Введение к работе
Актуальность темы. Изучение функциональной организации предсердно-желудочкового соединения и других переходных областей представляет фундаментальную проблему физиологии сердца. Именно в соединительных областях, гетерогенных по клеточному составу, наблюдаются нарушения ритма, задержки и блока-ды распространения возбуждения Значение исследований предсердно-желудочкового соединения возрастает в связи с современной тенденцией хирургических: вмешательств в эту область при сердеч-ных аритмиях не поддающихся медикаментозному лечению (наличие дополнительных путей предсердно-желудочкового проведения врожденные патологии сердца) Известный кардиоморфолог То-иас Джеймс fjames 1983) образно назвал предсердно-желудочковую эбласть мозгом сердца поскольку от нормального функционирова-1Ш е ^зависит^работа желудочков сердца На неослабевающий ин tZec^Z^enS^volu електТоАизиологии и морГологии ^едсеодн^
л предсердн^^ ж^лудочковьгх узлов (США 1988Г регулярная ра
7Ре^ердТжелТлочкового узлТ ЧтЛо^о?" на ^л^^Г
греках ЕвропеТкоГ П№Ж6) Не"
мотря ^значительные лос лГ
тигнутые Т^^^ йУ^^ЪИС^^Н^Ч^Г^^^
*елулоч^
Z ЇЇтоматиз*і(У^^в^ Ч^Гт^у^у^В^^с L977 Роз^н^^
llei W FkTlSsJ irtawa etal^uZ^^m^M^S многое остается неясным
Обзор литературы показал, что фрагментарно изучены латеральные области предсердно-желудочкового соединения; большинство исследований выполнено на его центральном участке, предсердно-«елудочковом узле, и ограничено, в основном вопросами распространения возбуждения, в меньшей степени изучены его пейсмекер-гые свойства. Представляется актуальной постановка вопроса о гейсмекерной организации предсеолно-желудочкового соединения Представления об автоматической активности клеток в створках тредсердно-желудочковьпс клапанов сложились лишь на основании забот выполненных на сеплпе млекопитающих а именно: собаки <ролика и человека (Bassett et al. 1976; Wit et al, 1979; Кошарская!
1979; Anumonwo et al., 1990). Процессы, лежащие в основе диасто-лической деполяризьции у клеток вспомогательных пейсмекеров i предсердиях, изучены гораздо меньше. Проблема точной локализации предсердных пейсмекеров требует новых экспериментальны! исследований, необходима ревизия данных по их топографии. Очевидно, что сведения эти важны не только в теоретическом, но и клиническом плане, поскольку пейсмекерные клетки, в частности рас-полагающиеся в области предсердно-желудочковых клапанов, представляют собой потенциальный источник образования эктопическиз
импулЬСОВ KOTO DUG моГУТ выЗВАТЬ аСИТМИИ СУГШсІВЄНТРИКУЛЯОНОГС
происхождения Сравнительные аспекты этой проблемы разработаны недостаточно Анализ становления предсердно-желудочковогс соединения в ходе филогенеза позвоночных не^проводился Пейсмекерные свойства клеток предсердно-желудочковой области серд царыб рептилий и птиц практически не исследованы Отсутству-ют с^дено^огенетических изменениях пейсмекерной функцш предсердно-желудочковогс соединения
Таким образом, в настоящее время нет полного понимания топографии пейсмекера предсердно-желудочковой области и ионных механизмов, лежащих в основе функциональных свойств клеток, образующих эту чрезвычайно важную область сердца. Существует не обходимость в развитии направления сравнительных исследование электрофизиологической организации клеток предсердно-желудочкового соединения и желудочковой проводящей системы. Преимущество сравнительной физиологии заключается в понимании, что сохранившиеся в ходе эволюционного развития структурно-функциональные блоки явно необходимы. Сравнительный подход эффек тивен тем, что предлагая разнообразные модельные объекты, уве личивает возможности исследователя и позволяет наиболее полис раскрыть функции систем организма. Недостаточность изученностр эволюции сердечно-сосудистой системы отмечена в ряде крупны? монографических и обзорных работ (Рощевский, 1972, 1978; Моска 1985, 1990). Развитие представлений о структуре и функцш переходных областей сердца расширит клинические ПОДХоДЫ к ДИАГНОЗУ и лечению сеолечных аритмий вызванных н&оушениями в тка нях специализированного миокарда.,
Настоящая работа выполнена в рамках Международного проек та "Электромагнитное поле сердца" по проблеме "Биофизика", про граммы фундаментальных исследований РАН "Клеточная сигнали зация", программы ГНП 08.05, "Новейшие методы биоинженерии" и в соответствии с плановыми научно-исследовательскими темам! Института биологин Коми филиала АН СССР (№ГР 81045638) i
института физиологии Коми НЦ УрО РАН (№ГР 0190.0055489), а :акже при финансовой поддержке РФФИ (грант №96 04 49641).
Целью работы является изучение закономерностей пейсмекер-гай организации предсердио-желудочкового соединения в сердце по-воночных животных, стоящих на различных ступенях эволюционно-о развития.
В работе были поставлены следующие основные задачи:
оценить морфо-функциональные параметры предсердно-желу-ючковой области сердца;
установить функциональную топографию пейсмекера в изоли-юванной предсердно-желудочковой области сердца рыб, амфибий, ептилий, птиц и млекопитающих; выполнить детальный электрофи-иологический анализ пейсмекерных кардиомиоцитов;
сравнить электрофизиологическую организацию пейсмекера в редсердно-желудочковом узле и створках предсердно-желудочко-ых клапанов в сердце млекопитающих;
Исследовать динамику становления пейсмекера в предсердно-<елудочковой области сердца в раннем постнатальном онтогенезе 1лекопитающих;
изучить функциональную топографию клеток Пуркинье в сво-одной стенке желудочка сердца у животных со вспышечным типом ктивации.
Научная новизна. Впервые выполнено систематическое ис-ледование пейсмекерной организации изолированного предсердно-селудочкового соединения сердца у позвоночных животных, стоя-щх на разных ступенях эволюционного развития. В результате равнительно-физиологического исследования выявлены общие за-ономерности функциональной организации предсердно-желудочко-ого пейсмекера на клеточно-тканевом уровне у животных разных іилогенетических групп. Уточнены топографические данные о рас-ределении пейсмекерных структур в предсердно-желудочковой об-асти, дана количественная характеристика предсердно-желудочко-ого пейсмекера. Обнаружено, что ширина пейсмекерной зоны кор-елирует с линейными размерами желудочка.
Впервые установлено, что пейсмекерные клетки присутствуют в гворках предсердно-желудочковых клапанов у рыб, птиц и новоро-сденных млекопитающих. Проведено сравнительное изучение элек-рофизиологических свойств предсердно-желудочковых кардиомио-итов. Получены экспериментальные данные, указывающие на сход-гво электрофизиологической организации пейсмекера в предсердно-:елудочковом узле и предсердно-желудочковом клЕШсше сердца мле-оіштающих.
Впервые дана морфометрическая, электрофизиологическая и эх-окардиографическая характеристика мышечного клапана; показано, что его электрическая активация происходит в период возбуждения основной массы миокарда свободной стенки желудочка. Дополнены сведения о морфологии предсердно-желудочковой области и желудочков сердца у животных различных систематических групп.
Впервые выдвинута и експериментально доказана гипотеза, согласно которой правое предсердно-желудочковое кольцо специализированных волокон выполняет функцию предсердно-желудочкового пейсмекера.
Изучена функциональная организация клеток Пуркинье в свободной стенке желудочка у животных со вспышечным типом активации. На. основании собственных экспериментальных данных и анализа литературы по электрокардиологии предложена концепция существования пейсмекернои системы в сердце.
В методическом плане предложен тест высокочастотной стимуляции для идентификации и классификации клеток в переходных областях сердца.
Научно-практическое значение работы. Результаты экспериментальных исследований и основанные на них теоретические обобщения - разработка нового перспективного направления в общей и сравнительной физиологии сердца. Расширены представления о структурно-функциональной организации предсердно-желудочковог< соединения и желудочковой проводящей системы.
Спонтанно сокращающиеся створки предсердно-желудочковых клапанов рыб, птиц и млекопитающих являются удобной тест-системой для фармакологических и токсикологических исследований, а располагающиеся в них пейсмекерные клетки могут служить полезной моделью для изучения функционирования латентного пейсмекера.
В процессе работы: а) разработаны и внедрены в Институте физиологии Коми ни УрО РАН способы приготовления изолированных препаратов сердца для изучения пейсмекернои и проводящей систем сердца; б) разработана и создана экспериментальная установка для микроэлектродного картографирования; в) создана автоматизированная система сбора, обработки и визуализации результатов измерений электрофизиологических характеристик клеток миокарда "Кардиоритм". Показана перспективность применения этой системы при испытаниях новых синтезированных и природных со-единений В результате электрофизиологического скрининга представителей семейства проксанолов, возможных полимерных носите-соединений выявлены полимеры с собственной
{шзиологической активностью (внедрены семь рационализаторских предложений).
Результаты данной работы использованы при чтении лекций по >бщей физиологии, электрофизиологии и гистологии в Российском государственном педагогическом университете им.А.И.Герцена (акт 5 внедрении от 18 ноября 1993 г.), на кафедре физиологии человека
i животных Сыктывкарского госуниверситета (акт
о внедрении от
L4 июля 1993 г.), в Коми государственном педагогическом институте акт о внедрении от 12 апреля 1994 г) при создании макромолеку-шрных систем направленного транспорта кардиотропных веществ 5 лаборатории биоорганической химии Института биологии Коми га УрО ран (акт о внеД0ЄНИИ от 12 tlBгVCTil 1994).
Результаты исследований могут представлять интерес для элек-срофизиологов, кардиологов, химиков высокомолекулярных и филологически активных соединений, разрабатывающих проблему на-травленного транспорта лекарственных препаратов.
Основные положения, выносимые на защиту
у рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих функцио-1альная организация пейсмекера в предсердно-желудочковом соеди-сении сердца единообразна;
в створках предсердно-желудочковых клапанов рыб, птиц, ново-южденных и взрослых млекопитающих присутствуют пейсмекерные :летки;
правое предсердно-желудочковое кольцо специализированных юлоконв сердце птиц выполняет функцию предсердно-желудочково-о пейсмекера.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсу-кдены на III Всесоюзном совещании по теории и практике автома-изации электрокардиологических исследований (Пущино, 1976), V всесоюзной конференции по экологической физиологии, биохимии [ морфологии (Фрунзе, 1977); Всесоюзном совещании по теории и [рактике автоматизации электрокардиологических и клинических [сследований (Каунас, 1977); VI Всесоюзной конференции по эко-югической физиологии (Сыктывкар, 1982); I Всесоюзном биофизи-[еском съезде (Москва, 1982); III Всесоюзной научной конференции Проблемы техники в медицине" ("Томск 1983); Научном семинаре ШИЛ при Каунасскоммединституте (1985); заседании кафедры фи-иологии человека и животных МГУ (Москва, 1985); заседании сек-ии развития вегетативных Аункттий Института эволюттионной фи-иологии и биохимии им ИМ Сеченова АН СССР Ленинград 985); VII и IX научных совещанияхпоэволюционной физиологии^
посвященных памяти академика л. А.Орбели( Ленинград, 1978,1986);
II Всесоюзном симпозиуме "Физиология и патофизиология сердца
и коронарного кровообращения" (Киев, 1987); XV съезде Всесоюз
ного физиологического общества им.И.П.Павлова (Кишинев, 1987);
Всесоюзной конференции " Центральные и периферические механиз
мы регуляции физиологических функций" (Москва, 1990); X конгрес
се Международного общества по изучению сердца (Москва, 1980);
III Международном симпозиуме по лосю (Сыктывкар, 1990); II, IV,
V, VII-X, XIV, XVI Международных конгрессах по электрокардио
логии (Варна, 1975; Балатонфюред, 1977; Глазго, 1978; Лиссабон,
1980; Будапешт, 1981; Токио, 1982; Братислава, 1983; Берлин, 1987;
Будапешт, 1989); научной конференции "Биофизика мембран" (Кау
нас, 1990); Франко-советском симпозиуме по биотехнологии (Москва,
1990); I, II и III Международных симпозиумах по сравнительной элек
трокардиологии (Сыктывкар 1979, 1985, 1993); XIX и XXI Междуна
родных конгрессах по электрокардиологии (Лиссабон 1992; Иоко
гама 1994^МеждународномсLlo^ZeZuZZu^n^u и кле
точной сЬункшш сІдца Гтокио 1994) научной коХоенциі^Физио
логия и паГбизиология ceoLa" (Москва 1995V 1 uZZuJonnoм
соваданиГпо эволюционнойТизи
Публикации. По результатам, изложенным в диссертации, опубликовано 79 работ в виде научных статей и тезисов докладов на конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, результатов исследований и их обсуждения (пять глав), заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 375 страницах машинописного текста, включая 87 рисунков и 42 таблицы. Библиографический раздел включает 354 названия.