Изучение распространения возбуждения в миокарде легочных вен крысы с
advertisement
Изучение распространения возбуждения в миокарде легочных вен крысы с использованием метода оптического картирования В.С. Кузьмин, Л.В. Розенштраух Институт экспериментальной кардиологии ФГБУ РКНПК Минздравсоцразвития РФ, Москва, 121552, e-mail: ku290381@mail.ru Резюме С помощью метода оптического картирования впервые исследована хронотопография возбуждения в миокарде легочных вен (ЛВ) крысы. Предсердный миокард и миокард легочных вен крысы незначительно различается по таким параметрам как время активации, скорость проведения возбуждения. Максимальная скорость проведения возбуждения в левом предсердии - 84±14 см/с, в легочных венах - 71±11 см/с. Длительность рефрактерного периода в предсердном миокарде (44±3 мс) существенно ниже, чем в миокарде легочных вен (60±3 мс). Установлено, что длина волны возбуждения в предсердии и ЛВ крысы практически одинакова- 37±5 мм и 42,6±7 мм, соответственно. Показано, что в препаратах предсердия проведение возбуждения характеризуется высокой степенью «линейности», в то время как в легочных венах крысы наблюдались участки значительного снижения скорости проведения, а также зоны, характеризующиеся полным прекращением проведения возбуждения. Сделано предположение, что причиной блоков проведения является гистологическая гетерогенность, а также высокое межклеточное сопротивление в миокарде легочных вен. Ключевые слова: фибрилляция предсердий, легочные вены, хронотопография возбуждения, проведение возбуждения, оптическое картирование, блок проведения. Введение Фибрилляция предсердий (ФП) является наиболее распространенной формой нарушения ритма сердца [30]. В настоящее время возникновение ФП связывают с биоэлектрическими процессами в миокардиальной обкладке легочных вен – циркуляцией возбуждения либо со спонтанной биоэлектрической активностью в данной ткани [5, 6, 12, 30]. Для лечения ФП применяют антиаритмические фармакологические препараты, также используется хирургический подход, основанный на анатомической и электрической 1 изоляции миокарда легочных вен и предсердий [5, 30]. Определены условия, приводящие к прекращению ФП, однако, понимание причин возникновения и поддержания ФП не является полным. Изучение механизмов инициации ФП в клинических условиях ограничено. В экспериментальных условиях исследование роли миокарда легочных вен (ЛВ) в формировании ФП осложняется значительными анатомическими, гистологическими и электрофизиологическими различиями этой структуры у различных лабораторных животных [5]. Тем не менее, возрастание заболеваемости ФП [30], разработка фармакологических препаратов для лечения ФП способствует росту числа исследований в данной области. В настоящее время, все большее значение в экспериментальных исследованиях приобретают мелкие лабораторные животные (мыши, крысы). Особенности биоэлектрической активности и особенности распространения возбуждения в миокарде ЛВ у грызунов практически не исследованы. Цель данной работы заключалась в изучении хронотопографии возбуждения миокарда легочных вен крысы с помощью метода оптического картирования. Методика Выделение препаратов и их перфузия Эксперименты выполнены на препаратах легочных вен и участках левого предсердия крысы (самцы Wistar, 200-250 г.). Животных наркотизировали раствором уретана (внутрибрюшинно, 2 г/кг + 0,2 ед/мл гепарина), вскрывали грудную клетку, извлекали сердце вместе с легкими и помещали в емкость с перфузионным раствором комнатной температуры. Отпрепаровывали левое предсердие и легочную вену левой доли легкого –ЛДЛ (Рис.1.а). Легочную вену отделяли с проксимальной стороны в области устья, с дистальной стороны в области первой бифуркации, разрезали вдоль продольной оси и разворачивали в перфузионной камере, получая плоский препарат (Рис.1.в). Картирование осуществляли с внутренней «эндокардиальной» стороны препарата при 37°С и постоянной перфузии раствором Тироде следующего состава: NaCl-118; KCl-2,7; CaCl2-1,2; MgCl2-1,2; NaHCO325, NaH2PO4-2,2; глюкоза-11. Раствор непрерывно оксигенировали смесью O2 (95%) и CO2 (5%), pH=7,35±0,05. Скорость протока перфузионного раствора – 10 мл/мин (объем перфузионной камеры 3 мл). Препараты стимулировали прямоугольными импульсами длительностью 2 мс (ЭСЛ-2) с интервалом 300 мс и амплитудой, равной двум пороговым значениям (1-3 В). Стимулирующие биполярные электроды располагались на границе препарата и области картирования. Возбуждение, вызванное стимуляцией, распространялось однонаправлено по 2 области картирования. В опытах с картированием ЛВ электроды помещали в области препарата, соответствующей устью вены, т.е. возбуждение распространялось в направлении от устья к дистальной части. В части экспериментов выделяли ушко левого предсердия, которое вскрывали и закрепляли в перфузионной камере. Картирование осуществляли с эндокардиальной стороны препарата (Рис.1.б). Перфузию и стимуляцию осуществляли в тех же условиях, что и препараты легочных вен. Картирование возбуждения в препаратах легочных вен и левого предсердия Для изучения особенностей распространения возбуждения в миокарде легочных вен использовали метод оптического картирования. Принципы метода подробно описаны в ранее опубликованных работах [1, 2, 11, 14]. Препараты легочных вен и предсердий прокрашивали 5 μМ (30 минут, 0,1 мл/3 мин) раствором потенциалчувствительного красителя di-4-ANNEPS (Sigma-Aldrich, США). Для подавления механической активности использовали разобщитель электромеханического сопряжения BDM (2,3-Butanedione monoxime, Sigma-Aldrich, США), который добавляли в перфузионный раствор (1 г/л). Флуоресценцию красителя возбуждали с помощью светодиодного осветителя с длиной волны около 500 нм. Флуоресценцию регистрировали с помощью высокочувствительной фотодиодной матрицы H469V-012 (469 фотодиодов, WuTech Instruments, США), включенной в состав оптико-электронной установки. Для разделения возбуждающего света и эмиссии использовали красный фильтр (пропускание >610 нм), помещенный на входе фотодиодной матрицы. Матрица имеет гексагональную структуру, наибольшая «строка» включает 24 фотодиода. Оптическая система матрицы была настроена таким образом, что при картировании охватывается участок препарата длинной 5 мм (площадь картирования ≈19 мм2). Флуоресценцию препаратов регистрировали с интервалами 0,61 мс в течение 1000 мс, таким образом, получали записи, включающие не менее трех циклов возбуждения препарата. Сигналы от всех фотодиодов матрицы, поступали на АЦП, регистрировались и обрабатывались с помощью программы Cardioplex (RedShirtImaging, США). В результате прослеживания изменения уровня флоуресценции во времени по каждому фотодиоду матрицы получали оптические сигналы, соответствующие потенциалам действия (Рис.2.а., б, г). Определение параметров проведения возбуждения 3 На основе оптических сигналов строили изохронные карты, отражающие моменты одновременной активации в картируемой области. При построении изохронных карт активации определяли наличие либо отсутствие частичных и полных блоков проведения. Также определяли время активации (tакт), максимальную (θm) и «расчетную» (θp) скорость проведения возбуждения, коэффициент неоднородности (k), длину волны возбуждения (λm и λp). tакт определяли как время охвата возбуждением картируемой области препаратов предсердия или легочных вен. Определить скорость распространения возбуждения в картируемых препаратах достаточно сложно, т.к. даже в небольших областях фронт возбуждения существенно искривлен, наблюдается значительная неоднородность проведения. Поэтому, использовали такой параметр как «расчетная скорость» - отношение длины картируемой области к времени активации (θp, см/с=(5 мм/tакт, мс)*100). Следует отметить, что θp и tакт представляют собой макроскопические параметры, в большей степени отражающие среднее значение скорости проведения в ткани, а не локальное его значение. Максимальную скорость проведения определяли после построения изохронных карт, θm рассчитывали как наибольшее расстояние между изохронами, отнесенное к времени между изохронами (θm=R,мм/0.61 мс). Коэффициент неоднородности k рассчитывали как отношение θm/θp. Этот параметр позволяет в первом приближении оценить разброс значений скорости (или «анизотропию» по скорости) проведения возбуждения. Длину волны возбуждения рассчитывали как произведение рефрактерного периода (РП) и скорости проведения: λp, см=РП* θp и λm, см=РП* θm. Регистрация потенциалов действия и определение рефрактерного периода Препаровку для определения рефрактерных периодов осуществляли также, как для оптического картирования. Перфузию препаратов осуществляли при 37°С раствором Тироде того же состава, что и в опытах с оптическим картированием. Скорость протока перфузионного раствора – 15 мл/мин (объем перфузионной камеры 5 мл). Потенциалы действия (ПД) в предсердной части препарата и в области легочных вен (Рис.2.в) регистрировали с эндокардиальной стороны с помощью стандартной микроэлектродной техники. Использовали стеклянные микроэлектроды, заполненные 3М KCl (сопротивление - 10-30 МОм), подключенные к усилителю KS-700 (WPInstruments, США). Усиленный сигнал поступал на аналого-цифровой преобразователь (E-154, L-card, 4 Россия) и далее обрабатывался на компьютере с помощью программы L-graph (L-card, Россия). Препараты стимулировали прямоугольными импульсами длительностью 2 мс (1-3 В) с кондиционирующими интервалами 300 мс (ЭСЛ-2, Россия). Оценку рефрактерного периода выполняли следующим образом: ритм работы препарата навязывали с помощью стимулятора. Интервалы времени между стимулами постепенно снижали до тех пор, когда ПД переставали развиваться в ответ на каждый стимул. Наиболее короткий межстимуляционный интервал, при котором сохранялся ответ на каждый стимул считали длительностью РП (мс). Амплитуда всех стимулов всегда равнялась двум порогам раздражения. Статистическая обработка Для оценки статистической значимости различий параметров проведения возбуждения, РП в легочных венах и предсердии использовали непараметрический критерий Манна-Уитни (U). Различия считались достоверными при p(U)<0,05. Данные представлены как среднее±ст.ош.ср. Результаты исследования Соотношение оптических сигналов и потенциалов действия легочной вены крысы Амплитуда оптических сигналов, получаемых при картировании препаратов легочных вен, низка (ниже, чем амплитуда таковых в предсердном миокарде). Однако сигналы хорошо идентифицируются при цифровой фильтрации, их амплитуда достаточна для построения изохронных карт, расчета параметров проведения возбуждения и пр. (Рис.2.а, б). Механическая активность препаратов приводит к существенному искажению оптических сигналов (Рис.2.а., «2»). При использовании разобщителя электро-механического сопряжения BDM механическая активность и в предсердном миокарде и в миокарде легочных вен полностью подавляется (Рис.2, б). Однако, скорость нарастания фронта и длительность ПД, рассчитанные на основе оптических сигналов, оказываются гораздо ниже значений, полученных при использовании микроэлектродной техники (Рис. 2.б, в). Особенности распространения возбуждения в легочных венах Проведение возбуждения в левом предсердии характеризуется значительной степенью «линейности» (Рис.3, слева). Какие либо выраженные абберации проведения во всех препаратах предсердия отсутствуют (n=5). 5 В препаратах легочных вен во всех экспериментах (n=7) наблюдались участки значительного снижения скорости проведения, а также зоны, характеризующиеся полным прекращением проведения возбуждения (Рис. 3, справа). Эти нарушения проведения, регистрируемые с помощью оптического картирования, могут рассматриваться как «блоки» проведения возбуждения. Такие «блоки» проведения в препаратах легочных вен наблюдались в нормальных условиях, без осуществления каких либо воздействий, их положение не менялось при повторном картировании. В некоторых препаратах участки нарушенного проведения «пересекали» всю картируемую область (Рис.3. справа, «1»). В таком случае, снижалось время активации препарата. Однако, в большинстве случаев участки нарушенного проведения выявлялись только в части картируемой области (Рис.3. справа, «2, 3»), в то время как в других областях сохранялось нормальное проведение. Участки, характеризующиеся нарушенным проведением в легочных венах крысы могут иметь размер 2-3 миллиметра (что и позволяет их наблюдать даже при небольшой области картирования -19 мм2). Т.е. миокард легочных вен крысы характеризуется значительной гетерогенностью, которая способствует «искривлению» и фракционированию фронта волны возбуждения. Время активации, скорость проведения в левом предсердии и легочных венах В среднем, время активации в левом предсердии (n=5) было меньше, чем в препаратах легочной вены (n=7) (10,4±3,5 и 14±2,7 мс, соответственно). Расчетная скорость проведения θp в левом предсердии составила 52±11 см/с, в препаратах легочных вен - 37±7 см/с (Рис.4.а). Максимальная скорость проведения возбуждения θm выше в левом предсердии (84±14 см/с), чем в препаратах легочных вен (71±11 см/с) (Рис.4.а). Как при расчете «макроскопических» параметров (tакт и θp), не учитывающих локальных особенностей проведения, так и при расчете θm, скорость проведения в легочных венах оказывается несколько ниже, чем в левом предсердии. Коэффициент неоднородности k по скорости проведения для левого предсердия равен 1,62, для легочных вен - 1,92. Несмотря на наличие «блоков» проведения в препаратах легочных вен различия в неоднородности проведения в предсердии и ЛВ не являются значительными. Рефрактерность и длина волны возбуждения в левом предсердии и легочных венах Длина волны возбуждения рассчитана на основе данных картирования проведения и определения рефрактерности с помощью микроэлектродной техники. Рефрактерный период 6 в левом предсердии составил 44±3 мс (n=10), в легочных венах 60±3 мс (n=15). РП в левом предсердии достоверно ниже (p(U)<0.05), чем в легочной вене. Однако, длина волны в предсердии и легочных венах оказывается одинаковой. Величина λp, рассчитанная с использованием θp, для левого предсердия равняется 22,9±4 мм, для легочных вен – 22,2±6 мм. В свою очередь, λm, рассчитанная с использованием θm, для левого предсердия составляет 37±5 мм, для легочных вен – 42,6±7 мм (Рис.4.б). Следует отметить, что длины волн, рассчитанные на основе θp и θm, различаются практически в два раза. Обсуждение результатов Электроанатомическое картирование суправентрикулярной области интенсивно используется в клинике [5, 12]. Однако, экспериментальное картирование возбуждения в легочных венах осуществлялось только у собак. Для изучения хронотопографии возбуждения в области легочных вен собак был использован как метод электрического картирования [13, 16, 31, 33], так и метод оптического картирования [7, 15, 26, 28]. В большинстве вышеуказанных экспериментальных работ осуществлено картирование только устьев ЛВ, но не дистальной области вен. Нами впервые использован метод оптического картирования для изучения особенностей распространения возбуждения в миокарде легочных вен крысы. Картирование предсердий и ЛВ крысы затрудняется малой площадью и толщиной препаратов (около 0,5 мм). Количество потенциалчувствительного красителя и интенсивность его флуоресценции, приходящаяся на единицу площади препарата крайне мала. Соответственно, оптические сигналы в области легочных вен имеют низкую амплитуду. На основе оптических сигналов сложно определить реальную длительность ПД в области легочных вен, т.к. при мембранном потенциале, близком к потенциалу покоя (т.е. на уровне 90% реполяризации ПД), уровень флуоресценции близок к фоновому. Кроме того, используемый нами разобщитель электромеханического сопряжения может приводить к снижению длительности ПД [1, 2]. Тем не менее, оптическое картирование позволяет достаточно точно оценить параметры проведения возбуждения в предсердии и ЛВ крысы. Скорость проведения для предсердной ткани крысы, установленная на основе классических методов регистрации электрической активности, составляет около 60 см/с [21]. Определенная нами с помощью техники оптического картирования скорость проведения в предсердии составляет θm=52 и θp=84 см/с. 7 Скорость проведения возбуждения в ткани зависит от множества факторов, в том числе и от кривизны фронта волны возбуждения. Этот фактор учитывается в следующей формуле: 0 D( 1 ), r где D – коэффициент, характеризующий пассивные свойства ткани, а r – радиус закругления фронта [21]. Чем больше локальное искривление фронта, тем больше изменение локальной скорости проведения возбуждения. При расчетах θm мы не учитывали данный фактор, и, вероятно, различия в значениях θm и θp определяются именно искривленностью фронта волны возбуждения. Во всех препаратах ЛВ наблюдаются «блоки» проведения возбуждения. Блоки проведения могут возникать при снижении электрической связи между клетками, гистологической гетерогенности ткани или снижении возбудимости участков ткани [21, 29]. Возникает вопрос: какова причина нарушения проведения в миокарде легочных вен крысы? Известно, что в ткани происходит рассеивание флуоресцентного сигнала потенциалчувствительного красителя. Степень рассеяния зависит от толщины ткани и её оптических свойств [23]. Именно поэтому оптическое картирование имеет предел разрешающей способности. На Рис.5 показаны оптические сигналы, регистрируемые в зоне «блока» проведения. Оптический сигнал из зоны блока («2» на Рис.5) имеет низкую амплитуду и медленный фронт. Зона блока приходится на область бифуркации легочной вены. Наличие сигнала в точке «2» на Рис.5 может быть обусловлено «засвечиванием» непроводящей области соединительной ткани при активации точки «1». Низкоамплитудный сигнал «2» может быть обусловлен также низкой плотностью кардиомиоцитов в этой области или малым изменением мембранного потенциала кардиомиоцитов при возбуждении (т.е. кардиомиоциты в данной области деполяризованы) и, соответственно, незначительным изменением интенсивности флуоресценции. Оптическое картирование самостоятельно, без использования дополнительных методов, не позволяет однозначно судить о причинах нарушения проведения и природе блоков в легочных венах, которые могут иметь анатомическую или функциональную природу. В грубом приближении, скорость проведения возбуждения пропорциональна квадратному корню из максимальной скорости нарастания фронта ПД [17]: ~ dV dt max . 8 Скорости распространения возбуждения в левом предсердии и легочных венах, по нашим данным, различались. Однако, максимальные скорости нарастания фронта ПД (dV/dtmax) и в предсердии и ЛВ были практически одинаковы. Данные о dV/dtmax получены нами в экспериментах с микроэлектродной регистрацией ПД (Рис 2). Значения dV/dtmax для предсердной ткани крыс, приведенные в литературе, имеют значительный разброс - от 100 В/с [22, 25] до 230-280 В/с (в современных работах) [9, 19, 27]. По нашим данным dV/dtmax и в левом предсердии и в легочных венах не менее 280 В/с. Исходя из вышеприведенного соотношения, dV/dtmax, в легочных венах должна быть ниже, чем в предсердии (так как в ЛВ скорость проведения меньше). Так как данное соотношение не соблюдается, можно сделать предположение, что миокард легочных вен не является однородным гистологически. Однако, данное предположение является верным только при низком межклеточном сопротивлении. В сердечной ткани электрическая связь между кардиомиоциатми определяется количеством и сопротивлением щелевых контактов [21, 29]. Увеличение скорости нарастания фронта ПД при одновременном снижении скорости проведения может наблюдаться при значительном сопротивлении щелевых контактов [29]. В итоге, соотношение θ и dV/dtmax характерное для миокарда легочных вен можно объяснить двояко: существованием участков соединительной ткани либо высоким межклеточным сопротивлением в ЛВ. Отвечая на вопрос о причинах блоков проведения в ЛВ, можно предположить, что существенную роль играют оба фактора. Следует отметить, что ткань левого предсердия имеет большую «анатомическую» неоднородность – предсердие имеет трабекулярную структуру, в то время как миокард легочной вены «макроскопически» выглядит однородно. Вероятно, существенное влияние на проведение возбуждения в легочных венах оказывает гетерогенность на уровне небольших участков ткани – клеточных групп. Расстояние, на котором может развиться возбуждение, в первом приближении, определяется константой длины (характеризующей распространение электротонического потенциала). Константа длины в предсердии крысы составляет 130 мкм [32] (в желудочковом миокарде крысы - 362 мкм [20]). Используя уравнение кабельной теории можно приблизительно рассчитать расстояние, на котором достигается необходимый для возбуждения сдвиг мембранного потенциала: V x V0 e x , при Vx=0,1, V0=1, λ (константа длины) 0,13 мм, x≈300 мкм для предсердной ткани. Данная величина, скорее всего, будет иной в миокарде легочных вен, однако, можно 9 предположить, что её порядок сохранится. При средней длине кардиомиоцита в ЛВ 100 мкм [18] необходимый сдвиг потенциала достигается на расстоянии, соответствующим лишь нескольким клеточным слоям от возбужденной области. Следовательно, гетерогенность ткани в пределах 0,5 мм уже может оказывать влияние на проведение возбуждения. В том случае когда, ткань с нормальным проведением пересекается небольшим участком ткани, имеющим сниженные и неравные электрические связи с обоими частями «нормальной» ткани, возможно возникновение однонаправленных блоков проведения. Вероятность возникновения однонаправленного блока проведения максимальна при ширине таких участков равной 0,5-1 λ, (т.е. 70-130 мкм) [8]. Однонаправленные блоки в наибольшей степени способствуют формированию контуров циркуляции возбуждения (re-entry) [5, 21, 30]. Возможно, что в некоторых условиях наблюдаемые нами блоки проведения в ЛВ обладают свойствами однонаправленности. Ранее было установлено, что для миокарда легочных вен характерна спонтанная биоэлектрическая активность [3]. В нескольких работах показана медленная автоматическая активность в изолированных препаратах легочных вен крысы [3, 4, 10, 24]. При снижении скорости и наличии блоков проведения возбуждения в легочных венах такая эктопическая активность может приводить к формированию re-entry. В таком случае наблюдаемое нами увеличение длительности рефрактерности и поддержание большой длины волны возбуждения можно рассматривать как защитный механизм, способствующий нормальному охвату возбуждением миокарда легочных вен крысы. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 11-04-00712-а. 10 Список литературы 1. Абрамочкин Д.В., Кузьмин В.С., Сухова Г.С. Розенштраух Л.В. Изучение явления миграции водителя ритма в синоатриальном узле кролика методом оптического картирования. Биофизика. 55 (3) : 500-506. 2010. 2. Ефимов И.Р., Сидоров В.Ю. Оптическое картирование электрической активности сердца. Кардиология. 8 : 38—52 2000. 3. Кузьмин В.С., Розенштраух Л.В. Автоматическая активность в миокарде легочных вен крысы при действии изопротеренола и бария. ДАН. 444 (4) : 452-456. 2012. 4. Кузьмин В.С., Розенштраух Л.В. Изменение возбудимости миокарда легочных вен крысы при адренергическом воздействии. ДАН. 443 (4) : 516–519. 2012. 5. Кузьмин В.С., Розенштраух Л.В. Современные представления о механизмах возникновения фибрилляции предсердий. Роль миокардиальных рукавов в легочных венах. Успехи физиологических наук. 41 (4) : 3-26. 2010. 6. Кузьмин В.С., Розенштраух Л.В., Ионные механизмы действия антиаритмических препаратов III класса. Кардиология. 50 (7) : 49-61. 2010. 7. Arora R., Verheule S., Scott L., Navarrete A., Katari V., Wilson E., Vaz D., Olgin J.E. Arrhythmogenic substrate of the pulmonary veins assessed by high-resolution optical mapping. Circulation. 107 (13) : 1816-1821. 2003. 8. Cabo C., Barr R.C. Unidirectional block in a computer model of partially coupled segments of cardiac purkinje tissue. Ann. Biomed. Eng. 21 (6) : 633-644. 1993. 9. Cavoto F.V., Kelliher G.J., Roberts J. Electrophysiological changes in the rat atrium with age. Am. J. Physiol. 226 (6) : 1293-1297. 1974. 10. Doisne N., Maupoil V., Cosnay P., Findlay I. Catecholaminergic automatic activity in the rat pulmonary vein: electrophysiological differences between cardiac muscle in the left atrium and pulmonary vein. Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 297 (1) : H102H108. Epub 2009 May 8. 2009. 11. Efimov I.R., Nikolski V.P., Salama G. Optical imaging of the heart. Circ. Res. 95 : 21-33. 2004. 12. Haissaguerre M., Jais P., Shah D.C. Spontaneous initiation of AF by ectopic beats originating in the pulmonary veins. N. Engl. J. Med. 339 : 659–666. 1998. 13. Hamabe A., Okuyama Y., Miyauchi Y., Zhou S., Pak H.N., Karagueuzian H.S., Fishbein M.C., Chen P.S. Correlation between anatomy and electrical activation in canine pulmonary veins. Circulation. 107 (11) : 1550-1555. 2003. 11 14. Herron T.J., Lee P., Jalife J. Optical imaging of voltage and calcium in cardiac cells and tissues. Circ. Res. 110 (4) : 609-623. 2012. 15. Hirose M., Laurita K.R. Calcium-mediated triggered activity is an underlying cellular mechanism of ectopy originating from the pulmonary vein in dogs. Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 292 (4) : H1861-1867. 2007. 16. Hocini M., Ho S.Y., Kawara T., Linnenbank A.C., Potse M., Shah D., Jaïs P., Janse M.J., Haïssaguerre M., De Bakker J.M. Electrical conduction in canine pulmonary veins: electrophysiological and anatomic correlation. Circulation. 105 (20) : 2442-2448. 2002. 17. Hodgkin А.L. A note on conduction velocity. J. Physiol. 125 (1) : 221-224. 18. Hung-I.Y., Yu-Jun L., Yi-Nan L. Differential expression of connexin43 gap 1954. junctions in cardiomyocytes isolated from canine thoracic veins. J. Histochem. Cytochem. 51 : 259–266. 2003. 19. Jahnel U., Nawrath H., Carmeliet E., Vereecke J. Depolarization-induced influx of sodium in response to phenylephrine in rat atrial heart muscle. J. Physiol. 432 : 621-637. 1991. 20. Jongsma H.J., van Rijn H.E. Electronic spread of current in monolayer cultures of neonatal rat heart cells. J. Membr. Biol. 9 (4) : 341-360. 1972. 21. Kleber A.G., Janse M.J., Fast V.G., Normal and abnormal conduction in the heart. In: Handbook of physiology. Section 2: Cardiovascular system. Volume1: The heart. Oxford:Oxford university press. 2001. 22. Landmark K. Changes in rat atrial action potentials induced by promazine and thioridazine. Acta. Pharmacol Toxicol. (Copenh). 30 (5) : 465-479. 1971. 23. Martin J.B., David J. G., Trayanova N.A., Rodriguez B. Photon scattering effects in optical mapping of propagation and arrhythmogenesis in the heart. J Electrocardiol. 40 (6, Suppl) : S75–S80. 2007. 24. Miyauchi Y., Hayashi H., Miyauchi M., Okuyama Y., Mandel W.J., Chen P.S., Karagueuzian H.S. Heterogeneous pulmonary vein myocardial cell repolarization implications for reentry and triggered activity. Heart. Rhythm. 2 (12) : 1339-1345. 2005. 25. Namm D.H., Wang C.M., El-Sayad S., Copp F.C., Maxwell R.A. Effects of bretylium on rat cardiac muscle: the electrophysiological effects and its uptake and binding in normal and immunosympathectomized rat hearts. J. Pharmacol. Exp. Ther. 193 (1) : 194208. 1975. 12 26. Numata A., Miyauchi Y., Ono N., Fishbein M.C., Mandel W.J., Lin S.F., Weiss J.N., Chen P.S., Karagueuzian H.S. Spontaneous atrial fibrillation initiated by tyramine in canine atria with increased sympathetic nerve sprouting. J. Cardiovasc. Electrophysiol. 23 (4) : 415-422. 2012. 27. Pacher P., Ungvari Z., Kecskemeti V. Electrophysiological effects of homocysteine in isolated rat right ventricular papillary muscles and left atria. Gen Pharmacol. 32 (4) : 439-443. 1999. 28. Po S.S., Li Y., Tang D., Liu H., Geng N., Jackman W.M., Scherlag B., Lazzara R., Patterson E. Rapid and stable re-entry within the pulmonary vein as a mechanism initiating paroxysmal atrial fibrillation. J. Am. Coll. Cardiol. 45 (11) : 1871-1877. 2005. 29. Rudy Y., Quan W.L. A model study of the effects of the discrete cellular structure on electrical propagation in cardiac tissue. Circ. Res. 61 (6) : 815-823. 1987. 30. Schotten U., Verheule S., Kirchhof P., Goette A. Pathophysiological mechanisms of atrial fibrillation: a translational appraisal. Physiol. Rev. 91 (1) : 265-325. 2011. 31. Tan A.Y., Chou C.C., Zhou S., Nihei M., Hwang C., Peter C.T., Fishbein M.C., Chen P.S. Electrical connections between left superior pulmonary vein, left atrium, and ligament of Marshall: implications for mechanisms of atrial fibrillation. Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 290 (1) : H312-H322. 2006. 32. Woodbury J.W., Crill W.E. On the problem of impulse conduction in the atrium. In: Nervous Inhibitron. edited by L. Florey. New York: Plenum Press. 124-135. 1961. 33. Zhou S., Chang C.M., Wu T.J., Miyauchi Y., Okuyama Y., Park A.M., Hamabe A., Omichi C., Hayashi H., Brodsky L.A., Mandel W.J., Ting C.T., Fishbein M.C., Karagueuzian H.S., Chen P.S. Nonreentrant focal activations in pulmonary veins in canine model of sustained atrial fibrillation. Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 283 (3) : H1244H1252. 2002. 13 Title Excitation conduction in the rat pulmonary veins myocardium assessed by the optical mapping. Authors V.S.Kuzmin, L.V.Rosenshtraukh e-mail: ku290381@mail.ru Affilation Institute of Experimental cardiology of Russian Research and Productuon Cardiological Center, laboratory of heart electrophysiology. Abstract In this study, conduction of excitation in the rat left atrial and pulmonary veins (PV) myocardium was assessed by the optical mapping technique. Rat atrial myocardium and pulmonary vein myocardium demonstrate weak differences in the activation time and conduction velocity (CV). Maximal conduction velocity in atrial myocardium estimated by the optical mapping was 84±14 cm/c, the same parameter in PV myocardium was 71±11 cm/c. Period of refractoriness (PR) in the atria was significantly shorter (44±3 ms) than in PV myocardium (60±3 ms). Despite the differences in PR excitation wavelength in the PV and atrial myocardium was very similar (42,6±7 and 37±5 mm, respectively). Conduction of excitation in rat atria characterized by high level of “linearity”. Regions with essential decrease of CV and complete abruption of conduction (conduction blocks) were observed in PV myocardium. Suggested, that high histological heterogeneity and intercellular electrical resistance play important role in conduction abnormalities in rat PV. Key words: atrial fibrillation, pulmonary veins, excitation chronotopography, excitation conduction, optical mapping, conduction block 14 Подрисуночные подписи Рис.1. Схематическое изображение препарата левого предсердия, легочных вен и долей легких крысы. А. общий вид: УЛП –ушко левого предсердия, ЛП - свободная стенка левого предсердия, ЛВ - легочная вена, ЛДЛ – левая доля легкого, ДДЛ – добавочная доля легкого. Пунктиром обведены исследуемые области. Б. область картирования в левом предсердии, В. развернутый участок легочной вены и область картирования. Рис.2. Оптические сигналы («потенциалы») ушка левого предсердия и легочной вены крысы. А. Оптические сигналы, получаемые без использования разобщителя механоэлектрического сопряжения (BDM), 1- потенциал действия, 2- артефакт, возникающий в результате сокращения препарата. Б. Оптические сигналы, после обработки BDM (1 г/л). В. Потенциалы действия, полученные с помощью микроэлектродной техники. Пунктиром ограничена длительность потенциалов действия на уровне 90% реполяризации (ДПД90%). Г. Сверху – вид матрицы и области картирования, снизу – временное соотношение оптических сигналов, регистрируемых датчиками матрицы. Стрелкой указано направление распространения возбуждения. Рис.3. Примеры изохронных карт возбуждения участка левого предсердия и легочной вены. На вставках показано преимущественное направление распространения возбуждения, а также зоны блока проведения возбуждения в легочной вене. * - положение стимулирующих электродов. На изохронных картах отмечены номера изохрон. Рис.4. Время активации, скорость распространения возбуждения, рефрактерный период, длина волны возбуждения в ушке левого предсердия и легочной вене. Рис.5. Оптические сигналы в участках с нормальным проведением и в зонах блока проведения препарата легочной вены крысы. 15 КОНТАКТЫ Учреждение, в котором выполнена работа: Лаборатория электрофизиологии сердца Института экспериментальной кардиологии Российского кардиологического научнопроизводственного комплекса Минздравсоцразвития РФ. 121552, Москва, Ул. 3-я Черепковская, д.15-а. Авторы: 1. Кузьмин Владислав Стефанович – с ним вести переписку. Организация: Лаборатория электрофизиологии сердца института экспериментальной кардиологии РК НПК Минздравсоцразвития РФ. Дом. адрес. Адрес: 142200, Московская область, г.Серпухов, ул. Ворошилова, д.88, тел. 8-916-919-9378(мобильный), (495)414-67-40(служебрый), E-mail: ku290381@mail.ru 2. Розенштраух лабораторией Леонид Валентинович. электрофизиологии сердца Академик института РАН, заведующий экспериментальной кардиологии РК НПК Минздравсоцразвития РФ. Дом.адрес: 121609, Москва, ул. Осенняя, дом 2, квартира 27. Телефон: 4146739 (служебный), 4130784 (домашний). E-mail: lvros@cardio.ru. 16