Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1: Обзор литературы 11
ГЛАВА 2: Объекты и методы исследования 39
2.1. Объекты исследования 40
Выделение, отбор и оценка физиологического состояния реальных мышц 40
Виртуальная мышца 43
Параллельный и последовательный дуплеты 46
2.2. Экспериментальная установка для исследования
мышечных дуплетов 48
Пакеты программ управления экспериментальной установкой 52
Экспериментальный протокол 55
Обработка экспериментальных данных 58
Анализ результатов 59
Особенности метода реальных и гибридных дуплетов 60
ГЛАВА 3: Неоднородность характеристик механической активности
изолированных препаратов миокарда крыс и кроликов параллельного
дуплета в изометрическом, изотоническом и физиологическом режимах
нагрузок 63
Характеристики одиночных сокращений препаратов миокарда и параллельного дуплета, составленного из них, при равенстве температур в перфузионных ванночках 64
Влияние температуры на параметры одиночного цикла препаратов миокарда в изоляции 68
ГЛАВА 4: Исследование связи «сила-скорость» препаратов миокарда кролика и крысы в условиях изоляции и при взаимодействии в
параллельном дуплете с различными задержками возбуждения
сердечных мышц при равенстве и неравенстве их температур 73
4.1. Связь «сила-скорость» в препаратах миокарда крысы и
кролика в изоляции и в параллельном дуплете 73
Влияние задержки возбуждения между неоднородными препаратами реального параллельного дуплета на зависимость «сила-скорость» в условиях равенства температур элементов дуплета 80
Влияние задержки возбуждения между неоднородными препаратами реального параллельного дуплета на зависимость «сила-скорость» в условиях неравенства температур элементов дуплета 86
4.4. Обсуждение результатов 91
ГЛАВА 5: Характеристики механической активности изолированных
препаратов миокарда крысы и кролика в изоляции и мышечного
последовательного дуплета в изометрическом и ауксотоническом
режимах нагрузок 95
5.L Характеристики одиночных сокращений препаратов миокарда и последовательного дуплета, составленного из них, в
условиях равенства температур 95
5.2. Влияние температуры на параметры одиночного цикла
препаратов миокарда в изоляции 100
ГЛАВА 6: Влияние асинхронизма возбуждения и разной степени неоднородности сердечных мышц на максимальную силу последовательного дуплета, амплитуду изменения длин его элементов и переходные процессы по силе препаратов миокарда
во время и после объединения их в дуплет 104
6.1. Влияние задержки возбуждения сердечных мышц
последовательного дуплета на максимальную силу дуплета и
амплитуду изменения длины элементов дуплета в условиях
равенства температур мышечных препаратов 104
Влияние задержки возбуждения сердечных мышц последовательного дуплета на максимальную силу дуплета и амплитуду изменения длины элементов дуплета в условиях неравенства температур мышечных препаратов 108
Переходные процессы по силе препаратов миокарда при объединении их в последовательный дуплет и при
сокращениях в изоляции после взаимодействия в дуплете 111
ГЛАВА 7: Механические и электрические ответы папиллярных мышц крысы и кролика при их взаимодействии с виртуальной мышцей в
гибридном дуплете 119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ '. 128
ВЫВОДЫ 132
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 133
Введение к работе
Актуальность исследования.
В настоящее время накоплены многочисленные данные, которые свидетельствуют о существенной неоднородности сердца. Установлено, что неоднородность наблюдается на различных уровнях организации миокардиальной ткани [29]. Найдено, что биомеханические [26], биоэлектрические [16] и биохимические [87] свойства кардиомиоцитов в различных регионах стенки желудочков неодинаковы. Кроме того установлено, что существует определённая последовательность активации различных регионов стенки желудочка [127]. Все эти данные показывают, что неоднородность нормального миокарда является его неотъемлемым свойством [90]. Кроме того целый ряд исследований показывают, что эта неоднородность возрастает при патологии и существенно снижает насосную функцию сердца [14]. Таким образом, неоднородность сердечной мышцы является существенной переменной возможно не менее важной, чем связь «длина - сила» или связь «сила - скорость». Хотя в последнее время в лаборатории биологической подвижности и лаборатории математической физиологии Учреждения РАН ИИФ УрО РАН установлен ряд закономерностей сократительной функции неоднородного миокарда, однако до настоящего времени нет полного понимания физиологической и патофизиологической значимости феномена гетерогенности сердечной мышцы.
Цель работы.
Исследовать механические и электрические эффекты взаимодействия сердечных мышц при их параллельном и последовательном соединении.
Задачи:
Создать аппаратно-программный комплекс для изучения неоднородности на изолированных препаратах миокарда в параллельном или последовательном дуплете с одновременной регистрацией их механической и электрической активности;
Исследовать влияние временного асинхронизма возбуждения сердечных мышц параллельного мышечного дуплета на механическую активность дуплета и его элементов в условиях разной степени неоднородности между препаратами дуплета;
Исследовать влияние временного асинхронизма возбуждения сердечных мышц последовательного мышечного дуплета на механическую активность дуплета и каждой из мышц в дуплете в условиях разной степени неоднородности между элементами дуплета;
Исследовать влияние механического взаимодействия и величины задержки возбуждения мышц в последовательном гибридном дуплете на длительность потенциалов действия кардиомиоцитов партнёров;
Сравнить эффекты взаимодействия неоднородных элементов дуплетов, образованных из препаратов миокарда животных, характеризующихся разными типами электромеханического сопряжения.
Научная новизна.
Впервые разработан аппаратно-программный комплекс для исследования феномена неоднородности на последовательном либо параллельном дуплете, образованном из изолированных препаратов миокарда.
Впервые использован метод гибридных дуплетов для изучения как механических, так и электрических эффектов взаимодействия элементов дуплета.
При исследовании взаимодействия сердечных мышц в параллельном дуплете найдено, что кривая «сила - скорость» дуплета в широком диапазоне задержек возбуждения его элементов остаётся неизменной, а кривые «сила -скорость» мышц в дуплете изменяются во взаимно противоположных направлениях. Это явление наблюдается в миокарде животных с разным типом электромеханического сопряжения.
Обнаружено, что при задержке «быстрой» мышцы в неоднородном последовательном дуплете наблюдается положительный инотропный эффект, т.е. в области определённых задержек «быстрой» мышцы сила сокращения дуплета превышает таковую при нулевой задержке.
Методом последовательного дуплета, образованного из изолированных мышц, а также гибридного последовательного дуплета, образованного из виртуальной и изолированной мышц, обнаружен новый тип медленного ответа: оказалось, что наблюдаются переходные процессы силы сокращения дуплета и его элементов при их объединении в дуплет и разъединении мышц после их взаимодействия в дуплете.
При помощи плавающих микроэлектродов найдено, что механические эффекты в элементах дуплета сопровождаются электрическими эффектами.
Научно-практическая значимость.
Результаты, полученные в работе, показывают, что пространственно-временное взаимодействие элементов неоднородного миокарда обеспечивает его высокую пластичность. Например, при сохранении глобальной насосной функции желудочка при патологии могут быть компенсаторные локальные изменения, которые носят критический характер. Так, при снижении функции какого-либо региона стенки камеры сердца может иметь место компенсаторная активация механической функции других регионов. Эта активация может носить критический характер, особенно в условиях
скомпрометированной функции сосудов сердца. Следовательно, наряду с глобальной оценкой функции сердца требуется оценка региональной функции камер сердца.
Основные положения, выносимые на защиту:
В физиологическом диапазоне величин задержек и любом порядке возбуждения элементов параллельного дуплета наблюдается эффект стабилизации силоскоростных характеристик параллельного дуплета, эффект стабилизации параметров связи «сила-скорость» дуплета проявляется в препаратах миокарда с разными типами электромеханического сопряжения (крыса, кролик).
Зависимость амплитуд сил последовательного дуплета от величины задержки возбуждения между его элементами носит экстремальный характер.
Существуют задержки и порядок возбуждения неоднородных сердечных мышц в последовательном дуплете, при которых наблюдаются переходные процессы по силе при объединении мышц в последовательный дуплет и при разъединении мышц.
В ходе взаимодействия неоднородных сердечных мышц в последовательном дуплете их динамическое изменение длин приводит не только к длительному переходному процессу по силе сокращений, но и сопровождается изменением длительности потенциала действия кардиомиоцитов во время механического взаимодействия и следовыми изменениями потенциала действия после взаимодействия.
Внедрение результатов исследования в практику.
Результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы:
включены в лекционный курс раздела «физиология сердечнососудистой системы» кафедры физиологии Уральского государственного университета (г. Екатеринбург) и кафедры нормальной физиологии Уральской государственной медицинской академии (г. Екатеринбург);
учтены при разработке новых сегментарных показателей сократимости сердца по данным ультразвуковых исследований сердца больных в Областной клинической больнице № 1 г. Екатеринбурга.
Апробация работы.
Основные положения и результаты доложены на конференциях:
XVIII Съезд физиологического общества им. И.П. Павлова (Казань, 2001)
XIX Съезд физиологического общества им. И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004)
I отчетной конференции молодых ученых ГОУ УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2001)
II отчетной конференции молодых ученых ГОУ УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2002)
Демидовские чтения на Урале (Екатеринбург, 2006)
«Патофизиология современной медицине» (Ижевск, 2007)
4th International workshop on cardiac mechano-electric feedback and arrhythmias (Oxford, England, 2007)
Четвертая всероссийская школа с международным участием школа-конференция по физиологии кровообращения (Москва, 2008)
Исследования, проведенные в рамках диссертационной работы, поддержаны грантами РФФИ №04-04-96109-р2004урал_а (2004), №05-04-
48352-а (2005-2007), грантами поддержки молодых ученых УрО РАН (2003, 2004, 2005).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано семнадцать работ, в том числе две статьи в рецензируемых журналах.
Объём и структура работы.
Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста и состоит из введения, семи глав, заключения, выводов и списка цитируемых источников, включающего 132 источника. Работа содержит 45 рисунков и 10 таблиц.
