Отек миокарда — избыточное накопление жидкости в тканях сердца — встречается при многих сердечно-сосудистых заболеваниях, например ишемической болезни сердца, инфаркте миокарда и миокардите. Нарушение баланса жидкости в миокарде возникает по разным причинам. Ученые из лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ и лаборатории клеточной и молекулярной патологии сердечно-сосудистой системы Российского научного центра хирургии им. академика Б. В. Петровского изучили связь отека миокарда с аритмиями и выявили несколько механизмов развития патологии. Исследование опубликовано в журнале Biomedicines.
Отек миокарда является распространенным симптомом патологических процессов в сердце. Значимая его роль в нарушении функционирования сердечной мышцы стала очевидна с внедрением в широкую практику МРТ-диагностики пациентов. Исследования показали, что отек миокарда связан с аритмиями. Однако механизмы возникновения аритмий вследствие данной патологии требуют подробного изучения.
«Почему нарушение баланса жидкости в миокарде вызывает интерес исследователей? Дело в том, что сердце, по сравнению с другими органами, крайне чувствительно даже к небольшому изменению объема жидкости: увеличение всего на несколько процентов значительно ухудшает сокращение и, как следствие, сердечный выброс. При этом именно отеки миокарда характеризуются различным размером, очаговостью и могут иметь разные первопричины, что лишь усложняет их изучение», — говорит Диана Киселева, первый автор работы, младший научный сотрудник лаборатории клеточной и молекулярной патологии сердечно-сосудистой системы РНЦХ им. ак. Б. В. Петровского.
Активные частицы кальция в возбудимых клетках являются основным инициатором сокращения, тесно связанным с распространением возбуждения. Анализ скорости распространения кальция может дать представление о потенциале ткани к аритмиям. С помощью флуоресцентного окрашивания и оптического картирования ученые рассмотрели динамику кальция на монослоях крысиных кардиомиоцитов.
«Для того чтобы смоделировать отек, мы меняли осмоляльность (концентрацию частиц) раствора. Именно разница в осмотическом давлении за счет градиента концентрации частиц между внешней средой и внутренней средой клетки приводит к изменению ее объема», — рассказывает Диана Киселева.
Исследование продемонстрировало, что в клеточной модели гипоосмоляльность (низкая концентрация частиц кальция) вызывает увеличение размера клеток, ассоциированное с отеком миокарда, и может привести к фатальным желудочковым аритмиям. В экспериментах гипоосмоляльность приводила к образованию стабильных спиральных волн — участков аритмогенности — в монослоях. В дополнение к спиральным волнам после 60 минут инкубации клеток в растворе с очень низкой осмоляльностью были зарегистрированы множественные очаги возбуждения с разрывами волн, характерные для фибрилляций и соответствовавшие максимальному увеличению размера клеток.
«Результаты нашей работы показывают, что по мере увеличения отека клеток и снижения осмоляльности происходит смена паттернов кальциевой волны, каждый из которых отвечает за различные типы аритмий. При очень низкой осмоляльности наблюдаются множественные очаги возбуждения, что потенциально может быть причиной фибрилляции. При небольшом же снижении осмоляльности появляются спиральные волны, которые связаны с возникновением тахикардий», — добавляет соавтор работы Виталий Джабраилов, сотрудник лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ.
Такие изменения могут быть связаны с тем, что отек меняет структуру сердечной ткани и может привести к потере контактов и даже гибели проводящих клеток. Образующаяся непроводящая область становится источником фибрилляций желудочков — наиболее опасного типа аритмий.
Результаты оптического картирования кальциевых волн с множественными очагами возбуждения. Источчник: Biomedicines
Моделируя in vitro отек миокарда на крысиных кардиомиоцитах, исследователи выявили несколько потенциальных путей возникновения аритмии в желудочках. Это поможет в дальнейшем понять сценарий развития аритмии при отеке и снизить риски для пациентов.
