Комплексное исследование сердца крыс при поражении изопротеренолом (стр. 3 )

Корреляция между инвазивными и эхокардиографическими показателями

       Некоторые группы крыс были исследованы сначала эхокардиографическим а затем инвазивным методами. Это дало возможность коррелировать найденные изменения.

       Основные эхокардиографические показатели сократимости миокарда – фракция выброса и степень уменьшения площади ЛЖ – показали высокую степень корреляции (r= 0,77-0,81) с основными инвазивными показателями сократимости миокарда – максимальной скоростью развития давления и индексом сократимости. Связь близка к линейной (рис.5). Данные на рисунке показывают, что величины индекса сократимости ниже 200 с-1 характерны для СН. Несколько хуже коррелировало с показателями сократимости миокарда КДД (r= –0,61-0,66). Это соответствует представлению, что сократимость миокарда определяет скорость развития давления и степень изгнания крови из ЛЖ, а также отрицательно влияет на объём остающейся после систолы крови. Об этом свидетельствует и положительная корреляция между конечным систолическим объёмом и КДД (r= 0,77), а также высокая отрицательная корреляция с инвазивными показателями сократимости (r= –0,74-0,84). Близкая к этому отрицательная корреляция  найдена и для конечного систолического объёма и диастолической площади ЛЖ (r= –0,77-0,89). Это согласуется с представлением об ухудшении сократимости миокарда при увеличении объёма ЛЖ.

В работе особое внимание было уделено измерению показателей расслабления миокарда. Корреляционный анализ этих данных показал, что с эхокардиографическими показателями сокращения ЛЖ наиболее тесно связана максимальная скорость снижения давления (r= –0,69-0,84). Вероятной основой такой связи является зависимость обоих показателей от состояния кальциевого транспорта в кардиомиоцитах. Среди остальных показателей более высокие коэффициенты корреляции были найдены для экспоненциальной константы изоволюмического расслабления. Она, так же как и показатели сократимости, отрицательно коррелировала с показателями диастолического объёма ЛЖ (–0,70-0,77) и гораздо хуже – с показателями сократимости. Константа ауксоволюмического расслабления характеризовалась теми же соотношениями, но её связь с показателями диастолического объёма ЛЖ была выражена слабее.

Изолированные кардиомиоциты

       Запись изменений концентрации свободного Са2+ в саркоплазме изолированных кардиомиоцитов позволила установить типичные нарушения кальциевого транспорта. Как видно из сравнения кривых на рисунке 6, в контроле каждому электрическому стимулу соответствует один пик подъема концентрации Са2+. Все пики имеют одинаковую амплитуду и практически симметричную форму. Иногда нисходящее плечо пика несколько затянуто. Тем не менее, при применяемой частоте стимуляции 1 Гц Са2+ пики хорошо разрешены, и между стимуляциями клеток уровень Са2+ в них опускается до базального. В кардиомиоцитах из сердец крыс, получивших изопротеренол, наблюдается искажение Са2+ кривой, в основном её нисходящего плеча. Вместо него отмечается возникновение «купола» на половине высоты нисходящего плеча, отражающего замедление выведения Са2+ из саркоплазмы в саркоплазматический ретикулум, или появление дополнительного пика (рис. 6Б). При этом восходящее плечо (возрастание Са2+ в саркоплазме, отражающее работу кальциевых каналов) изменяется меньше, но амплитуда пиков падает примерно в 1,4 раза.

Далее, Са2+ ответы в кардиомиоцитах из сердец крыс с недостаточностью  теряют соответствие электрическим стимулам. На приведенной записи (рис. 6Б) видно, что на 10 электрических импульсов, стандартно подаваемых в камеру с кардиомиоцитами, происходит только 9 Са2+ ответов, причём особенно страдают первые 2 пика – они сильно затянуты, и в конце каждого возникает спонтанный пик, нарушающий нормальный ритм сокращений. На рис. 6В представлен другой тип нарушения, когда ритм сохраняется неизменным, но диастолический уровень Са2+ не достигает базального уровня, и величина последующих пиков неуклонно понижается.

Таким образом, при функциональной нагрузке в кардиомиоцитах крыс с недостаточностью нарушается кальциевый  транспорт, обеспечивающий сократительную активность. Судя по характеру кривых изменения концентрации Са2+, главным образом страдает процесс удаления Са2+ из цитоплазмы, в то время как процесс его поступления в цитоплазму нарушен меньше.

Структура миокарда

В миокарде крыс, получивших изопротеренол (85 мг/кг дважды), обнаружены серьёзные изменения: расширенные межклеточные пространства, отражающие значительный отёк,  и мозаичные изменения кардиомиоцитов (рис. 7 и 8). Тинкториальные свойства были изменены, наряду с нормальными можно было видеть и повреждённые клетки (рис.8),  что предшествует их распаду.  На всех снимках видна обширная инфильтрация клеточными элементами и фибробластами – организаторами фиброза.

Обсуждение

       Результаты, полученные в данной работе, можно кратко суммировать в виде трёх основных положений: 1) во всех сериях независимо от дозировки изопротеренола расслабимость миокарда страдает в большей степени, чем сократимость;  2) при использовании низких дозировок изопротеренола возникает диастолическая СН, проявляющаяся замедлением расслабления и снижением максимальной скорости развития давления; 3) при использовании высоких дозировок изопротеренола возникает систолическая СН, проявляющаяся в виде уменьшения фракции изгнания и дилатации полости ЛЖ, она сочетается с нарушением транспорта Са++ в кардиомиоцитах.

       Повышенная реактивность процесса расслабления по сравнению с сокращением  в норме основывается на том, что формирование фракции Са++, активирующей процесс сокращения, происходит (в миокарде крыс в большей степени по сравнению с другими млекопитающими) пропорционально содержанию Са++ в саркоплазматическом ретикулуме, а последнее определяется количеством Са++, поглощённого в ретикулум через Са++-АТФазу.  Этот энергозависимый процесс нарушается в условиях гипоксии или недостатка субстратов окисления, что естественно выражается и в замедлении расслабления, и в уменьшении сокращения. Окислительный стресс, возникающий в миокарде при продолжительном действии изопротеренола, сопровождается нарушением функции митохондрий, снижением скорости синтеза АТФ. Это создаёт ситуацию близкую к той, которая возникает при направленном нарушении энергообразования [23,24], что и выражается в снижении расслабимости миокарда во всех сериях применения изопротеренола. Параллельно снижается и сократимость миокарда, но в меньшей степени.

Расслабление миокарда нарушается достаточно рано при введении даже небольших доз изопротеренола крысам в течение 3-7 дней. Исследование функции изолированного сердца показало замедление расслабления при неизменном развиваемом давлении [25]. При этом авторы нашли значительное уменьшение экспрессии белков, участвующих в кальциевом транспорте - Са++-АТФазы саркоплазматического ретикулума, фосфоламбана, а также  Na+ - K+ - АТФазы. Также и при другой экспериментальной патологии сердца – перевязке коронарной артерии –изоволюмическое расслабление миокарда было замедлено во всех сердцах независимо от наличия или отсутствия СН [26], и это сочеталось со сниженной растяжимостью сердца [27].

       Естественным следствием снижения расслабимости и сократимости миокарда является неполное опорожнение камеры ЛЖ при систоле, что приводит к повышению конечного диастолического давления. Между величиной последнего и индексом сократимости зарегистрирована обратная связь (рис. 3) с высоким коэффициентом корреляции (–0,83). Другим фактором, способствующим повышению КДД, является закономерное повышение диастолической упругости миокарда (или снижение его растяжимости) вследствие отёка и развивающегося фиброза, ограничивающих нормальное растяжение миокардиальных волокон. Эти изменения наиболее выражены в эндокарде, они сочетаются с двукратным ростом диастолической упругости при неизменной способности к развитию систолического давления [27]. В совокупности эти факторы способствуют повышению КДД, являющемуся обязательным признаком диастолической сердечной недостаточности. В свою очередь, повышенная диастолическая упругость миокарда облегчает развитие силы при  систоле [28,29], что способствует поддержанию нормального систолического давления.

       Однако дальнейшее ухудшение расслабимости и закономерное снижение сократимости заставляют орган мобилизовать максимальные резервные ресурсы в виде дилатации полости ЛЖ. Это происходит при действии высоких доз изопротеренола вследствие активации воспалительных цитокинов IL-1, IL-6 и IL-17, индуцирующих экспрессию матричных металлопротеиназ MMP-2 и MMP-9 [30]. Нарушение нормальной геометрической формы ЛЖ естественно снижает эффективность систолы – уменьшаются и фракция изгнания, и степень уменьшения площади ЛЖ  (таб.2, серия ИЗО-4), развивается систолическая СН. Как показали наши данные, при этом происходит глубокое нарушение транспорта Са++ в кардиомиоцитах – резко замедляется процесс поглощения Са++ из миоплазмы, удаление Са++ становится неполным, это может формировать субконтрактурные явления в миофибриллах, способствующие дальнейшему повышению конечного диастолического давления в ЛЖ. Снижение сократимости изолированных кардиомиоцитов желудочка и замедленный ритм спонтанных сокращений изолированных предсердий отмечается достаточно рано – через 1 неделю после ежедневного введения малых доз изопротеренола [31]. 

Следует отметить, что, несмотря на глубокие изменения свойств миокарда, минутный объём снижается гораздо меньше (таб.2, серия ИЗО-4) благодаря включению компенсаторных возможностей системы кровообращения.  Периферическое сопротивление снижается, что облегчает изгнание, а венозное давление повышается для обеспечения достаточного притока в условиях повышенного диастолического давления. Это позволяет поддержать кровоснабжение органов на приемлемом уровне. Недостаточная мобилизация компенсаторных факторов, определяющих необходимый приток или сопротивление, может сопровождаться преобладанием одной из форм, ограничивающих функцию недостаточного сердца. Поэтому Katz [6] рекомендует выделять СН с преобладанием нарушенного притока или сопротивления (backward or forward failure).