КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: аритмии сердца, экспериментальная модель аритмий сердца, кальцийзависимая аритмия сердца

Одним из замечательных достижений экспериментальной кардиологии явилось изучение кардиотоксинов, отличающихся специфическим влиянием на ионные каналы плазматических мембран кардиомиоцитов. Они широко используются как для доклинического изучения и сравнительной оценки эффективности антиаритмических препаратов (ААП), так и для фармакологического анализа патогенетических механизмов формирования очагов аритмогенеза [2, 10]. В экспериментальной аритмологии широко используют тетродотоксин, который ингибирует быстрый натриевый ток и уменьшает скорость нарастания потенциала действия, что позволяет идентифицировать Nа⁺-зависимые аритмии сердца (АС). Алкалоиды группы вератрина и аконитина, напротив, способствуют возникновению постоянной активации натриевых каналов и инициируют появление Nа⁺-зависимых АС у животных в начальном периоде опытов. В последующем активируется Na⁺-Са²⁺-обмен, и патогенез АС становится смешанным [9].

При исследовании антиаритмической эффективности ААП IV класса не менее важно экспериментальное моделирование Са²⁺-зависимого аритмогенеза. С помощью метода фиксации потенциала установлено, что медленный входящий ток (Isi) активируется катехоламинами, гистамином, а также зависит от внеклеточной концентрации ионов Са²⁺ [1, 7, 17]. Однако хлоридкальциевые и адреналиновые модели АС, широко используемые в экспериментальной кардиологии, отличаются многогранным патогенезом (гиперкатехоламинемия, активация аденилатциклазы и цАМФ) и кратковременным течением, и поэтому они мало пригодны для оценки лечебной эффективности ААП при развившихся формах АС.

Цель исследования состояла в изучении возможности экспериментального моделирования Са²⁺-зависимых аритмий сердца, в патогенезе формирования которых основную роль играет ингибирование Nа⁺/К⁺-АТФазы, активация Nа⁺-Са²⁺-обмена, атакже активация селективных кальциевых каналов плазматических мембран и саркоплазматического ретикулума.

Материал и методы

Опыты выполнены на 40 лабораторных крысах обоего пола весом 170–200 г. Под нембуталовым наркозом (35 мг/кг внутрибрюшинно) животных фиксировали и регистрировали ЭКГ во II отведении. Экспериментальных животных разделили на 4 группы по 10 крыс в каждой. Крысам 1-й группы в бедренную вену вводили 10 % раствор кофеин-бензоата натрия в дозе 400 мг/кг, регистрируя ЭКГ через каждую минуту или изменении ритма сердца до нормализации синусового ритма. Животным 2-й группы с целью ингибирования Nа⁺-К⁺-АТФазы внутривенно вводили строфантин К в дозе 500 мг/кг в 0,025 % растворе, через 5 мин – 10 % раствор кофеина в дозе 400 мг/кг и еще через 3 мин 10 % раствор хлорида кальция в неаритмогенной дозе (100 мг/кг), периодически регистрируя ЭКГ в течение 45 мин. Животным 3-й группы после введения указанных аритмогенных средств и регистрации стойкой политопной экстрасистолической аритмии или желудочковой пароксизмальной тахикардии внутривенно вводили 0,025 % раствор верапамила в дозе 0,5 мг/кг и регистрировали ЭКГ при изменении ритма сердца на протяжении 30–45 мин. Крысам 4-й группы в таком же временном режиме и последовательности вводили 0,2 % раствор лидокаина в дозе 2 мг/кг.

Результаты и их обсуждение

У животных 1-й группы, которым вводили только раствор кофеина, сразу же возникала частая политопная экстрасистолическая аритмия, которую регистрировали в течение 2–3,5 мин, после чего спонтанно возобновлялся синусовый ритм с единичными желудочковыми экстрасистолами или парасистолами. Таким образом, желудочковые АС продолжались не более 4 мин, что недостаточно для испытания эффективности ААП.

У крыс 2-й группы после внутривенной инфузии раствора строфантина была зарегистрирована брадикардия с частотой сокращений сердца 300–350 в 1 мин (при исходной частоте – 400–500 в 1мин), что расценивали как следствие ваготропного влияния строфантина. Только у 3 крыс на фоне брадикардии зарегистрированы единичные желудочковые экстрасистолы. Через 5 мин у всех животных восстановился регулярный синусовый ритм. После введения аритмогенной дозы кофеина сразу же у 6 животных регистрировали групповую желудочковую политопную экстрасистолию, причем в последующие 2–3 мин их количество прогрессивно возрастало, трансформируясь в двунаправленную желудочковую пароксизмальную тахикардию с частотой 500–600 в 1 мин и правильным чередованием желудочковых комплексов различной продолжительности, формы и полярности. Желудочковую тахикардию продолжали регистрировать в течение 20–30 мин. У 4 крыс 2-й группы регистрировали стойкую экстрасистолическую бигеминию, которая также продолжалась не менее 20 мин. Продолжительное течение желудочковых АС, которые возникали после введения раствора кофеина на фоне гликозидной интоксикации, может быть использовано для оценки антиаритмической активности фармакологических препаратов.

У всех 10 крыс 3-й группы внутривенное микроструйное вливание раствора верапамила, произведенное при развившейся форме желудочковой АС, прерывало течение нарушений ритма и способствовало восстановлению стабильного синусового ритма. Лишь у 3 животных отмечено позднее возобновление АС, что потребовало повторного введения верапамила в такой же дозе. Из побочных эффектов верапамила следует отметить появление у 4 крыс кратковременной (1–2 мин) атриовентрикулярной блокады 1-й степени и снижение вольтажа зубцов желудочкового комплекса после повторного введения верапамила. Животным 4-й группы после регистрации желудочковой тахикардии произведено внутривенное введение раствора лидокаина, но ни в одном случае синусовый ритм не был восстановлен, несмотря на повторные введения раствора. Результаты исследования животных 4-й группы свидетельствуют, что аритмогенные дозы кофеина и строфантина не вызывают активации быстрых натриевых каналов, которые селективно блокируются лидокаином.

Общеизвестно, что сердечные гликозиды ингибируют Nа⁺/К⁺-АТФазу и блокируют обмен внутриклеточных ионов Nа⁺, поступающих в клетку в фазу 0 потенциала действия, на внеклеточные ионы К⁺, вследствие чего снижается внутриклеточная концентрация ионов К⁺ [4, 11]. Одновременно увеличивается внутриклеточная концентрация ионов Nа⁺, активируется Nа⁺-Са²⁺-обмен, и в цитозоль миоцитов поступает избыточное количество ионов Са²⁺, что у других видов животных (у кошек, собак, морских свинок) может индуцировать АС. Однако миокард крысы вследствие видовой специфичности отличается чрезвычайно низкой чувствительностью к сердечным гликозидам. По сравнению с кошками и собаками сердце крысы менее чувствительно к аритмогенным дозам сердечных гликозидов примерно в 1000 раз [4, 14]. Поэтому нами использованы высокие дозы строфантина, что обусловило стабильное и продолжительное течение желудочковых форм АС.

Известно также, что кофеин, относящийся к группе метилксантинов, оказывает многогранное фармакологическое влияние на миокардиальные клетки [11]. Ингибируя фосфодиэстеразу, он способствует увеличению содержания цАМФ, который активирует кальциевые каналы сарколеммы [12], что тесно коррелирует со степенью тахикардии и снижением порога фибрилляции желудочков [11]. Кроме того, кофеин блокирует пуринергические рецепторы сердца (большей частью на Р1), ослабляя эффекты экстрацеллюлярного АТФ и аденозина [8]. При этом активируется сарколеммальная аденилатциклаза и превращение АТФ в цАМФ, что способствует активации кальциевых каналов. Внутриклеточный ионный дисбаланс усугубляется также вследствие активации кофеином кальциевых каналов саркоплазматического ретикулума, из которого в цитозоль миоцитов поступает большое количество ионов Са²⁺ [12, 15].

Из вышеизложенного следует, что при строфантино-кофеиновой модели АС происходит активация всех внутрь направленных Са²⁺-токов [16], что определяет возникновение Са²⁺-зависимых АС. Решающая роль ионов Са²⁺ в возникновении АС подтверждается чрезвычайно высокой антиаритмической эффективностью малых доз верапамила (0,5 общепринятой экспериментальной дозы) и практически полным отсутствием лечебного влияния лидокаина.

Следует отметить, что проблема кальцийзависимых повреждений миокарда и нарушений ритма сердца все больше привлекает исследователей. В условиях ишемии миокарда и дефицита метаболической энергии нарушается функция Nа⁺/К⁺-АТФазы и возникает компенсаторная активация Nа⁺-Са²⁺-обмена, вследствие чего повышается цитозольная концентрация ионов Са²⁺. В то же время нарушается выведение Са²⁺ из клеток по энергозависимым Са²⁺(АТФ)-каналам. Таким образом, в зависимости от степени и продолжительности ишемии определенного участка миокарда происходит активация Са²⁺-зависимых липаз и протеаз, вследствие чего повышается проницаемость клеточных мембран [3, 12, 15]. Кроме того, активируется перекисное окисление липидов, содержание липаз и протеаз увеличивается, появляются участки деструкции сарколеммы (“перекисные кластеры”), через которые ионы Са²⁺ проникают в цитозоль кардиомиоцитов по электрохимическому градиенту [1, 5, 6]. Совокупность этих процессов может привести к “электрическому самопробою” клеточных мембран и гибели клеток [5, 13]. Очевидно, в комплексной терапии ишемии миокарда и Са²⁺-зависимых АС защита клеточных мембран приобретает существенное значение, что требует детального экспериментального исследования.

К несомненным достоинствам предлагаемого метода моделирования Са²⁺-зависимых АС следует отнести высокую степень воспроизводимости и стабильность желудочковых нарушений ритма в течение 20 мин и больше, что позволит исследовать лечебную эффективность ААП и других лекарственных средств.

Выводы

1. Возникновение эктопических аритмий сердца у крыс после внутривенных инфузий аритмогенных доз строфантина и кофеина обусловлено ингибированием Nа⁺/К⁺-АТФазы, активацией Nа⁺-Са²⁺- обмена, а также кальциевых каналов плазматических мембран и саркоплазматического ретикулума.
2. Наличие Са²⁺-зависимого аритмогенеза подтверждается неэффективностью лидокаина и высокой антиаритмической активностью верапамила.
3. Строфантино-кофеиновая модель аритмий сердца может быть использована при доклиническом исследовании антиаритмической эффективности антагонистов кальция и других лекарственных средств.

1. Аводин П.В., Ткачук В.А. Рецепторы и внутриклеточный кальций. – М.: Наука, 1994. – С. 140-141.
2. Бобров В.А., Горчакова Н.А., Симфот и др. Экспериментальное и клиническое изучение антиаритмических средств: Метод рекомендации. – К., 1995.
3. Бобров В.О., Степаненко А.П., Білоножко О.Г. та ін. Кальційзалежне пошкодження міокарда та використання калію-магнію аспарагінату для його запобігання та лікування // Укр. медич. часопис. – 2002. – № 3. – С. 93-98.
4. Броди Т.М., Акера Т. Фармакологическое действие сердечных гликозидов // Механизмы, диагностика, лечение / Под ред. В.Дж. Мандела: Пер. с англ. – М.: Медицина, 1996. – Т. 1. – С. 450-474.
5. Владимиров Ю.А. Роль нарушений свойств липидного слоя мембран в развитии патологических процессов // Патолог. физиол. и эксперим. терапия. – 1989. – № 4. – С. 7-18.
6. Геннис Г. Биомембраны. Молекулярная структура и функции. – М.: Мир, 1997. – 622 с.
7. Гетсби Д.К., Вит Э.Л. Нормальная и аномальная электрическая активность сердечных клеток // Аритмии сердца / Под ред. Д. Мандела: Пер. с англ. – М.: Медицина, 1996. – Т. 1. – С. 107-151.
8. Зиганшин А.У., Зиганшина Л.Е. Перспективы клинического применения средств, воздействующих на рецепторы АТФ – Р2-пуринорецепторы // Казанский мед. журн. – 1996. – Т. 77, № 2. – С. 134-135.
9. Каверина Н.В., Сенова З.П. Методические рекомендации по экспериментальному (фармакологическому) изучению препаратов, предлагаемых в качестве средств для профилактики и лечения нарушений ритма сердца. – М.: Медицина, 1981. – 71 с.
10. Лаздунский М., Рено Дж.Ф. Действие кардиотоксинов на ионные мембраны // Физиология и патофизиология сердца / Под ред. Н. Спе-релакиса: Пер. с англ. – М.: Медицина, 1988. – Т. 1. – С. 593-610.
11. Машковский М.Д. Лекарственные средства. Пособие для врачей: В 2 т. – М.: Новая волна, 2001. – Т. 1. – С. 121-122.
12. Меерсон Ф.З. Патогенез и предупреждение стрессорных и ишемических повреждений сердца. – М.: Медицина, 1984. – 266 с.
13. Мороз В.М., Липницкий Т.Н., Козловский В.А. и др. Поиск новых методов лечения аритмий сердца: экспериментальное исследование эффективности денситонеров мембран // Рос. кардиол. журн. – 2003. – № 2 (40). – С. 72-76.
14. Нейлер В.Г., Дейли М.Д. Кальций и повреждение кардиомиоцитов // Физиология и патофизиология сердца / Под ред. Н. Сперелакиса: Пер. с англ. – М.: Медицина, 1988. – Т. 1. – С. 555-575.
15. Ольбинская Л.И., Литвицкий П.Ф. Коронарная и миокардиальная недостаточность. – М.: Медицина, 1986. – 267 с.
16. Сперелакис Н. Электрическая характеристика клеток в покое и поддержание распределения ионов // Физиология и патофизиология сердца / Под ред. Н. Сперелакиса: Пер. с англ.: В 2 т. – М.: Медицина, 1988. – Т. 1. – С. 90-127.
17. The “Sicilian Cambit” A new approach to the classification of antiarrhythmic drugs based on their action on arrhythmogenic mechanisms // Circulation. – 1991. – Vol. 84, № 4. – P. 1831-1848.

Experimental model of Ca²⁺-dependent heart arrhythmias in rats

V.M. Moroz, T.N. Lipnitsky, V.A. Kozlovsky

We proposed new experimental model of heart arrhythmias. This model can be produced by injection of strophantin K (500 mg/kg) and coffein-benzoat-sodium (400 mg/kg). We can see sustained extrasystolic arrhythmia, parasystolia and ventricular bidirectional paroxysmal tachycardia which makes possible to study the antiarrhythmic efficiency of calcium antagonists. Ca²⁺-dependent mechanism of arrhythmogenesis is proved by absence of efficacy of lidocaine and good antiarrhythmic efficacy and activity of verapamil.