Механизмы формирования миокардиальной дисфункции и метаболическая цитопротекция при ушибе сердца (экспериментальное исследование)

Однако влияние препарата на центральную гемодинамику было неоднозначным. В части опытов (40%) гипоксен отчетливо «удерживал» гемодинамические показатели на уровне, близком к исходному, в частности, не происходило существенного изменения величины АД как до нанесения травмы, так и сразу после нее. В то же время у большей части животных (60%) в группе с предварительным введением гипоксена показатели центральной гемодинамики отличались от нормальных как до миокардиальной контузии, так и в течение всего посттравматического периода. Отличительной особенностью гемодинамического профиля при этом было значительное и устойчивое снижение АД, а также более низкие значения МОС.

Процент летальности в группе животных c предварительным введением гипоксена в 2,7 раза превысил таковой в группе без использования препарата, а пик сместился с первого часа на первые сутки посттравматического периода. Смерть наступала на фоне нарастающих изменений показателей центральной гемодинамики (снижение УО, МОС, АД). Ведущим гемодинамическим сдвигом в этой ситуации явилась артериальная гипотензия, которая на начальном этапе, вероятно, была следствием расширения периферических резистивных сосудов под влиянием гипоксена. В пользу снижения тонуса артериол свидетельствуют более низкие исходные (до моделирования травмы) значения ОПСС на фоне введения препарата. Снижение МОС - еще одного фактора, определяющего величину системного АД - также играло определенную роль в развитии артериальной гипотензии. Однако важно подчеркнуть, что более низкие значения МОС на фоне введения гипоксена были обусловлены не снижением УО (его значения до моделирования ушиба сердца не отличались от исходных), а урежением ЧСС.

Величина УО, показателя, отражающего сократительную функцию сердца, была выше на фоне предварительного введения гипоксена, чем без него. Этот факт, вероятно, объясняется основным (антигипоксическим) эффектом препарата. В то же время, есть основания полагать, что гипоксен обладает также прямыми гемодинамическими эффектами: расширением резистивных сосудов и урежением сердечного ритма. Эти два фактора, наряду с возможным расширением вен, ведут к снижению линейной и объемной скорости кровотока, депонированию крови в емкостном русле большого круга кровообращения, что, в свою очередь, обусловливает уменьшение венозного возврата и, как следствие, - ударного выброса. Снижение УО вследствие недостаточного наполнения полостей сердца усугубляет прямое влияние механической травмы на его сократительную функцию.

Артериальная гипотензия, вызванная гипоксеном, оказывается более значимой и более продолжительной, чем улучшение сократимости миокарда вследствие антигипоксического действия препарата, по времени совпадает с гипотензией, вызванной механической травмой сердца. Иными словами, гипоксен, вероятно, усугубляет харктерное для посттравматического периода ушиба сердца снижение АД. Выраженность артериальной гипотензии становится для определенной части экспериментальных животных критической, а недостаточность кровообращения - фатальной.

Триметазидин прямо вмешивается в энергетический обмен кардиомиоцитов, избирательно ингибируя ключевой фермент в-окисления СЖК длинноцепочечную 3-кетоацил-КоА-тиолазу и обеспечивая увеличение активности ключевого фермента окисления глюкозы - пируватдегидрогеназы. Это приводит к метаболическому «сдвигу» от окисления СЖК к окислению глюкозы - более выгодному типу катаболизма в условиях ишемии и гипоксии.

Предварительное введение триметазидина в значительной степени предотвращало развитие аритмий (рис. 6). Регистрировались лишь узловые ритмы и наджелудочковые экстрасистолы (8% и 4% соответственно), причем в несколько раз реже, чем в группе сравнения. Примечательно, что ни у одного животного не было зарегистрировано изменений конечной части желудочкового комплекса, свидетельствующих о формировании зон ишемии миокарда, а также удлинения интервала QT к концу 1 часа посттравматического периода. Этот факт, безусловно, свидетельствует о благоприятном влиянии препарата на метаболизм поврежденного сердца.

Рис. 6. Влияние триметазидина на частоту регистрации (% животных) нарушений ритма и проводимости сердец крыс в раннем посттравматическом периоде ушиба сердца.

Предварительное введение триметазидина снижало содержание глюкозы в сыворотке крови через 1 час после травмы по сравнению с группой без использования препарата (табл. 5 и рис. 7), что может косвенно свидетельствовать о более интенсивном использовании глюкозы в процессе окисления. Подобное изменение соотношения процессов окисления СЖК и глюкозы под действием триметазидина приводило к относительному снижению интенсивности гликолиза, а значит, к уменьшению накопления протонов. Косвенным свидетельством такой фармакологической оптимизации энергетического метаболизма явилось достоверное снижение содержания лактата (табл. 5 и рис. 7) в сыворотке крови травмированных животных во всех исследовательских точках. Активность АсАТ в этой группе животных была достоверно ниже, чем в группе сравнения, в сроки 3 часа и 1 сутки, а активность КФК - во всех исследовательских точках, что подтверждает цитопротекторный эффект препарата.

Рис. 7. Влияние триметазидина на содержание глюкозы и лактата (ммоль/л), активность АсАТ и КФК (МЕ/л) в сыворотке крови крыс в посттравматическом периоде ушиба сердца, Me (LQ-HQ).

Благоприятное действие оказывал триметазидин и на показатели системной гемодинамики травмированных животных (рис. 8): достоверно выше по сравнению с группой без использования препарата были величины АД и МОС (причем, преимущественно за счет более высоких значений УО). Дополнительную «поддержку» величины МОС в первые минуты после травмы обеспечивала более высокая ЧСС.

Прямая оценка сократительной функции миокарда показала (рис. 9) большую сохранность ее силовых и скоростных характеристик, а также резервных возможностей в группе сердец, травмированных на фоне введения

Рис. 8. Влияние триметазидина на ЧСС (мин-1), УО (мкл), МОС (мл), АД (мм рт. ст.), ОПСС (103дин?с?см-5) крыс в раннем посттравматическом периоде ушиба сердца, Me (LQ-HQ).

Рис. 9. Влияние триметазидина на силовые и скоростные показатели сократимости изолированных сердец травмированных крыс, Me (LQ-HQ). СДЛЖ (мм рт. ст.) - систолическое давление в полости левого желудочка; ДДЛЖ (мм рт. ст.) - диастолическое давление в полости левого желудочка; РЛЖД (мм рт. ст.) - развиваемое левым желудочком давление, +dP/dt (мм рт. ст. /с) - скорость сокращения; -dP/dt (мм рт. ст. /с) - скорость расслабления.

триметазидина. Через 1 час после травмы РЛЖД составляло 82% величины этого показателя в контроле, а в группе сравнения - только 60%. Это происходило за счет более высоких значений СДЛЖ (83% и 64% соответственно) и, напротив, более низких значений ДДЛЖ. В группе сердец с предварительным введением триметазидина ДДЛЖ достоверно не отличалось от контрольного уровня, а в группе сравнения превысило его на 27%.

При проведении пробы с нагрузкой ритмом высокой частоты (табл.1 и рис.10) РЛЖД было достоверно выше при частоте импульсов 240, 400 и 500 мин-1 за счет большей сохранности систолической функции. Величина дефекта диастолы была достоверно ниже только при частоте импульсов 500 мин-1.

Рис. 10. Влияние триметазидина на силовые показатели сократимости изолированных сердец травмированных крыс при нагрузке ритмом высокой частоты, Me (LQ-HQ)

Рис. 11. Влияние триметазидина на силовые и скоростные показатели сократимости изолированных сердец травмированных крыс при проведении гипоксической пробы, Me (LQ-HQ). СДЛЖ (мм рт. ст.) - систолическое давление в полости левого желудочка; ДДЛЖ (мм рт. ст.) - диастолическое давление в полости левого желудочка; РЛЖД (мм рт. ст.) - развиваемое левым желудочком давление, +dP/dt (мм рт. ст. /с) - скорость сокращения; -dP/dt (мм рт. ст. /с) - скорость расслабления.

Гипоксическая проба (табл. 2 и рис. 11) выявила гораздо большую устойчивость сердец к гипоксическим и реоксигенационным повреждениям на фоне применения триметазидина. Это нашло свое отражение во всех без исключения силовых и скоростных характеристиках сократительной функции. Меньшим (табл. 3 и рис 12) был выход в проток АсАТ и лактата, что косвенно свидетельствовало о большей сохранности мембранных структур.

Рис. 12. Влияние триметазидина на потребление глюкозы (ммоль/л), выделение лактата (ммоль/л) и АсАТ (МЕ/л) изолированными сердцами травмированных крыс при проведении гипоксической пробы, Me (LQ-HQ).

Гиперкальциевая проба (табл. 4 и рис. 13) выявила большую сохранность механизмов, ответственных за удаление излишка кальция из саркоплазмы в СПР и внеклеточную среду, в группе с использованием триметазидина. Значения РЛЖД, а также скоростей сокращения и расслабления миокарда были достоверно выше, чем в группе сравнения, на всех этапах эксперимента, а на этапе реперфузии практически не отличались от контрольных.

Рис. 13. Влияние триметазидина на силовые и скоростные показатели сократимости изолированных сердец травмированных крыс при проведении гиперкальциевой пробы, Me (LQ-HQ). СДЛЖ (мм рт. ст.) - систолическое давление в полости левого желудочка; ДДЛЖ (мм рт. ст.) - диастолическое давление в полости левого желудочка; РЛЖД (мм рт. ст.) - развиваемое левым желудочком давление, +dP/dt (мм рт. ст. /с) - скорость сокращения; -dP/dt (мм рт. ст. /с) - скорость расслабления.

Характер и динамика морфологических изменений в миокарде животных, травмированных на фоне введения триметазидина, принципиально не отличались от таковых в группе сравнения. Однако выраженность их была меньше, о чем свидетельствовали данные и описательной морфологии, и морфометрии. Так, объемная плотность фуксинофильных кадиомиоцитов была достоверно ниже, чем в группе сравнения, через 3 ч (на 27%), на 7-е сутки (на 15%), на 14-е сутки (на 8%), через 1 месяц (на 20%), через 3 месяца (на 12%). Объемная плотность кардиомиоцитов, была, напротив, выше на 7-е сутки (на 4,8%), на 14-е сутки (на 2,1%), через 1 месяц (на 7,3%), через 3 месяца (на 5,4%).

Интегральным критерием эффективности использования триметазидина явилось отсутствие летальности в течение первого часа и лишь 1 летальный исход в первые сутки посттравматического периода.

При построении интегральных прогностических индексов методом дисперсионного анализа в качестве наиболее информативных были получены 3 комбинации показателей: 1) P2; P5; P10; P14; P17; 2) P2; P5; P11; P14; P16; 3) P2; P5; P14; P16; P17, где P2 - ЧСС; P5 - АДср; P10 - желудочковые экстрасистолы; P11 - AV блокады I-II степени; P14 - нарушения внутрижелудочковой проводимости; P16 - подъем сегмента ST; P17 - снижение сегмента ST.

Соответствующие пятифакторные модели:

1. R = -3.2439 + 0.0101*P2 + 0.0165*P5 - 0.2682*P10 - 1.3572*P14 + 0.0296*P17

2. R = -2.2490 + 0.0084*P2 + 0.0137*P5 - 0.4247*P11 - 1.1271*P14 - 0.9599*P16

3. R = -2.4261 + 0.0086*P2 + 0.0141*P5 - 1.1607*P14 - 0.9885*P16 + 0.0253*P17

В каждом из представленных полиномов значение первого коэффициента полинома - свободный член. Значения каждого из остальных 5 коэффициентов умножены на Pi, т.е. на значения соответствующих показателей без нормировки.

Если величина R-критерия (интегрального индекса) окажется в области положительных значений (R>0), то животное, вероятнее, выживет. Если величина R-критерия (интегрального индекса) окажется в области отрицательных значений (R<0), то животное, вероятнее, погибнет.

Наглядно значения R-критериев (интегральных прогностических индексов) для каждой из пятифакторных моделей представлены на рис. 14. Очевидно, что в области положительных значений оказались преимущественно значения показателей выживших животных, а в области отрицательных значений - преимущественно показатели погибших животных.

Примечательно, что во все три пятифакторные модели вошли показатели ЧСС (формирующий МОС) и АД, т.е. определяющие гемодинамические факторы, а также изменения сегмента ST (подъем или деперессия) - ЭКГ-эквиваленты ишемически-гипоксических повреждений миокарда желудочков.

Рис. 14. Значения R-критериев (интегральных прогностических индексов) для каждой из 3 пятифакторных моделей.

С теоретических позиций данный факт подтверждает определяющую роль гемодинамических нарушений в течении и исходе ушиба сердца, а также гипотезу об определяющей роли гипоксических механизмов повреждения сократительного миокарда в развитии посттравматической миокардиальной дисфункции.

Подводя итог результатам собственных исследований, необходимо отметить, что вклад поврежденного сердца в течение посттравматического периода вообще и показатель летальности, в частности, реализуется через изменения центральной гемодинамики в виде артериальной гипотензии и синдрома малого сердечного выброса. В основе нарушений центральной гемодинамики лежат две составляющие: рефлекторная и миокардиальная.

Первая обусловлена регуляторными влияниями рефлекторной (вагусной) природы. В раннем посттравматическом периоде изолированного ушиба сердца его деятельность определяется доминирующим влиянием парасимпатической регуляции, что имеет защитно-приспособительное значение.

Вторая составляющая играет определяющую роль в формировании посттравматической миокардиальной дисфункции. Она обусловлена нарушением преимущественно сократимости миокарда, сопровождается снижением его устойчивости к таким патогенным факторам, как гипоксия/реоксигенация, нагрузка ритмом высокой частоты, гиперкальциевая перфузия, увеличением зависимости травмированных сердец от обеспечения субстратами, кислородом, уровня предъявляемой нагрузки.

В основе снижения сократимости миокарда лежат ишемически-гипоксические механизмы и связанные с ними нарушения энергетического метаболизма. Состояние биоэнергетики кардиомиоцитов играет определяющую роль и в повреждении, и в защите миокарда при его механическом повреждении. Оптимизация метаболизма сердечной мышцы путем изменения основного энергетического субстрата оказывает положительное влияние на энергетический баланс жирных кислот/глюкозы и обеспечивает тем самым многоуровневую защиту клетки от ишемического повреждения в условиях тупой травмы сердца.

Механизмы развития нарушений биоэнергетики, их роль в формировании посттравматической миокардиальной дисфункции и точка приложения метаболической цитопротекции схематично представлены на рис.15.

Рис. 15. Блок-схема формирования биоэнергетической гипоксии как ключевого звена патогенеза миокардиальной дисфункции при ушибе сердца и точки приложения метаболических цитопротекторов.

ВЫВОДЫ

1. Предложенная модель ушиба сердца является адекватной, поскольку получены функциональные и морфологические эквиваленты данного вида тупой травмы сердца.

2. Ранний посттравматический период экспериментального ушиба сердца характеризуется нарушениями кровообращения в виде синдрома низкого сердечного выброса, максимально выраженного к концу 1 часа. В основе снижения производительной функции сердца лежит миокардиальная дисфункция, обусловленная преимущественно угнетением сократимости миокарда, снижением его функциональных резервов, увеличением зависимости травмированных сердец от обеспечения субстратами, кислородом, предъявляемой нагрузки.

2. Наряду с первично-травматическими повреждениями ключевую роль в развитии посттравматической миокардиальной дисфункции играют вторично-гипоксические (биоэнергетические) механизмы повреждения кардиомиоцитов.

3. Существенный вклад в формирование гемодинамического профиля при ушибе сердца вносят регуляторные изменения функционирования сердечно-сосудистой системы рефлекторной (вагусной) природы. Ограничение парасимпатических влияний путем введения атропина сульфата увеличивает частоту развития желудочковых нарушений ритма в раннем посттравматическом периоде ушиба сердца и не улучшает его исходов. Доминирующее влияние парасимпатической регуляции деятельности сердца в условиях его тупой травмы имеет защитно-приспособительное значение, обеспечивая кардиопротекцию.

4. Морфологические изменения миокарда при ушибе сердца проявляются неспецифическими нарушениями диффузно-очагового характера. Структурная реорганизация миокарда в отдаленном периоде после травмы обусловлена гибелью кардиомиоцитов, преимущественно путем апоптоза, причем как в зоне ушиба, так и за ее пределами, развитием кардиосклероза и гипертрофией сохранившихся мышечных волокон.

5. Гипоксен увеличивает ударный объем сердца, предупреждает развитие аритмий, удлинение интервала QT, подъем или депрессию сегмента ST за счет прямого антигипоксического эффекта, однако не улучшает течение и исход посттравматического периода ушиба сердца, поскольку усугубляет присущую ему артериальную гипотензию.

6. Триметазидин оказывает кардиопротекторное действие при травматическом повреждении сердца, предупреждая удлинение интервала QT, подъем или депрессию сегмента ST, развитие нарушений ритма и проводимости, улучшая сократимость изолированных сердец крыс, повышая их устойчивость к действию патогенных факторов, снижая выделение в коронарный проток лактата, АсАТ и КФК, сохраняя численность популяции кардиомиоцитов, улучшая показатели центральной гемодинамики, а также течение и исход посттравматического периода ушиба сердца.

7. Прогностически значимыми показателями исхода посттравматического периода ушиба сердца (на основании построенных интегральных индексов) являются ЧСС и АД, т.е. определяющие гемодинамические факторы, ЭКГ-эквиваленты ишемических повреждений миокарда желудочков, желудочковые экстрасистолы и нарушения внутрижелудочковой проводимости.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Корпачева О.В. Экспериментальное моделирование ушиба сердца / О.В. Корпачева, А.В. Ершов // Медицинский академический журнал. - 2003. - № 3. Т. 3. Приложение 4. - С. 132-133.

2. Способ моделирования ушиба сердца у мелких лабораторных животных (полезная модель): пат. 37427 Российская Федерация: МПК7 G 09B9/00 / Долгих В.Т., Корпачева О.В., Ершов А.В.; заявитель и патентообладатель Омская государственная медицинская академия. - № 2003133897/20 (036729); заявл. 24.11.03; опубл. 20.04.04, Бюл. № 11.

3. Корпачева О.В. Ранние электрокардиографические изменения при экспериментальном ушибе сердца / О.В. Корпачева, С.В. Пальянов // Фундаментальные и прикладные аспекты базисной и клинической патофизиологии: сб. науч. тр.: (материалы научной конф.). - Омск, 2005. -

С. 41-45.

4. Корпачева О.В. Нарушения центральной гемодинамики при экспериментальном ушибе сердца / О.В. Корпачева // Омский научный вестник. - 2006. - № 3. - С. 74-78.

5. Корпачева О.В. Электрокардиографические нарушения при ушибе сердца. /О.В. Корпачева, В.Т. Долгих // Общая реаниматология. - 2006. - № 5-6. - С. 29-34.

6. Корпачева О.В. Вегетативная регуляция сердечной деятельности в раннем посттравматическом периоде ушиба сердца / О.В. Корпачева // Вестник Санкт-Петербургской государственной медицинской академии им. И.И. Мечникова. - 2007. - № 3. - С. 106-109.

7. Корпачева О.В. Влияние боли и кровопотери на реакцию сердечно-сосудистой системы и танатогенез при экспериментальном ушибе сердца / О.В. Корпачева // Политравма. - 2007. - № 4. - С. 11-16.

8. Корпачева О.В. Течение посттравматического периода при ушибе сердца (экспериментальное исследование) / О.В. Корпачева, В.Т. Долгих // Общая реаниматология. - 2008. - № 1. - С. 13-17.

9. Корпачева О.В. Интегральные прогностические индексы при экспериментальном ушибе сердца / О.В. Корпачева, О.В. Атавина // Омский научный вестник. - 2008. - № 1. - С. 28-31.

10. Корпачева О.В. Кардиопротекторное действие триметазидина при ушибе сердца (экспериментальное исследование) / О.В. Корпачева, В.Т. Долгих // Общая реаниматология. - 2008. - № 2. - С. 25-28.

11. Корпачева О.В. Сократимость изолированных сердец крыс в посттравматическом периоде ушиба сердца на фоне предварительного введения триметазидина / О.В. Корпачева, В.Т. Долгих // Вестник уральской медицинской академической науки. - 2008. - № 3. - С. 37-41.

12. Корпачева О.В., Долгих В.Т. Генез системных сдвигов гемодинамики при ушибе сердца // Анестезиология и реаниматология. - 2008. - № 6. - С. 75-78.

13.Корпачева О.В., Долгих В.Т. Изменение основного биологического субстрата как способ защиты от ишемического повреждения сердца // Патол. физиология и эксперим. терапия. - 2008. - № 4. - С. 16-19.

14. Корпачева О.В. Ушиб сердца: нерешенные проблемы теории и практики (обзор литературы) // Общая реаниматология. - 2008. - № 6. - С. 75-79.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АД ср - среднее артериальное давление

АлАТ - аланинаминотрансфераза

АМо - амплитуда моды

АсАТ - аспартатаминотрансфераза

ВР - вариационнй размах

ВСР - вариабельность сердечного ритма

ГОФП - гематоксилин, основной фуксин, пикриновая кислота

ДД - дефект диастолы

ДДЛЖ - диастолическое давление в левом желудочке

ИН - индекс напряжения

КФК - креатинфосфокиназа

ОПСС - общее периферическое сопротивление сосудов

УО - ударный объем

Mo - мода

МОС - минутный объем сердца

РЛЖД - развиваемое левым желудочком давление

СДЛЖ - систолическое давление в левом желудочке

СЖК - свободные жирные кислоты

СПР - саркоплазматический ретикулум

ЧСС - частота сердечных сокращений

ЭКГ - электрокардиограмма

3-КАТ - 3-кетоацил-КоА- тиолаза

+ dP/dt - максимальная скорость сокращения миокарда левого желудочка

- dP/dt - максимальная скорость расслабления миокарда левого желудочка

LQ - 25 персентиль

HQ - 75 персентиль

Me - медиана

Размещено на Allbest.ru