Изучение основных свойств сердца при моделировании тахиаритмий у животных Текст научной статьи по специальности «Ветеринарные науки»

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

М.П. Якушев, А.В. Сапожков, А.М. Якушев

Кемеровская государственная медицинская академия,

Кафедра фармакологии

ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ СЕРДЦА ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ТАХИАРИТМИЙ У ЖИВОТНЫХ

Методами электроманометрии, реографии и электрокардиографии исследованы последовательность и степень изменений электрокардиографии, сократимости и кровоснабжения сердца у животных при моделировании тахиаритмий. Изучено четыре группы моделей: аконитиновая, гиперкальцегенные, коронарогенные и нейрогенные. Установлено, что последовательность и степень изменений основных свойств сердца у каждой модели свои. Это необходимо учитывать при проведении скрининга антиарит-миков.

Ключевые слова: модели тахиаритмий, электрокардиография, сократимость, кровоснабжение, сердце, животные.

We studied consecution and degree of changes of electrophysiology, contractility and blood supply of heart in animals by electromanometry, rheography and electrocardiography in modelling of tachyarrhythmias. Four groups of models were studied: aconitinic, hypercalce-genic, coronary and neurogenic. It was revealed that every model has own consecution and degree of changes of heart basic properties. This account must be taken in antiarrhythmics screening.

Key words: tachyarrhythmic models, electrocargiography, contractility, blood supply, heart, animals.

Несмотря на достигнутые успехи в аритмо-логии, потребность клиники в новых анти-аритмиках постоянно возрастает. Успешный поиск потенциальных противоаритмических средств во многом зависит от того, на каких моделях проводится их отбор, по каким критериям оценивается антиаритмическое действие, и в какой степени антиаритмики способны изменять механизмы нарушений ритма сердца [1, 2, 3].

Цель работы — установить последовательность и степень изменений основных параметров электрокардиографии, сократимости и кровоснабжения сердца у животных с различными моделями тахиа-ритмий.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Опыты проводились на крысах (п = 46), кроликах (п = 70) и собаках (п = 13), которым предварительно, под нембуталовым наркозом (40 мг/кг, в/в), воспроизводились различные модели аритмий. Основные параметры ЭКГ, контрактильности и кровоснабжения сердца регистрировали с помощью автоматизированного комплекса [4]. Изучено четыре группы экспериментальных моделей тахиа-ритмий:

а) аконитиновая — блокирующая Na-каналы мембран и изменяющая электрофизиологические свойства сердца [5];

б) гиперкальцегенные — строфантиновая, хлорид бариевая, адреналиновая, хлорид кальциевая — вызывающие гиперкальцигистию и нарушающие электрофизиологические свойства и сократимость кардиомиоцитов [6, 7, 8];

в) коронарогенные — постинфарктная, реперфузи-онная и постишемическая — первично ограничивая кровоснабжение сердца, способствуют развитию эктопического автоматизма и механизма re-entry (возвратного возбуждения) [8, 9];

г) нейрогенные предсердные и желудочковые та-хиаритмии — отражающие автоволновой процесс в сердце с развитием ревербераторов (вихрей), являющихся причиной аритмии [4, 10, 11].

Анализ основных свойств сердца и их последовательность участия в развитии тахиаритмий проводился по следующим показателям. Электрофизиологические свойства оценивали по ЭКГ (процент экстрасистол от ОЧСС, интервалы PQ; QRS; QT, ОТБ). Кровоснабжение оценивали по амплитудно-частотному показателю (АЧП) реограммы сердца, сократимость миокарда — электроманометрическими индексами сократимости и расслабления, общее

с^едициж № 3 2003

в Кузбассе № 3 2003 13

состояние системной гемодинамики — по артериальному давлению в левой сонной артерии. Последовательность развития нарушений сократимости, электрофизиологии и кровоснабжения сердца изучали по сопоставлению времени начала и продолжительности их проявлений при одновременной регистрации. Удельный вес (степень) параметров в развитии тахиаритмий оценивали по максимальному проценту их изменений от исходного уровня, переведенного в условные единицы по шкале 10 % = 1 УЕ. Все болезненные мероприятия проводились с применение анальгетиков.

Статистическая обработка результатов исследования проводилась с использованием пакетов программ «Microsoft Excel», «Microsoft Access», «Биостатистика», включая вычисление критерия t-Стьюдента. Все данные представлены в виде M ± m. Различия считали статистически достоверными при Р < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Аконитиновая модель — 24 опыта. Введение аконитина (40 мкг/кг в/в крысам массой 180220 г) в 92,0 % случаев вызывало, по сравнению с контрольной группой (n = 11), развитие аритмий с последующим нарушением сократимости (10 ± 2 мин) и кровоснабжения (17 ± 1,5 мин) миокарда (табл. 1). Системное артериальное давление максимально снижалось от исходного уровня (-22 ± 5,3 %) к 18-й минуте. У двух крыс синусовый ритм восстановился на 10-й минуте.

Строфантиновая модель — 15 опытов. Из 25 кроликов погибли 13, от фибрилляций и асистолии при в/в введении строфантина в дозе 150 мкг/кг. Электрокардиографические нарушения (процент ЭС от ОЧСС = 87,2 ± 1,3 %), появляющиеся на ранних этапах (Т-5 ± 1 мин) в условиях гипертензии (САД = + 39,4 ± 0,6 %, Т-8 ± 1 мин) и повышенной контрактильности миокарда (dP/dtmax = + 35,0 ± 0,2 %, Т-10,5 ± 0,5 мин), приводили к снижению кровоснабжения сердца (АЧП = - 37,3 ± 0,4 %, Т-14,5 ± 0,5 мин) и его остановке. Последняя, по мнению И.С. Чекмана и сотр. (1994), развивается за счет гиперкальциемии и ее последствий. По аналогичному сценарию, но в более ускоренном темпе, развивались тахиарит-мии при введении адреналина (10 мкг/кг, в/в, n = 14). Смертность животных в этой серии составила 100 %.

Коронарогенные модели. Совершенно иной характер и динамика развития аритмий наблюдались при частичной и полной перевязке коронарной артерии. Для выяснения влияния ишемии миокарда на развитие тахиаритмий сердца моделировали три степени ограничения коронарного кровотока: 1-я степень — порог ишемии миокарда (модель стенокардии) у бодрствующих кроликов, 12 опытов) [12]; 2-я степень — полная окклюзия с восстановлением кровоснабжения, 9 опытов (реперфузионная

Таблица 1

Модели аритмий по длительности их проявления

(M ± m; n = 129)

Вид Форма Начало Длительность

животного аритмии развития аритмии

Аконитиновая (аконитин, 40 мкг/кг в/в, D. Scherf, 1947), n = 24 крыса Смешанная 2,5 ± 0,5 мин 57,4 ± 5,3 мин Хлоридкальциевая (хлорид кальция, 300 мг/кг в/в, M. Malinow et al., 1953), n = 22

крыса ЖТ 2,0 ± 0,8 мин 25,2 ± 0,2 мин

Строфантиновая (0,05 % р-р строфантина-К, 80-150 мкг/кг в/в, Э.М. Аммара, А.Н. Кудрина, 1969), n = 15

кролик ЖТ 5,5 ± 1,2 мин 5,3 ± 0,4 часа

Адреналиновая (0,1 % р-р адреналина, 0,01 мг/кг в/в), n = 14 кролик ЖТ 2,0 ± 1,0 мин 4,5 ± 0,5 мин

Хлоридбариевая (2 % р-р хлорида бария, 4 мг/кг в/в, L. Szekeres, J. Papp, 1971), n = 9

кролик ЖТ, ЖЭС 4,5 ± 0,5 мин 36,8 ± 7,5 мин Постинфарктная (двуступенная перевязка коронарной артерии, A.S. Harris, 1950), n = 13

собака ЖЭС, ЖТ 4,5 ± 0,5 часа 24,5 ± 5,0 часа Постишемическая (окклюзия коронарной артерии, Н.В. Маршутина, 1972), n = 9

кролик ЖТ, ЖЭС 7,4 ± 3,5 часа 16,0 ± 3,0 дня Нейрогенная предсердная тахиаритмия (подшивание диафрагмального нерва к СУ, М.П. Якушев, 1991), n = 11 кролик ПТА 18,7 ± 6,5 часа 3 - 6 мес.

Нейрогенная желудочковая тахиаритмия (подшивание диафрагмального нерва в аритмогенную зону, М.П. Якушев, 1991), n = 12

га6^ жэс, ЖТА 8,5 ± 2,5 часа до 6 мес. кролик

Примечание: ЖТ - желудочковая тахикардия,

ЖЭС - желудочковая экстрасистолия; ПТА - предсердная

тахиаритмия, ЖТА - желудочковая тахиаритмия,

ЖФ - желудочковые фибрилляции, СУ - синусовый узел,

АЗ ПЖ - аритмогенная зона правого желудочка_

модель аритмии); 3-я степень — перевязка левой венечной артерии, 13 опытов (модель инфаркта миокарда).

В 1-й серии транзиторная ишемия миокарда у бодрствующих животных вызвала политопные желудочковые аритмии у 8 кроликов, которые исчезали при восстановлении венечного кровотока. Один кролик погиб от асистолии при высокой полной кратковременной окклюзии на 2-й день опыта. Очевидно, это связано с истощением коронарного резерва сердца. В 3-х экспериментах, через 25 минут ишемии, развился инфаркт миокарда, подтвержденный ЭКГ. Во 2-й серии реперфузионные аритмии, воспроизводимые в течение 3-х часов, привели к гибели пяти животных из девяти. Постинфарктные нарушения ритма сердца (3-я серия) регистрировались через 4-6 часов и длились до 24 часов (табл. 1). У 2-х собак высокая перевязка коронарной артерии привела к летальному исходу на операционном столе.

Таким образом, результаты опытов по транзи-торной модели показали, что в развитии аритмии

14 № 3 2003 ^fe

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

существенное значение имеют функциональный резерв коронарного кровотока и степень ограничения коронарного кровотока. Полученные данные необходимо учитывать при выборе модели аритмии и оценке противоишемического и антиаритмического эффектов. Длительность постишемических аритмий сохранялась 16,0 ± 3,0 дня. На 2-4-й день к желудочковой тахикардии присоединялись разной степени атриовентрикулярные блокады, носящие временный характер. Нарушения коронарного кровотока (АЧП = - 56,6 ± 1,1 %), вызывая изменения электрофизиологических свойств кардиоми-оцитов (процент ЭС = + 78,2 ± 12,3 %), приводили к снижению их сократительной способности (аР/а1тзх = - 66,3 ± 5,4 %).

Результаты изучения коронарогенных аритмий показывают, что ишемия, моделируемая ограничением коронарного кровотока, первично изменяя кровоснабжение миокарда и энергетические процессы в кардиомиоцитах, приводит к вторичным нарушениям ритма сердца и его сократимости.

Нейрогенные модели. Для исключения участия ишемии миокарда, нами была разработана нейро-

генная модель аритмии (А.С. 1665402 СССР МКИ А1 С 09 В 23/29), при которой, с помощью подшивания диафрагмального нерва к сердцу, моделировались длительно функционирующие дифференцированные (предсердные или желудочковые) тахиаритмии, развивающиеся, вероятно, по автоволновому механизму с образованием вихрей. Однако для уточнения конкретного механизма данных аритмий требуются специальные биофизические электрофизиологические исследования сердца, что является предметом наших дальнейших разработок.

Анализ изменений свойств сердца при нейро-генных предсердных и желудочковых тахиаритми-ях показывает, что максимальные нарушения электрофизиологических свойств, сократимости и кровоснабжения сердца были в первые 2-4 дня, которые затем, стабилизируясь ниже исходного уровня, сохранялись на протяжении 6 месяцев (табл. 1 и 2). У 3-х кроликов аритмия продолжалась до 1 года.

Данные таблицы 3 показывают, что изменения основных свойств сердца по степени выраженности

Таблица 2

Изменения основных свойств сердца у животных при различных моделях тахиаритмий

(в % от исходного уровня, М ± т, Р < 0,05)

Показатели электрокардиограммы, электроманометрии, реографии САД ОЧСС % ЭС Р^ QRS Q-T ИВ АЧП

Аконитиновая модель, п = 24, крысы, 1:тах - 20 мин

126,0 ± 4,2 325,4 ± 8,4 0 43,1 ± 3,6 18,5 ± 3,0 83,2 ± 1,2 114,7 ± 2,8 7,9 ± 0,6

-22,2 ± 1,3 +71,0 ± 2,8 +76,3 ± 2,5 -32,4 ± 1,6 -19,5 ± 2,3 -42,3 ± 3,4 -37,2 ± 1,5 -21,5 ± 2,2

УЕ = -2,2 +7,1 +7,6 -3,2 -1,9 -4,2 -3,7 -2,2

Строфантиновая модель, п = 15, кролики, 1:тах - 5 ч

115,4 ± 4,1 265,7 ± 6,9 0 62,1 ± 4,3 35,4 ± 2,5 136,6 ± 4 114,5 ± 6,3 7,4 ± 0,5

+29,2 ± 1,5 +76,3 ± 4,7 +75,2 ± 4,8 -28,4 ± 3,6 -34,5 ± 2,2 -33,3 ± 1,1 +26,2 ± 0,8 -28,4 ± 1,6

УЕ = +2,9 +7,6 +7,5 -2,8 -3,5 -3,3 +2,6 -2,8

Адреналиновая модель, п = 14, кролики, 1:тах - 2 ч

115,4 ± 4,1 265,7 ± 6,9 0 62,1 ± 4,3 35,4 ± 2,5 136,6 ± 4 114,5 ± 6,3 7,4 ± 0,5

+39,4 ± 0,8 +45,2 ± 1,0 +37,6 ± 1,2 -27,8 ± 1,1 -26,2 ± 1,0 -22,5 ± 0,6 +37,7 ± 0,8 -39,0 ± 0,6

УЕ = +3,9 +4,5 +3,8 -2,8 -2,6 -2,3 +3,8 -3,9

Постинфарктная модель, п = 13, кролики, 1:тах - 12 ч

115,4 ± 4,1 265,7 ± 6,9 0 62,1 ± 4,3 35,4 ± 2,5 136,6 ± 4 114,5 ± 6,3 7,4 ± 0,5

-34,5 ± 1,2 +79,2 ± 3,1 +78,3 ± 5,6 -47,5 ± 3,3 -45,1 ± 2,2 -51,4 ± 3,2 -36,6 ± 1,4 -52,3 ± 2,8

УЕ = -3,5 +7,9 +7,8 -4,8 -4,5 -5,1 -3,7 -5,2

Нейрогенная предсердная модель, п = 11, кролики, 1 - 3-6 мес

115,4 ± 4,1 265,7 ± 6,9 0 62,1 ± 4,3 35,4 ± 2,5 136,6 ± 4 114,5 ± 6,3 7,4 ± 0,5

-16,6 ± 0,1 +36,3 ± 0,7 +35,8 ± 0,9 -34,5 ± 0,6 -32,1 ± 1,5 -30,8 ± 0,4 +16,7 ± 0,1 -15,6 ± 0,2

УЕ = -1,7 +3,6 +3,6 -3,5 -3,2 -3,0 +1,7 -1,6

Нейрогенная желудочковая модель, п = 12, кролики, 1 - 3-6 мес

115,4 ± 4,1 265,7 ± 6,9 0 62,1 ± 4,3 35,4 ± 2,5 136,6 ± 4 114,5 ± 6,3 7,4 ± 0,5

-25,6 ± 1,2 +68,9 ± 2,3 +71,8 ± 1,6 -40,5 ± 0,6 -37,6 ± 0,4 -35,5 ± 0,3 -24,6 ± 0,5 -33,5 ± 0,6

УЕ = -2,6 +6,9 +7,2 -4,0 -3,8 -3,6 -2,5 -3,4

Примечание: САД - системное артериальное давление в мм. рт. ст.; ОЧСС - общее число сокращений сердца в 1 мин; % ЭС - процент эктопических сокращений сердца от ОЧСС; интервалы ЭКГ: Р^ (|гс); QRS (|те); Q-T (|те); ИВ - индекс Верагута (с-1); АЧП - амплитудно-частотный показатель, отношение РИ к длительности сердечного цикла в сек (РИ/RR) -в мл/мин; Тм - время максимального изменения параметра в минутах, часах, днях; УЕ - условная единица степени нарушения изучаемых параметров сердца

Медицина № 3 2003

в Кузбассе № 3 2003 15

распределились в следующем порядке: у акони-тиновой модели на первом месте расположены нарушения электрофизиологии сердца (7,6 ± 0,5 УЕ), у адреналиновой — сократимость (3,8 ±

0.08.УЕ), у постинфарктной — кровоснабжение (5,3 ± 0,3 УЕ). Однако, соотношение между электрофизиологией — сократимостью — кровоснабжением в каждой модели имело свой характер. Так, аконитиновая модель имела соотношение 3,45 (электрофизиология) : 1,68 (сократимость) : 1,0 (кровоснабжение); адреналиновая, соответственно, 1,0 : 1,0 : 1,0; строфантиновая — 2,67 : 2,88 : 1,0; постинфарктная - 14,7 : 21,0 : 1,0; нейрогенная предсердная — 2,4 : 1,0 : 22,5; нейрогенная желудочковая - 28,8 : 1,0 : 21,2.

ВЫВОДЫ:

1. Модели тахиаритмий сердца, создаваемые различными подходами, являются результатом нарушений электрофизиологии, кровоснабжения и сократимости сердца.

2. Каждая модель аритмии имеет свою специфику последовательности и степени изменений основных свойств сердца.

3. При оценке спектра антиаритмической активности веществ и скрининге потенциальных антиаритмиков, следует одновременно изучать кровоснабжение, электрофизиологию и сократимость сердца, с учетом их функционального резерва.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Кринский, В.И. Автоволны /В.И. Кринский, А.С. Михайлов. -М., 1984. - 54 с.

2. Новый метод оценки безопасности потенциальных противоа-ритмических средств /В.П. Балашов, Л.А. Балыкова, Е.Н. Шувалова и др. //Бюл. эксперим. биол. и мед. - 2002. - № 5. -С. 598-600.

3. Dawson, T.H. //Exp. Biol. - 2001. - V. 204, № 3. - P. 395-407.

4. Якушев, М.П. Способ моделирования тахиаритмий у бодрствующих животных /М.П. Якушев //Бюл. эксперим. биол. и мед. -1997. - № 8. - С. 237-240.

5. Scherf, D. //Proc.Soc., exp. Biol. a Med. - 1947. - V. 84. - P. 233238.

6. Аммар, Э.М. Сравнительная антиаритмическая активность в-N-гексаметиленимино-Р-бутоксипропионфенона, хинидина и но-вокаинамида при аконитиновом мерцании и трепетании предсердий у кошек /Э.М. Аммар, А.Н. Кудрин //Фармакол. и токсикол. - 1969. - № 4. - С. 415-418.

7. Malinow, M. //Circulation Res. - 1953. - V. 30, № 22. - P. 854861.

Таблица 3

Последовательность нарушений сердечной деятельности при различных моделях аритмии (в % от исходного уровня и УЕ, М + m, P < 0,05)

8. Szekeres, L. //Experimental cardiac arrhythmics and antiarrhythmic drugs. - Budapest, 1971. - P. 40-41.

9. Розонов, Ю.Б. Оценка антиангинального действия фармакологических веществ по изменению порога воспроизведения ишемии миокарда у бодрствующих кроликов /Ю.Б. Розонов, Т.В. Морозова //Бюл. эксперим. биол. и мед. - 1984. - № 10. - С. 460-462.

10. Об экспериментальном воспроизведении у кроликов инфаркта миокарда с аритмиями /Н.В. Маршутина, А.И. Митрофанов, В.В. Молчанов и др. //Кардиология. - 1972. - № 12. - С. 108-109.

11. Якушев, М.П. Моделирование и алгоритмизация управления системами поиска потенциальных антиаритмических средств и выбора тактики лечения тахиаритмий /М.П. Якушев: Автореф. дис. ... д-ра мед. наук. - Воронеж, 1998. - 32 с.

12. Экспериментальное изучение новых антиаритмических средств /Н.В. Каверина, С.Ю. Бердяев, Е.П. Кищук и др. //Ведомости Фармакол. комитета. Прилож. к ж. Фарматека. - 1998. - № 2. -С. 11-19.

Модель Тнач Тмакс УЕ

Электрокардиография (% ЭС)

Аконитиновая 2,5 ± 0,5 мин 57,4 ± 5,3 мин +7,6 ± 0,5*

Адреналиновая 2,0 ± 1,0 мин 45,1 ± 0,5 мин +3,8 ± 0,12*

Строфантиновая 5,5 ± 1,2 мин 9,3 ± 0,4 мин +7,5 ± 0,5*

ПИТА 20,5 ± 0,4 мин 34,5 ± 5,0 мин +7,8 ± 0,5*

НПТА 18,6 ± 6,5 ч 24,5 ± 5,0 ч +3,6 ± 0,09

НЖТА 8,5 ± 2,5 ч 24,5 ± 5,0 ч +7,2 ± 0,06*

Сократимость (ИВ)

Аконитиновая 3,2 ± 0,1 мин 57,0 ± 4,0 мин -3,7 ± 0,15*

Адреналиновая 2,2 ± 0,5 мин 46,0 ± 0,5 мин +3,8 ± 0,08*

Строфантиновая 5,5 ± 1,2 мин 1,3 ± 0,4 ч +2,6 ± 0,05

ПИТА 22,5 ± 0,2 мин 35,5 ± 1,0 мин -3,7 ± 0,14*

НПТА 21,0 ± 0,5 ч 26,0 ± 1,0 ч +1,5 ± 0,01

НЖТА 9,0 ± 2,0 ч 24,0 ± 1,0 ч -2,5 ± 0,05 ч

Кровоснабжение (АЧП РГ)

Аконитиновая 5,5 ± 0,3 мин 57,6 ± 3,2 мин -2,2 ± 0,2

Адреналиновая 6,0 ± 0,5 мин 50,0 ± 3,0 мин -3,9 ± 0,06*

Строфантиновая 6,5 ± 0,5 мин 16,0 ± 0,5 мин -2,8 ± 0,16

ПИТА 15,5 ± 0,5 мин 30,0 ± 0,3 мин -5,3 ± 0,3*

НПТА 20,0 ± 0,5 ч 25,5 ± 1,5 ч -1,6 ± 0,02

НЖТА 9,5 ± 1,0 24,5 ± 1,5 ч -3,4 ± 0,02

Примечание: ПИТА - постинфарктная тахиаритмия; НПТА - нейрогенная предсердная тахиаритмия; НЖТА - нейрогенная желудочковая тахиаритмия; * - Р < 0,05; Тнач и Тмакс - время начала и максимум изменений параметра (в минутах или часах); УЕ - условная единица степени нарушения параметра сердца, определяемая по шкале: 10 % = 1 УЕ; % ЭС - процент экстрасистол от ОЧСС; ИВ - индекс Верагута; АЧП РГ - амплитудно-частотный показатель реографии сердца

№ 3 7003 Медицина

lb IM- J ¿UUJ в Кузбассе