CC BY
16
УКД: 612.171.1
DOI 10.19110/1994-5655-2018-4-31-35
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ АКТИВАЦИИ МИОКАРДА ЖЕЛУДОЧКА АТЛАНТИЧЕСКОЙ ТРЕСКИ (GADUS MORHUA MARISALBI)
М.А. ВАЙКШНОРАЙТЕ, В.А. ВИТЯЗЕВ, Я.Э. АЗАРОВ
Институт физиологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар [email protected]
Проведены электрофизиологические исследования с целью установления последовательности деполяризации интрамуральных слоев миокарда желудочка сердца атлантической трески (Gadus morhua marisalbi, n=5) при температуре 12°С. Частота сердечных сокращений сердца трески - 34±5 уд./мин. Первые очаги активации миокарда появляются в субэндокардиальных слоях возле атриовентрику-лярного отверстия, а поздние - в субэпикардиальных слоях верхушки. Волна возбуждения в миокарде желудочка трески движется от зоны атриовентрикулярного отверстия к области верхушки (p<0.05) и от эндокарда к эпикарду (p<0.05), формируя апикобазальный и трансмуральный градиенты активации миокарда, соответственно. Глобальная дисперсия активации составляет 39 (34; 42) мс.
Ключевые слова: активация, апикобазальный градиент, трансмуральный градиент, сердце, атлантическая треска
M.A. VAYKSHNORAYTE, V.A. VITYAZEV, YA.E. AZAROV. THE SEQUENCE OF ACTIVATION OF VENTRICULAR MYOCARDIUM IN ATLANTIC COD (GADUS MORHUA MARISALBI)
Electrophysiological studies were carried out to establish the sequence of depolarization of intramural layers of ventricular myocardium of the Atlantic cod (Gadus morhua marisalbi, n = 5) at 12°C. The heart rate of cod is 34 ± 5 bpm. The first foci of myocardial activation appear in the subendocardial layers near the atrioven-tricular orifice, and the later - in the subepicardial layers of the apex. The excitation wave in the myocardium of cod ventricle moves from the zone of atrioventricu-lar orifice to the region of the apex (p <0.05), and from the endocardium to the epicardium (p <0.05), forming apicobasal and transmural gradients of myocardial activation, respectively. The global variance of activation is 39 (34; 42) ms.
Keywords: activation, apicobasal gradient, transmural gradient, heart, Atlantic cod
Введение
Для рыб вследствие слабого развития проводящей системы [1-3] характерен «последовательный» тип активации миокарда - с медленным распространением волны возбуждения в желудочке сердца [4]. В исследованиях на рыбах-хищниках -щука (Esох lucius), хариус (Thymallus thymallus) -установлено, что ранние очаги активации находятся в субэндокардиальных слоях задней стенки основания желудочка, а поздние - в субэпикардиаль-ных слоях верхушки и передней стенки основания сердца; движение волны активации в большинстве зон миокарда - вдоль стенок желудочка от основания к верхушке [4]. Известно, что на активацию миокарда влияет не только организация желудочковой проводящей системы, но и строение миокар-диального слоя стенки желудочка. Показано, что рыбы в связи с адаптацией к разному образу жизни (активные и малоактивные) имеют: 1) разную форму желудочка сердца (цилиндрическую, мешкооб-
разную и пирамидальную) [5]; 2) разную толщину компактного слоя миокарда и тип коронарного кровоснабжения [6-8].Типы макроскопической организации желудочка коррелируют с двигательной активностью рыб. Пирамидальные желудочки характерны для рыб с активным образом жизни, относительно высоким сердечным выбросом и стенкой желудочка смешанного строения, состоящей из губчатого и компактного миокарда. Стенка желудочка с мешкообразной и цилиндрической формой, как правило, имеет только губчатый миокард и встречается у костистых малоподвижных рыб [9, 10]. Связь формы желудочка и строения его стенки с последовательностью его электрической активации мало изучена. Однако к настоящему времени исследованы некоторые закономерности активации желудочка разных рыб. Установлено, что эпикар-диально-эндокардиальный (трансмуральный) градиент во времени активации миокарда у щук, как типичного представителя «активных» рыб, присутствует только в области, вблизи атриовентрикуляр-
ного (АВ) соединения желудочка [11, 12]. У карпа, ведущего «малоактивный образ жизни», имеющего пирамидальный желудочек, но с крайне слаборазвитым слоем компактного миокарда [5], трансму-ральный градиент времени активации существует и в области верхушки, и в области основания желудочка [13]. Показано, что длительность потенциала действия в желудочке малоподвижного карпа больше, чем у щуки или форели [14]. Таким образом, при сходных типах макроскопической организации желудочка рыб возможны различные варианты паттерна активации.
Известно, что треска ведет донный образ жизни, в то же время предпринимает длительные сезонные миграции, заставляющие стаи рыб преодолевать расстояния до 1,5 тыс. км от нерестилищ до мест откорма. Известно, что желудочек сердца «активной» трески, как у щуки и карпа, имеет пирамидальную форму. Однако не изучены особенности активации желудочка у этого вида рыб.
Целью исследования явилось установление последовательности деполяризации в интрамураль-ных слоях желудочка сердца атлантической трески.
Материал и методы
Работа проводилась в сентябре на Беломорской биостанции им. Н.А.Перцова биофака МГУ им. М.В.Ломоносова. Электрофизиологические исследования проведены на сердце атлантической трески шт situ (Gadus morhua marisalbi, n=5, масса 310±145 гр.) при температуре 12°С, что является физиологической нормой для животных в данное время года, так как соответствует температуре акклиматизации [15]. Для проведения экспериментов животных обездвиживали, жизнедеятельность поддерживали, осуществляя искусственную перфузию жабр морской водой.
Регистрация электрофизиологических показателей производилась с помощью 128-канальной компьютерной картографической установки (полоса пропускания 0,05-1000 Гц, частота дискретизации 4000 Гц, динамический диапазон входных сигналов от ±10 мВ до ±100 мВ, уровень шума не более ±10 мкВ, разрешающая способность от 10 до 100 мкВ на один разряд аналого-цифрового преобразования). Регистрацию интрамуральных электрограмм (ЭГ) желудочка сердца трески осуществляли при помощи трех интрамуральных игольчатых электродов (далее «игла») [16]. В качестве индифферентного электрода использовали объединенный электрод по Вильсону от трех удаленных от сердца точек на поверхности тела. Иглы вводили перпендикулярно стенке желудочка (рис.1, А, Б): в область «основания» желудочка, которой считали зону соединения желудочка с луковицей аорты (игла №1); в область вблизи атриовентрикулярного канала (игла №2); в апикальную область («верхушка») желудочка (игла №3). Каждая интрамуральная игла состояла из металлического основания, на который были намотаны изолированные (ПЭВ-2) медные провода (0.07мм). На каждой игле располагались восемь регистрирующих макроэлектродов, рав-
Рис.1. Схема расположения интрамуральных игл в толще миокарда (А) и на эпикарде желудочка (Б); схема строения интрамурального игольчатого электрода (В) [3].
1, 2, 3 - номера иголок, ао - атриовентрикулярное отверстие, п - предсердие, ж - желудочек, ал -артериальная луковица, а - металлическая основа (стальная проволка, 0,17-0,20мм), б - микропровода (изолированные (ПЭВ-2) медные провода), в -электродная бляшка, г - эпоксидная смола. Fig.1. Scheme of intramural needles location in the myocardium thickness (A) and on the ventricular epi-cardium (Б). Scheme of intramural needle electrode (B) [3].
1, 2, 3 - numbers of needles, ao - atrioventricular orifice, п - atrium, ж - ventricle, aл - arterial bulb, a - metal base (steel wire, 0.17-0.20 mm); б - micro-wires (insulated (PEV-2) copper wires), в - electrode plaque, г - epoxy resin.
номерно распределенных по ее длине (рис. 1, В). Длина интрамуральной иглы зависела от толщины стенки желудочка трески (от 3,5 до 4 мм). Субэпи-кардиальные электрограммы регистрировали от двух первых электродов на игле, а субэндокарди-альные - от двух последних электродов, остальные четыре служили для отведения интрамиокардиаль-ных ЭГ (рис. 1, В). Одновременно с желудочковыми электрограммами регистрировали ЭКГ от поверхности тела в отведениях, соответствующих отведениям от конечностей человека.
Время деполяризации (момент прихода волны возбуждения в точку регистрации) определяли по времени минимума первой производной потенциала по времени в период комплекса QRS униполярной ЭГ [11]. Глобальную дисперсию активации рассчитывали как разность между максимальным и минимальным значением времени деполяризации из всех зарегистрированных желудочковых ЭГ в желудочке. Трансмуральный градиент активации определяли как интервал времени между моментами активации субэндокарда и субэпикарда, апико-базальный градиент - как интервал времени между моментами активации А-В соединения и моментом активации верхушки желудочка.
Статистическая обработка данных проводилась с помощью программ BIOSTAT 4.03, SPSS. Для сравнения значений использовали непарамет-
рический критерий Уилкоксона, критерий Фридмана с поправкой Ньюмена-Кейсла, различия считали значимыми при p<0,05.
Результаты и обсуждение
В наших экспериментах частота сердечных сокращений у трески составляла 34±5 уд./мин (n=5) при температуре воды 12°С. Длительности электрокардиографических интервалов (медиана и ин-терквартильный интервал, IQR): QRS комплекс - 52 (IQR 49-53) мс, QT- 574 (IQR 536-602) мс Продолжительность комплексов QRS у разных видов рыб неодинакова, что отражает различное время охвата возбуждением желудочка вследствие различий в размерах сердца: у хариусов Thymallus thymallus -71 мс, у щук Esox lucius - 94 мс [4], у рыб Danio rerio -14 [3], у карпа Cyprinus carpió - 79 (72; 85) мс [13].
Начальный желудочковый комплекс электрокардиограммы (ЭКГ) у трески в отведении по продольной оси сердца представлен положительным зубцом R (рис. 2, А), также как и у щук [12] и окуней Perca fluviatilis [17], но не у карпа. Начальная желудочковая активность у карпа в отведении голова-хвост представлена отрицательным зубцом QS [13].
А Б
1 2 3
Рис. 2. Репрезентативная электрокардиограмма трески. A - (I, II, III - отведения), Б - репрезентативные электрограммы миокарда желудочка сердца трески, субэпикард (а), субэндокард (б); 1, 2, 3 -номера иголок (см. рис. 1).
Fig. 2. Representative cod electrocardiogram. A - (I, II, III - leads), Б - representative electrograms of ventricular myocardium in cod, subepicardium (a), subendocardium (б); 1,2, 3 - numbers of needles (see
Fig 1.).
Вблизи АВ-соединения (рис. 2, Б, позиция 2) внеклеточные потенциалы представлены отрицательными комплексами, а в зонах позднего возбуждения - положительными (рис. 2, Б, позиции 1 и 3). Глобальная дисперсия активации составляет 39 (34; 42) мс. Первые очаги активации желудочка сердца трески, как и у ранее исследованных рыб [4, 11, 12, 13, 18] появляются в субэндокардиальных слоях возле атриовентрикулярного канала, а поздние - в субэпикардиальных слоях верхушки желудочка. Волна активации в миокарде желудочка трески движется от зоны АВ-соединения к верхушке и основанию (аортальному отверстию) желудочка, и от эндокарда к эпикарду. На эпикарде желудочка как между зоной вокруг атриовентрикулярного канала и верхушкой желудочка, так и между зоной основания и верхушкой существует значимая разница во времени возбуждения (см. таблицу). Во всех областях миокарда желудочка присутствует зна-
Длительность активации миокарда желудочка трески при температуре 12°С, Me (25%; 75%), мс The duration of activation of the ventricular myocardium of cod at a temperature of 12"C (Me (25%; 75%), ms)
Области желудка Область атриовентрикулярного отверстия Область соединения желудочка с артериальной луковицей Область верхушки
Субэпикард 40 (34;47) 13 (10;17) *# 40 (38;46)
Субэндокард 27 (22;35) 10 (8; 11) *# 26 (21 ;32)
Р 0.016 нз 0.016
Примечание: сравнение между значениями в области соединения желудочка с луковицей аорты и значениями в области атриовентрикулярного отверстия (*) и со значениями в области верхушки (#) -р<0.05, нз - незначимые различия. Note: The comparison between the values in the junction of the ventricle and the bulb of aorta and the values in the area of atrioventricular orifice (*) and with the values in the apex area (#), p <0.05, нз - nonsignificant differences.
чимый трансмуральный градиент активации, медиана которого составляет 13 (IQR 12-15) мс. Следовательно, у трески, как и у карпа [13], трансму-ральный градиент времени активации миокарда существует во всех исследованных областях миокарда, в отличие от щук, у которых он обнаружен только в области АВ-соединения [11, 12]. Показано, что наличие трансмурального градиента у карпа может быть связано с особенностями строения стенки желудочка [19]. В совокупности данные, полученные в настоящем исследовании и предыдущих работах, показывают, что наличие трансмурального градиента активации в большей части желудочка ассоциировано с малоподвижным образом жизни рыбы. Исследование строения стенки желудочка сердца трески могло бы прояснить механизмы и роль градиентов активации в желудочке рыб.
Заключение
Таким образом, показано, что последовательность распространения волны возбуждения в миокарде желудочка трески характеризуется общим направлением от атриовентрикулярного отверстия к верхушке и к зоне соединения желудочка с аортальной луковицей (основанием желудочка), а также от эндокарда к эпикарду.
Авторы выражают благодарность за возможность проведения работы на Беломорской биологической станции им. Н.А.Перцова биофака МГУ им. М.В.Ломоносова и предоставленное для экспериментов оборудование (директор станции -проф. А.Б.Цетлин, доц. Д.В.Абрамочкин).
Работа выполнена в рамках темы «Сравнительно-физиологическое исследование пространственно-временной организации электрофизиологических процессов и сократимости миокарда позвоночных животных (№ ГР АААА-А17-1170123
10154-6) по Программе ФНИ на 2013-2020 гг. и в
рамках Комплексной программы УрО РАН №ГР
АААА-А18-118012290365-2 (2018-2020).
Литература
1. Dillon S., Morad M. A new Laser scanning system for measuring action potential propagation in the heart. Science. 1981. Vol. 214. No. 4519. P.453-456.
2. Hu N, Sedmera D., Yost H.J., Clarc E.B. Structure and function of the developing ze-brafish heart. Anat. Rec. 2000. Vol. 260. P. 148-157.
3. Sedmera D., Reckova M., DeAlmeida A., Sed-merova M. et al. Functional and morphological evidence for a ventricular conduction system in zebrafish and Xenopus hearts // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2003. Vol. 284. P. 1152-1160.
4. Шмаков Д.Н., Рощевский М.П. Активация миокарда / Институт физиологии Коми научного центра УрО РАН. Сыктывкар, 1997. 165 c.
5. Santer R.M. Morphology and innervation of the fish heart//Adv.Anat. Embryol. Cell.Biol. 1985. Vol. 89. Р. 100-102.
6. Ostadal B., Ostadalova I., Dhalla N.S. Development of cardiac sensitivity to oxygen deficiency: comparative and ontogenetic aspects// Physiol. Rev. 1999. Vol. 79. Р. 635-659.
7. Ostadal B., Rychter Z., Poupa O. Comparative aspects of the development of the terminal vascular bed in the myocardium // Physiol. Bohemoslov. 1970. Vol. 19. Р. 1-7.
8. Tota B. Vascular and metabolic zonantion in the ventricular myocardium of mammals and fishes // Comp.Biochem.Physiol. 1983. Vol. 76A. Р. 423-438.
9.
10.
11.
12.
14. Кузьмин В.С., Абрамочкин Д.В., Тарасова О.С., Ловать М.Л. Практические задачи по физиологии морских животных: учебное пособие. М.: Университетская книга, 2014. 188 с.
15. Лукьянов А.Н., Сухова Г.С., Удельнов М.Г. Локализация и структурно-функциональная организация пейсмекера сердца трески // Журн. эволюционной биохимии и физиологии. 1983. Т. 3. С. 231-236.
16. Патент. Российская Федерация. №2167599/ В.А.Витязев, Д.Н.Шмаков. Способ изготовления игольчатого электрода. Бюл. №15. 2001.
17. Вайкшнорайте МА., Цветкова А.С., Витя-зев ВА., Азаров Я.Э. Зависимость последовательности реполяризации от последовательности активации на фрагменте эпикарда желудочка окуня (Perca fluviatilis) // Основные проблемы естественных и математических наук: Сборник научных трудов по итогам Международной научно-практической конференции. Волгоград, 2017. №4. 28 с.
18. Кардиоэлектрическое поле на эпикарде и поверхности тела щук в период деполяризации и реполяризации миокарда желудочка/ М.А.Вайкшнорайте, А.С.Белоголова, В.А.Витязев, Я.Э.Азаров, Д.Н. Шмаков // Рос. фи-зиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2007. Т.93. № 8. Р. 870-877.
19. Kochova P., Cimrman R., Stengl M., Ost'adal B., Tonar Z. A mathematical model of the carp heart ventricle during the cardiac cycle // J. Theor. Biol. 2015. Vol. 373. Р. 12-25.
References
1. Dillon S., Morad M. A new Laser scanning system for measuring action potential propagation in the heart. Science. 1981. Vol. 214. No. 4519. P.453-456.
Hu N., Sedmera D., Yost H.J., Clarc E.B. Structure and function of the developing zebrafish heart. Anat. Rec. 2000. Vol. 260. P. 148-157. Sedmera D., Reckova M., DeAlmeida A., Sedme-rova M. et al. Functional and morphological evidence for a ventricular conduction system in zebrafish and Xenopus hearts // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2003. Vol. 284. P. 1152-1160.
Shmakov D.N, Roshchevsky M.P. Aktivaciya miokarda. [Activation of the myocardium] / Inst. of Physiology, Komi Sci. Centre, Ural Branch, RAS. Syktyvkar, 1997. 165 p. Santer R.M. Morphology and innervation of the fish heart//Adv.Anat. Embryol. Cell. Biol. 1985. Vol. 89. Р. 100-102. Ostadal B., Ostadalova I., Dhalla N.S. Development of cardiac sensitivity to oxygen deficiency: comparative and ontogenetic aspects. Physiol. Rev. 1999. Vol. 79. Р. 635-659. Ostadal B., Rychter Z., Poupa O. Comparative aspects of the development of the terminal vascular bed in the myocardium // Phy-siol.Bohemoslov. 1970. Vol. 19. Р. 1-7. Tota B. Vascular and metabolic zonantion in the ventricular myocardium of mammals and
Santer R.M., GreerWalker M., Emerson L., Witthames P.R. On the morphology of the 2. heart ventricle in marine teleost fish (Teleos-tei) // Comp. Biochem. Physiol. 1983. Vol. 76. Р. 453-459. 3.
Simxes K., Vicentini CA., Orsi A.M., Cruz C. Myoarchitecture and vasculature of the heart ventricle in some fresh water teleosts // J. Anat. 2002. Vol. 200. Р. 467-475. Последовательность реполяризации миокарда желудочка щук / М.А.Вайкшнорайте, 4. А.С. Цветкова, В.А. Витязев, Я.Э. Азаров, Д.Н.Шмаков // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2009. Т.95. № 2. С. 116-122. The contribution of ventricular apicobasal and 5. transmural repolarization patterns to the development of the T wave body surface potentials in frogs (Rana temporaria) and pike 6. (Esox lucius)/M.A.Vaykshnorayte, J.E.Aza-rov, A.S.Tsvetkova, V.A.Vityazev, A.O.Ovech-kin, D.N.Shmakov // Comp. Biochem. Physiol. A. Mol. Integr. Physiol. 2011. Vol. 159. 7. № 1. Р. 39-45.
Вайкшнорайте МА. Последовательность активации миокарда желудочка карпа (Cypri-nus carpio) // Рос. физиол. журн. им. И.М. 8. Сеченова. 2018. Т. 104. № 2. С. 238-244.
fishes // Comp.Biochem.Physiol. 1983. Vol. 76A. P. 423-438.
9. Santer R.M., GreerWalker M, Emerson L, Wit-thames P.R. On the morphology of the heart ventricle in marine teleost fish (Teleostei) // Comp. Biochem. Physiol. 1983. Vol. 76. P. 453-459.
10. Simxes K., Vicentini CA., Orsi A.M., Cruz C. Myoarchitecture and vasculature of the heart ventricle in some fresh water teleosts // J. Anat. 2002. Vol. 200. P. 467-475.
11. Posledovatel'nost' repolyarizacii miokarda zhe-ludochka shchuk [Sequence of repolarization of ventricular myocardium in pike]/ M.A.Vayk-shnorayte, A.S.Tsvetkova, V.A.Vityazev, Ya.E. Azarov, D.N.Shmakov // I.M.Sechenov Russ. Physiol. J. 2009. Vol. 95. № 2. P. 116-122.
12. The contribution of ventricular apicobasal and transmural repolarization patterns to the development of the T wave body surface potentials in frogs (Rana temporaria) and pike (Esox lucius)/ M.A.Vaykshnorayte, Ya.E.Aza-rov, A.S.Tsvetkova, V.A.Vityazev, A.O.Ove-chkin, D.N.Shmakov. // Comp. Biochem. Physiol. A. Mol. Integr. Physiol. 2011. Vol. 159. № 1. P. 39-45.
13. Vaykshnorayte MA. Posledovatel'nost' aktiva-cii miokarda zheludochka karpa (Syprinus carpio) [The sequence of activation of ventricular myocardium in carp (Cyprinus carpio)] // I.M.Sechenov Russ. Physiol. J. 2018. Vol.104. № 2. P. 238-244.
14. Kuzmin V.S., Abramochkin D.V., Tarasova O.S., Lovat' M.L. Prakticheskie zadachi po fiziologii morskih zhivotnyh: uchebnoe posobie [Practical tasks in the physiology of marine animals: manual]. Moscow: University Book Publ., 2014. 188 p.
15. Lukyanov A.N., Sukhova G.S., Udelnov M.G. Lokalizaciya i strukturno-funkcional'naya or-ganizaciya pejsmekera serdca treski [Localization and structural and functional organization of pacemaker in cod's heart] // J. of Evol. Biochem. and Physiol. 1983. Vol. 3. P. 231-236.
16. Patent. RF. No.2167599/V.A.Vityazev, D.N.Shma-
kov. Sposob izgotovleniya igol'chatogo elek-troda [Method of making a needle electrode]. Bull. №15. 2001.
17. Vaykshnorayte MA., Tsvetkova A.S., Vityazev VA., Azarov J.E., Zavisimost' posledova-tel'nosti repolyarizacii ot posledovatel'nosti aktivacii na fragmente epikarda zheludochka okunya (Perca fluviatilis) [Dependence of the repolarization sequence on the activation sequence on the fragment of the pericardial ventricle epicardium (Perca fluviatilis)] // Basic problems of natural and mathematical sciences / Collection of sci. papers on the results of the intern. sci. and pract. conference. Volgograd, 2017. № 4. 28 p.
18. Kardioelektricheskoe pole na epikarde i po-verhnosti tela shchuk v period depolyarizacii i repolyarizacii miokarda zheludochka [Cardioe-lectric field on the epicardium and body surface of pike during the depolarization and re-polarization of the ventricular myocardium] / M.A.Vaykshnorayte, A.S.Belogolova, V.A.Vityazev, Ya.E.Azarov, D.N.Shmakov // I.M.Sechenov Russ. Physiol. J. 2007. Vol.93. № 8. P. 870-877.
19. Kochova P., Cimrman R., Stengl M., Ost'adal B., Tonar Z. A mathematical model of the carp heart ventricle during the cardiac cycle // J. Theor. Biol. 2015. Vol. 373. P. 12-25.
