Анализ деятельности сердца при усвоении им ритма раздражения блуждающего нерва Шейх-Заде, Юрий Решадович

Введение к работе

ВВЕДЕНИЕ ()

Высокий уровень сердечных заболеваний.отмечаемый во всех развитых странах,настоятельно требует углубления исследований в области нормального и патологически измененного миокарда. Наиболее актуальным в этом отношении является изучение нервной регуляции сердца,принципы которой до сих пор недостаточно ясны. Одной из причин указанной неопределенности шкет быть чрезмерная канонизация концепции Engerunann (1900),согласно которой блуздащий нерз оказывает на сердце однородное тор-їлозно-тоническое влияние. Между тем,анализируя эту гипотезу, нельзя на заметить,что все ее положения базируются на результатах равномерной СТИМУЛЯЦИИ ВаГУСНЫХ ВОЛОКОН (E.P.Vfeber.E.H.We-

ъег ,1845),тогда как эфферентная лмпульсация в них часто носят залпообразный характер,синхронизированный с ритмом сердечных сокращений (Green ,I959;Jowett ,1962). Интересно,что,вЩ9 не зная об этом, А.А.Зубков (1936) раздракал у собак блуздающие нервы залпами из 6-7 импульсов,подавая последние от индукционной катушки через метроном. При этом он наблвдад полное усвоение сердцем вагусного ритма возбуздения.дане если тот варьировал от 36-50 до 50-70 залпов/мин или наоборот. Указанный $акт был настолько неоздашнм.что никто аз физиологов не смог оценить его значение,в том число и сам автор,даже не пытавлийся объяснить свое сообщение. В связи с этим работа А.А.Зубкова была быстро забыта и никогда не цитировалась в отечественной да-

- 4 -тературе. Однако через три десятилетия это явление снова было описано В ЯПОНИИ (Suga.Oshima ,1968,1969), ЮАР (Reid ,1969) и США. (Levy et ai. ,1969),после чего стало ясно.что определенные структуры мозга могут управлять ритмом сердца посредством по-цикдовой регуляции каадого его сокращения (В.М.Покровский,1981). В то же время, несмотря на принципиальную значимость этого вывода, многие аспекты обсуждаемого явления продолжали оставаться неясными,не согласуясь с общепринятой картиной нервной регуляции сердца.

Учитывая вышеизложенное, целью работы явилось выяснение механизмов деятельности сердца при усвоении им ритма возбуждения блуждающего нерва.

Для достижения указанной цела были поставлены следующие основные задачи :

1. Установить принципы усвоения сердцем вагусного ритма возбуждения.

2. Проанализировать структуру хронотропного эффекта блуждающего нерва.

3. Определить характер сиыпато-параоямпатического взаимодействия при поцикловом управлении ритмом сердца.

4. Выявить конкретные механизмы аритмогенного влияния блуждающего нерва.

5. Оценить состояние возбудимости миокарда при залповом раздражении блуждающего нерва.

6. Изучить динамику проводимости сердца при синхронизации сердечного а вагусного ритмов возбуждения.

7. Исследовать влияние блуждающего нерва на сократительную активность желудочков сердца у теплокровных животных.

Научная новизна результатов. В настоящей работе впервые:

доказана неоднородность хронотропного,дромотропного и иногроп-ного влияния блуждающего нерва на сердце;

установлено,что хронотропный эффект блуждающего нерва состоит из поциклового синхронизирующего,отрицательного тонического и слабо выраженного ускорительного компонентов; определено функциональное значение различных параметров залпового раздражения блуждающего нерва в условиях лоцикловой регуляции сердечного ритма;

обнаружена системность в реализации синхронизирующего и тони- . чесного компонентов хронотропного эффекта при изменении количества импульсов в залпах,подаваемых на блуждающий нерв;

показано,что относительные границы хронотропного эффекта при залповом раздражении блуждающего нерва не зависят от вида животного и степени активации у него симпатической системы;

выяснено,что абсолютные границы синхронизации сердечного и вагусного ритмов зависят от фоновой частоты сердечных сокращении, которая.в свою очередь,определяется прежде всего тонусом симпатической системы;

дано единое математическое описание хронотропного эффекта блуждающего нерва у млекопитающих;

отмечено,что пороговые дозы атропина избирательно блокируют синхронизирующий компонент хронотропного эффекта блуждающего нерва,тогда как ионы лития избирательно уменьшают тонический компонент;

продемонстрирован разнонаправленный характер влияния петли Вьессения и каудального сердечного нерва на хронотропный эффект блуждающего нерва;

выяснен механизм трансформации отрицательного хронотропного эффекта блуждающего нерва в положительный в условиях общей гипотермии организма;

расшифрован механизм синусовой аритмии,наблюдаемой при залповом раздражении блуждающего нерва;

вскрыт механизм возникновения фибрилляции предсердий при активации блуадавдего нерва;

выделен синхронизирующий компонент в составе дромотропного эффекта при усвоении сердцем вагусного ритма возбуждения;

изучена динамика времени синоатриального проведения возбуждения при синхронизации сердечного и вагусного ритмов;

найден положительный компонент в составе инотропного влияния блуждающего нерва на сердце теплокровных;

показано,что эквивалентные нагрузки сердца объемом или сопротивлением неодинаково изменяют все показатели сократительной активности сердца,за исключением среднего ускорения давления в левом желудочке;

предложены способ точного управления сердечным ритмом,способ оценки времени синоатриального проведения возбуждения.способ получения управляемой фибрилляции предсердий и способ оценки сократительной активности миокарда по среднему ускорению давления в левом желудочке.

Научно-практическая значимость работы . Теоретическое значение полученных результатов заключается в обосновании новой концепции парасимпатических влияний на сердце.формирование которой можно рассматривать как развитие нового перспективного направления в области изучения нервной регуляции миокарда. Б соответствии с этим полученные в работе факты о механизмах вагусного влияния на различные стороны сердечной деятельности могут быть отнесены к фундаментальным физиологический разработкам.

Существенным аспектом развиваемого подхода явился поцикло-вой характер раздражения блуадающего нерва,позволивший максималь

но приблизить методику эксперимента к естественным условиям возбуждения вагусных волокон. Благодаря этому впервые удалось взаимосвязанно объяснить все многообразие вагусных влияний на сердца,что,в свою очередь,открывает возможность активного управления кардиотрошшми эффектами блуждающего нерва.

Основным итогом выполненного исследования явилось детальное изучение механизма поциклового управления сердечным ритмом,позволившее сформулировать основные принципы нервной регуляции частоты сердечных сокращений: принцип системности в реализации хро-нотропного эффекта блуждающего нерва,принцип относительной эквивалентности хронотрошшх вагусных влияний и принцип симпатической модуляции исходного уровня вагусного управления сердечным ритмом.

Как показывает анализ указанных принципов,последние отражают также механизм хронотропного симпато-парасишатического взаимодействия, многие аспекты которого до сих лор не находили удовлетворительного объяснения.

И наконец,обнаружение поцикловой регуляции сердечного ритма у всех изученных животных позволяет считать,что этот механизм носит фундаментальный,общебиологический характер,обеспечивающий должную частоту сердечных сокращений в самых разнообразных условиях деятельности организма.

Учитывая это обстоятельство,в настоящей работе были изучены все свойства миокарда при синхронизации сердечного и вагусного ритмов,что впервые позволило оценить роль и место залпового возбуждения блуждающего нерва в общей картине нервной регуляции сердца. Полученные при этом факты носят принципиально новый характер и потому могут служить заделом для дальнейшего изучзния интимных механизмов регуляции сердечного ритма,природы нойрогея-ных аритмий,структуры дромотройного и инотропного влияний бдуа-

- 8 -дающего нерва. Весьма перспективной для последующей разработки представляется также новая гипотеза возникновения-фибрилляции миокарда,использование которой впервые позволило придать этому процессу управляемый характер.

.Практическое значение результатов исследования определяется новизной полученных фактов и методических приемов,предложенных в процессе работы. Так,например,данные о механизмах поцикловой регуляции сердечного ритма могут служить для моделирования различных состояний сердечно-сосудистой системы,а в перспективе -стать базой для разработки системы управления искусственным сердцем, согласуемой на входе непосредственно с эфферентными волокнами экстракардиалышх нервов.

Обнаруженные в ходе исследования факторы,изменяющие выраженность отдельных компонентов хронотропного аффекта блуждающего нерва (параметры стимуляции,введение атропина или ионов лития, общая гипотермия,активация симпатических нервов и т.д.) могут служить методической основой для разработки лечебных или профилактических мероприятий,связанных с нарушениями сердечного ритма в клинике и эксперименте.

Предложенные в работе способ определения времени синоатри-ального проведения возбуждения и способ оценки сократительной активности миокарда могут быть применены в экспериментальной и кардиохирургической практике для характеристики функционального состояния сердечной мышцы,а способ получения управляемой фибрилляции - соответственно для оценки антиаритмической активности нові:х лекарственных препаратов, а также для выяснения природы этого явления в эксперименте.

Установленные закономерности вагусного влияния на миокард и разработанные при этом устройства и методики (см. список опубликованных работ) нашли отражение в лекционном и практическом

- 9 -курсах по физиологии в Кубанском мединституте,а также использованы при заполнении 14 диссертационных работ. Кроме того,по материалам исследования опубликовано 48 работ в центральной печати,получено 4 авторских свидетельства на изобретения и 5 актов об использовании результатов работы в Волгоградском,Оренбургском и 2-м Московском мединститутах,а также в ВКНЦ АМН СССР и НИИ трансплантологии и искусственных органов МЗ PCSCP.

Основные положения,выносимые на защиту. Есе кардиотрошше эффекты блуддащего нерва,кроме батмотропного влияния на сократительный шонард,носят слоаннй гетерогенный характер,зключая в случае хронотропного эффекта отрицательные тонический и еинхронизярупций компоненти,а также мэ-нзэ выраженный ускорительный компонент. В свою очэрздь,дрогло-трогашй эффект состоит из отрицательных тоничэсюго и синхрснз-зирующего компонентов,а инотропное влияние включает отрицательный тонический компонент.обнаруживавши на предсердиях,косвенный отрицательный эффект на жзлудочка,связанный с угнетением сократимости предсердий,и длительный положительный компонент,наблюда-емнй преимущественно на желудочках. В отличие от Еышоуказанных эффектов,батмотрогоше влияние блуждающего норза иосит сугубо тонический положителыгай характер, обнаруживающий- аритмогешіут направленность при значительном увеличении вагусной активности.

Синхронизация сердечного и вагусного ритмов возбуждения, возникающая при залповом раздрахзнии блуждающего нзрва нссит строго определенный характер,в соответствии с гхгтаркм граници синхронизации р^г-га.таз определяются количеством ишульсов з залпах (принцип системности в реализации хронотропного &$*>эвта бдуздазо-Щ9го нерза). При о том относитэлыше гранидн сиіщязпзацші пэ зависят от зада зивотного или степени актязаяда у нзго атаїатячес-кой сястэда (принцип относительной эквивалентности хронотропішх

- 10 -вагусных влияний). Отсвда следует,что абсолютные границы синхронизации ритмов должны определяться фоновой частотой сердечных сокращений, уровень которой регулируется преимущественно симпатической системой (принцип симпатической модуляции исходного уровня вагусного управления сердечным ритмом).

Апробация работы. Результаты исследования представлены в докладах и сообщениях на 28 Всемирном конгрессе физиологов (Будапешт,1980), 9 Всемирном конгрессе кардиологов (Москва,I982), 8 Международном конгрессе по электрокардиологии (Будапешт,1981), 14 конгрессе кардиологов ГДР (Берлин,I989), 13 , 14 и 15 съездах Всесоюзного физиологического общества (Алма-Ата,1979; Баку,1983; Кишинев,1987), 4 и 5 Всесоюзных симпозиумах "Центральная регуляция кровообращения" (Тернополь,1981; Ростов-на-Дону,J984), 2 Всесоюзном симпозиуме по сравнительной алектрокардиологии (Сыктывкар,1985), 2 Всесоюзном симпозиуме "Физиология и патофизиология сердца и коронарного кровообращения" (Киев,1987), I Всесоюзной конференции по электростимуляции органов и тканей (Киев,1979), I Всесоюзной конференции по физиологической кибернетике (Москва,1981), 5 и 6 Всесоюзных конференциях по физиологии вегетативной нервной системы (Ереван,1982,1986), 12 Всесоюзной конференции по физиологии и патологии кортико-висцеральных взаимоотношений (Ленинград,1986), 5 Всесоюзной школе-семинаре "Физиология кровообращения" (Ашхабад,1987), научной конференции ЦНИД Тбилисского института усовериенствованпя врачей (Тбилиси,1989).научных конференциях Кубанского медицинского института (1979-1990) и заседаниях Краснодарского отделения Всесоюзного физиологического общества (1979-1990).

Структура работы. Диссертация оформлена на 249 страницах машинописи и состоит из введения (9 стр.),обзора литературы (37 стр.),описания методов исследования (6 стр.), 7

- II -

глав с изложением и обсуждением полученных фактов (126 стр.), заключительного обсуждения результатов (13 стр.),выводов (3 стр.),библиографии (50 стр.) и приложений (7 стр.). Работа иллюстрирована 56 рисунками и 15 таблицами. Список литературы включает 218 источников на русском и 365 - на иностранных языках.

Нике приводится перечень используемых в тексте сокращений , обозначающих следующие понятия: ЧСС - частота сердечных сокращений, ЕН - блуждающий нерв, ХЭ - хронотрошшй эффект, СК - синхронизирующий компонент, ТК - тонический компонент, PC - интервал между зубцом Р ЭКГ и моментом стимуляции Ш или

миокарда в текущем кардиоцикле (интервал Р - стимул), СР (-РС) - интервал между моментом стимуляции Ш и зубцом Р

следующего цикла ЭКГ (интервал стимул - Р), ВСПВ - время синоатриального проведения возбуждения.

Основная часть опытов (323 из 344) выполнена на 185 кошках обоего пола массой 2.5-3.5 кг.находившихся под хлоралозо-нембу-таловым наркозом (75+15 мг/кг в/бр) в условиях искусственной вентиляции легких при температуре тела 37+0.1. Поддержание последней происходило автоматически с помощью ректально расположенного контактного термометра,периодически включавшего и выключавшего рефлектор мощностью 100 Вт. Остальные эксперименты были осуществлены на аналогично наркотизированных обезьянах Иасаса mulatta (М. rhesus) И обездвиженных лягушках Нала tea-poraria (п=5 и 16). У всех животных,кроме холоднокровных,не-

рерэзалн на шее правый Ш,периферический копец которого накалывали на биполярные игольчатые электроды с шжлодюснш расстоянием 2.5 ш и заливали расплавленной сшсыэ воска с вазелиновым маслом. Наряду с этим у 16 кошек выделяли экстраплаврально правый звездчатый узел;сохраняя каудальную ветвь петли Вьессения и каудальний сердечный нерв,которые помещали на биполярные платиновые электрода с межполосным расстоянием 2.5 щ и также заливали смесью воска с вазелиновым касдоы. Через наружную яремную и бедренную Бена вводили в правое предсердие 2 пары биполярных: платиновых электродов,одна из которых служила для регистрации внутрЕпредсердной ЭКГ на электрокардиографе ЭЛ1ЙР-4, а другая - для стимуляции предсердия от универсального стимулятора ЗСУ-2. В ряде опытов раздражавдйє электроды располагались в правом желудочке сердца. За исключением специально оговариваемых ситуаций,раздражение зкетракардиалышх нервов производили залпаш ее 3 супрамаксЕкальных злектрячзскюс иьщульсов (2 ис, 40 1ц,5-6 порогов)-.noAaBaoMHKi от второго стимулятора ЭСУ-2, работавшего автономно или в режиме запуска от зубца Р ЭКГ (цепная стимуляция). Порог раздражения блуддаицего и симпатического нервов составлял при этом 0.2-0.4 и 0.5-0.8 В. В части опытов в аорту и левый желудочек вводили катетеры для записи кровяного давления с помощью манотронного элоктроманоыетра собственной конструкции. В качестве регистрирующих приборов использовали лршокоординатные самописца Н302І-4 и Н303І-4. В 12 опытах, шпелнзшшх на сердечно-легочном препарате кошек, с поющьо усЕЛЕтеля "Физиограф-68", элвктроыаноызтроЕ ЭМ2-01 (Взнгрия), электронного дифференциатора ДЗ-І и самопвеца Н-338 записывали ЗКГ,5КГ, давление в аорте и левом желудочке,а такие 1-е производив давления в хелудочке. Одновременно с этим опроделяЕЕ

- ІЗ -

аортальную фракцию минутного объема крови о точностью до ±1%, используя пьезометрический метод П.М.Старкова. Визуальный контроль изучаемых процессов осуществляли с помощью 3-канального осциллографа СІ-І8 и (или) 8-канадьного индикатора ИМ-789. Все полученные результаты обработаны методами вариационной статистики с определением средней арифметической Ш), средней ошибки средней арифметической (±m ) и показателя достоверности различий (Р).