 0,001. Интересен тот факт, что МО при максимальной нагрузке изопропилнорадреналином, достоверно увеличивался у здоровых животных с 121,25 ± 2,49 до 129,25 ± 3,2 мл/мин при t = 1,97; p < 0,05. В конце опыта МО равнялся начальному показателю, т.е. 1223,25 ± 2,04 (при t = 0,62; p>0,05) и 120,72 ± 2,33 мл/мин (при t = 1,06; p > 0,05). В группе крыс с ИМ без лечения не происходило изменение МО на протяжении всего опыта, исходя из математической зависимости МО = УО*ЧСС/1000, мы видим, что при учащении сердечных сокращений, уменьшался ударный объем сердца.
Выводы
Развитие острого инфаркта миокарда у крыс сопровождается депрессией сегмента ST на ЭКГ, снижением сократительной функции левого желудочка, повышением концентрации эндотелина-1 с 5,2 ± 0,4 до 8,1 ± 0,3 моль/мл к концу 1 суток при р < 0,05, а также содержания в плазме крови VEGF и оксида азота. При ультразвуковом исследовании отмечалось снижение сократительной функции левого желудочка и нарушения кинетики движения миокарда.