28 марта состоялось очередное заседание Президиума Российской академии наук
28.03.2006
Научное сообщение «ЭВОЛЮЦИОННАЯ ЭЛЕКТРОКАРДИОЛОГИЯ: ОТ ЭЛЕКТРОКАРДИОТОПОГРАФИИ К СОЗДАНИЮ ОСНОВ БУДУЩЕЙ ЭЛЕКТРОКАРДИОТОМОГРАФИИ Эволюционная электрокардиология».
Докладчик – академик Рощевский Михаил Павлович (Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар). (Содокладчик - И.М. Рощевская).
28 февраля 2006 года состоялось очередное заседание Президиума Российской академии наук
Члены Президиума заслушали научное сообщение «ЭВОЛЮЦИОННАЯ ЭЛЕКТРОКАРДИОЛОГИЯ: ОТ ЭЛЕКТРОКАРДИОТОПОГРАФИИ К СОЗДАНИЮ ОСНОВ БУДУЩЕЙ ЭЛЕКТРОКАРДИОТОМОГРАФИИ Эволюционная электрокардиология».
Докладчик – академик Рощевский Михаил Павлович (Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар). (Содокладчик - И.М. Рощевская).
В Институте разработана система и новые методы исследования функционального состояния сердца животных и человека, основанные на многоканальных синхронных измерениях, компьютерном анализе и математическом моделировании параметров кардиоэлектрического поля внутри сердечной мышцы и на поверхности сердца и туловища. Получены уникальные экспериментальные данные о параметрах кардиоэлектрического поля человека и различных классов позвоночных животных, которые являются физиологической базой для проверки теоретических моделей формирования электрического поля сердца и создания методов кардиодиагностики нового поколения.
ВВЕДЕНИЕ
В истории электрокардиологии достаточно долго сохранялась иллюзия того, что процесс распространения возбуждения в желудочках сердца от лягушки до человека протекает, в общем, одинаково и электрокардиограмма (ЭКГ) в сопоставимых отведениях у всех животных по своей форме и полярности весьма похожи.
Идея исследования электрического поля сердца на поверхности тела у животных возникла в связи с конкретной практической задачей, поставленной студенту М.П. Рощевскому научным руководителем профессором В.И. Патрушевым в начале 50-х годов – как физиологически правильно регистрировать ЭКГ у коровы. К тому времени в мировой науке был накоплен материал о том, что ЭКГ в отведении от конечностей у копытных животных дает такой разброс по форме и полярности зубцов в аналогичных отведениях, что о практическом применении этого метода и говорить не приходилось. На поверхности тела копытных животных (коров) был проведен анализ форм кардиоэлектрических потенциалов и сделано предположение о «вспышечном» характере возбуждения сердца у этих животных, впервые построена карта электрического поля сердца на поверхности тела в периоды начальной и конечной желудочковой активности, выявлен дипольный характер электрической активности сердца с краниальной зоной положительного и каудальной – отрицательного потенциала в период комплекса QRS, и краниальной зоной отрицательного потенциала и каудальной – положительного в период максимума T-волны.
Для анализа распространения волны возбуждения в сердце и исследования внутриполостного кардиоэлектрического поля впервые в физиологии была использована регистрация электрограмм от зонда, находящегося в полостях сердца и магистральных сосудах. Использование этих методов привело к открытию неизвестного ранее науке порядка распространения волны возбуждения в стенке миокарда типа «вспышки». Такой тип распространения волны возбуждения характерен для отряда копытных животных и, как было установлено впоследствии, для класса птиц. Это научное открытие и понятие о «вспышечном» типе распространения волны возбуждения в стенке желудочков копытных животных вошло в учебники с признанием приоритета работ М.П.Рощевского, опубликованных в 1958 году.
Для анализа электрической активности сердца животных всего эволюционного ряда необходимо привязываться к сопоставимому для разных позвоночных животных (от рыб до приматов) отведению так называемой «основной формы ЭКГ», которая должна регистрироваться по основной оси сердца и в сопоставимой полярности электродов. Этот подход привел к разработке фронтальных и сагиттальных отведений ЭКГ и ВКГ. Системы отведений по М.П.Рощевскому применяются как стандартные в ветеринарной кардиологии, предлагаются в качестве диагностических в современных ветеринарных электрокардиографах (например, фирмы SCHILLER, Швейцария).
Была выдвинута идея необходимости создания нового направления в области физиологии – эволюционной электрокардиологии и сформулирована основная проблема этого направления науки, которая была в тезисной форме опубликована в СССР и в Англии, а затем издана в виде монографии.
Приоритет в создании нового направления в науке – эволюционной электрокардиологии подтвержден в фундаментальном трехтомном труде наиболее авторитетных и международно признанных ученых в области электрокардиологии. В реферативном журнале ВИНИТИ по Биологии введен специальный раздел по эволюционной и сравнительной электрокардиологии.
Для создания хронотопографического «портрета» возбуждения сердца позвоночных животных был решен ряд технических и идеологических вопросов. М.П. Рощевским от D. Durrer была получена оригинальная интрамуральная мультиполярная игла. Способ изготовления которой был впоследствии усовершенствован. Использование сравнительно-физиологического подхода позволило выявить четыре типа активации желудочков сердца у позвоночных животных: «последовательный» с одновременным движением волны деполяризации по всей толще стенки миокарда (рыбы); «последовательный» за счет движения процесса активации от эндокарда к эпикарду (амфибии, рептилии); «вспышечный» (птицы и копытные); «вспышечно-последовательный» (хищные, ластоногие). Экспериментально доказано, что последовательность охвата возбуждением интрамуральных слоев миокарда играет ведущую роль в образовании формы как внеклеточных потенциалов на эпикарде, так и электрокардиографических комплексов на поверхности тела. Были разработаны методы регистрации и анализа кардиоэлектрических потенциалов на эпикарде и поверхности тела человека и животных, создана система для синхронной многоканальной регистрации электрической активности сердца, предложен вариант создания трехмерной визуализации электрической активности сердца.
Исследование кардиоэлектрического поля у представителей разных классов и отрядов позвоночных животных позволило выявить возможности использования характеристик кардиоэлектрического поля для восстановления по ним хронотопографии возбуждения сердца – вопроса, который принципиально может быть решен только в экспериментах на животных (решение обратной задачи электрокардиологии). Это позволило провести оценочные наблюдения возможности использования метода электрокардиотопографии для диагностических целей.
Показана перспективность эволюционной и сравнительной электрокардиологии для решения общих проблем эволюционной физиологии, физиологии сердца, скрининга физиологически активных веществ.
Определены специфичные для разных фармакологических препаратов существенные изменения пространственно-временных и амплитудных характеристик кардиоэлектрического поля, отражающие изменение распространения волны возбуждения в желудочках сердца. Высокая чувствительность кардиоэлектрического поля к изменениям функции сердечно-сосудистой системы позволяет использовать метод многоканальной кардиоэлектротопографии для скрининга физиологически активных препаратов.
Создание базы экспериментальных данных и разработка физиологических основ для решения прямой и обратной задачи электрокардиологии приведет к развитию предложенного нами принципиально нового метода неинвазивной оценки функции сердца будущего - электрокардиотомографии. Система кардиоэлектротопографа должна включать в себя не только возможность измерений кардиоэлектрических потенциалов на поверхности тела, сердца и в интрамуральных слоях, но и математические модели, позволяющие визуализировать электрофизиологические характеристики сердца в удобном и наглядном формате, проводить по параметрам кардиоэлектрического поля на поверхности тела реконструкцию реальных электрофизиологических событий в сердце, т.е. включать модели торса, сердца и т.д.
Сравнительно-физиологические исследования позволяют наиболее полно изучить закономерности формирования кардиоэлектрического поля и его физиологическую информативность. Исследование формирования пространственного кардиоэлектрического поля позвоночных животных с разными типами активации желудочков сердца при помощи метода синхронной многоканальной кардиоэлектрохронотопографии позволяет сформулировать отдельные положения теории функционирования миокарда в процессе эволюции. Выявление закономерностей отображения на поверхность тела процесса эктопического возбуждения желудочков при заданной локализации источника дает возможность подойти к решению прямой и обратной задач электрокардиологии. Результаты работы служат основой для проверки гипотез формирования кардиоэлектрического поля на поверхности туловища в норме и при патологии, разработки диагностических методов, позволяют выявить новые информативные критерии неинвазивной оценки функционального состояния сердца.
Цель работы заключается в сравнительно-физиологическом изучении механизмов формирования кардиоэлектрического поля теплокровных животных и человека при синусно-предсердном ритме и искусственной стимуляции желудочков сердца.
Кардиоэлектрическое поле птиц
На поверхности тела проводили анализ форм кардиоэлектрических потенциалов, показывающий, что на поверхности тела птиц формируется кардиоэлектрическое поле с краниальной областью положительных потенциалов и каудальной зоной отрицательных. Описанное распределение кардиопотенциалов характерно для периода максимальной электрической активности. Хронотопографическое исследование показало, что активация желудочков сердца птиц относится к «вспышечному» типу возбуждения. Корреляция во времени этапов деполяризации интрамуральных слоев миокарда с элементами начального желудочкового комплекса QRS в ЭКГ в отведении по продольной оси сердца у птиц показала, что при обычном усилении биопотенциалов, электрическая активность первичных очагов возбуждения не отражается на ЭКГ.
На начальных этапах деполяризации желудочков сердца птиц на поверхности туловища формируется кардиоэлектрическое поле с положительной каудальной и отрицательной краниальной зонами. На эквипотенциальных моментных картах положительный экстремум смещается от каудальной части вентральной поверхности в кранио-латеральном направлении, в результате оказывается на дорсальной поверхности, по которой движется в право-краниальном направлении в область основания правого крыла; отрицательный - от области правого плечевого сустава по дорсальной поверхности смещается в каудальном направлении, по вентральной поверхности движется лево-каудально в область формирования положительного экстремума на начальных этапах деполяризации желудочков сердца.
У голубей на эпикардиальную поверхность желудочков сердца волна возбуждения прорывается в области свободной стенки правого желудочка и распространяется по направлению к проекции межжелудочковой перегородки. По дорсальной стороне желудочков фронт деполяризации смещается от свободной стенки правого желудочка к проекции межжелудочковой перегородки и переходит на субэпикард левого желудочка, охватывая его дорсальную и латеральную поверхности. На дорсальной и латеральной поверхности верхушки и свободной стенки левого желудочка формируются множественные очаги прорыва волны возбуждения. На заключительных фазах деполяризации волна возбуждения распространяется вдоль проекции межжелудочковой перегородки на вентральную поверхность желудочков по направлению от верхушки к основанию. Последними на субэпикарде деполяризуются области выводного конуса легочной артерии и основания левого желудочка. Продолжительность деполяризации эпикарда желудочков голубей - 11-12 мс.
Подробное картирование субэпикарда позволило выявить полифокальность достижения волной возбуждения эпикарда желудочков сердца. Область прорыва волны возбуждения на субэпикард желудочков образована множественными очагами активации. Обнаружены множественные очаги деполяризации на поверхности правого и левого желудочков сердца, возникающие в разное время. Выявлены множественные зоны поздней активности.
Аналогичные периоды были выделены при исследовании деполяризации желудочков сердца кур.
Сопоставление динамики кардиоэлектрического поля на поверхности тела и хронотопографии деполяризации желудочков сердца у птиц позволило выявить закономерности отображения на поверхность тела миокардиальных электрических событий. Электрическая активность начальных зон возбуждения, расположенных субэндокардиально в желудочках сердца, не находит отражения на ЭКГ в общепринятых отведениях от конечностей, но формирует на поверхности тела характерное распределение кардиоэлектрических потенциалов. В начальный период деполяризации желудочков распределение потенциалов на поверхности тела формируется многочисленными фронтами активации в миокарде желудочков, которые могут частично погашаться. Второй период динамики кардиопотенциалов на поверхности тела характеризуется инверсией зон положительного и отрицательного потенциалов, соответствующей возникновению на субэпикарде желудочков сердца множественных областей прорыва волны возбуждения и вызванной изменением основного направления распространения фронта деполяризации. До окончания деполяризации желудочков распределение зон положительного и отрицательного кардиопотенциалов на поверхности тела не изменяется, сохраняется основное направление распространения волны возбуждения – от верхушки к основанию.
Кардиоэлектрическое поле грызунов
Различные виды грызунов широко используются в экспериментальной физиологии в качестве модельных животных. Возможность создания больших однородных банков данных, исследования различных линий лабораторных животных с генетически детерминированными заболеваниями делают грызунов наиболее перспективными животными для фармакологии и токсикологии, скрининга физиологически активных соединений. Характерными электрофизиологическими отличиями кардиомиоцитов желудочков сердца крыс и мышей являются отсутствие на внутриклеточном потенциале действия плато и кратковременность фазы медленной реполяризации, на ЭКГ не отмечается выраженный интервал ST.
Кардиоэлектрическое поле на поверхности туловища белой лабораторной крысы линии Вистар в период начальной желудочковой активности был нами детально описан. Экспериментально показано, что на эпикардиальную поверхность желудочков сердца белой крысы линии Вистар волна возбуждения прорывается на субэпикард основания или свободной стенки правого желудочка. На 1-2 мс позже на вентральной, иногда на латеральной поверхности верхушки левого желудочка происходит независимый прорыв фронта деполяризации. Через 4-5 мс от момента прорыва волны возбуждения на субэпикард встречные фронты активации образуют общую деполяризованную область, охватывающую на вентральной поверхности свободную стенку правого желудочка от верхушки до основания, верхушечную треть проекции межжелудочковой перегородки и верхушку левого желудочка. Последними на эпикарде деполяризуются основание дорсальной поверхности левого желудочка и выводной конус легочной артерии. Субэпикард обоих желудочков полностью деполяризуется за 7-9 мс, причем поверхность правого желудочка – на 2-3 мс раньше левого.
Исследования последовательности деполяризации интрамуральных слоев желудочков сердца у крыс линии Вистар показали, что волна возбуждения распространяется последовательно от эндокарда к эпикарду. Первой в желудочках сердца крысы деполяризуется медиальная часть межжелудочковой перегородки и медиальная часть передней и задней папиллярных мышц левого желудочка. Затем волна возбуждения распространяется по межжелудочковой перегородке к верхушке и основанию желудочков сердца. От субэндокарда левого желудочка волна активации распространяется по направлению к субэпикарду. На верхушечной части желудочков наблюдается распространение волны возбуждения от двух зон активации - от эндокарда вентральной части правого желудочка к эпикарду и от эндокарда левого желудочка к эпикарду. Полностью желудочки сердца деполяризуются за 16-18 мс.
Последней возбуждается субэпикардиальная область основания левого желудочка и межжелудочковой борозды. Общая схема последовательности деполяризации желудочков сердца крыс относится к «вспышечно-последовательному» типу. Сопоставление кардиоэлектрического поля на поверхности грудной клетки, желудочков и в интрамуральных слоях миокарда крыс позволило выявить закономерности отображения миокардиальных электрических событий на поверхность тела. В начальные периоды деполяризации желудочков сердца на поверхности тела регистрируется краниальная область положительного потенциала и каудальная отрицательного. В период восходящей части зубца R на ЭКГII на поверхности тела наблюдается инверсия местоположений зон положительного и отрицательного потенциалов, вызванная изменением направления деполяризации – прорывом волны возбуждения на субэпикард желудочков. На конечных фазах деполяризации желудочков – на восходящей фазе S-волны на ЭКГII – на поверхности тела происходит вторая инверсия потенциалов, связанная с изменением последовательности деполяризации – возбуждением основания левого желудочка сердца и выводного конуса аорты.
По каждому моментному распределению кардиоэлектрических потенциалов на поверхности желудочков было вычислено распределение потенциала на поверхности туловища с учетом индивидуальной геометрии поверхностей сердца и торса каждого исследованного животного, восстановленной по данным измерений. При моделировании [56] отображения на поверхность тела активации желудочков сердца с одновременно сосуществующими на субэпикарде двумя и более фронтами деполяризации на кардиоэлектрическом поле на грудной клетке формируется только по одной области положительного и отрицательного потенциалов.
Кардиоэлектрическое поле хищных животных
На основе многоканального синхронного картографирования электрических потенциалов сердца проведено сопоставление по времени последовательности деполяризации миокарда желудочков с динамикой распределения кардиоэлектрических потенциалов на поверхности тела собаки. Кардиоэлектрическое поле на поверхности тела в период начальной желудочковой активности характеризуется наличием двух инверсий взаимного расположения областей положительных и отрицательных потенциалов.
Первыми в миокарде желудочков сердца собак деполяризуются зоны медиальной части межжелудочковой перегородки, субэндокардиальные области основания папиллярных мышц левого желудочка. Через 10-12 мс после возникновения первых очагов активации волна возбуждения охватывает верхушечную треть межжелудочковой перегородки от эндокарда левого до эндокарда правого желудочка. Затем волна возбуждения распространяется последовательно по межжелудочковой перегородке по направлению к субэндокарду правого желудочка, к верхушке сердца и несколько медленнее к основанию желудочков сердца. В этот период времени в верхушечной части свободной стенки правого желудочка волна деполяризации достигает эпикарда. На начальных этапах деполяризации желудочков сердца возбуждение от первичных субэндокардиальных очагов распространяется в основном от эндокарда к эпикарду, от внутренних слоев к наружным. После прорыва волны возбуждения на субэпикард желудочков основное направление деполяризации – от верхушки к основанию сердца. Последними в желудочках деполяризуются субэпикард основания дорсальной поверхности желудочков и выводного конуса легочной артерии.
Вклад в формирование распределения кардиоэлектрических потенциалов на поверхности тела в каждый момент периода начальной желудочковой активности вносят все охваченные возбуждением слои миокарда. В начальные моменты активации желудочков сердца собаки в интрамуральных слоях верхушечной трети межжелудочковой перегородки, прилежащей к левому желудочку, в области основания папиллярных мышц левого желудочка формируются зоны наиболее ранней деполяризации. На ЭКГ II этот период соответствует участку изолинии перед зубцом Q при его наличии. При сопоставлении динамики распределения кардиоэлектрических потенциалов на поверхности тела собаки с хронотопографией деполяризации миокарда желудочков выделили три периода начальной желудочковой активности.
В течение первого периода (10-12 мс) деполяризуются субэндокардиальные и интрамуральные слои миокарда верхушечной половины желудочков сердца, происходит первая инверсия взаимного расположения областей положительных и отрицательных кардиоэлектрических потенциалов на поверхности тела. Во второй период (20-25 мс) волной возбуждения охватывается основной объем миокарда желудочков, наблюдается вторая инверсия взаимного расположения областей положительных и отрицательных кардиоэлектрических потенциалов на поверхности тела. В третий период (продолжительностью 10-12 мс) область положительных потенциалов расположена в краниальном отделе грудной клетки, отрицательных – в каудальном.
На основе экспериментально полученных данных провели реконструкцию реального торса и желудочков сердца собаки. Фронты волн возбуждения в начальные и конечные фазы деполяризации желудочков представляли в виде двойного электрического слоя, что позволило выявить вклад последовательности деполяризации миокарда в формирование кардиоэлектрического поля на поверхности тела.
Кардиоэлектрическое поле копытных животных
Специфика активации миокарда копытных животных объясняется характером распределения в нем волокон Пуркинье, пронизывающих всю толщу стенки миокарда обоих желудочков.
На эквипотенциальных моментных картах на поверхности туловища овец на начальных этапах деполяризации желудочков сердца формируется краниальная зона отрицательных и каудальная – положительных потенциалов. Затем область отрицательного потенциала смещается по вентральной поверхности грудной клетки каудально, а положительного – краниально.
На субэпикард желудочков сердца овцы волна возбуждения прорывается в виде нескольких зон, расположенных группами. На субэпикарде правого желудочка множественные области прорыва волны возбуждения отмечены на верхушечной части, на свободной стенке правого желудочка, его латеральной поверхности. На субэпикарде левого желудочка очаги деполяризации расположены на верхушечной части и свободной стенке вентральной, латеральной, а иногда и дорсальной поверхности. Через 2-4 мс после образования первичные очаги деполяризации на субэпикарде желудочков сердца сливаются по группам в общие области на латеральной поверхности верхушечной части правого желудочка и на верхушке или свободной стенке левого желудочка. Затем волна возбуждения распространяется по направлению к межжелудочковой перегородке, к верхушке сердца и его основанию. Последней на субэпикарде желудочков сердца деполяризуется область основания дорсальной поверхности левого желудочка сердца и выводного конуса легочной артерии. На поверхности желудочков сердца овцы отмечено большое количество очагов наиболее ранней деполяризации и зон позднего возбуждения.
Волна возбуждения в желудочках сердца овец распространяется от множественных очагов деполяризации, расположенных субэндокардиально, интрамурально и субэпикардиально. На начальных фазах деполяризации желудочков сердца овцы медиальная часть межжелудочковой перегородки возбуждается практически одновременно с субэндокардиальными зонами в основании папиллярных мышц левого желудочка. Волна возбуждения распространяется от этих зон последовательно. Затем возникают множественные интрамуральные очаги деполяризации, от которых активация распространяется последовательно во все стороны. Многофокусное возбуждение желудочков приводит к деполяризации миокарда в короткий период, основная масса желудочков деполяризуется за 25 - 30 мс. Волна возбуждения в интрамуральных слоях желудочков сердца распространяется не только от эндокарда к эпикарду, но и в противоположном направлении – от субэпикардиальных и интрамуральных зон деполяризации к эндокарду.
На основе экспериментально полученных данных провели реконструкцию реального торса и желудочков сердца овцы. Фронты волн возбуждения в начальные и конечные фазы деполяризации желудочков представляли в виде двойного электрического слоя, что позволило выявить вклад последовательности деполяризации миокарда в формирование кардиоэлектрического поля на поверхности тела.
Показано, что в начальный период деполяризации желудочков при «вспышечном» (овца) способе активации миокарда кардиоэлектрическое поле формируется благодаря электрической активности субэндокардиальных слоев желудочков. На заключительных этапах деполяризации распределение потенциала, регистрируемое на эпикарде и поверхности тела, у овцы формируется благодаря электрической активности субэндокардиальных и субэпикардиальных участков миокарда желудочков.
Кардиоэлектрическое поле на поверхности грудной клетки здорового человека в период начальной желудочковой активности
В группе здоровых испытуемых распределение кардиоэлектрических потенциалов на поверхности грудной клетки в начальный период деполяризации желудочков было достаточно однотипным. Мы регистрировали положительные кардиоэлектрические потенциалы в верхней правой области вентральной поверхности грудной клетки, отрицательные – в нижней леволатеральной области дорсальной поверхности, что характерно для здорового человека. Выявлены варианты смещения экстремумов и изменения положения областей положительного и отрицательного потенциалов у людей с различным расположением электрической оси сердца. Положительный экстремум у испытуемых с правограммой смещается к нижней, с левограммой – к верхней границе вентральной поверхности грудной клетки.
Положение электрической оси сердца обуславливается, прежде всего, его анатомическим расположением, которое может изменяться при глубоком вдохе и выдохе. У обследуемых людей всех групп выявили особенности кардиоэлектрического поля на поверхности тела при различных фазах дыхания. На конечных фазах деполяризации желудочков у всех обследованных людей, независимо от направления электрической оси сердца наблюдали два варианта расположения положительного экстремума: максимум или остается на дорсальной поверхности грудной клетки, или смещается вентрально в область правой ключицы. Два варианта расположения положительного экстремума на заключительных этапах деполяризации желудочков сердца у обследуемых здоровых людей, по-видимому связаны с особенностями активации базальных отделов желудочков сердца, которые разделяются на три функциональных участка с различным состоянием проводящей системы: верхняя часть межжелудочковой перегородки, правожелудочковый выходной тракт и заднебазальная часть левого желудочка. вызваны особенностями активации базальных отделов желудочков сердца человека. Проведенные нами исследования показали, что ориентация сердца в грудной клетке не оказывает существенного влияния на динамику изменения области отрицательного потенциала. В то же время у людей с разным положением электрической оси сердца выявлены особенности смещения положительного экстремума на начальных этапах деполяризации желудочков сердца. Аналогичные изменения наблюдаются у обследуемых при значительных отклонениях электрической оси сердца в момент глубокого вдоха и выдоха.
Кардиоэлектрическое поле на поверхности грудной клетки пациентов с имплантированной электрокардиостимуляционной системой
Расширение показаний к электрокардиостимуляции сердца привело к появлению нового направления в клинической электрокардиологии, занимающегося изучением артифициального желудочкового комплекса электрокардиограммы. ЭКГ в общепринятых отведениях у больного с имплантированным кардиостимулятором имеет несколько специфических особенностей, одной из них является форма желудочкового комплекса. Традиционные методы ЭКГ анализа не дают достаточной клинической информации при артифициальном ритме.
На поверхности грудной клетки у пациентов с имплантированной кардиостимуляционной системой после кардиостимуляционного импульса кардиоэлектрическое поле характеризовалось формированием отрицательного экстремума на вентральной поверхности тела в области среднегрудинной линии у нижней границы грудной клетки. В период деполяризации желудочков сердца отрицательный экстремум смещается по вентральной поверхности грудной клетки от нижней границы к верхней по направлению к левому плечевому поясу, не достигая его, или к леволатеральной поверхности. Основное направление смещения отрицательного экстремума – к проекции верхушки сердца на вентральную поверхность тела. В период окончания деполяризации желудочков сердца положительный экстремум локализуется в левой подмышечной или левой лопаточной области, отрицательный – в области проекции грудины или верхушки сердца на вентральную поверхность грудной клетки. Траектории смещения экстремумов на эквипотенциальных моментных картах в течение деполяризации желудочков сердца при начальном артифициальном желудочковом комплексе значительно короче, чем при нормальном распространении волны возбуждения, а у некоторых пациентов смещение экстремумов не наблюдается.
Локализация эктопического очага определяет последовательность деполяризации желудочков сердца, обусловливая в соответствующие периоды времени место формирования, взаимное расположение и траекторию смещения областей положительных и отрицательных кардиопотенциалов и экстремумов на поверхности грудной клетки.
Наличие только одной инверсии потенциала отображает миогенный путь проведения возбуждения от стимулирующего электрода до прорыва волны возбуждения на эпикард правого желудочка и изменения соотношения деполяризуемого миокарда слева направо в межжелудочковой перегородке. После этого распространение возбуждения идет комбинированным путем, как миогенно, так и по проводящей системе от верхушки сердца к основанию, и направление волны при этом не изменяется.
Кардиоэлектрическое поле собаки при искусственной стимуляции желудочков сердца
Исследования деполяризации желудочков сердца человека и собаки при спонтанном синусно-предсердном ритме обнаружили сходство последовательности возбуждения. При электрической стимуляции различных зон желудочков сердца собаки возбуждение интрамуральных и субэндокардиальных слоев миокарда осуществляется посредством более однородного фронта активации, чем при синусном ритме.
Сопоставление распределения кардиоэлектрических потенциалов на эпикарде желудочков сердца и поверхности туловища одного и того же животного позволило выявить закономерности отображения эктопического возбуждения желудочков на поверхность тела.
Таким образом, активация желудочка сердца собаки, противоположного стимулируемому, происходит в основном в направлении от его верхушки к основанию. Последовательность активации эпикарда свободных стенок и оснований левого и правого желудочков определяется расположением эктопического очага возбуждения относительно поверхности сердца и мало зависит от его трансмуральной локализации. При стимуляции межжелудочковой перегородки и апикальной области сердца большое значение для направления распространения волны возбуждения приобретает глубина расположения точки раздражения в толще мышцы. Длительность возбуждения эпикарда желудочков зависит как от локализации очагов искусственной стимуляции на поверхности желудочков, так и от глубины их расположения в миокарде.
Исследование в остром эксперименте на собаках последовательности распространения волны возбуждения на эпикарде и распределения кардиоэлектрических потенциалов на поверхности туловища в период начальной желудочковой активности при эндокардиальной правожелудочковой стимуляции послужило физиологической основой для анализа формирования кардиоэлектрического поля у пациентов с имплантированной кардиостимуляционной системой.
По результатам исследований, проведенных на собаках, мы выделили четыре периода активации сердца при эндокардиальной стимуляции верхушки правого желудочка.
На основе исследования экспериментальной модели формирования кардиоэлектрического поля на поверхности туловища при имплантированной кардиостимуляционной системе можно предположить, что длительность миогенного распространения волны возбуждения от зоны стимуляции, т.е. период времени от стимула до момента формирования отрицательного экстремума на поверхности тела позволит определить локализацию стимулирующего электрода на эндокарде правого желудочка.
Локализация эктопического очага определяет последовательность деполяризации желудочков сердца, место формирования, взаимное расположение и траекторию смещения областей положительных и отрицательных кардиопотенциалов и их экстремумов на поверхности грудной клетки. От местоположения эктопического очага в стенке желудочка зависит время взаимного перемещения (инверсия) положительной и отрицательной зон потенциала на поверхности туловища.
Установлено влияние трансмуральной локализации эктопического очага на процесс деполяризации всей поверхности желудочков сердца: длительность деполяризации эпикарда желудочков при эктопических очагах в субэндокардиальных и интрамуральных слоях миокарда меньше, чем при эпикардиальной стимуляции желудочков. Выявлена зависимость длительности эктопического возбуждения эпикарда желудочков от локализации зоны раздражения в субэпикарде: наименьшая длительность деполяризации эпикарда желудочков отмечена при электрическом раздражении верхушки и вентральной части межжелудочковой перегородки, наибольшая – при стимуляции основания левого желудочка. Пространственно-временная зависимость процесса деполяризации от локализации эктопического очага обусловлена, по-видимому, главным образом распределением волокон проводящей системы сердца в области стимуляции.
Наличие только одной инверсии потенциала отображает миогенный путь проведения возбуждения от стимулирующего электрода до прорыва волны возбуждения на эпикард правого желудочка и изменения соотношения деполяризуемого миокарда слева направо в межжелудочковой перегородке. После этого распространение возбуждения идет комбинированным путем, как миогенно, так и по проводящей системе, от верхушки сердца к основанию, и направление волны при этом не меняется.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Экспериментальное исследование интрамуральной и эпикардиальной хронотопографии процесса деполяризации в желудочках сердца, кардиоэлектрического поля на поверхности тела у животных с разными типами активации, математическое моделирование на основе реальных пространственно-временных характеристик фронтов волн возбуждения в миокарде желудочков позволили выявить вклад биоэлектрической активности субэндокарда, субэпикарда и интрамуральных слоев в распределение кардиоэлектрических потенциалов на поверхности тела. Впервые установлено, что в формирование кардиоэлектрического поля на поверхности тела вносит вклад электрическая активность первичных очагов возбуждения миокарда, не находящая отражения на ЭКГ в общепринятых отведениях от конечностей при обычном усилении. Динамика распределения кардиоэлектрических потенциалов на поверхности тела отображает основное в каждый момент времени направление распространения волны возбуждения в желудочках. Показано наличие двух инверсий областей положительного и отрицательного потенциалов у животных со «вспышечно-последовательным» и одной – у животных со «вспышечным» типом возбуждения. Наличие или отсутствие, длительность периода инверсии может служить маркером для оценки последовательности деполяризации желудочков сердца. Установленные фундаментальные закономерности функционирования сердца у разных классов теплокровных животных позволят осуществлять адекватный выбор модельных животных для воспроизведения заболеваний, характерных для человека.
У животных со «вспышечным» типом активации впервые выявлена множественность областей поздней деполяризации, расположенных субэпикардиально, интрамурально и субэндокардиально. Области прорыва волны возбуждения на субэпикард желудочков состоят из множественных зон.
Впервые показано, что при искусственных эктопических очагах у хищных животных (собака) и человека стимулируемый желудочек деполяризуется как миогенно, так и при помощи терминалей проводящей системы, а контралатеральный желудочек – преимущественно посредством проводящей системы. Кардиоэлектрическое поле на поверхности тела пациентов с имплантированной кардиостимуляционной системой может быть использовано для динамического наблюдения за состоянием миокарда и функцией кардиостимуляционной системы.
Проведенные сравнительно-физиологические исследования были использованы для создания многоканальной (128-канальной) системы для кардиоэлектротопографических исследований, которая в настоящее время используется не только для регистрации кардиоэлектрического поля у животных в эксперименте, но и для анализа функции сердца у пациентов с заболеваниями сердечно-сосудистой системы. Результаты работы могут быть применены в области моделирования функции сердца, для разработки новых неинвазивных методов кардиодиагностикии, скрининга фармакологических препаратов.
Прогресс эволюционной электрокардиологии и полученные выводы позволяют прогнозировать создание диагностики будущего, основанной на моделировании электрических процессов в сердце по электрокардиотопографическим данным, полученным на поверхности тела. Конечная цель этих работ в перспективе – создание метода электрокардиотомографии.
Президиум РАН рассмотрел вопрос о присуждении премий имени выдающихся ученых2006 года: премии имени А.Ф. Кони (представление Экспертной комиссии и Бюро Отделения общественных наук) и премии имени Г.М. Кржижановского (представление Экспертной комиссии и Бюро Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления).
Президиум РАН постановил:
- присудить премию имени А.Ф. Кони 2006 г. кандидату юридических наук Васильевой Елене Николаевне и кандидату юридических наук Сосне Сергею Андреевичу (Институт государства и права РАН) за монографию «Франчайзинг. Коммерческая концессия».
Монография посвящена исследованию природы и практики правового регулирования одного из самых новых в современном гражданском праве вида договоров. Этот договор коммерческой концессии по российскому законодательству и его зарубежный аналог – договор франчайзинга – позволяет одному лицу осуществлять предпринимательскую деятельность, используя при этом комплекс исключительных прав на объекты интеллектуальной собственности другого лица. В работе наглядно продемонстрировано, что данный вид договоров приобретает особое значение в условиях рыночной экономики, поскольку позволяет одному предпринимателю представлять себя на рынке, используя средства индивидуализации, деловую репутацию и опыт другого предпринимателя, а также создает правовую предпосылку для организации бизнеса по успешно зарекомендовавшему себя образцу. Поэтому, как показывают авторы, франчайзинг может служить эффективным инструментом внедрения инноваций, передовых технологий, современных методов менеджмента в самые различные отрасли экономики. Научная новизна и ценность монографии заключается в том, что она представляет собой первую всестороннюю разработку теории и практики франчайзинга не только в рамках правового регулирования в России, но и в развитых зарубежных государствах, прежде всего, в странах ЕЭС. Наряду с теоретической характеристикой юридической природы франчайзинга и положения сторон в рассматриваемом договоре, авторами даются практические рекомендации по преодолению сложностей в правоприменительной деятельности, возникающих в силу существенных пробелов и противоречий в законодательстве РФ. Научные результаты, полученные авторами исследования, позволяют использовать их для совершенствования российского законодательства, а также в образовательных и просветительских целях.
- присудить премию имени Г.М. Кржижановского 2006 г. члену-корреспонденту РАН Воропаю Николаю Ивановичу, доктору технических наук Клеру Александру Матвеевичу и доктору технических наук Санееву Борису Григорьевичу (Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН) за двухтомник «Энергетика XXI века».
В указанной работе дан всесторонний и комплексный анализ и показаны основные тенденции и определяющие факторы предшествующего развития и современного состояния электроэнергетики России. Рассмотрены проблемы и перспективы развития энергетики мира и России. Рассмотрены направления совершенствования традиционных и создания новых энергетических технологий и установок; прогнозы развития энергетики мира и России, а также отдельных отраслей энергетики, анализ особенностей и закономерностей развития систем энергетики, принципов технологического и организационно-экономического управления этими системами.
Члены Президиума обсудили и приняли решения по ряду других научно-организационных вопросов.
Информация предоставлена Пресс-службой РАН.
Пресс-служба РАН: Руководитель - Преснякова Ирина Васильевна
тел./факс: 954 11 45 E-mail - irina@presidium.ras.ru
Главный специалист - Бадо Анна Ефимовна тел: 237 90 02; E-mail – novo@presidium.ras.ru
Главный специалист – Каменева Валентина Сергеевна. Тел. 237-81-15
Главный специалист Колесникова Марина Валерьевна т/ф.: 718 17 55
E-mail - mvel@mail.ru; marina@presidium.ras.ru