Динамика первоначального очага возбуждения в области синоатриального узла сердца при явлении сердечно-дыхательного синхронизма

До сих пор окончательно не изучен один из фундаментальных вопросов кардиологии — формирование ритма сердца в целостном организме. Его исследование продолжает оставаться актуальным.

Львиная доля работ рассматривает его лишь с позиций автоматии сердца. Роль экстракардиальной нервной системы в этом плане сводится лишь к оказанию корригирующего (тонического) действия, проявляемого в увеличении или уменьшении частоты сердечных сокращений за счет ускорения или замедления спонтанной диастолической деполяризации клеток водителей ритма синоатриального узла. (Н.Н.Алипов, 1993; Verkerk et al., 2002; Zhang et al., 2002; Musa et al., 2002; Kodama et al., 2002).

Наряду с традиционной теорией, ни в коей мере не умаляя значения собственной автоматии сердца, существуют представления об иерархии структур и механизмов — обеспечивающих формирование сердечного ритма в естественных условиях. Они сформулированы в концепции В. М. Покровского (1981;2005), согласно которой ритм сердца в форме нервных «посылок» зарождается в головном мозгу и по блуждающим нервам поступает к пейсмекеру синоатриального узла. При взаимодействии с последним происходит возбуждение в синоатриальном узле, приводящее к сокращению сердца. В случае разобщения сердца с центральной нервной системой, оно работает в автономном режиме.

Эта концепция предполагает наличие управления ритмом сердца рефлекторным путем. Одним из вариантов такого управления является феномен сердечно-дыхательного синхронизма (В.М. Покровский, 2003). У человека феномен вызывается при кратковременном высокочастотном дыхании в такт индифферентному раздражителю (вспышкам фотостимулятора) в диапазоне частот, соизмеримых с исходной частотой сердцебиений (В.М. Покровский с соавт., 2000, 2002, 2003, 2005). На каждое дыхание сердце через строго определенный промежуток времени совершает одно сокращение. Изменение частоты дыхания приводит к синхронному изменению частоты сердечных сокращений (В.М. Покровский с соавт., 2003). Таким образом, изменяя частоту дыхания можно управлять ритмом сердца. У животных (собак) феномен управления ритмом сердца через дыхание можно наблюдать в условиях термотахипноэ (В.М. Покровский с соавт., 1986).

Механизм такого влияния нервной системы на формирования ритма сердца не изучен. Одним из подходов к его выяснению является метод компьютерного картирования волны деполяризации в синоатриальном узле. Ранее в острых опытах на животных было показано, что очаг первоначального возбуждения на изохронной карте находится под одним из электродов в устье верхней полой вены. Изменение частоты сердечных сокращений приводит к его миграции (Shuessler et al., 1993). Аналогичная миграция наблюдается при корригирующем (тоническом) влиянии экстракардиальных нервов (Shuessler et al., 1993). В то же время, в условиях управления ритмом сердца посредством раздражения блуждающего нерва залпами электрических импульсов, когда на каждый залп сердце совершает одно сокращение, происходит не только смещение очага первоначального возбуждения, но и резкое расширение его площади. Расширение очага первоначального возбуждения является маркером управления ритмом сердца (В.М. Покровский с соавт., 1996).

Имеет ли это место в условиях формирования ритма сердца в ритме дыхания — по литературным данным неизвестно. Поставленная проблема явилась основанием для проведения данной работы.

Целью работы явилось определение электрофизиологического механизма возникновения и распространения очага первоначального возбуждения в области синоатриального узла сердца при феномене сердечно-дыхательного синхронизма.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1. Определить динамику очага первоначального возбуждения в области синоатриального узла сердца собаки при термотахипноэ.

2. Выяснить динамику очага первоначального возбуждения в области синоатриального узла сердца человека при пробе на сердечно-дыхательный синхронизм.

3. Выяснить роль блуждающего нерва в проведении сигнала к очагу первоначального возбуждения в области синоатриального узла при феномене сердечно-дыхательного синхронизма.

Новизна полученных результатов. В настоящей работе о впервые установлена динамика очага первоначального возбуждения в области синоатриального узла животных при сердечно-дыхательном синхронизме в условиях термотахипноэо впервые выяснена роль блуждающего нерва в реализации динамики очага первоначального возбуждения в области синоатриального узла сердца животных при феномене сердечно-дыхательного синхронизмао впервые установлена динамика очага первоначального возбуждения в области синоатриального узла сердца человека при пробе на сердечно-дыхательный синхронизм.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Маркером воспроизведения сердцем центрального ритма является расширение первоначального очага возбуждения в области синоатриального узла.

2. Синоатриальный узел сердца животных и человека в естественных адаптивных реакциях воспроизводит центральный ритм, поступающий к нему в форме сигналов по блуждающим нервам.

3. При отключении влияния центральной нервной системы на синоатриальный узел путем введения в хирургическую стадию наркоза, синоатриальный узел обеспечивает нагнетательную функцию сердца, генерируя ритм в собственном режиме.

Теоретическая значимость работы. Теоретическая значимость исследования заключается в получении новых сведений об электрофизиологических механизмах формирования ритма сердца путем отслеживания возникновения и распространения первоначального очага возбуждения в синоатриальной области сердца собаки при сердечно-дыхательном синхронизме в условиях термотахипноэ. Выяснена роль блуждающего нерва в динамике очага первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца при феномене сердечно-дыхательного синхронизма. Установлена динамика очага первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца человека при проведении пробы сердечно-дыхательного синхронизма.

Практическая значимость исследования. Полученные результаты позволят расширить возможности инвазивного электрофизиологического исследования кардиохирургических больных.

Практическое использование полученных результатов. По материалам диссертации опубликовано 13 научных сообщений. Данные исследования включены в учебник «Физиология человека» для студентов медицинских вузов, в лекционный курс по нормальной физиологии, в практикум по физиологии и кардиологии, доложены на научных обществах, конференциях, симпозиумах, съездах.

выводы.

1. При сердечно-дыхательном синхронизме у человека, получаемом путем высокочастотного произвольного дыхания в такт вспышкам фотостимулятора и сердечно-дыхательном синхронизме у бодрствующих собак в условиях термотахипноэ очаг первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца по сравнению с исходным увеличивается.

2. У кардиохирургических больных очаг первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца при сердечно-дыхательном синхронизме возрастает и достигает максимума на 5 сутки после операции.

3. Между величиной очага первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца человека и шириной диапазона сердечно-дыхательного синхронизма имеется сильная пропорциональная корреляционная связь. Коэффициент корреляции 0,99.

4. Переход от ритмовождения собственными пейсмекерами сердца к воспроизведению сердцем центрального ритма осуществляется расширением очага первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца.

5. Переход ритма сердечно-дыхательного синхронизма в исходный ритм сердца происходит путем уменьшения очага первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца.

6. Увеличение очага первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца человека и собаки в условиях сердечно-дыхательного синхронизма является одним из доказательств центральной генерации ритма сердца.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время, наряду с традиционной теорией, согласно которой сердечный ритм инициируется в автоматогенных структурах синоатриального узла (Tomotsu Mitsuiye et al., 2000; Lei et al., 2001; Zhang et al., 2002; Musa et al., 2002; Kodama et al., 2002), появились представления о центральном происхождении ритма сердца в целостном организме (В.М.Покровский, 2000, 2003, 2005). Согласно этим представлениям ритм сердца инициируется в головном мозге, предположительно в продолговатом, в форме залпов нервных импульсов, которые по блуждающим нервам достигают синоатриального узла и при взаимодействии с автоматогенными структурами синоатриального узла происходит формирование ритма сердца.

В свете таких представлений требуется исследование механизма формирования сердечного ритма в синоатриальном узле. Методом, позволяющим сделать это, является компьютерное картирование очага первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца. В литературе довольно широко описаны результаты картирования первичного очага возбуждения в синоатриальной области сердца человека и теплокровных животных во время проведения кардиохирургических операций, в условиях наркоза. Работ по компьютерному картированию первоначального очага возбуждения в синоатриальной области сердца в естественных условиях, когда осуществляется генерация ритма сердца в целостном организме, кроме публикаций сотрудников нашей лаборатории (В.М. Покровский с соавторами, 1998;2005) и статьи Hariman et al (1980), мы не нашли.

Одним из подходов к исследованию центрального ритмогенеза является сердечно-дыхательный синхронизм, поскольку само это явление без генерации нервных «посылок» сердечного ритма в головном мозге невозможно. Например, внутривенное введение животного в наркоз, т. е. подавление центрального ритмогенеза, на фоне сердечно-дыхательного синхронизма прерывает синхронизацию (В.М. Покровский с соавт., 1986).

Как известно, в обычных условиях, у здорового человека сердечно-дыхательного синхронизма нет. Сотрудниками нашей лаборатории была создана проба сердечно-дыхательного синхронизма у человека (В.М.Покровский с соавт., 1985, 2003).

Результаты нашего исследования, проведенные на кардиохирургических больных, показали, что на третьи сутки после операции, очаг первоначального возбуждения находился не под одним электродом как во время операции в условиях наркоза, а под 2,00 + 0,00. При этом сечение очага первоначального возбуждения зондом составляло 0,60 +0,00 мм. При проведении пробы, в переходный период развития сердечно-дыхательного синхронизма очаг первоначального возбуждения увеличивался. В этот отрезок времени он охватывал 2,25 + 0,01 электродов зонда, а сечение очага составляло 0,70 +0,01 мм. Наконец, при возникновении сердечно-дыхательного синхронизма очаг первоначального возбуждения располагался под 3,11 + 0,02 электродами зонда, а сечение очага составляло 1,27+0,01 мм. При этом ширина диапазона синхронизации была 6,2 + 0,3 кардиоциклов в минуту. После прекращения пробы наступал восстановительный период. В течение этого времени очаг уменьшался до исходных величин и находился под 2,13 + 0,07 электродами зонда, а сечение очага составляло 0,51+0,03 мм. Таким образом, выявляется четкая закономерность: при сердечно-дыхательном синхронизме очаг первоначального возбуждения в синоатриальной области увеличивается, а при прекращении синхронизации уменьшается. Сердечно-дыхательный синхронизм является одним из проявлений центрального ритмогенеза сердца. Поэтому можно считать, что активизация центрального ритмогенеза сердца проявляется более широкой зоной синхронно возбуждаемых пейсмекерных структур синоатриального узла.

С другой стороны на 5 сутки после операции, очаг первоначального возбуждения имел место под 4,00 + 0,20. Сечение очага первоначального возбуждения зондом было 1,80 ±0,12 мм. В переходный период развития сердечно-дыхательного синхронизма очаг первоначального возбуждения, по сравнению с исходным, увеличивался. Он охватывал 3,63 ± 0,01 электродов зонда, а сечение очага составляло 0,70 ±0,03 мм. При возникновении сердечно-дыхательного синхронизма очаг первоначального возбуждения располагался под 5,70 ± 0,02 электродами зонда, а сечение очага составляло 2,82±0,01 мм. При этом ширина диапазона синхронизации была 12,6 ± 0,5 кардиоциклов в минуту. После прекращения пробы очаг уменьшался до исходных величин и находился под 3,82 ± 0,29 электродами зонда, а сечение очага составляло 1,40±0,03 мм.

Таким образом, между величиной очага первоначального возбуждения и шириной диапазона сердечно-дыхательного синхронизма имеется сильная прямо пропорциональная корреляционная зависимость (коэффициент корреляции 0,99).

Увеличение очага первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца человека при сердечно-дыхательном синхронизме является еще одним доказательством центральной генерации сердечного ритма поскольку в этих условиях сердце усваивает ритм сигналов, поступающий из головного мозга.

Более того, аналогичное увеличение очага наблюдается при другой форме усвоения сердцем ритма — вагусно-сердечной синхронизации (В.М.Покровский с соавт., 1996), которая наблюдается только тогда, когда блуждающий нерв раздражают залпами электрических импульсов определенных параметров от электростимулятора (В.М.Покровский, Ю.Р.Шейх-Заде, 1980). В данном случае роль «центрального генератора ритма сердца» здесь выполняет электростимулятор. В связи с этим В. М. Покровский с соавторами (1996) расширение очага первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца назвали «маркером усвоения сердцем ритма импульсов блуждающего нерва».

О том, что расширение очага первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца человека при сердечно-дыхательном синхронизме является свидетельством центральной генерации ритма сердца, указывает в процессе выздоровления больного, сравнение динамики параметров сердечно-дыхательного синхронизма, и динамики очага. Как было показано в работе, по мере повышения функционально-адаптационных возможностей организма кардиохирургических больных после операции, (на это указывают данные эхокардиографии, параметры кислотно-щелочного равновесия, выписки из дневника наблюдений палатного врача, двигательный режим пациентов) наблюдается положительная динамика параметров сердечно-дыхательного синхронизма. Происходит увеличение ширины диапазона синхронизации, уменьшение длительности развития сердечно-дыхательного синхронизма, уменьшение длительности восстановления исходного ритма сердцебиений после прекращения пробы, уменьшение разности между минимальной границей и исходной частотой сердечных сокращений.

И в это же время отмечается увеличение сечения очага первоначального возбуждения электродным зондом в синоатриальной области правого предсердия у этих пациентов.

Естественно возникает вопрос: отражают ли параметры очага первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца место инициации ритма сердца в головном мозгу?

К сожалению, ответить на этот вопрос, изучая только очаг первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца, не представляется возможным. Однако, некоторые косвенные данные по этому вопросу имеются.

Во-первых, при проведении пробы сердечно-дыхательного синхронизма у человека непосредственно задействована кора головного мозга иначе невозможно было бы дыхание в такт вспышкам фотостимулятора.

Во-вторых из-за того, что непосредственное участие принимают дыхательный и сердечно-сосудистый центры, в процесс вовлечен продолговатый мозг.

Если в таком плане проводить анализ, то окажется, что все отделы головного мозга в той или иной степени задействованы в центральной генерации ритма сердца.

В.М. Покровский писал по этому поводу, что в реализации сердечно-дыхательного синхронизма принимает участие целый ряд процессов в центральной нервной системе, системе дыхания, в вегетативной нервной системе и в самом сердце. Этапы процесса синхронизации сводятся к восприятию зрительного сигнала (вспышки фотостимулятора), переработке и оценке частотной характеристики зрительного сигнала, формированию задачи произвольного управления частотой дыхания, воспроизведения частоты вспышек фотостимулятора в виде произвольного управления частотой дыхания, включение межцентральных взаимодействий дыхательного и сердечного центров, синхронизации ритмов дыхательного и сердечного центров, передаче сигналов в форме залпов импульсов по блуждающим нервам, взаимодействию сигналов с собственными ритмогенными структурами сердца, воспроизведению сердцем заданной произвольным дыханием частоты — развитию сердечно-дыхательного синхронизма (В.М. Покровский и с соавт., 2000 — 2003).

Из наших наблюдений на кардиохирургических больных, у которых одновременно осуществляли пробу сердечно-дыхательного синхронизма, и производили картирование очага первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца, следует, что при инициации центральной генерации сердечного ритма возрастает ширина диапазона синхронизации и очаг первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца. Угнетение центральной генерации ритма сердца действием наркоза во время операции резко сужает очаг первоначального возбуждения и делает невозможным получение сердечно-дыхательного синхронизма.

Другим доказательством, что расширение очага первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца в условиях сердечно-дыхательного синхронизма свидетельствует о центральной генерации ритма сердца, являются результаты хронических опытов на собаках.

Ранее в опытах на собаках (В.М.Покровский с соавторами, 1986, 2003) было показано, что сердечно-дыхательный синхронизм исчезает при углублении наркоза, действии атропина, при хирургической и холодовой двухсторонней перерезке блуждающих нервов. Это позволяет думать о центральном происхождении синхронизации как частном случае центральной генерации ритма сердца.

Сердечно-дыхательный синхронизм у собак в условиях термотахипноэ, по всей видимости, можно интерпретировать проявлением стимулирующего эффекта дыхательного центра через сердечно-сосудистый (посредством иррадиациии возбуждения) и далее по блуждающим нервам на формирование ритма сердца. Действительно, холодовая и хирургическая двухсторонняя перерезка блуждающего нерва или атропинизация животных приводят к снятию синхронизации, что свидетельствует о роли блуждающих нервов как связующих звеньев, по которым из центра к сердцу идут залпообразные посылки нервных импульсов, вызывающие сердечно-дыхательный синхронизм. Углубление наркоза уменьшает возбудимость нервных центров, что также приводит к десинхронизации ритмов дыхания, сердцебиений.

Поэтому получаемое в этих условиях расширение очага первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца собаки можно рассматривать как следствие центральной генерации ритма сердца.

Наличие широкого очага первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца при сердечно-дыхательном синхронизме свидетельствует о синхронном взаимодействии большого количества клеток синоатриального узла. По-видимому, это необходимо для возникновения и «удержания» синхронизации.

Таким образом, динамика очага первоначального возбуждения в синоатриальной области сердца собаки и человека в условиях сердечно-дыхательного синхронизма является одним из доказательств центральной генерации ритма сердца.