Морфо-функциональные характеристики синусно-предсердного узла сердца крысы (04.10.2010)

Автор: Сутягин Павел Валентинович

Рис. 3. Схема топографической привязки структур синусно-предсердного узла сердца крысы. А – вид спереди; Б – схема центральной части синусно-предсердного узла. Точками обозначен характер распределения авторадиографических меток мест связывания 3H-дофамина. 1 – truncus brachiocephalicus; 2 – n. vagus dexter; 3 – v. cava cranialis dextra; 4 – n. phrenicus dexter; 5 – артерия синусно-предсердного узла; 6 - auricula dextra; 7 – v. cava caudalis; 8 - a. carotis communis sinistra; 9 – n. vagus sinister; 10 – v. cava cranialis sinistra; 11 – arcus aortae; 12 – n. phrenicus sinister; 13 – auricula sinistra; 14 - ventriculus dexter; 15 – доминантный пейсмекерный регион; 16 – условная граница латеральной области центральной части синусно-предсердного узла; 17 – условная граница периферической части синусно-предсердного узла; 18 - стенка артерии синусно-предсердного узла; 19 - просвет артерии синусно-предсердного узла; 20 – условная граница медиальной области центральной части синусно-предсердного узла.

4.Функционально кардиомиоциты центральной части обеспечивают нормальный синусовый ритм и его регуляцию.

5. В периферической части узла располагаются латентные клетки-водители ритма, формы потенциалов действия которых представляют собой разнообразные промежуточные варианты между таковыми, характерными для истинных клеток-водителей ритма и для рабочих атриальных кардиомиоцитов. В функциональном плане клетки периферической части сдерживают гиперполяризующее воздействие на центральную часть со стороны рабочей атриальной мускулатуры [Boyett2000] и проведение электрического импульса от центра синусно-предсердного узла к рабочему атриальному миокарду. Морфологически периферическая часть занята переходными клеточными типами кардиомиоцитов.

6. Центральная часть синусно-предсердного узла артерией разделяется на две области – латеральную и медиальную.

7. В латеральной области центральной части синусно-предсердного узла (краниально) располагается регион, занятый истинными клетками-водителями ритма (доминантный пейсмекерный регион) в отсутствие каких-либо нейро-гуморальных влияний, - функциональное ядро.

8. В случае ветвления артерии синусно-предсердного узла функциональное ядро всегда располагается напротив места ветвления.

9.Остальная часть латеральной области представляет функциональный хвост, вытянутый в каудальном направлении от функционального ядра. В покое функциональный хвост занят латентными клетками-водителями ритма, которые в случае нейро-гуморальных воздействий могут принять на себя лидирующую роль, обеспечивая процесс передвижения доминантного пейсмекерного региона.

10. В области функционального ядра синусно-предсердного узла сердца крыс наблюдается минимальная плотность (в пределах узла) всех исследованных нами рецепторных структур: ?-адренорецепторов, М-холинорецепторов, дофаминовых и опиоидных рецепторов.

11.Последовательное введение в культуральную среду возрастающих концентраций норадреналина вызывает линейное возрастание степени (длины) перемещения доминантного пейсмекерного региона в области низких концентраций медиатора с постепенным выходом на плато – в области высоких концентраций. Максимальная длина перемещения (около 0.3 мм) определяет каудальную границу функционального хвоста.

12. Плавное возрастание плотности ?-адренорецепторов от функционального ядра в направлении функционального хвоста в латеральной области является причиной зависимости степени передвижения доминантного пейсмекерного региона в от концентрации введенного в культуральную среду норадреналина.

13. Введение в культуральную среду ацетилхолина не приводило к передвижению доминантного пейсмекерного региона, он оставался в области функционального ядра. В случаях же когда доминантный пейсмекерный регион по тем или иным причинам оказывался вне функционального ядра, введение ацетилхолина возвращало его на обычное место.

14. Минимальная плотность М-холинорецепторов в области функционального ядра с постепенным ее возрастанием в направлении функционального хвоста также определяет местоположение доминантного пейсмекерного региона в условиях холинэргической стимуляции.

15. Высокие плотности ?-адренорецепторов и дофаминовых рецепторов в медиальной области напротив функционального ядра и, особенно, в стенке артерии синусно-предсердного узла определяют место ветвления этой артерии.

16. Характер распределение опиоидных рецепторов с минимальной их плотностью в области функционального ядра и плавным характером возрастания их количества в направлении функционального хвоста на фоне относительно низкого их содержания в ткани синусно-предсердного узла указывает на возможное, но незначительное, их участие в регуляции сердечного ритма.

17. Хронотропное действие норадреналина на синусно-предсердный узел крыс состоит в том, что лидирующая роль при введении норадреналина в культуральную среду переходит к клеткам-водителям ритма, обладающим более низкой крутизной нарастания потенциала в фазе медленной диастолической деполяризации и более низким относительным порогом самовозбуждения мембраны.

18. Изучение электрофизиологических механизмов хронотропного действия дофамина, в том числе и в условиях фармакологической десимпатизации не позволило нам выявить заинтересованности дофаминовых рецепторов в регуляции сердечного ритма: хронотропный эффект дофамина осуществляется через ?-адренорецепторы.

19.Распределение плотностей связывания дофамина в латеральной области центральной части синусно-предсердного узла сердца крыс совпадает с распределением ?-адренорецепторов. Превышение значений плотностей связывания дофамина над значениями плотностей связывания ?-адренорецепторов отчасти связано с процессами кросс-связывания дофамина с ?-адренорецепторами.

Возрастные изменения синусно-предсердного узла сердца крыс.

1. Сравнение масс тел и сердец взрослых (3 месяца) и старых (24 месяца) животных показало, что с возрастом они увеличиваются (с 328±9 граммов до 653±30 граммов и с 1.23±0.05 граммов до 1.73±0.05 граммов, n =11, P < 0.05, соответственно). Однако отношение массы сердца к массе тела у старых крыс было значимо меньше у старых крыс (0.0027±0.0001), чем у взрослых (0.0038±0.0001).

2. На микрофотографиях срезов ткани центральной части синусно-предсердного узла и перинодальной атриальной мускулатуры взрослых – 3 месяца и старых – 24 месяца - крыс, окрашенных по Массону, отчетливо видны признаки гипертрофии кардиомиоцитов синусно-предсердного узла и предсердия. Количественная оценка (4 животных, измерено по 99 клеток из указанных областей каждого животного) диаметров кардиомиоцитов показала, что у старых крыс диаметр кардиомиоцитов был на 38% больше в центральной части синусно-предсердного узла (9.9±0.3 мкм против 7.2±0.2 мкм) и на 23% больше в перинодальном атриальном миокарде (15.9±0.3 мкм против 12.9±0.2 мкм), чем у взрослых. Приблизительные расчеты показывают, что такое увеличение диаметров кардиомиоцитов у старых животных должно привести к увеличению массы сердца на 52 – 89%, что неплохо совпадает с полученными нами данными (1.73/1.23 = 1.41, т.е. 41%).

3. Исследования (in vivo) электрокардиограмм наркотизированных взрослых (3 месяца) и старых (24 месяца) животных показало отсутствие значимых различий в частоте сердечных сокращений. Напротив, анализ данных электрограмм, снятых с поверхности препарата сердца, перфузируемого по Лангендорфу (in vitro), показывает, что сердца старых крыс обладают значительно более низким собственным сердечным ритмом (IHR – intrinsic heart rate), чем сердца взрослых животных.

4. Помимо снижения частоты собственного сердечного ритма у препаратов сердца старых животных, перфузируемых по Лангендорфу (in vitro), у старых крыс наблюдалось также увеличение времени проведения импульса от места его зарождения до миокарда желудочков, т.е. увеличение интервала PQ in vivo с 58.0±0.8 мсек у 3-хмесячных животных до 78.0±4.0 мсек – у 24-хмесячных (P < 0.05). Подобный эффект находит свое объяснение в том, что с возрастом происходит прогрессивное уменьшение площади вокруг центральной части синусно-предсердного узла, занятой коннексинами Cx43. При этом представленность коннексинов Cx40 и Cx45 с возрастом остается неизменной [Jones S.A., 2006].

5. Возрастное ухудшение функционирования синусно-предсердного узла прослеживается также и при изучении времени восстановления синусно-предсердного узла после принудительной стимуляции правого ушка, которое с возрастом увеличивается.

6. Сравнительное электрофизиологическое исследование потенциалов действия истинных и латентных клеток-водителей ритма синусно-предсердного узла и рабочих атриальных кардиомиоцитов правого предсердия молодых (около 2 месяцев), взрослых (3 месяца) и старых (24 месяца) крыс показало, что с возрастом происходит статистически достоверное удлинение периода следования потенциалов действия клеток синусно-предсердного узла, т.е. уменьшение частоты следования потенциалов действия (у двухмесячных крыс ЧСПД = 4.64±0.09 Гц (n = 64 животных), у трехмесячных – 3.38±0.09 Гц (n = 7 животных) и у двадцатичетырехмесячных – 2.87±0.11 Гц (n = 6 животных), P < 0.05). Данные по длительности периодов следования потенциалов действия, полученные на кратковременно культивируемых препаратах правого предсердия, хорошо совпадают с данными, полученными нами на препаратах сердца, перфузируемых по Лангендорфу, и показывают закономерное снижение собственного ритма биений сердца с возрастом.

Следует отметить, что нами не было отмечено статистически достоверных отличий между всеми тремя возрастными группами животных в крутизнах нарастания потенциала в фазе 0 (фазе начального быстрого подъема потенциала), амплитудах потенциалов действия и ширинах пика потенциала действия на уровне 85% амплитуды потенциала действия (ШП85). Достоверные отличия отмечены лишь в субпопуляциях истинных и латентных клеток-водителей ритма в значениях ширины пика потенциала действия на уровне 25% амплитуды потенциала действия (ШП25), P < 0.05. Эти величины оказались на 11±3% (P < 0.05) большими у старых животных.

Таким образом, с возрастом происходит достоверное снижение собственной частоты генерации потенциалов действия истинными клетками-водителями ритма (снижение частоты собственного сердечного ритма) и увеличение ширины пика потенциала действия на уровне 25% амплитуды потенциала действия.

7. Электрофизиологическое определение границ синусно-предсердного узла путем построения карты распределения клеток с различными типами потенциалов действия показало, что с возрастом он увеличивается в размерах: с 0.93±0.10 мм (n = 17 животных, P < 0.05) в возрасте 2 месяца до 1.76±0.21 мм (n = 7 животных, P < 0.05) в возрасте 3 месяца и до 2.91±0.34 мм (n = 6 животных, P < 0.05) в возрасте 24 месяца.

8. Помимо увеличения длины синусно-предсердного узла с возрастом происходит также перемещение доминантного пейсмекерного региона в каудальном направлении вдоль артерии синусно-предсердного узла (Рис. 4).

Рис. 4. Местоположение доминантного пейсмекерного региона (звездочки) на схеме правого предсердия взрослых (3 месяца, n = 7 животных) (а) и старых (24 месяца, n = 6 животных) (б) крыс. ПКрПВ – правая краниальная полая вена, КаПВ – каудальная полая вена, ПУ – правое ушко, прерывистыми линиями обозначен ход CT – crista terminalis.

Согласно данным Dobrzynski H. et al. [Dobrzynski H. et al., 2007] в основе возрастных нарушений функционирования синусно-предсердного узла лежат изменения в количестве и качественном составе ионных каналов, обеспечивающих протекание INa, ICa,L и If, приводящие, в первую очередь, к снижению частоты генерации потенциалов действия истинными клетками-водителями ритма. Увеличение с возрастом площади, занятой клетками-водителями ритма с отсутствием на их сарколеммах ионных каналов Nav1.5 и Cav1.2 и со сниженным количеством каналов HCN4, ведет, соответственно, к нарушению проведения электрического импульса по миокарду синусно-предсердного узла, блоку выхода этих импульсов из синусно-предсердного узла, времени восстановления функционирования синусно-предсердного узла после принудительной электрической стимуляции правого предсердия и аритмизации этого региона.

ВЫВОДЫ.

1.Синусно-предсердный узел сердца крыс состоит из истинных и латентных клеток-водителей ритма с присущими им характеристиками электрической активности, топографией распределения вдоль артерии синусно-предсердного узла и особенностями их взаиморасположения, как в ткани самого узла, так и относительно окружающих узел рабочих атриальных кардиомиоцитов.

2. В пределах синусно-предсердного узла сердца крыс можно выделить центральную и периферическую части. Центральная часть синусно-предсердного узла сердца крыс состоит из двух областей, отделенных друг от друга артерией синусно-предсердного узла, - латеральной и медиальной, отличающихся друг от друга функциональными и морфологическими показателями. Периферическая часть построена латентными клетками-водителями ритма с формами потенциалов действия, представляющими собой разнообразные переходные формы между потенциалами действия истинных клеток-водителей ритма и рядом расположенными рабочими атриальными кардиомиоцитами.

3. Латеральная область центральной части синусно-предсердного узла состоит из морфологически однотипных клеток, электрофизиологически представляющих собой истинные клетки-водители ритма, формирующие доминантный пейсмекерный регион (функциональное ядро синусно-предсердного узла) и латентные клетки-водители ритма, строящие функциональный хвост синусно-предсердного узла, формы потенциалов действия которых однотипны по форме и различаются только степенью плавности перехода из фазы медленной диастолической деполяризации в фазу начального быстрого подъема потенциала и крутизной нарастания потенциала в фазе начального быстрого подъема потенциала.

4. Медиальная область центральной части синусно-предсердного узла сердца крыс, состоящая преимущественно из латентных клеток-водителей ритма, характеризуется мощным скоплением дофаминовых рецепторов в зоне напротив доминантного пейсмекерного региона, указывающем, соответственно, на скопление в этом месте автономных постганглионарных волокон и место отхождения ветви артерии синусно-предсердного узла. Высокое ветвление артерии синусно-предсердного узла всегда определяет локализацию доминантного пейсмекерного региона.

5. Процессы регуляции сердечного ритма медиаторами автономной нервной системы осуществляются в пределах латеральной области центральной части синусно-предсердного узла и сопровождаются сменой лидирующей группы клеток-водителей ритма (передвижением доминантного пейсмекерного региона).

6. Распределение М-холинорецепторов, ?-адренорецепторов, дофаминовых и опиоидных рецепторов в латеральной области центральной части синусно-предсердного узла однотипно. Оно характеризуется минимальным их содержанием в регионе, занятом функциональным ядром. Плотность указанных рецепторов в краниальном направлении резко увеличивается и становится максимальной. В каудальном направлении плотности этих рецепторных структур увеличиваются плавно и достигают максимума только к концу функционального хвоста, предоставляя морфологический субстрат для обеспечения миграции доминантного пейсмекерного региона в ответ на воздействие норадреналина и ацетилхолина.

7. Миграция доминантного пейсмекерного региона в ответ на воздействие норадреналина и ацетилхолина является следствием распределения ?-адренорецепторов и М-холинорецепторов в латеральной области центральной части синусно-предсердного узла. Плавное возрастание плотности этих рецепторных структур от минимальных значений в области функционального ядра до максимальных – в области функционального хвоста обеспечивает доза-зависимое увеличение длины передвижения доминантного пейсмекерного региона при воздействии норадреналина и, напротив, однократное передвижение доминантного пейсмекерного региона в область функционального ядра (если по каким-либо причинам доминантный пейсмекерный регион в этой области отсутствовал) или же отсутствие такового передвижения при введении ацетилхолина.

8. Вся совокупность полученных физиологических и морфологических данных, взаимодополняя друг друга складывается в единое целое – схему устройства синусно-предсердного узла сердца крысы, который представляется состоящим из центральной и периферической частей. Центральная часть узла – асимметрична, и включает латеральную и медиальную области, отличающимися клеточным составом и особенностями иннервации. Процессы регуляции сердечного ритма осуществляются в латеральной области и сопровождаются передвижением доминантного пейсмекерного региона.

9. Процессы старения в организме крыс приводят к увеличению линейных размеров синусно-предсердного узла, миграции доминантного пейсмекерного региона вниз по артерии синусно-предсердного узла, увеличению диаметров, как клеток-водителей ритма, так и окружающих рабочих атриальных кардиомиоцитов, урежению собственной частоты генерации потенциалов действия истинными клетками-водителями ритма и увеличению ширины пика потенциалов действия истинных и латентных клеток-водителей ритма.


загрузка...