Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Физиологическая информативность электрического поля сердца (обзор литературы) 18
ГЛАВА 2. Объект и методы исследования 41
1. Объект и общая характеристика эксперимента 41
2. Регистрация кардиоэлектрического поля 44
2.1. Регистрация кардиоэлектрических потенциалов на поверхности тела теплокровных животных 44
2.2. Регистрация кардиоэлектрических потенциалов на поверхности грудной клетки человека 45
2.3. Регистрация электрограмм у теплокровных животных 46
2.3.1. Регистрация кардиоэлектрических потенциалов на поверхности желудочков сердца 48
2.3.2. Регистрация интрамуральных электрограмм 53
3. Метод электрической стимуляции желудочков сердца 54
3.1. Кардиостимуляция желудочков сердца у пациентов 54
3.2. Электрическая стимуляция желудочков сердца у собак 56
4. Аппаратурное и программное обеспечение 57
5. Методы обработки данных 60
5.1. Анализ электрокардиограмм 61
5.2. Карты распределения форм потенциалов 61
5.3. Моментные эквипотенциальные карты 62
5.4. Хронотопографические карты 65
ГЛАВА 3. Кардиоэлектрическое поле птиц 68
1 .Электрокардиографическая характеристика начальной желудочковой активности сердца 68
2. Кардиоэлектрическое поле птиц 74
2.1. Электрическое поле в период начальной желудочковой активности 74
2.1.1. Кардиоэлектрическое поле на поверхности тела 74
2.1.2. Кардиоэлектрическое поле на поверхности желудочков сердца 77
2.2. Электрическое поле в период конечной желудочковой активности 80
2.2.1. Кардиоэлектрическое поле на поверхности тела 80
2.2.2. Кардиоэлектрическое поле на поверхности желудочков сердца 81
2.3. Отображение на поверхность желудочков сердца и тела электрической активности различных слоев миокарда миокарда (субэндокарда, интрамуральных слоев и субэпикарда) 83
3. Обсуждение 87
ГЛАВА 4. Кардиоэлектрическое поле грызунов 92
1. Морфологические особенности строения желудочков сердца грызунов 92
2. Электрофизиологические особенности желудочков сердца грызунов 98
3. Кардиоэлектрическое поле грызунов 104
3.1. Электрическое поле сердца в период начальной желудочковой активности 104
3.1.1. Кардиоэлектрическое поле на поверхности тела 104
3.1.2. Кардиоэлектрическое поле на поверхности желудочков 114
3.1.3. Интрамуральная хронотопография деполяризации желудочков сердца 116
3.2. Электрическое поле сердца в период конечной желудочковой активности 118
3.2.1. Кардиоэлектрическое поле на поверхности тела 132
3.2.2. Кардиоэлектрическое поле на поверхности желудочков 122
4. Отображение на поверхность желудочков сердца и тела электрической активности различных слоев миокарда миокарда (субэндокарда, интрамуральных слоев и субэпикарда) 123
5. Обсуждение 136
Заключение 289
Выводы 291
Список литературы 295
- Регистрация кардиоэлектрических потенциалов на поверхности желудочков сердца
- Аппаратурное и программное обеспечение
- Кардиоэлектрическое поле на поверхности желудочков сердца
- Электрофизиологические особенности желудочков сердца грызунов
Введение к работе
На основании сравнительных исследований сердечной деятельности у представителей разных классов позвоночных животных МП. Рощевским (Рощевский, 1958, 1965, 1972, 1978) был выделен раздел сравнительной электрофизиологии - эволюционная электрокардиология - исследование электрогенеза миокарда животных, находящихся на разных ступенях эволюционного развития. Использование сравнительно-физиологического подхода позволило выявить четыре типа активации желудочков сердца у позвоночных животных (Шмаков, Рощевский, 1997): "последовательный" с одновременным движением волны деполяризации по всей толще стенки миокарда (рыбы); "последовательный" за счет движения процесса активации от эндокарда к эпикарду (амфибии, рептилии); "вспышечный" (птицы и копытные); "вспышечно-последовательный" (хищные, ластоногие).
Экспериментально доказано (Шмаков, 1991), что последовательность охвата возбуждением интрамуральных слоев миокарда играет ведущую роль в образовании формы внеклеточных потенциалов на эпикарде и электрокардиографических комплексов на поверхности тела.
В теоретической электрокардиологии проблема формирования
9 электрического поля сердца условно разделена на две фундаментальные задачи: прямую и обратную. Работы по решению прямой и обратной задачи электрокардиологии выполнялись как формализованная математическая задача. Однако для их решения необходимо определить пространственно-временные фронты волн деполяризации, выявить закономерности электрофизиологической информативности субэндокардиальных, интрамуральных и субэпикардиальных слоев желудочков в сердцах с разным уровнем организации.
Сравнительно-физиологические исследования позволяют наиболее полно изучить закономерности формирования кардиоэлектрическогополя и его физиологическую информативность. Имеются фрагментарные данные о конфигурации волн деполяризации в желудочках сердец у животных с разными типами активации. Существуют противоречивые гипотезы о соотношении последовательности деполяризации и порядке восстановления возбудимости желудочков сердца. І Іеобходимо исследовать процесс восстановления возбудимости желудочков сердца у животных с разными типами активации и механизмы формирования кардиоэлектрического поля в период конечной желудочковой активности. Экспериментальных данных о последовательности реполяризации эпикардиальной и эндокардиальной поверхностей, а так же интрамуральных слоев желудочков сердца крайне мало. Исследование формирования пространственного кардиоэлектрического поля у позвоночных животных с разными типами активации при помощи метода синхронной многоканальной кардиоэлектрохронотопографии, позволит сформулировать отдельные положения теории функционирования миокарда в процессе эволюции. Исследование закономерностей отображения процесса эктопического возбуждения желудочков на поверхность тела при заданной локализации источника позволят подойти к решению прямой и обратной задачи электрокардиологии. Результаты исследований послужат основой для проверки гипотез формирования
10 кардиоэлектрического поля на поверхности туловища в норме и патологии и для разработки диагностических методов исследования сердца. Исследования позволяют выявить новые информативные критерии оценки функционального состояния сердца.
Цель работы заключается в сравнительно-физиологическом изучении механизмов формирования кардиоэлектрического поля у теплокровных животных и человека при синусно-предсердном ритме и искусственной стимуляции желудочков сердца.
Были поставлены следующие основные задачи: - ввести в практику физиологического эксперимента метод синхронной многоканальной кардиоэлектротопографии; - исследовать хронотопографию деполяризации желудочков сердца грызунов и закономерности отображения на поверхность тела электрической активности миокарда; - детально изучить электрическое поле сердца у теплокровных животных с различными типами возбуждения миокарда в период начальной желудочковой активности на поверхности туловища, эпикарде и в интрамуральных слоях желудочков при синусно-предсердном ритме; - реконструировать трехмерный процесс деполяризации желудочков сердца; исследовать корреляцию во времени между электрической активностью желудочков сердца и параметрами кардиоэлектрического поля на поверхности тела в период начальной желудочковой активности; экспериментально и с помощью методов математического моделирования изучить закономерности отображения на поверхность тела электрической активности распространяющейся в миокарде волны возбуждения; - исследовать влияние экстракардиальных факторов (формы торса и ориентации сердца в грудной клетке) на характер распределения кардиоэлектрических потенциалов на поверхности тела; - изучить электрическое поле сердца у теплокровных животных с различными типами возбуждения миокарда в период конечной желудочковой активности на поверхности туловища и эпикарде; - выявить закономерности формирования электрического поля сердца у человека и животных со "вспышечно-последовательным" типом активации при эктопическом возбуждении желудочков при искусственной стимуляции.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
Впервые на основании сравнительно-физиологических исследований электрического поля сердца в интрамуральных слоях желудочков сердца, на эпикарде и поверхности тела у теплокровных животных методами синхронной многоканальной кардио-электротопографии проведено сопоставление параметров кардиоэлсктрического поля с конфигурацией фронтов волн деполяризации в миокарде.
Впервые выявлены физиологические механизмы формирования электрического поля сердца. Показано,что динамика распределения кардиоэлектрических потенциалов на поверхности тела отображает основное в каждый момент времени направление распространения волны возбуждения в желудочках.
Впервые установлено, что в формирование кардио- электрического поля на поверхности тела вносит электрическая активность первичных очагов возбуждения миокарда.
Впервые выявлены закономерности динамики кардиоэлсктрического поля на поверхности тела в период начальной желудочковой активности у теплокровных животных со "вспышечно-последовательным" и "вспышечным" типами возбуждения желудочков сердца и человека. Показано наличие двух инверсий областей положительного и отрицательного потенциала у животных со
12 "вспышечно-последовательным" и одной инверсии у животных со "вспышечным" типом возбуждения. Наличие или отсутствие, длительность и период инверсии может служить маркером для оценки последовательности деполяризации желудочков сердца.
Впервые показано, что на субэпикарде желудочков сердца теплокровных животных формируются две зоны прорыва волны возбуждения - на верхушке или свободной стенке правого желудочка и на верхушке или свободной стенке левого. У животных со "вспышечным" типом активации области прорыва волны возбуждения на субэпикард желудочков состоят из множественных зон.
У животных со "вспышечным" типом активации впервые выявлена множественность областей поздней деполяризации, расположенных субэпикардиально, интрамурально и субэндокардиально.
Впервые проведен детальный анализ последовательности деполяризации желудочков сердца и характер отображения на поверхность тела возбуждения миокарда у грызунов (на примере крысы линии Вистар). Показано, что для грызунов характерен "вспышечно-последовательный" тип деполяризации желудочков сердца.
Впервые установлено, что порядок восстановления возбудимости субэпикарда желудочков животных с разными типами активации имеет близкий характер, несмотря на разницу в процессе деполяризации. Хронотопография восстановления возбудимости определяется локальными длительностями возбужденного состояния.
Впервые показано, что при искусственных эктопических очагах у животных (собака) и человека со "вспышечно-последовательным"типом возбуждения стимулируемый желудочек деполяризуется как миогенно, так и при помощи терминалей проводящей системы, а контрлатеральный желудочек - преимущественно посредством проводящей системы.
13 НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ
Введен в практику физиологического эксперимента метод синхронной многоканальной кардиоэлектротопографии. Результаты исследования и основанные на них теоретические обобщения представляют собой основу для развития методов неинвазивной оценки функционального состояния сердца при помощи синхронной многоканальной кардиоэлектротопографии.
Установленные фундаментальные закономерности функционирования сердца у разных классов теплокровных животных позволят осуществлять адекватный выбор модельных животных для воспроизведения заболеваний, характерных для человека.
Проведенные сравнительно-физиологические исследования были использованы для создания многоканальной (128-канальной) системы для кардиоэлектротопографических исследований, которая в настоящее время используется не только для регистрации кардиоэлектрического поля у животных в эксперименте, но и для анализа функции сердца у пациентов с имплантированными кардиостимуляционными системами, ишемиями и инфарктами миокарда различной локализации, с разными степенями гипертензии.
Исследования доказали возможность применения метода кардиоэлектротопографии для скрининга фармакологических препаратов.
Распределение кардиоэлектрических потенциалов на поверхности тела, время инверсии областей положительного и отрицательного потенциала, траектории смещения экстремумов позволяют определить локализацию эктопических очагов в желудочках сердца. У пациентов с имплантированной кардиостимуляционной системой кардио-электрическое поле наповерхности тела может быть использовано для динамического наблюдения за функцией кардиостимуляционной
14 системы и состоянием миокарда.
Полученные данные используются для математического моделирования деполяризации желудочков сердца, формы и неоднородности торса, ориентации и положения сердца в грудной клетке.
Результаты экспериментально-теоретических разработок используются в курсе лекций, практических занятий и научно-исследовательской работе студентов кафедры нормальной физиологии Коми филиала Кировской государственной медицинской академии, в практике кардиодиагностики в Кардиологическом диспансере министерства здравоохранения Республики Коми. Результаты работы могут быть применены в области моделирования функции сердца, для разработки новых неинвазивных методов кардиодиагностикии, скрининга фармакологических препаратов.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ
Кардиоэлектрическое поле на поверхности желудочков сердца и туловища формируется электрической активностью субэндо-кардиальных, интрамуральных и субэпикардиальных слоев миокарда. Деполяризация первичных очагов возбуждения, расположенных в межжелудочковой перегородке и основании папиллярных мышц отображается на поверхность тела характерным распределением кардиоэлектрических потенциалов и не находит отражения на ЭКГ.
У теплокровных животных динамика кардиоэлектрического поля на поверхности тела отражает доминирующее в данный момент времени направление распространения волны возбуждения в желудочках сердца.
Кардиоэлектрическое поле на поверхности тела теплокровных животных со "вспышечно-последовательным" типом возбуждения желудочков сердца и человека характеризуется двумя инверсиями
15 областей положительного и отрицательного потенциала, со "вспышечным" типом возбуждения - одной инверсией.
Желудочки сердца грызунов (крыс) деполяризуются по "вспышечно-последовательному" типу. Начальные зоны возбуждения в желудочках расположены в основании папиллярных мышц левого желудочка и в межжелудочковой перегородке. Порядок восстановления возбудимости субэпикарда желудочков животных с разными типами активации не зависит от последовательности деполяризации, а определяется локальными длительностями возбужденного состояния. В период восстановления возбудимости желудочков сердца на поверхности тела у животных со "вспышечным" типом активации формируется кардио-электрическое поле с распределением потенциалов аналогичным животным со "вспышечно-последовательным" характером деполяризации.
При искусственных эктопических очагах у животных (собака) и человека со "вспышечно-последовательным" типом возбуждения стимулируемый желудочек деполяризуется ретроградно - миогенно и при помощи терминалей проводящей системы, контрлатеральный желудочек антероградно - преимущественно по проводящей системе.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
Основные положения диссертации доложены автором устно и обсуждены на XIX (1992, Лиссабон, Португалия), XXII (1995, Нийменген, Нидерланды), XXIII (1996, Кливленд, США), XXIV (1997, Братислава, Словакия), XXV (1998, Будапешт, Венгрия), XXVI (1999, Сыктывкар, Россия), XXVII (2000, Милан, Италия), XXVLLI (2001, Сан-Паолу, Бразилия) Международных конгрессах по электрокардиологии, на XVII (1998, Ростов на Дону, Россия) и XVIII (2001, Казань, Россия) съездах физиологов России, на Международной конференции по биоэлектромагнетизму (1996, Тампере, Финляндия), на III и IV Международных симпозиумах по сравнительной электрокардиологии (1993, 1997, Сыктывкар, Россия); на V Российско-Американском симпозиуме по проблемам внезапной смерти (1993, Москва, Россия). Кроме того материалы диссертационной работы были доложены в виде стендовых докладов, или соавторами на конференции молодых физиологов и биохимиков России (1995, Санкт-Петербург, Россия); на симпозиуме по интеграции механизмов регуляции висцеральных функций (1996, Майкоп, Россия); на 1(Х1) Международном совещании по эволюционной физиологии (1996, Санкт-Петербург, Россия); на 13-й Коми республиканской молодежной научной конференции (1997, Сыктывкар, Россия), на XVII (1990, Милан, Италия) и XVIII (1991, Польша) Конгрессах по электрокардиологии.
ПУБЛИКАЦИИ
По теме диссертации опубликовано 83 печатные работы в отечественной и зарубежной печати.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ
Диссертация состоит из введения и обзора литературы, методов исследования, результатов исследования и их обсуждения (десять глав), выводов и списка литературы. Работа изложена на 347 страницах машинописного текста, включая 66 рисунков, три таблицы. Библиографический раздел включает 440 источников.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ПД - потенциал действия
ЧСС - частота сердечных сокращений, уд/мин
ЭГ - электрограмма
ЭКГ - электрокардиограмма
КЭП - кардиоэлектрическое поле
ЭПС - электрическое поле сердца
ЭМК - эквипотенциальные моментные карты
Мы применяли как синонимы следующие группы терминов:
Деполяризация, активация, возбуждение, охват возбуждением;
Реполяризация, восстановление возбудимости
Интервал активация-востановление, длительность возбужденного состояния
Регистрация кардиоэлектрических потенциалов на поверхности желудочков сердца
Регистрацию электрических потенциалов на поверхности желудочков сердца производили при помощи оригинальных многоканальных эпикардиальных макроэлектродов. После наложения макроэлектродов грудную клетку животного закрывали пропитанными теплым физиологическим раствором марлевыми салфетками.
После эксперимента, регистрации ЭГ проводили идентификацию местоположения каждого отводящего электрода в многоканальной эпикардиальной системе и его топографическую привязку к коронарным сосудам и другим анатомическим ориентирам на желудочках сердца. При создании искуственных эктопических очагов определяли положение раздражающих игл-электродов.
Для регистрации эпикардиальных ЭГ использовали следующие типы многоканальных эпикардиальных электродов: электрод-сетка, пластинчатый электрод, электрод-полоска, электрод-пластина.
Электрод-сетка. Для электрода-сетки в соответствии с реальными размерами сердца вида подопытного животного изготавливали макет желудочков. Многоканальный электрод-сетка разработан в лаборатории физиологической информативности биофизических полей Института физиологии Коми НЦ УрО РАН аспирантом В.А. Витязевым. Основой для электрода-сетки служит система резиновых нитей круглого сечения, часть (от 8 до 16) из которых расположены в направлении от верхушки к основанию сердца, а часть нитей (от двух до четырех) охватывают сердце поперек. Па резиновых нитях завязываются экранированные провода толщиной 0,1-0,07 мм. На одном электроде-сетке располагали 64,128 или более (до 500) отводящих электродов. Зона каждого отводящего электрода, прилегающая к эпикардиальной поверхности сердца, очищается от изоляции. Электрод в ходе острого опыта надевается на желудочки сердца, плотно охватывает их, не смещается в течение всего опыта, не вызывает потенциалов повреждения и обеспечивает стабильную и надежную регистрацию эпикардиальных ЭГ в течение длительного времени.
Пластинчатый электрод. Регистрацию ЭГ на поверхности желудочков осуществляли при помощи многоканальных эпикардиальных макроэлектродов собственной конструкции (Рощевская, 1989). Пластинчатый макроэлектрод позволял производить длительное время устойчивую, точно локализованную одновременную регистрацию электрических потенциалов от 64 зон отведения, расположенных на поверхности обоих желудочков. В ходе эксперимента макроэлектроду придают форму желудочков сердца. Наложение пластинчатого макроэлектрода не нарушаю деятельности желудочков сердца, не вызывало ишемического смещения сегмента S на электрограммах.
Пластинчатый макроэлектрод выполнен из резиновых пластинок толщиной 0,2 мм и проволоки типа ЛЭШО-7 диаметром 0,07 мм. Многоканальный эпикардиальный электрод представляет собой систему из восьми резиновых пластинок, имеющих форму равнобедренных трапеций (рис. 3). Пластины с отводящими электродами соединяли капроновыми нитями и придавали системе вид чаши. Меньшие основания пластин, сходясь, образовывали дно чаши, ее верхушку, а большие основания - ее наружные края, основание. В зависимости от диаметра сердца, расстояния между пластинами во время эксперимента можно изменять. Очищенные от изоляции области контакта каждого отводящего электрода с эпикардиальной поверхЕюстью желудочков расположены на внутренней поверхности чаши, и имеют длину 1 мм и ширину 0,07 мм, соответственно диаметру применяемого провода. Длина вентральной поверхности желудочков сердца больше, чем дорсальной, поэтому пластины, предназначенные для регистрации ЭГ от вентральной поверхности имели большую длину, чем для дорсальной. Так как пластины имеют разные размеры, то использовали три крепежные нити разной длины.
Первая нить связывает пластины по краю меньших оснований, после последнего отводящего электрода. Вторая нить проходит по краю пластин, предназначенных для дорсальной поверхности сердца, соединяя их большие основания перед первым отводящим электродом, и между вторыми и третьими отводящими электродами пластин, предназначенных для вентральной поверхности. Эта крепежная нить несет основную нагрузку в образовании формы макроэлектрода и ее концы скрепляются между собой на вентральной поверхности сердца. Третья нить связывает между собой только пластины, предназначенные для вентральной поверхности желудочков, по краю их больших оснований, перед первым отводящим электродом. В период подготовки электрода к работе концы третьей нити прикрепляются к краям разреза грудной клетки. Выбор длин пластин и межэлектродных расстояний зависит от размера сердца подопытных животных. Благодаря гибкости и эластичности резиновых стенок пластинчатый электрод легко принимает необходимую форму. В зависимости от диаметра сердца расстояния между пластинами изменяли для каждого подопытного животного индивидуально. Во время опыта в зависимости от величины желудочков сердца, подбирали электрод необходимого размера. Пластинчатый электрод в собранном виде и сформированном состоянии свободно надевался на желудочки. Смоченные в физиологическом растворе резиновые пластинки прилипали к поверхности желудочков, обеспечивая надежную и устойчивую регистрацию ЭГ от отводящих электродов.
Электрод-полоска. Кроме многоканальных электродов, охватывающих поверхности обоих желудочков, в экспериментах использовали 8, 16, 32, 64 - канальные электроды-полоски, которые последовательно многократно накладывали на поверхность желудочков. Основой для электродов-полосок первого типа служили резиновые пластины различной длины (рис. 4 -1). Изготавливали электроды - полоски аналогично отдельным пластинам в системе пластинчатого макроэлектрода. Электроды-полоски изготавливали также на основе резиновых нитей круглого сечения (рис. 4-И). Размеры электродов-полосок и межэлектродные расстояния подбирали индивидуально для каждого вида животных в зависимости от размеров желудочков сердца.
Зарегистрированные эпикардиольные ЭГ синхронизировали относительно реперного отведения ЭКГ1Г Во время эксперимента фиксировали положение каждого отводящего электрода относительно анатомических ориентиров.
Аппаратурное и программное обеспечение
После регистрации кардиоэлектрических потенциалов на поверхности тела при синусно-предсердном ритме у животных по общепринятой методике выделяли правую яремную вену. В дистальную часть вены вводили 9-канальный эндокардиальный электрод. Под контролем электрограмм электрод вводили в полость правого желудочка, кончик электрода устанавливали в области верхушки. Другие каналы электрода располагали вдоль межжелудочковой перегородки. Для подавления синусного ритма использовали частую стимуляцию желудочков сердца, превышающую спонтанный ритм сердца животного на 15-20 ударов в минуту. Частота артифициального ритма составляла 100-200 импульсов в минуту. Катодную стимуляцию верхушки сердца осуществляли мультипрограммируемым наружным кардиостимулятором "Кордэлектро 4". Анод фиксировали в мышце задней лапы. Параметры стимуляции приближены к параметрам стимуляции сердца у человека и составляли по напряжению 5-10 В; длительность импульса от 0,75-1,0 мс; ток 1,5-2,0 мА. Стимулировали различные зоны эндокарда: верхушку, основание и свободную стенку правого желудочка. При имплантации батареи стимуляционной системы собаке кожу животного разрезали в краниальном отделе грудной клетки слева и справа от рукоятки грудины, формировали карман, куда помещали кардиостимулятор ЭКС 500. Стимуляцию сердца осуществляли в асинхронной режиме работы кардиостимулятора, для чего внешним магнитом переводили его в режим асинхронной стимуляции с чистотой импульсов 98-102 в минуту или перепрограммировали кардиостимулятор на частоту стимуляции 140-150 импульсов в минуту. Длительность импульса составляла 0,75 мс; амплитуда импульса 5 В. Кардиоэлектрические потенциалы регистрировали на поверхности туловища при расположении батареи кардиостимулятора слева и справа от рукоятки грудины.
Кардиоэлектрическое поле на поверхности туловища собак регистрировали сначала при спонтанном синусно-предсердном ритме, затем навязывали эктопический ритм с эндокарда правого желудочка с помощью раздражающего электрода-катетера, местоположение которого определяли по окончании эксперимента. Для изучения влияния трансмуральной глубины стимуляции на поверхностное электрическое поле сердца, раздражающий электрод вводили трансторакально. Для обозначения местоположения электрода в миокарде желудочков, иглу помечали красящим веществом. Раздражающую иглу размещали в области верхушки левого желудочка или верхушечной части межжелудочковой перегородки, если электрод вводили в пятом межреберье, в основании левого желудочка или межжелудочковой перегородки, если электрод вводили в четвертом межреберье.
Исследовали параметры эктопического возбуждения желудочков сердца при искуственных очагах на верхушке, свободной стенке и основании правого и левого желудочка, межжелудочковой перегородке.
Раздражающие электроды, выполненные в виде мультиполярной интрамуральной иглы, вводили с помощью инъекционной иглы большого диаметра через мышечные ткани в пятом и (или) четвертом межреберье слева через ткань легких и перикард в миокард желудочков. У основания иглы имелся ограничитель, позволяющий зафиксировать первый раздражающий электрод у эпикарда. Остальные стимулирующие электроды располагали последовательно от основания к острию иглы.
Эктопическое возбуждение желудочков вызывали с помощью импульсов электростимулятора прямоугольной формы величиной 0,4-1,4 В и длительностью 2 мс. У трех животных преждевременную стимуляцию осуществляли на фоне навязанного из ушка правого предсердия ритма. Интервал между стимулом S1, навязывающим базовый ритм с интервалом S1-S 1=350 мс, и стимулом S2, вызывающим преждевременное возбуждение, оставался приблизительно постоянным и равнялся 90-98 мс. У остальных животных эктопический ритм навязывали путем увеличения частоты стимуляции по сравнению с синусным ритмом. При закрытой грудной клетке электрическую стимуляцию осуществляли трансторакальным способом и с помощью эндокардиального девяти-канального катетера. При открытой грудной клетке точки стимуляции располагали в следующих местах: верхушка левого и правого желудочка, вентральное основание правого и левого желудочка, дорсальное основание правого и левого желудочка, межжелудочковая перегородка, свободная стенка левого и правого желудочка. Стимуляцию осуществляли с различной глубины в направлении от эпикарда к эндокарду: в субэпикардиальных, интрамуральных и субэндокардиальных слоях миокарда. Длина иглы составляла от 6 до 15 мм в зависимости от толщины стимулируемой стенки желудочка.
Регистрацию кардиоэлектрических потенциалов производили при помощи автоматизированной системы для электрокардиологических исследований, разработанной в Коми научном центре УрО АН СССР (Никифоров и др. 1981;Карпушов, 1981;Рощевский и др. 1985;Рощевский и др. 1983; Roshchevsky et al., 1984; Прохоров и др. 1986; Прохоров и др. 1988; Гагиев и др. 1990; Карпушов, 1990). Мною была осуществлена опытная эксплуатация на животных оборудования и программного обеспечения создаваемой системы, частично разработано техническое задание по расширению возможностей системы для регистрации электрограмм в рамках темы ГКНТ «Введение в эксплуатацию АСНИ параметров электрического поля сердца животных и человека» (Рощевский, ..., Рощевская и др., 1988).
Автоматизированная система выполнена на базе мини - ЭВМ СМ4 и аппаратуры стандарта КАМАК и позволяет синхронно регистрировать от 16 до 64 кардиосигналов. Измерительная часть системы построена по модульному принципу - в виде отдельных аналоговых и цифровых модулей в конструктиве КАМАК. Унифицированный модуль содержит восемь усилителей биопотенциалов, восемь схем аналогового запоминания и аналоговый мультиплексор со схемой управления. Цифровой модуль состоит из программируемого масштабного усилителя и 10 - разрядного аналого-цифрового преобразователя со временем преобразования 25 мкс, и логических схем сопряжения с магистралью КАМАК. Усилители биопотенциалов усиливают входные сигналы в 500 раз и подают их на аналоговые запоминающие устройства. Далее через 8 - канальные мультиплексоры сигналы поступают на программируемый усилитель. Аналоговые запоминающие устройства обеспечивают возможность синхронного измерения биопотенциалов путем одновременного их запоминания по всем каналам, последовательного считывания и преобразования. Для каждого из измерительных каналов может быть установлен индивидуальный коэффициент усиления программируемого усилителя - от 100 до 50 000. Амплитудный диапазон измерения электрических потенциалов составляет от 2 мкВ до 100 мВ. Максимальная частота временного квантования измеряемых сигналов составляет 1 000 Гц и может быть программно изменена для различных участков кардиосигнала. В установке используется операционная система «РАФОС - 5» программы написаны на языках ФОРТРАН - IV и МИКРОАССЕМБЛЕР.
Кардиоэлектрическое поле на поверхности желудочков сердца
В сердце теплокровных ведущая роль в хронотопографии процесса возбуждения принадлежит проводящей системе. Пространственная организация волокон Пуркинье является структурной основой полифокального возбуждения желудочков сердца.
У птиц сердечные проводящие миоциты четко дифференцированы от волокон рабочей мускулатуры и по классификации Труекса и Смита (Truex, Smythe, 1965) относятся к волокнам первой категории.
У птиц сердечные проводящие миоциты не только располагаются в субэндокарде обоих желудочков, но и проникают на различную глубину в интрамуральные слои миокарда свободных стенок желудочков и межжелудочковой перегородки. У птиц проводящие волокна, как правило, сопровождают кровеносные сосуды и подходят к эпикарду в некоторых участках миокарда желудочков на расстояние менее 200 мкм. В интрамуральных слоях миокарда сердечные проводящие миоциты концентрируются в основном в вентральных и дорсальных участках свободных стенок желудочков, т.е. в местах перехода последних в межжелудочковую перегородку. В латеральных участках свободных стенок желудочков проводящих волокон мало и они располагаются преимущественно в центральных слоях миокарда и несколько ближе к эпикарду. В толще миокарда межжелудочковой перегородки проводящие волокна концентрируются в мышечных слоях, прилегающих к правому желудочку, и проходят рядом с кровеносными сосудами на границе между мышечными слоями, имеющими взаимно перпендикулярное направление. В центральных слоях миокарда перегородки и в направлении левого желудочка проводящих волокон очень мало. Направление проводящих волокон и в субэндокарде, и в интрамуральных слоях миокарда свободных стенок желудочков и межжелудочковой перегородки различное: параллельно и перпендикулярно длинной оси сердца, а также поперек стенок и перегородки (в вентро- и дорсолатеральном направлении и наоборот) (Клюшина, 1975,1981). Несмотря на наличие в субэндокарде голубя редкой сети проводящих клеток, электротоническое взаимодействие их с мышечными осуществляется не повсеместно, а лишь в отдельных областях, что обеспечивает независимое проведение возбуждения в мышечной и специализированной проводящей системах сердца (Прошева, 1981).
При анализе эмбриогенеза проводящей системы кур было предположено различное происхождение элементов центральной и периферической проводящей системы. Возможно, что периферическая часть желудочковой проводящей системы - волокна Пуркиньеу кур имеют миогенное происхождение, обеспечивающее более быстрый переход возбуждения от центральной нервной системы к клеткам рабочего миокарда (Gourdie et. al., 1999).
При изучении корреляции между длительностью комплекса QRS и диаметрами проводящих волокон было установлено (Davies, Francis, 1952), что проводящие волокна большого диаметра проводят быстрее, чем мелкие проводящие волокна.
Показано (Клюшина, 1981), что у изученных видов птиц проводящие волокна, сопровождающие кровеносные сосуды, в интрамуральных слоях миокарда и вблизи эпикарда также имеют разный диаметр, т.е. в толще миокарда одновременно проходят крупные (36 мкм в диаметре) и мелкие (6 мкм в диаметре) проводящие волокна. Это позволило предположить, что и у птиц в фазе быстрой деполяризации процесса возбуждения также могут возникать множественные очаги ранней негативности. Подробное хронотопографическое исследование, проведенное в нашей лаборатории показало, что активация желудочков птиц разных видов схожа с таковой у копытных животных (Шмаков и др., 1979).
Методом микроэлектродного картирования участков субэндокарда (Прошева, 1981) было показано, что поверхностный слой субэндокарда желудочков сердца голубя составлен в основном из мышечных клеток. В правом желудочке проводящие клетки составили 12,5%, а в левом -13,9% от исследованных клеток. Эндокардиальные клетки расположены на эндокарде левого желудочка мозаично в один слой. Электрофизиологические свойства переходной области между проводящими и мышечными клетками в сердце голубя аналогичны таковым в сердце собаки (Прошева, 1975).
Исследование последовательности деполяризации эпикарда желудочков сердца голубей показало, что в отличие от поморников, уток-морянок и белых куропаток (Шмаков, 1979,1981, 1990) у голубей сначала деполяризуются дорсальные и латеральные области поверхности левог желудочка, затем вентральные. Вариабельность появления зон начальной активации может быть связана с межвидовыми различиями в последовательности активации.
Сопоставление динамики кардиоэлектрического поля на поверхности тела и хронотопографии деполяризации желудочков сердца у птиц (Shmakov, Roshchevskaya et. at, 1998) позволило выявить закономерности отображения на поверхность тела миокардиальных электрических событий. Деполяризация субэндокардиальных зон левого и правого желудочков сердца, не находящая своего отражения на ЭКГ в общепринятых отведениях от конечностей формирует на поверхности тела распределение кардиоэлектрических потенциалов. Электрическая активность начальных зон возбуждения отображается на кардиоэлектрическом поле на поверхности тела. В течение первого периода на поверхности тела распределение потенциалов формируется многочисленными фронтами активации в миокарде желудочков, которые частично погашаются (Баум, 1974, Титомир, 1980). Второй период динамики распределения кардиопотенциалов на поверхности тела характеризуется инверсией зон положительного и отрицательного потенциала. Инверсия соответствует возникновению на субэпикарде желудочков сердца множественных областей прорыва волны возбуждения (через 3-5 мс после появления первых очагов) и связана с изменением основного направления распространения волны возбуждения. До окончания деполяризации желудочков распределение зон положительного и отрицательного кардиопотенциалов на поверхности тела не изменяется, основное направление распространения волны возбуждения - от верхушки к основанию не изменяется.
Электрофизиологические особенности желудочков сердца грызунов
Проведенные на одном и том же животном исследования ЭПС на поверхности туловища и субэпикарде желудочков сердца, позволяют судить о характере отображения на поверхность тела реальных миокардиальных электрических событий.
По изменению амлитудных характеристик потенциалов и траекториям смещения экстремумов на кардиоэлектрическом поле на поверхности тела и картам распространения волны возбуждения субэпикарда желудочков сердца крысы ранее мы выделили три периода начальной желудочковой активации (Рощевская, 1989; Roshchevskaya, 1989):
Первый период - на субэпикардиальной поверхности желудочков сердца происходит увеличение амплитуды положительного потенциала вследствие распространеия волны возбуждения по терминалям проводящей системы, в межжелудочковой перегородке и в интрамуральных слоях миокарда. Электроотрицательной остается область основания дорсальной поверхности желудочков. На поверхности туловища в этот период времени происходит постепенное увеличение амплитуд положительных и отрицательных потенциалов. Местоположение электроотрицательной и электроположительной зоны при этом не изменяется. Соответственно электроотрицательной области на субэпикарде дорсальной поверхности основания желудочков, на дорсальной поверхности тела зона отрицательного потенциала расположена каудальнее, чем на вентральной.
Второй период - на поверхности тела в этот период времени начинается смещение положительного экстремума и 0-линии. Одновременно происходит увеличение амплитудных характеристик зоны положительного и отрицательного потенциалов до максимального значения. В этот короткий (1-2 мс) период времени на субэпикарде желудочков сердца формируется зона первичной электронегативности (или прорыва волны возбуждения) на базальной части вентральной поверхности правого желудочка. Появлению электроотрицательной зоны на поверхности правого желудочка соответствует каудальное смещение 0-линии и зоны отрицательного потенциала на правой половине туловища. Из-за экранирующего эффекта тканей, лежащих между поверхностью желудочков сердца и туловища, образование отрицательного экстремума на поверхности тела в этот период времени не наблюдается. Амплитуда положительного потенциала на субэпикарде верхушки левого желудочка стремительно нарастает, что отражает приближающуюся из нижележащих слоев миокарда волну деполяризации.
Третий период характеризуется увеличением деполяризованной области на субэпикарде правого желудочка. Амплитуда отрицательного потенциала, регистрируемого в области электронегативности увеличивается. Возникает вторая электрооотрицательная зона на вентральной или латеральной поверхности верхушечной трети левого желудочка. По мере распространения фронтов деполяризации от обоих электронегативных областей по направлению друг к другу, формируется единая область деполяризации. В этот период времени на поверхности туловища формируется и начинает смещаться отрицательный экстремум. В момент образования второго прорыва волны возбуждения на субэпикард желудочков на поверхности тела наблюдается максимальная, за время деполяризации желудочков, абсолютная амплитуда положительных и отрицательных потенциалов. Во время третьего периода вентральная поверхность правого желудочка и верхушка сердца последовательно деполяризуются. Отрицательный экстремум на правой вентральной поверхности грудной клетки смещается каудально, а при деполяризации верхушки сердца -медиально, достигая ее проекции на вентральную поверхность грудной клетки по мере увеличения массы деполяризованных клеток в миокарде и движению фронта деполяризации от верхушки сердца к его основанию. Положительный экстремум смещается по вентральной поверхности грудной клетки лево- латерально и краниально, огибая слева проекцию сердца от верхушки до основания.
На поверхности тела белой крысы положительный зубец R максимальной амплитуды регистрируется в области проекции верхушки левого желудочка на вентральную поверхность. Отрицательный потенциал наибольшей амплитуды регистрируется от электрода 2-5, расположенного в области проекции правого желудочка на вентральную поверхность грудной клетки. На дорсальной поверхности туловища в области проекции желудочков регистрируются потенциалы наименьшей амплитуды. Распределение положительных и отрицательных потенциалов на поверхности туловища в значительной степени определяется анатомическим расположением желудочков в грудной клетке (Спэк, Барр, 1979). Диспропорция амплитуд регистрируемых на дорсальной и вентральной поверхности туловища униполярных ЭГ, видимо, вызвана спецификой расположения сердца белой крысы в грудной клетке, а так же негомогенностью тканей окружающих желудочки сердца. Верхушка сердца находится в непосредственной близости от внутренней стороны вентральной поверхности грудной клетки, примыкая к ней в области электрода 3-4. В этой зоне вентральной поверхности грудной клетки амплитуда регистрируемого положительного потенциала максимальна. Кроме того, разница в амплитудах регистрируемых в разных областях поверхности тела крысы кардиопотенциалов обусловлена основным направлением распространения волны возбуждения в желудочках.
Анатомическая ось сердца крысы направлена от дорсальной к вентральной поверхности грудной клетки. Взаимное расположение правого и левого желудочка сердца у животных разных видов обуславливает ориентацию оси комплекса QRS при деполяризации. Показано, что на субэпикард желудочков сердца белой крысы линии Вистар волна возбуждения выходит на вентральной поверхности сердца. Вентральная поверхность желудочков сердца деполяризуется раньше, чем дорсальная.
Основное направление распространения волны возбуждения в желудочках сердца отражается на поверхность тела перпендикулярно зоне двух фазных потенциалов, как бы опоясывающей тело крысы по диагонали и проходящей через проекцию сердца на поверхность грудной клетки.
