Полная версия

Главная arrow Медицина arrow Вестник новых медицинских технологий, 2014, Том 21. №4

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

НОВЫЙ СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ МЕХАНИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ИЗОЛИРОВАННОГО НЕФИКСИРОВАННОГО СЕРДЦА ЛЯГУШКИ

Д.В. СОСИН, В.А. ПРАВДИВЦЕВ, А.В. ЕВСЕЕВ

Смоленская государственная медицинская академия, ул. Крупской, 28, Смоленск, Россия, 214019

Аннотация. Целью статьи явилась презентация нового способа регистрации механической работы изолированного нефиксированного сердца лягушки, основанного на динамическом измерении его биоимпеданса, с возможностью одновременной записи ЭКГ. В ходе опытов с помощью компьютерной реографической установки «Реоспектр» («Нейрософт», Россия) непрерывно измеряли биоимпеданс сердца травяной лягушки (Rana temporaria), помещенного в раствор Рингера для хладнокровных животных. Для демонстрации чувствительности способа во всех опытах (п=10) осуществляли стимуляцию миокарда адреналином. Результаты опытов проиллюстрированы фрагментами импеданскардиограмм и электрокардиограмм, записанных синхронно.

Установлено, что уже через 4 мин. после аппликации гормона частота следования кардиоциклов увеличивалась на 50-70%. Максимальную частоту наблюдали обычно спустя 6-8 мин. после адреналиновой стимуляции. К 8-й мин. частота сердечных сокращений в 2,5 раза превышала исходный показатель. «Амплитуда» сокращений также фазно менялась. Наибольший положительный инотропный эффект адреналина наблюдали спустя 4-5 мин. после его применения - величина волн импеданскардиограмм увеличивалась по сравнению с исходным состоянием на 126,6%. По завершении амплитудного пика статистически достоверное уменьшение размера волн в сравнении с их стартовым значением отмечали спустя 14-16 мин. после аппликации.

Основным техническим достижением предлагаемого способа регистрации механической работы изолированного сердца является возможность просто и легко без риска повреждения миокарда получать необходимые данные о сократительной активности различных отделов сердечной мышцы лягушки.

Ключевые слова: лягушка, изолированное нефиксированное сердце, реографическая установка, биоимпеданс, адреналин.

NEW METHOD FOR MECHANICAL WORK REGISTRATION OF ISOLATED NON-FIXED FROG HEART

D.V. SOSIN, V.A. PRAVDIVTSEV, A.V. EVSEYEV Smolensk State Medical Academy, Krupskaya str., 28, Smolensk, Russia, 214019

Abstract. The purpose of article was a presentation of the new method for mechanical work registration of an isolated non-fixed frog heart, based on dynamic determining of its bio-impedance with possibility of simultaneous ECG registration. During experiments the bio-impedance of a grass frog heart (Rana temporaria) placed in Ringer solution for coldblooded animals have been determined continually by using of the computer reographic apparatus "Reospectrum" ("Neurosoft", Russia). For proving of the method sensitivity was performed stimulation of a heart by adrenalin in all experiments (n=10). The results were illustrated by both impedance-cardiogram (ICG) and electrocardiogram fragments recorded synchronously.

It have been established that in 4 min after hormone application the heart rate rises in 50-70%. The highest rate usually was observed in 6-8 min after stimulation by adrenalin. After 8 min the heart rate became 2.5 times faster than initial parameter. "Amplitude" of contractions changes in phase too. The largest positive inotropic effect of adrenalin was observed in 4-5 min - the amplitude of ICG waves increase in 126.6% in comparison with initial point. After amplitude peak the significant decrease of waves was registered in 14-16 min after the application in comparison with initial parameter.

The main technical achievement of the method for mechanical work registration of isolated heart is possibility to obtain required data characterized contractile activity of different arias of frog heart muscle easily and simply without risk of myocardium injure.

Key words: frog, isolated non-fixed heart, reographic apparatus, bio-impedance, adrenalin.

Для экспериментальной фармакологии, физиологии и патофизиологии представляет большой интерес изучение влияний фармакологических соединений, биологически активных веществ и различных повреждающих факторов внешней среды на функциональную активность сердечной мышцы [1,4,9,13]. Чтобы доказать факт прямого действия перечисленных агентов на миокард, нередко возникает необходимость постановки опытов в условиях полной изоляции сердца от целостного организма [5,7,12].

Зачастую в опытах с изоляцией сердца у хладнокровных и теплокровных животных для оценки состояния миокарда используется электрокардиографический метод [12,15]. Несмотря на свою информативность, простоту и доступность, ЭКГ-метод страдает рядом недостатков, главным из которых является невозможность получения сведений о механической работе органа [12]. В свою очередь известно, что в рамках осуществления процессов электромеханического сопряжения механические проявления дестабилизации работы сердца, как правило, опережают электрические [2,12]. Последнее подчёркивает важность получения достоверных сведений о сократительной деятельности желудочков и предсердий.

Наиболее удобными и привычными объектами исследования в изучении контрактильной активности изолированного сердца являются лягушки и жабы. С этой целью в 1911 г. В. Штраубом был предложен способ регистрации механической работы сердца лягушки, фиксированного на канюле, ставший классическим [3]. К недостаткам метода относят его сравнительную трудоёмкость, сложности при осуществлении оперативных вмешательств и технических процедур с высокой вероятностью повреждения органа, необходимость фиксации сердца на канюле, архаичность механической кимографической регистрации.

Цель исследования - презентация нового способа регистрации механической работы изолированного нефиксированного сердца лягушки, основанного на динамическом измерении его биоимпеданса, с возможностью одновременной записи ЭКГ. Частными задачами разработки предлагаемого метода являлись упрощение и облегчение регистрации общей сократительной активности сердечной мышцы лягушки, а также его отделов без риска повреждения миокарда с возможностью использования компьютерной техники.

Материалы и методы исследования. Методика апробирована на травяных лягушках Rana temporaria (п=10). Изоляцию сердечной мышцы выполняли под лёгким эфирным наркозом, после чего сердце с фрагментом ткани помещали в чашку Петри, содержащую 20 мл раствора Рингера для холоднокровных животных (рис. 1). Использование раствора Рингера соответствующего состава в сравнении с другими физиологическими растворами является предпочтительным, т.к. предоставляет оптимальные условия для изолированных органов холоднокровных [11]. Температура раствора на протяжении опыта поддерживалась на уровне 18-20°С.

Расположение электродов при регистрации импеданскардиограммы

Рис. 1. Расположение электродов при регистрации импеданскардиограммы (ИКГ) и электрокардиограммы (ЭКГ) изолированного нефиксированного сердца лягушки [6]. 1 и 2 - электроды для регистрации ИКГ; 3 и 4 - электроды для регистрации ЭКГ; 5 - сердце

В ходе опытов с помощью компьютерной рео- графической установки «Реоспектр» («Нейрософт», Россия) непрерывно измеряли импеданс (биоимпеданс) миокарда, который, как известно, меняется в зависимости от фаз сердечной деятельности [2]. Во

ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИИ - 2014 - Т. 21, № 4 - С 126

время систолы сердечная мышца уплотняется, при этом биоимпеданс ткани увеличивается. Во время диастолы сердце расслабляется с одновременным уменьшением биоимпеданса. Важно отметить, что основное назначение установки «Реоспектр» - регистрация реограмм, кривых, отражающих динамику кровенаполнения доступных для исследования органов и тканей. Принцип действия установки «Реоспектр» основан на измерении полного сопротивления исследуемых тканей и органов при пропускании через них высокочастотного низкоамплитудного электрического тока. Установка также позволяет синхронно регистрировать ЭКГ, что расширяет возможности анализа сократительной активности сердечной мышцы [6].

В ходе опытов за динамикой процесса наблюдали на мониторе компьютера. Регистрировали импе- данскардиограмму (ИКГ) - кривую, в значительной мере отражающую механическую деятельность изолированного нефиксированного сердца лягушки. Электроды для регистрации ИКГ располагали следующим образом. 1 электрод с контактной плоскостью в виде тонкой серебряной пластинки (толщина 0,1 мм, площадь 2,5*2,5 мм) располагали на передней поверхности сердца в области коронарной борозды, отделяющей предсердия от желудочка (рис. 1). 2 электрод погружали в раствор Рингера на расстоянии 10-20 мм от сердца. «Амплитуду» сокращений выражали в единицах сопротивления проходящему через миокард электрическому току (Ом). Одновременно с ИКГ регистрировали суммарную электрическую активность миокарда - ЭКГ. С этой целью другую пару электродов (3 и 4) располагали в растворе Рингера по обеим сторонам от сердца. Кривую ЭКГ также выводили на монитор компьютера (рис. 2).

Схема регистрации импеданскардиограммы

Рис. 2. Схема регистрации импеданскардиограммы (механическая работа) и электрокардиограммы (электрическая работа) изолированного нефиксированного сердца лягушки [6]. 1 - сердце; 2 - раствор Рингера в емкости; 3 и 4 - реографические электроды; 5 и 6 - электроды для регистрации электрокардиограммы; 7 - установка «Реоспектр»; 8 - импеданскардиограмма; 9 - электрокардиограмма; 10 - монитор компьютера

Для демонстрации чувствительности способа во всех опытах осуществляли стимуляцию миокарда адреналином. Схема опыта была следующей. После изоляции сердца, размещения электродов для записи ИКГ и ЭКГ, на протяжении 15 мин. регистрировали его спонтанную работу. Стабилизация частоты сердечных сокращений обычно происходила через 10-12 мин. после изоляции. По истечении 15 мин. на сердца лягушек апплицировали по 3 капли 0,1% раствора адреналина гидрохлорида, который предсказуемо оказывал положительное влияние на работу миокарда по показателям частоты сокращений, их силы, скорости проведения возбуждения [6].

Статистическую обработку данных проводили с помощью пакетов прикладных программ Microsoft Excel 2000 и Statistica 7. Для сопоставления значимости различий применяли непараметрический критерий Wilcoxon. Различия считали достоверными при р<0,05.

Результаты и их обсуждение. Как было установлено, в соответствии с данными ИКГ и ЭКГ исходная частота сокращений изолированного нефиксированного сердца лягушки составила 18,2±3,6 кардиоциклов в минуту, в то время как «амплитуда» сокращений в среднем достигала 150,5±23,4 Ом. На рис. 3 демонстрируется динамика изменений частотных характеристик миокарда после аппликации 0,1% раствора адреналина гидрохлорида (5 опытов). На рис. 4 приведен фрагмент записи одного из таких опытов.

Согласно полученным результатам, уже через 4 мин. после аппликации гормона частота следования кардиоциклов увеличивалась на 50-70% (положительный хронотропный эффект). Максимальную частоту наблюдали обычно спустя 6-8 мин. после адреналиновой стимуляции. В частности, к 8-й мин. она достигала 45,4±7,2/мин, что в 2,5 раза превышало исходный показатель (р<0,005). Вместе с тем, через 10-12 мин. после стимуляции частота следования кардиоциклов начинала плавно снижаться.

Изменение частоты сокращений изолированного нефиксированного сердца лягушки после аппликации 0,1% раствора адреналина гидрохлорида (данные 5-ти опытов)

Рис. 3. Изменение частоты сокращений изолированного нефиксированного сердца лягушки после аппликации 0,1% раствора адреналина гидрохлорида (данные 5-ти опытов).

По вертикали - частота сокращений в минуту.

По горизонтали - время в минутах

«Амплитуда» сердечных сокращений также фазно менялась. Наибольший положительный ино- тропный эффект адреналина наблюдали спустя 4- 5 мин. после его применения - величина волн ИКГ увеличивалась по сравнению с исходным состоянием на 126,6% и достигала 313,8±48,6 Ом (р<0,01). По завершении амплитудного пика статистически достоверное уменьшение размера волн в сравнении с их стартовым значением отмечали спустя 14-16 мин.

после аппликации. Незадолго до асистолии желудочка показатель уменьшался в среднем на 61% (р<0,05), при этом, как правило, предсердия продолжали сокращаться ещё в течение 5-10 мин.

Изменение частоты и «амплитуды» сокращений изолированною нефиксированного сердца лягушки после стимуляции миокарда 0,1% раствором адреналина гидрохлорида

Рис. 4. Изменение частоты и «амплитуды» сокращений изолированною нефиксированного сердца лягушки после стимуляции миокарда 0,1% раствором адреналина гидрохлорида. 1) исходная работа сердца; 2) работа сердца через 4 мин. после стимуляции; 3) работа сердца через 8 мин. после стимуляции; 4) работа сердца через 24 мин. после стимуляции

Одновременно с изменениями хропоинотроппо- го характера, на ЭКГ отмечали признаки повышения скорости проведения возбуждения по миокарду, что проявлялось укорочением сегмента PQ (положительное дромотрогшое действие). Максимальное укорочение с 0,22±0,07 до 0Д4±0,04 с. наблюдали через 6-8 мин. после адреналиновой стимуляции (-34,4%, р<0,05). Тем не менее, по достижении пиковой частоты формировалась негативная тенденция, длительность сегмента PQ начинала увеличиваться и за 5-7 мин. до асистолии желудочка статистически достоверно превышала исходное значение (0,29±0,06 с, р<0,05).

В целом опыты полностью подтвердили гипотезу, согласно которой изменения биоимпеданса изолированного сердца совпадают с механическими проявлениями его активности [11]. Благодаря методике регистрации импеданскардиограммы, оценка изменения параметров электромеханического сопряжения миокарда в значительной мере объективизировалась, т.к. стало возможным сопоставление записи ЭКГ и динамики изменения механической работы сердца. Механические проявления активности сердца справедливо считаются более лабильными в сравнении с электрическими. Этот факт приобретает особое значение в плане изучения влияния на сердце кардиотропных и кардиопротекторных средств [1,4,7,10,14].

Итак, опытным путём было доказано, что в ответ на аппликацию 0,1% раствора адреналина гидрохлорида, миокард демонстрирует типичные реакции в виде усиления функциональной активности - хроно- ино- и дромотропные эффекты гормона были выявлены и зарегистрированы на ИКГ и ЭКГ. Следует отметить, что адреналиновая стимуляция позволяет существенно сократить время опыта. Известно, что интактное сердце лягушки может сокращаться в растворе Рингера часами (до суток), что существенно увеличивает разброс показателя продолжительности работы [2,8]. В свою очередь применение адреналина в несколько раз сокращало время механической работы сердца и выравнивало индивидуальные показатели активности.

Механокардиограмма (МКГ) и импеданскардио- грамма (ИКГ). МКГ приведена по Prosser C.L. и Brown F.A., 1962; ИКГ - оригинальная запись

Рис. 5. Механокардиограмма (МКГ) и импеданскардио- грамма (ИКГ). МКГ приведена по Prosser C.L. и Brown F.A., 1962; ИКГ - оригинальная запись

На рис. 5, представлены для сравнения механокардиограмма, записанная по методике Штрауба, и импеданскардиограмма, записанная с помощью установки «Реоспектр». Из рисунка видно, что форма обеих кривых идентична. Последнее подтверждает возможность использования нового метода регистрации механической активности с соответствующими целями. При этом, как показали последующие наблюдения, изменяя расположение на поверхности сердца контактного электрода установки «Реоспектр» можно получать сведения о механической работе не только органа в целом, но также его различных функциональных областей - желудочка, предсердно- желудочковой области, отдельных предсердий.

Так, на рис. 6 представлены ИКГ, зарегистрированные локально от желудочка и от левого предсердия.

Импеданскардиограммы, зарегистрированные от желудочка изолированного сердца лягушки (А) и от левого предсердия (Б)

Рис. 6. Импеданскардиограммы, зарегистрированные от желудочка изолированного сердца лягушки (А) и от левого предсердия (Б)

Ещё одним преимуществом предлагаемого способа регистрации является возможность проведения на изолированном нефиксированном сердце лягушки более продолжительных экспериментов, в сравнении с опытами, в которых сердце фиксируется на канюле, т.к. фиксация оказывает повреждающее действие на сердечную мышцу и тем самым укорачивает период наблюдения адекватных реакций со стороны миокарда [7].

Заключение. Таким образом, основным техническим результатом предлагаемого способа регистрации механической работы изолированного сердца является возможность просто и легко без риска повреждения миокарда получать данные о сократительной активности различных отделов сердечной мышцы лягушки. Регистрируемая в опытах импеданскардио- грамма позволяет проводить объективный анализ влияний на сердце фармакологических веществ, биологических агентов и факторов внешней среды в условиях продолжительного эксперимента при одновременной записи электрокардиограммы и сохранении полученных результатов в цифровом формате.

Литература

1. Ашмарин И.П., Сухова Г.С., Кузьмин В.С.

Обратимое ингибиторное действие

аденозиндифосфатрибозы на изолированное сердце крысы и на сердце крысы in vivo // Кардиология. 2006. № 4. С. 39^5.

  • 2. Бабкина Ю.И. Влияние вещества 7iQ1983 на работу изолированного сердца лягушки // Сб. мат. обл. конкурса студ. науч. работ, 2011 г. Смоленск: В А ВПВО ВС РФ, 2011. С. 34гА9.
  • 3. Большой практикум по физиологии человека и животных // Под общ. ред. Л.Л. Васильева и И.А. Ветюкова. М.: Советская наука, 1954. С. 104-106.
  • 4. Маслов Л.Н., Горбунов А.С., Лишманов Ю.Б. Кардиопротекторный эффект ишемического посткондиционирования на модели изолированного сердца // Бюл. эксперим. биол. и медицины. 2012. № 3. С. 290-291.
  • 5. Нестеров В.П., Демина И.Н., Нестеров С.В. Ионы натрия в системе электро-механического сопряжения миокарда и скелетных мышц лягушки Rana temporaria // Ж. эволюц. и биохим. физиологии. 2002. Т. 38. № 1. С. 20-24.
  • 6. Сосин Д.В., Правдивцев В.А., Евсеев А.В. Способ регистрации механической работы изолированного сердца лягушки // Патент №2479871. 2013.
  • 7. Циркин В.И., Дворянский С.А., Сизова Е.Н., Трухин А.Н. Повышение бета-адренореактивности изолированного сердца лягушки под влиянием сыворотки пуповинной крови человека // Вятский мед. вестник. 2003. № 2. С. 32-39.
  • 8. Calcium paradox induces apoptosis in the isolated perfused Rana ridibunda heart: involvement of p38-MAPK and calpain /Aggeli I.K., Zacharias T., Papapavlou G [et al.]// Can. J. Physiol. Pharmacol. 2013. Vol. 91. N 12. P. 1095-1106.
  • 9. Effects of far infrared rays irradiated from ceramic material (BIOCERAMIC) on psychological stress- conditioned elevated heart rate, blood pressure, and oxidative stress-suppressed cardiac contractility / Leung T.K., Chen C.H., Tsai S.Y. [et al.] // Chin. J. Physiol. 2012.

Vol. 55. N 5. P. 323-330.

  • 10. Catestatin (chromogranin A344-364) is a novel cardiosuppressive agent: inhibition of isoproterenol and endothelin signaling in the frog heart / Mazza R., Gattuso A., Mannarino C. [et al.] // Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 2008. Vol. 295. N 1. P. 113-122.
  • 11. Prosser C.L., Brown F.A.. Comparative animal physiology. 2-d edition // W.B. Sauners company, Philadelphia London, 1962. 458 p.
  • 12. Sevcencu C, Ardelean C, Tarba C. Electrical and mechanical effects induced by cold temperatures in the ventricle of isolated Rana ridibunda hearts // Comp. Biochem. Physiol. Mol. Integr. Physiol. 2007. Vol. 148. N 1. P. 196-203.
  • 13. Wang Y., Li G.S. Effect of vagal nerve stimulation on heart rate and heart rate variability in the toads // Zhongguo Ying Yong Sheng Li Xue Za Zhi. 2010. Vol. 26. N 2. P. 229-232.
  • 14. Composition of fatty oils from semen ziziphi spinosae and its cardiotonic effect on isolated toad hearts / Xie J., Zhang Y., Wang L. [et al.] // Nat. Prod. Res. 2012. Vol. 26. N 5. P. 479-483.
  • 15. Zhai X.H., Wang Z.H., Wu Q.H. Influence of caffeine on the isolated heart and action potential of sciatic nerve of toad // Zhongguo Ying Yong Sheng Li Xue Za Zhi. 2008. Vol. 24. N 4. P. 397-398.

References

  • 1. Ashmarin IP, Sukhova GS, Kuz'min VS. Obratimoe ingibitomoe deystvie adenozindifosfatribozy na izolirovannoe serdtse krysy i na serdtse krysy in vivo. Kardiologiya. 2006;4:39-45. Russian.
  • 2. Babkina Yul. Vliyanie veshchestva nQ1983 na rabotu izolirovannogo serdtsa lyagushki. Sb. mat. obi. konkursa stud, nauch. rabot, 2011 g. Smolensk: VA VPVO VS RF; 2011. Russian.
  • 3. Bol'shoy praktikum po fiziologii cheloveka i zhivotnykh // Pod obshch. red. L.L. Vasil'eva i I.A. Vetyukova. Moscow: Sovetskaya nauka; 1954. Russian.
  • 4. Maslov LN, Gorbunov AS, Lishmanov YuB.

Kardioprotektomyy effekt ishemicheskogo

postkonditsionirovaniya na modeli izolirovannogo serdtsa. Byul. eksperim. biol. i meditsiny. 2012;3:290-1. Russian.

  • 5. Nesterov VP, Demina IN, Nesterov SV. Iony natriya vsisteme elektro-mekhanicheskogo sopryazheniya miokarda i skeletnykh myshts lyagushki Rana temporaria. Zh. evolyuts. i biokhim. fiziologii. 2002;38(l):20-4. Russian.
  • 6. Sosin DV, Pravdivtsev VA, Evseev AV, inventors; Sposob registratsii mekhanicheskoy raboty izolirovannogo serdtsa lyagushki. Russian Federation patent RU 2479871. 2013. Russian.
  • 7. Tsirkin VI, Dvoryanskiy SA, Sizova EN, Trukhin AN. Povyshenie beta-adrenoreaktivnosti izolirovannogo serdtsa lyagushki pod vliyaniem syvorotki pupovinnoy krovi cheloveka. Vyatskiy med. vestnik. 2003;2:32-9.

Russian.

  • 8. Aggeli IK, Zacharias T, Papapavlou G, et al. Calcium paradox induces apoptosis in the isolated perfused Rana ridibunda heart: involvement of p38- MAPK and calpain. Can. J. Physiol. Pharmacol. 2013;91(12):1095-106.
  • 9. Leung TK, Chen CH, Tsai SY, et al. Effects of far infrared rays irradiated from ceramic material (BIOCERAMIC) on psychological stress-conditioned elevated heart rate, blood pressure, and oxidative stress- suppressed cardiac contractility. Chin. J. Physiol. 2012;55(5):323-30.
  • 10. Mazza R, Gattuso A, Mannarino C, et al. Catestatin (chromogranin A344-364) is a novel cardiosuppressive agent: inhibition of isoproterenol and endothelin signaling in the frog heart. Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 2008;295(l):113-22.
  • 11. Prosser CL, Brown FA. Comparative animal physiology. 2-d edition. W.B. Sauners company, Philadelphia London; 1962.
  • 12. Sevcencu C, Ardelean C, Tarba C. Electrical and mechanical effects induced by cold temperatures in the ventricle of isolated Rana ridibunda hearts. Comp. Biochem. Physiol. Mol. Integr. Physiol. 2007;148(l):196-203.
  • 13. Wang Y, Li GS. Effect of vagal nerve stimulation on heart rate and heart rate variability in the toads. Zhongguo Ying Yong Sheng Li Xue Za Zhi. 2010;26(2):229-32.
  • 14. Xie J, Zhang Y, Wang L, et al. Composition of fatty oils from semen ziziphi spinosae and its cardiotonic effect on isolated toad hearts. Nat. Prod. Res. 2012;26(5):479-83.
  • 15. Zhai XH, Wang ZH, Wu QH. Influence of caffeine on the isolated heart and action potential of sciatic nerve of toad. Zhongguo Ying Yong Sheng Li Xue Za Zhi. 2008;24(4):397-8.

УДК: 57.085.2:546.41:544.431.15 DOI: 10.12737/7285

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>