CC BY
21
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАТОГЕНЕТИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ ВНЕЗАПНОЙ СМЕРТИ ПРИ ЛЕЧЕНИИ БОЛЬНЫХ БЛОКАТОРАМИ НАТРИЕВЫХ КАНАЛОВ
Мороз В.М., Липницкий Т.Н.
Винницкий национальный медицинский университет, Украина
Резюме
Минимальную аритмогенную дозу 1,5% раствора хлорида калия (15 мг/кг) вводили крысам внутривенно в течение 2 с. Гипополяризационные аритмии сердца регистрировались в течение 3-10 с и сменялись регулярным синусовым ритмом. Животным опытных групп минимальную аритмогенную дозу хлорида калия вводили через 5 мин после внутривенной инфузии 1% раствора новокаинамида (20мг/кг) или 0,25% раствора этацизина (4мг/кг). У всех 20 крыс после введения блокаторов натриевых каналов и последующего болюсного введения хлорида калия была зарегистрирована кардиоплегия, а у половины животных (40% и 60% соответственно) наступила остановка сердца и смерть. Таким образом, у больных ИБС при лечении блокаторами натриевых каналов в патогенезе внезапной смерти может иметь решающее значение гипополяризация мембран вследствие дисфункции Ыа+/К+-АТФазы, низкой цитозольной концентрации ионов К+ и уменьшения их выхода из клеток в конечную фазу реполяризации.
Ключевые слова: внезапная смерть, аритмии сердца, гипополяризация мембран, гиперкалиемия, аритмогенные эффекты антиаритмических препаратов.
Несмотря на впечатляющие достижения экспериментальной и клинической кардиологии, проблема внезапной аритмической смерти все ещё далека от окончательного решения в связи с чрезвычайной сложностью её патофизиологических механизмов. Внедрение в клиническую практику катетерной абляции субстрата аритмий и имплантации кардиовекто-ров- дефибрилляторов не могут разрешить проблему внезапной смерти у подавляющего большинства многочисленных больных ИБС, особенно перенесших инфаркт миокарда, даже без учета их высокой стоимости и определенного хирургического риска [1-3].
Способны ли современные антиаритмические препараты (ААП) снизить частоту внезапной смерти у больных с желудочковыми аритмиями сердца (АС)? Для решения этой проблемы в 1987 г стартовало крупное рандомизированное исследование CAST (Cardiac Arrhythmia Supression Trial), продолжительность которого была запланирована на 3 года. Однако уже через 18 месяцев исследование было прекращено из-за гуманных соображений. Оказалось, что общая смертность в группе пациентов, перенесших инфаркт миокарда и лечившихся флекаинидом и элкаинидом, была в 2,5 раза, а частота внезапной аритмической смерти в 3,64 раза выше по сравнению с аналогичной группой больных, принимавших плацебо. Удивительным было то, что смертность значительно возросла, несмотря на эффективное устранение желудочковых экстрасистол. Непредвиденные результаты CAST-I вызвали огромный резонанс, что стало поводом для разделения истории аритмологии на до-CAST и пост-
CAST эры [4-6]. Совершенно очевидно, что основной причиной негативных эффектов элкаинида и флека-инида, блокирующих натриевые каналы, были арит-могенные осложнения, патофизиологическая основа которых до настоящего времени не до конца раскрыта [7].
Цель работы состояла в экспериментальном исследовании гипополяризационных АС при применении блокаторов натриевых каналов и последующего внутривенного болюсного введения минимальных аритмогенных доз хлорида калия. В качестве критерия степени гипополяризации мембран кардиомио-цитов использовано определение частоты и продолжительности калий-индуцированных АС.
Материал и методы
Исследования выполнены на 35 беспородных белых крысах обоего пола весом 160-200 г. Под нембута-ловым наркозом (35 мг/кг внутрибрюшинно) животных фиксировали и регистрировали ЭКГ во втором отведении от конечностей. Все животные были разделены на 4 группы. В 1-ю (контрольную) группу включены 5 крыс, которым в бедренную вену вводили 0,2 мл физиологического раствора в течение 2 с. Регистрация ЭКГ производилась в момент введения раствора и последующие 30 с. Крысам 2-й группы (10 животных) внутривенно вводили 1,5% раствор хлорида калия в ранее установленной минимальной аритмо-генной дозе (20 мг/кг) в течение 2 с, непрерывно регистрируя ЭКГ до нормализации синусового ритма. Минимальная аритмогенная доза хлорида калия оп-
Таблица
Результаты исследования калий-индуцированных аритмий сердца у крыс и их течение после предварительного
внутривенного введения новокаинамида и этацизина (п, %)
№ Препараты Нарушения ритма сердца
гр и дозы n АВ-I-II степени АВ- III степени Внутри-желуд. блокады Желудоч. ЭА Кардио-плегия Выжило
1 Контрольная группа 5 - - - - - 5 (100%)
2 KCl 1,5% р-р, 20 мг/кг 10 10 (100%) 2 (20±5%) 10 (100%) 6 (60±8%) 1 (10±2%) 10 (100%)
3 Новокаинамид 1%, 20 мг/кг и KCl 1,5%, 20мг/кг 10 10 (100%) 10** (100%) 10 (100%) 9* (90±10%) 10** (100%) 6** (60±8%)
4 Этацизин 0,25%, 4 мг/кг KCl 1,5%, 20мг/кг 10 10 (100%) 10** (100%) 10 (100%) 6 (60±8%) 10** (100%) 4** (40±7%)
Обозначения: АВ-1-11 - атриовентрикулярные блокады 1-11 степени; АВ-111 - атриовентрикулярные блокады III ст.; желудоч.ЭА -желудочковая экстрасистолическая аритмия; *- р< 0,05 в сравнении с 2-й группой; **- р<0,01 в сравнении с 2-й группой.
ределялась эмпирически путем постепенного увеличения объема 1,5% раствора хлорида калия, вводимого в бедренную вену в течение 2 с. Подбирался объем раствора, при котором нарушения ритма и проводимости регистрировались в течение 3-10 с. Интервал времени между внутривенными введениями хлорида калия одной крысе был не менее 15 мин и не более двух раз.
Животным 3-й группы (10 крыс) внутривенно вводили 1% раствор новокаинамида в дозе 20 мг/кг, а через 5 мин — 1,5% раствор хлорида калия в минимальной аритмогенной дозе. ЭКГ регистрировали до нормализации синусового ритма или гибели животного. Крысам 4-й группы (10 крыс) за 5 мин до введения хлорида калия производилась инфузия 0,25% раствора этацизина в дозе 4 мг/кг.
Статистическая обработка количественных показателей произведена по методу вариационной статистики с использованием коэффициента Стъюдента.
Результаты и обсуждение
Возникновение аритмогенных эффектов при ги-перкалиемии зависит от дозы препарата, его концентрации в растворе и скорости введения. У животных контрольной группы введение в вену физиологического раствора в таком объеме как крысам 2-4-й групп и с такой же скоростью не привело к появлению изменений ЭКГ. У всех крыс 2-й группы после болюс-ного введения минимальной аритмогенной дозы раствора хлорида калия на ЭКГ зарегистрированы атриовентрикулярные (АВ) и внутрижелудочковые блокады различных степеней и немногочисленные желудочковые экстрасистолы (табл.). Продолжительность нарушений ритма не превышала 10 с. Совершенно очевидно, что в патогенетическом механизме нарушений ритма сердца основную роль сыграла ги-пополяризация клеточных мембран, кратковременность которой определялась минимальной аритмо-генной дозой хлорида калия.
У животных 3-й группы, которым предварительно вводился 1% раствор новокаинамида, течение калий-индуцированных АС совершенно изменилось: через 3-4 с после введения хлорида калия зарегистрированы внутрижелудочковые и атриовентрикулярные (АВ) блокады и возникала кардиоплегия, которая продолжалась 1-3 мин. Затем появлялись редкие желудочковые комплексы идиовентрикулярного ритма, многочисленные экстрасистолы и короткие эпизоды пароксизмальной тахикардии. В течение 2-2,5 мин частота ритма у 6-ти крыс увеличивалась и идиовент-рикулярный ритм трансформировался в регулярную синусовую брадикардию. У 4-х крыс идиовентрику-лярный ритм прогрессивно замедлялся, дыхание прекращалось, и животные погибали. У животных 4-й группы после предварительного введения этацизина наблюдались такие же изменения ЭКГ. Смерть наступила у 6-ти крыс.
В качестве примера приводим ЭКГ крысы, у которой после внутривенной инфузии этацизина и последующего болюсного введения минимальной аритмо-генной дозы хлорида калия зарегистрированы карди-оплегия и гипополяризационные АС. Интересно, что необычно частая экстрасистолическая аритмия внезапно прекратилась после внутривенного введения 5% раствора сернокислой магнезии.
Следует отметить, что дозы новокаинамида и эта-цизина были завышены, поскольку возникновение аритмогенных осложнений зависит от концентрации ионов К+ в межклеточной жидкости и от дозы антиаритмического препарата. В отличие от клинических условий, при которых экстрацеллюлярную концентрацию ионов К+ у больных ИБС определить невозможно, в эксперименте аритмогенная доза калия была стабильной. Поэтому доза блокаторов натриевых каналов была избрана достаточно высокой, но не аритмогенной, т. е. в дополнительных исследованиях АС не были зарегистрированы в течение 45 мин после их внутривенного введения.
Анализ результатов проведенных исследований и изменения ЭКГ позволяют выделить четыре степени ги-пополяризации мембран кардиомиоцитов. К 1-й степени гипополяризации отнесены случаи, при которых после внутривенного введения минимальной дозы хлорида калия за 2 с у животных регистрируется замедление АВ- и внутрижелуд очко вой проводимости без нарушения ритма сердца; ко 2-й степени — те же изменения более выражены и появляются эктопические АС (экстрасистолические аритмии, пароксиз-мальные тахикардии и другие нарушения ритма). При 3-й степени гипополяризации у животных регистрируется кратковременная кардиоплегия, при которой при сохранении зубцов Р отсутствуют желудочковые комплексы. После возобновления комплексов QRS у животных появляется эктопическая пейсме-керная активность, что на ЭКГ проявляется единичными или групповыми экстрасистолами, короткими эпизодами трепетания или фибрилляции желудочков. Продолжительность кардиоплегии у разных крыс была от 2 с до 2-3 мин. При 4-й степени гипополяризации мембран возникает остановка сердца и гибель животных.
Известно, что одним из патогенетических механизмов АС при ИБС является повышение содержания ионов К+ в межклеточной жидкости и снижение его цитозольной концентрации. Установлено, что утечка лишь 1% ионов К+ из клетки повышает его содержание в межклеточной жидкости в 2 раза [7]. Совершенно очевидно, что при этом нарушается дальнейший выход ионов К+ из клеток, определенная часть положительно заряженных ионов задерживается в цитозоле, снижая уровень отрицательного заряда к концу фазы реполяризации, что ведет к уменьшению отрицательного значения потенциала покоя. Если у неповрежденных кардиомиоцитов потенциал покоя равен -90 —95 мВ, то снижение его до -60 мВ способствует активации потенциал-зависимых натриевых каналов и появлению внеочередных сокращений сердца. При более низких отрицательных значениях потенциала покоя (-30 —35 мВ) натриевые каналы инактивируются, натриевый ток сменяется медленным кальциевым током, способствуя замедлению проводимости и образованию эктопических очагов аритмогенеза по механизму re-entry [8-10]. Дальнейшее снижение негативности потенциала покоя приводит к инактивации как натриевых, так и кальциевых каналов. Возникает кратковременная кардиоплегия, продолжительность которой зависит от внеклеточной концентрации ионов К+. В кардиохи-рургических клиниках дозированная гиперкалиемия
используется для кратковременной остановки сердца. Мы полагаем, что гипополяризация мембран при острых коронарных синдромах может быть причиной внезапной смерти больных и без применения каких-либо лекарственных средств.
По-видимому, при внутривенном введении животным новокаинамида и этацизина снижается цито-зольная концентрация ионов №+, нарушается функция Ка+/К+-АТФазы и в клетку поступает недостаточное количество ионов К+. При этом возникает компенсаторная активация кальциевых каналов. Следовательно, в конечную фазу реполяризации (в фазу 3) из клеток уходит в межклеточную жидкость сравнительно мало ионов К+, что вызывает уменьшение негативности мембранного потенциала покоя. В зависимости от степени гипополяризации мембран возникает либо патологическая активация натриевых или кальциевых каналов, либо кардиоплегия, продолжительность которой зависит от степени гипопо-ляризации мембран [8,9].
Не претендуя на высокую точность определения степени гипополяризации мембран, отметим, что прижизненная регистрация гипополяризационных АС без вскрытия грудной клетки открывает новые возможности в изучении патогенеза внезапной смерти больных ИБС при лечении блокаторами натриевых каналов и другими фармакологическими средствами. Методика исследования гипополяризацион-ных АС может быть также использована для изучения патогенеза аритмогенных эффектов антиаритмических препаратов.
Выводы
1. Блокада натриевых каналов новокаинамидом и этацизином увеличивает степень гипополяризации мембран кардиомиоцитов, вследствие чего при введении минимальных аритмогенных доз хлорида калия возникают гипополяризационные нарушения ритма, кардиоплегия и гибель 50±8 % животных (р< 0,05).
2. При восстановлении ритма сердца после периода кардиоплегии у животных регистрируются гипо-поляризационные аритмии сердца (экстрасистолия, АВ- и внутрижелудочковые блокады, короткие эпизоды трепетания или фибрилляции желудочков), частота и продолжительность которых зависит от дозы блокаторов натриевых каналов.
3. Результаты проведенных экспериментов позволяют предположить, что у больных ИБС при лечении аритмий сердца блокаторами натриевых каналов в патогенезе внезапной смерти могут иметь решающее значение гипополяризационные нарушения ритма.
Литература
1. Сулимов В.А. «Сицилианский гамбит»: патофизиологический подход к медикаментозной антиаритмической терапии // Тер. архив.- 1999.- № 8.- С. 67-74.
2. Kastor J.A. (2000) Arrhythmias .W. Saunders Company, Philadelphia, 477 p.
3. Дядык А.И., Багрий А.Э., Приколота О.А. и др. Патогенез желудочковых нарушений ритма при остром инфаркте миокарда// Укр. медичн. часопис. - 2002.- № 3 (29).- С. 92-97.
4. Ягельський А. Запобтання раптово! смертк еволющя шдходав (Коментар)// Медицина свггу - 1999.- Т.4, ч.1.- С. 10-14.
5. The Cardiac Arrhythmia Suppression Trial (CAST) Investigators. Effect of encainide and flecainide on mortality in a randomized trial of arrhythmia suppression after myocardial infarction // New Engl. J. Med. - 1989. - Vol. 321. - P. 406-412.
6. The Cardiac Arrhythmia Suppression Trial II (CAST) Investigators. Effect of antiarrhythmic agent moricizine on survival after myocar-
dial infarction // Ibid. - 1992. - Vol. 327. - P. 227-233.
7. Ольбинская Л.И., Литвицкий П.Ф. Коронарная и миокарди-альная не достаточность. М.: «Медицина».-1986.- 266 с.
8. Гоффман Б., Крейнфилд П. Электрофизиология сердца. Пер. с англ. М.: Издательство иностранной литературы. — 1962.381 с.
9. Карагезиан Х.С., Мандел В.Дж. Электрофизиологические механизмы ишемических нарушений ритма желудочков: корреляция экспериментальных и клинических данных. В кн. Аритмии сердца. Механизмы, диагностика, лечение / Под ред. В.Дж.Мандела. В 3-х т. Пер. с англ. М.: «Медицина».- 1996.- Т. 1. - С. 263-303.
10. Суравиц Б. Связь между аномалиями электролитного состава и аритмией. В кн. Аритмии сердца. Механизмы, диагностика, лечение/ Под ред. В.Дж.Мандела. В 3-х т. Пер. с англ. М.: «Медицина».- 1996.- Т. 1. - С. 156-189.
Abstract
In laboratory rats, a minimal arrhythmogenic dose of 1,5% KCl solution (15 mg/kg) was injected intravenously in 2 seconds. Hypopolarization arrhythmias were registered in 3-10 seconds, followed by regular sinus rhythm. In experimental groups, the animals received a minimal arrhythmogenic dose of KCl in 5 minutes after intravenous infusion of 1% novo-cainamidum (20 mg/kg) or 0,25% ethacyzin (4 mg/kg). In all 20 rats, Na+ cannel blocker and KCl bolus administration resulted in cardioplegy; in every second animal, asystolia and death were registered (40% and 60%, respectively). Therefore, in coronary heart disease patients, receiving Na+ channel blockers, sudden death pathogenesis might be influenced by membrane hyperpolarization, due to Na+/K+-ATPase dysfunction, low cytosol concentration of K+ ions, and their decreased flow from the cells in final repolarization phase.
Keywords: Sudden death, cardiac arrhythmias, membrane hyperpolarization, hyperkaliemia, arrhythmogenic effects of antiarrhythmics.
Поступила 20/12-2005
