CC BY
25
МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ
Якушев М.П., Якушев А.М., Сапожков А.В.
Кемеровская государственная медицинская академия,
г. Кемерово
СКРИНИНГ АНТИАРИТМИЧЕСКИХ СРЕ
ДСТВ:
ИТОГИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ
Программа исследований по отбору и изучению механизмов антиаритмического действия новых химических соединений состоит из 5 этапов: 1) выявление антиаритмического действия; 2) изучение характера и спектра действия отобранных соединений; 3) изучение электрофизиологического механизма действия; 4) изучение других фар-макодинамических эффектов, аритмогенности и токсичности; 5) фармакокинетические исследования отобранных соединений [1]. На первом этапе скрининга используемые аконитиновая, адреналиновая, строфантиновая и хлорид бариевая модели аритмий имеют ряд серьезных недостатков, которые существенно сдерживают интенсификацию поиска потенциальных антиаритмиков. Особенно это проявляется при проведении компьютеризации исследований. Модернизации скрининга антиаритмиков посвящена данная работа.
Цель исследования — усовершенствование доклинического этапа отбора антиаритмиков на основе высоких медицинских технологий.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Для выполнения поставленной цели применялись методы системного и функционально-стоимостного анализа, математической статистики и вычислительной математики, объектно-ориентированного программирования, теории управления и построения алгоритмов, программ и компьютерной графики. Проведены эксперименты на бодрствующих кроликах породы Шиншилла, массой 3-4 кг, которым в предварительной операции в условиях искусственной вентиляции легких под нембуталовым наркозом (40 мг/кг, в/в) вызывали острый инфаркт миокарда с аритмиями путем перевязки передней межжелудочковой ветви левой коронарной артерии на границе верхней и средней трети. После подтверждения на ЭКГ развития нарушений ритма сердца ушивалась грудная клетка, и животное переводилось на самостоятельное дыхание. Кролики содержались в виварии на стандартной диете с соблюдением всех правил и Международных рекомендаций Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых при экспериментальных исследованиях (1997). Исследуемые препараты и комбинации вводились ежедневно в/в. Оценка аритмогенного, антиаритмического эффектов, а также регистрация параметров сократимости миокарда и общего кровоснабжения сердца поводились в 1, 3, 5, 7, 10 дни острого инфаркта миокарда. Все болезненные процедуры проводились с применением аналгетиков. Статистическая обработка результатов исследования проводилась с применением пакетов программ «Microsoft Excel», «Access», «Биостатистика», включая вычисление крите-
рия Югьюдента. Данные представлены в виде М ± т. Различия считали статистически достоверными при Р < 0,05 [2].
РЕЗУЛЬТАТЫ
Усовершенствование скрининга антиаритмиков проводили в три этапа: первом — разработали и создали компьютерный комплекс (АРМ) состоящий из ЭВМ, микропроцессорного электрокардиографа ЭКЧМП-Н3051, полиграфа П6Ч-01, экранированной камеры. Антиаритмический эффект оценивали по ЭКГ: ОЧСС, % ЭС от ЧСС, интервалам: Р-О, О-Т, QRS Ы); R1 + R2 + R3 (ту), СП (%), ОТВ (абс.ед.), R1 + S3 (ту), SV1 + RV5 (ту), частоте восстановления ритма сердца (ЧВРС). Сократимость сердца: по индексу сократимости (ИС), индексу расслабления (ИР), dP/dtmax и dP/dtmin. Обшее кровоснабжение сердца по: амплитудно-частотному показателю реокардиограммы (АЧП мл/мин., амплитуде реокардиограммы, реографическому индексу (РИ), амплитуде волн ВБН, ВМН, Vmax. Протокол эксперимента: у 1-го кролика регистрировали ЭКГ в 12-ти отведениях; у 2-го — АД (мм рт. ст.); у 3-го — ВЖЭМ и dP/dtmin); у 4-го — частоту ды-
хания/мин; у 5-го — РКГ (амплитудно-частотный показатель — АЧП) в течение 6 часов [3, 8]. Результаты 125 опытов с применением автоматизированного комплекса показали его высокую эффективность.
На втором этапе — разработан способ моделирования длительно сохраняющихся дифференцированных (предсердных или желудочковых) тахиаритмий на бодрствующих животных (кроликах) и получено авторское свидетельство № 1665402 от 26.07.1989 [5]. Суть способа в том, что путем оперативного вмешательства на сердце животного диафрагмальный нерв подшивался к синусовому узлу для моделирования предсердных тахиаритмий и в аритмогенную зону желудочка при воспроизведении желудочковых или комбинированных форм тахиаритмий. Создание данных аритмий требует соблюдение следующих правил: 1) набор микрохирургического глазного инструментария и операционный микроскоп или бинокулярная линза; 2) препаровка диафрагмального нерва производится под вазелиновым маслом с обязательным сохранением питающей его артерией; 3) фиксируемый участок нерва необходимо освободить от эпиневрия и миокард от эпикарда; 4) исключить образование субэпикардиальных или внутримиокарди-альных гематом в аритмогенной зоне, которые влияют на развитие аритмий и чистоту эксперимента; 5) фиксировать диафрагмальный нерв в аритмоген-ной зоне следует между коронарными артериями. Тестирование полученных моделей тахиаритмий эталонными антиаритмиками (этацизин, новокаинамид, хи-
. и № 4 2005 245
в Кузбассе
нидин, верапамил) показало их адекватность и пригодность для автоматизированного скрининга.
На третьем этапе разработали и адаптировали программное обеспечение АРМ. Основными принципами работы АРМ и компьютерных программ является регистрация электрических сигналов от животных, цифровая их обработка, создание базы данных, статистическая обработка. В систему управления скринингом антиаритмиков включены следующие алгоритмы: алгоритм расчета частоты дыхания, оценки системного артериального давления, реокардиографии, ЭКГ, внутрижелудочковой электроманометрии, АД и ЭКГ. Применяемые алгоритмы строились по общим правилам с расчетом составляющих параметров «ДА»-«НЕТ», предварительным заключением, сравнением с архивом и записью в базу данных. Каждый алгоритм состоит от 4-8 этапов анализа.
Таким образом, разработанный компьютерный комплекс с алгоритмами и экспериментальными моделями тахиаритмий позволяет производить в полу-и автоматическом режимах регистрацию электрокардиограммы, частоты дыхания, артериального давления, реокардиографии, внутрижелудочковой электро-манометрии и рассчитать основные их параметры. Данная система управления экспериментом повышает уровень оценки антиаритмического действия и других кардиовазотропных свойств у потенциальных ан-тиаритмиков на доклиническом этапе.
Далее с помощью функционально-стоимостного анализа (ФСА) были определены следующие задачи, решение которых позволило выявить малоэффективные этапы, функционально-экономические затраты и скрытые резервы скрининга антиаритмиков: 1 — диаграммное определение качества скрининго-вых исследований и уровень затрат по каждому процессу; 2 — подобран комплекс необходимого оборудования для оценки антиаритмического действия; 3 — определен минимальный набора критериев достоверно отражающих противоаритмическое действие препаратов; 4 — подсчитаны экономические затраты по каждому этапу и в целом по всей программе скрининга; 5 — создана функционально-структурную модель и диаграммы каждого уровня скрининга; 6 — построены на каждом уровне функционально-стоимостные диаграммы; 7 — оценены полученные результаты и выбраны оптимальные варианты.
Выполнены следующие функционально-стоимостные исследования: в 1 разделе — анализ этапов скрининга антиаритмиков и выбор объекта ФСА; 2 — определение цели и задач ФСА этапов скрининга (ЭС); 3 — сбор и изучение информации о сердце, как объекта ФСА; 4 — построение структурной модели ЭС антиаритмиков; 5 — выявление набора антиаритмических свойств и требований к ним на основе информации по качеству ЭС антиаритмических средств (ААС) и его структурным компонентам (СК); 6 — обработка информации по затратам ЭС ААС и его СК; 7 — формирование полного состава функций ЭС ААС и его СК; 8 — построение функциональной модели (ФМ) ЭС ААС и определение значимости функций; 9 — построение совмещенной
функционально-структурной модели ЭС ААС; 10 — определение затрат по функциям ЭС ААС; 11 — построение диаграмм по уровням ФМ ЭС ААС; 12 — выявление зон несоответствия затрат и значимости функций; 13 — формирование набора идей по усовершенствованию ЭС и ликвидации вредных и бесполезных функций; 14 — формирование вариантов реализации функций. Оценка достоинства и недостатков; 15 — формирование вариантов исполнения ЭС ААС и предварительный отбор вариантов; 16 — оценка затрат и уровня качества исполнения функций по вариантам ЭС ААС; 17 — выбор оптимального варианта исполнения по критериям интегрального качества. Всего было построено и проанализировано 168 функционально-стоимостных диаграмм. Результаты данного раздела исследования показали, что перспективными направлениями скрининга антиаритмиков и терапии нарушений ритма сердца среди лекарственных средств и физических методов являются: а) мониторинг пространственно-временных свойств автоволнового процесса в сердца; б) разрушение автоволновых вихрей с помощью лазера; в) восстановление энергообеспечения автоволнового процесса при нарушениях ритма сердца.
На основе собственных результатов и данных других исследователей авторами сформулирована новая концепция патогенеза аритмий «Автоволновые вихри». Автоволновой механизм проявляется при следующих возникающих в сердце условиях: неоднородность активной среды (инфаркт миокарда), разрыв автоволны (энергодефицит), образование вихря с нарушением электромеханического сопряжения миокарда [4].
ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
I. В неотложной и плановой кардиологии широко используются такие комбинированные медикаментозные методы обезболивания как нейролептаналге-зия (НЛА), атаралгезия (АТА) и антидепраналгезия (АДА) [6]. Однако их аритмогенное и антиаритмическое действия не изучены. Для исследования про-аритмического действия контрольной группой № 1 служили животные (п = 11) с острым инфарктом миокарда без аритмий и с тахиаритмиями (контрольная серия № 2, п = 15) для оценки антиаритмического эффекта. Выполнено 8 серий опытов: в 1-4 сериях изучался аритмогенный эффект средств НЛА, АДА и АТА, а в 5-8 сериях — их антиаритмическое действие. Исследуемые комбинации: НЛА (дроперидол 5 мкг/кг + фентанил 1 мкг/кг); АТА (сибазон 1 мг/кг + промедол 0,5 мг/кг); АДА (пиразидол 1 мг/кг + трамадол 1 мг/кг). Препараты вводились ежедневно в/в. В 1, 3, 5, 7, 10 дни острого инфаркта миокарда в условиях разработанного нами компьютерного комплекса регистрировали параметры сердца.
Изучение проаритмического действия (1-4 серии опытов)
В контрольной группе № 1 максимальные нарушения кровоснабжения, сократимости и ритма сер-
246 № 4 2005 ^УПвощина
в Кузбасс®
О^Аедици
МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ
дца обнаружены в 1-е сутки, выраженность которых была в прямой зависимости от размера инфаркта миокарда. НЛА в первые 3 дня достоверно повышала кровоснабжение (+35,5 ± 0,9 %) и сократимость (+21,1 ± 0,2 %) сердца, начиная с 40 мин. после ведения, которые сохранялись до 180 минут на фоне умеренной гипотензии и брадикардии (-11,3 ± 0,5 % и -29,8 ± 4,2 %, соответственно). В 5, 7, 10 дни исследования позитивные изменения основных свойств сердца были на 9,5 ± 0,5 % меньше, чем в первые 3 дня. Улучшение работы и кровоснабжения миокарда объясняется р-адреноблокирующим коронарорас-ширяющим действием дроперидола и потенцирующим эффектом фентанила. Введение АТА вызывало незначительное снижение САД и ОЧСС. Одновременно отмечалось улучшение кровоснабжения и контрак-тильности инфаркцировааного сердца (+18,2 ± 0,3 % и +9,9 ± 0,8 %, соответственно). Умеренные гипотензивный, антиангинальный и кардиостимулирующий эффекты АТА, вероятно, связаны с влиянием сиба-зона на центральный ГАМК-бензодиазепин-барбиту-ратовый комплекс и спазмолитической активностью промедола. АДА, в сравнении с АТА, на фоне не значительной гипотензии (-5,2 ± 0,1) увеличивала общий коронарный кровоток (+31,0 ± 0,5 %) и сократимость (+18,9 ± 0,1 %) миокарда, уменьшая при этом на 16,5 ± 0,5 % частоту сокращений сердца. Такой выраженный кардиопозитивный эффект АДА, очевидно, проявляется за счет антидепрессивного, анти-оксидантного эффектов пиразидола и гипертензив-ного с анальгетическим действиями трамала. Во всех 4-х сериях опытов аритмогенного эффекта на ЭКГ у средств НЛА, АДА и АТА не выявлено,
Таким образом, средства НЛА, АДА и АТА ни в одном эксперименте не вызывали нарушений ритма сердца, что очень важно для профилактики внезапной аритмической смерти возникающей при остром инфаркте миокарда. При этом комбинации вызывали стойкую нейровегетативную защиту сердечно-сосудистой системы в виде стабилизации артериального давления и работы сердца [6].
Изучение антиаритмического действия (5-8 серии опытов)
Во 2-й контрольной серии опытов (острый инфаркт миокарда с тахиаритмиями), происходили более выраженные нарушения системной гемодинамики, сократимости и кровоснабжения сердца, за счет аритмий, составляющих 59,1 % от ОЧСС. При этом частота дыханий увеличивалась до 77,4 в минуту, что косвенно говорит о развивающейся гипоксемии. Комбинация дроперидола и фентанила достоверно снижала ОЧСС (-29,8 ± 4,2) и % экстрасистол (27,3 ± 3,3), в отличие контрольной группой № 2. При этом существенно улучшались общее кровоснабжение сердца и его сократимость в условиях умеренной гипотензии. Тахипноэ уменьшилась на 21,3 %. Аналогичные достоверные изменения вызывала и АДА, кроме САД, которое снижалось всего на 5,2 % от исходного уровня. Позитивные сдвиги нарушений ритма сердца, контрактильности и общего ко-
ронарного кровообращения, после введение АТА, в сравнении с НЛА были менее интенсивными, но вы-раженнее, чем у АДА (г = 0,83). Анализ соотношений % ЭС от ОЧСС установил, что средства НЛА, АТА и АДА уменьшают не только общее число сокращений сердца, но и количество экстрасистол, особенно НЛА. Наиболее выраженное противоаритми-ческое действия при остром инфаркте миокарда проявляют средства НЛА и АТА.
II. Изучено влияние некоторых энергообеспечи-вающих средств: 1 — активаторы гликолитической энергопродукции — смесь никотиновой (5 мг/кг) и аскорбиновой (100 мг/кг) кислот; 2 — активатор синтеза макроэргов в цикле Кребса — глутаминовая кислота (2 мг/кг); 3 — метаболит жирового обмена ок-сибутират натрия (5 мг/кг); 4 — комбинация эндогенного макроэрга — АТФ (10 мг/кг) и вит. Е (10 мг/кг/сутки) на развитие постишемических та-хиаритмий. Выполнено 43 опыта на бодрствующих животных. Препараты вводили в/в, а токоферола ацетат (10 мг/кг/сутки) в/м, ежедневно в течение 10 дней. Антиаритмическое действие (ААД) изучали по: 1) ОЧСС; 2) % ЭС; интервалам ЭКГ: 3) Р-О; 4) QRS; 5) R1 + R2 + R3; 6) АД; 7) АЧП-РКГ; 8) ЧД, ежедневно на протяжении 6 часов.
Результаты: 1 серия — смесь вит. В5 и С [1) 251 ± 6,9; 2) 73,9 ± 1,4; 3) 143 ± 1,5; 4) 58 ± 2,7; 5) 0,8 ± 0,02; 6) -9,9 ± 1,0; 7) +33,4 ± 2,6; 8) -7,7 ± 0,3]; 2 серия — глутаминовая кислота [1) 238 ± 4,4; 2) 61,2 ± 2,5; 3) 196 ± 2,7; 4) 49 ± 1,6; 5) 1,16 ± 0,005; 6) +10,1 ± 0,6; 7) +41,1 ± 1,5; 8) -6,4 ± 0,5]; 3 серия - окси-бутират натрия [1) 178 ± 7,3; 2) 39,8 ± 1,6; 3) 125 ± 2,3; 4) 54 ± 2,3; 5) 1,2 ± 0,004; 6) +21,4 ± 0,7;
7) +32,1 ± 1,1; 8) -8,2 ± 0,5]; 4 серия - АТФ + вит. Е [1) 218 ± 5,4; 2) 37,3 ± 1,1; 3) 128 ± 1,9; 4) 61 ± 2,5; 5) 1,10 ± 0,004; 6) +6,9 ± 0,5; 7) +27,8 ± 1,2;
8) -5,3 ± 0,3].
Таким образом, «энергопотенцирующие» средства проявляют положительное влияние на течение аритмий и деятельность сердца, что подтверждает гипотезу - о необходимости восстановления энергодефицита при аритмиях, возникающих по автоволновому механизму [7].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработанный компьютерный комплекс и система его управления повышают уровень оценки антиаритмического и других кардиовазотронных эффектов у потенциальных антиаритмиков. Установлены следующие перспективные пути поиска анти-аритмиков:
- компьютерный мониторинг электрофизиологических свойств автоволнового процесса в сердца в трехмерном пространстве на основе высоких медицинских технологий;
- разработка методов разрушения автоволновых вихрей;
- восстановление энергообеспечения автоволнового процесса в сердце при аритмиях;
- фармакологическая коррекция сопряжения сердечного нервного модуля с электромеханичес-
ОЛ^ищт
. и № 4 2005 247
в Кузбассе м
ким и энергообеспечивающим процессами миокарда.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Экспериментальное изучение новых антиаритмических средств /Н.В. Каверина, С.Ю. Бердяев, Е.П. Кищук и др. //Фарматека: Прилож. - 1998. - № 2. - С. 11-19.
2. Боровиков, В. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере: для профессионалов /В. Боровиков. - СПб., 2003. - 445 с.
3. Вычисление ударного объема по реограмме /О.Б. Бондарен-ко, А.Б. Глот, А.А. Глот и др. //Мед. техника. - 2002. - № 2. -С. 18-20.
4. Якушев, М.П. Моделирование и алгоритмизация управления системами поиска потенциальных антиаритмических средств и выбора тактики лечения тахиаритмий /М.П. Якушев: Автореф. дис. ... докт. мед. наук. - Воронеж, 1998. - 32 с.
5. Якушев, М.П. Способ моделирования тахиаритмий: А.С. 1665402 СССР МКИ А1С09В23/29 /М.П. Якушев //Откр. и изобр. СССР. -1991. - № 27. - С. 49.
6. Сыркин, А.Л. Инфаркт миокарда /А.Л. Сыркин. - М., 2003. - 466 с.
7. Жданов, Г.Г. Особенности антиоксидантной терапии при остром инфаркте миокарда /Г.Г. Жданов, И.М. Соколов, В.В. Щуковский //Новые технологии в медицине: Сб. науч. тр. - Саратов, 1999. -С. 75-78.
№ 4 2005 QlMkhama
в Кузбассе
