Напряженно-деформированные состояния структур миокарда желудочков сердца в постнатальном онтогенезе

© ПОПРАВКО Е.М., ЛЕБЕДИНСКИЙ В.Ю., БОРОДИНА Г.Н. - 2014 УДК: 611.12 - 013

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННЫЕ СОСТОЯНИЯ СТРУКТУР МИОКАРДА ЖЕЛУДОЧКОВ СЕРДЦА

В ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ

Евгения Михайловна Поправко1, Владислав Юрьевич Лебединский2, Галина Николаевна Бородина3

Резюме. Проведен кластерный анализ данных, полученных в результате измерения внутримиокардиального давления (ВМД) в стенках и во всех слоях желудочков сердца, что позволило расширить представление о биомеханических свойствах и формировании структур опорно-сократительного комплекса (ОСК) органа в постнатальном онтогенезе. Выделено 8 групп возрастных изменений желудочков сердца. Точность разделения материала на эти группы проверена дискриминантным анализом. Схему этапов формирования структур желудочков можно представить в виде трех фаз. Первая фаза состоит из следующих возрастов: новорожденность, грудной возраст, раннее детство и первый период детства. Вторая фаза включает в себя второй период детства, подростковый и юношеский возраста. Третья фаза представлена первым периодом зрелого возраста. Величина ВМД зависит не только от особенностей строения стенки органа, но также на нее оказывают влияние давность наступления и причина смерти.

Ключевые слова: сердце, постнатальный онтогенез, структура желудочков, внутримокардиальное давление, опорно-сократительный комплекс.

STRESS AND STRAIN STATES OF CARDIAC VETNTRICULAR MYOCARDIAL STRUCTURES

IN POSTNATAL ONTOGENESIS

E.M. Popravko1, V.Y. Lebedinsky2, G.N. Borodina3 ('Irkutsk State Institute of Advanced Medical Training, 2National Research Irkutsk State Technical University,

3Altai State Medical University, Russia)

Summary. There was carried out a cluster analysis of data obtained from intramyocardial pressure (IMP) measurement in walls and all cardiac ventricular layers. It enabled to widen the concept of biomechanical properties and the formation of structures in the support-contractility complex (SCC) of the organ in postnatal ontogenesis. 8 groups of age changes in cardiac ventricle were defined. The accuracy of material subdivision into the said groups was checked by using discriminant analysis. The scheme of ventricular structure formation stages may be represented by the following three phases. The first phase covers the following age groups: neonatal period, infancy, early childhood and the first period of childhood. The second phase includes the second period childhood, adolescence and juvenile age. The third phase is represented by the first period of mature age. The IMP value depends not only on peculiarities of the organ wall configuration but it is also affected by the prescription of death coming and its cause.

Key words: heart, postnatal ontogenesis, structure ventricular intramyocardial pressure, musculoskeletal contractile complex.

В современной литературе почти нет комплексных работ по сопоставительному изучению морфологии, формообразовательных процессов структур сердца, связанных с изменением биомеханических напряжений в его стенке. Это не позволяет углубить представление (с позиций биомеханики) о природе и механизмах сердечного сокращения и разработать эффективные способы оценки морфофункционального состояния структур органа.

Изучение взаимосвязи биомеханики сердца и особенностей его строения важно для понимания не только механизмов формирования структур органа, но и для объяснения природы его фазовой деятельности.

Интерес к сопоставлению этих данных связан и с тем, что в стенке сердца возникают неоднородные напряжения, особенно в его субэндокардиальных слоях [6,11] и, влияя на состояние микроциркуляторного русла [2], они ухудшают условия гемодинамики в этих участках органа и тем самым способствуют возникновению там предпатологических состояний и патологических процессов.

Учитывая особенности работы сердца как органа, правильное представление, по мнению некоторых авторов [10], о его функции должно формироваться через понимание природы и изменчивости биомеханических параметров миокарда. Оценка их возможна только путем выяснения взаимосвязи между особенностями строения и напряженно-деформированными состояниями (НДС) его структур [5].

Применение современных методов медико-

биологической статистики позволяет получить более точную и достоверную информацию об изменениях НДС на разных этапах формирования структур миокарда желудочков [3,4,8].

Цель работы: изучение закономерностей изменений напряженно-деформированных состояний структур миокарда желудочков в постнатальном онтогенезе.

Материалы и методы

Изучение НДС миокарда желудочков сердца осуществлялось на секционном материале методом измерения внутримиокардиального давления (ВМД). Материалом для работы послужили 276 сердец от трупов людей обоего пола, различного возраста, с разными сроками с момента наступления смерти и погибших от причин, не связанных с заболеваниями органов сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

В ходе исследования были соблюдены этические принципы проведения медицинских исследований согласно Хельсинской декларации 2000 г.

Согласно возрастной периодизации ВОЗ [1] материал подразделялся на 8 возрастных групп: новорожден-ность, грудной возраст, раннее детство, первый период детства, второй период детства, подростковый возраст, юношеский возраст и первый период зрелого возраста.

Определение ВМД проводилось стандартно с помощью «игольной техники» методом постепенного повышения давления водного столба в манометре до выравнивания его с давлением в стенке сердце [7].

Кроме того, измерение ВМД проводилось в 53 стандартизированных точках. Так, его регистрация в стенке желудочках осуществлялась на трех уровнях - 1/6, 1/2, 5/6, расстояния от верхушки до фиброзного кольца. В горизонтальной плоскости ВМД в желудочках сердца измерялось в точках, соответствующих 1/4, 2/4, 3/4 расстояния между передней и задней межжелудочковыми бороздами с обеих сторон. Также ВМД измерялось в каждом слое их стенки: в среднем и под оболочками (субэндокардиально и субэпикарди-ально). В межжелудочковой перегородке (МЖП) оно измерялось только под эндокардом со стороны каждого желудочка сердца. Во всех этих точках ВМД измерялось в их передних и задних стенках и в МЖП.

Полученные данные были обработаны современными методами математической статистики. Для кластеризации данных использовали метод к-средних [8,9] с проверкой точности разделения групп дискриминантным анализом [3]. С целью визуализации структуры многомерных данных применяли метод главных компонент с расчетом канонических переменных [4]. Для демонстрации оценки удаленности или близости между группами использовали расстояние Махаланобиса [8]. Для визуализации структуры многомерных данных применяли метод главных компонент с расчетом канонических переменных.

ЭсаЯегрЮКСРЕДНКАН ПЕРЮчЧОс)

НОМЕР ГРУППЫ: 1 НОМЕР ГРУППЫ: 2

НОМЕР ГРУППЫ НОМЕР ГРУППЫ НОМЕР ГРУППЫ НОМЕР ГРУППЫ НОМЕР ГРУППЫ

НОМЕР ГРУППЫ: 8

КАН П ЕР 1

Рис. 1. Структура распределения групп (возрастных периодов).

Результаты и обсуждение

По совокупности исследуемых параметров методом к-средних сформировано 8 групп, соответствующих общепринятой возрастной классификации [1]. Точность разделения материала на эти группы проверена дис-криминантным анализом. Различия между полученными группами подтверждает расстояние Махаланобиса (табл. 1).

Расстояние Махаланобиса между группами

Номер группы 1 2 3 4 5 6 7 8

1 0,00 1,60 5,76 4,72 6,16 5,58 5,90 7,29

2 1,60 0,00 1,85 1,06 1,67 1,90 2,09 3,61

3 5,76 1,85 0,00 0,83 1,27 1,03 0,77 1,75

4 4,72 1,06 0,83 0,00 0,23 0,38 0,40 1,29

5 6,16 1,67 1,27 0,23 0,00 0,56 0,68 1,67

6 5,58 1,90 1,03 0,38 0,56 0,00 0,12 0,46

7 5,90 2,09 0,77 0,40 0,68 0,12 0,00 0,40

8 7,29 3,61 1,75 1,29 1,67 0,46 0,40 0,00

По F-критерию Фишера были выделены наиболее информативные признаки, отличающие эти группы между собой, а именно показатели ВМД в субэндокар-диальном слое нижней трети (Б=0,77) и средней трети (Б=0,76) задней стенки левого желудочка (ЛЖ). Также к этой группе признаков относятся величины ВМД в миокардиальном слое верхней трети (Б=0,64) и эпикар-диальном слое нижней трети (Б=0,56) задней стенки правого желудочка (ПЖ). Однако, при проведении дис-криминантного анализа между двумя соседними возрастными группами степень влияния этих признаков меняется. Для визуализации структуры распределения групп в многомерном пространстве признаков использовали метод главных компонент с расчетом канонических переменных (рис. 1).

На основании проведенного анализа, возрастные изменения желудочков сердца в постнатальном онтогенезе могут быть представлены в виде трех последова-

тельных фаз (рис. 1).

Первая фаза постнатального онтогенеза включает в себя четыре возрастные группы: новорожденность (1 группа), грудной возраст (2 группа), раннее детство (3 группа) и первый период детства (4 группа). Этот подтверждается расстоянием Махаланобиса (табл. 1), которое равно 1,60 между новорожденными и грудным возрастом (р<0,0002) и 1,85 между грудным возрастом и периодом раннего детства (р<0,0001), свидетельствующее об их различии. При проведении дискриминант-ного анализа показано, что по совокупности признаков грудной возраст находится в примерно одинаковой близости от раннего детства и первого периода детства, что видно из таблицы 1 (р <0,001), поэтому 4 возрастную группу мы отнесли к первой фазе раннего постнаталь-ного онтогенеза.

В грудном возрасте значение ВМД в стенке желудочков возросло на 12,5% по сравнению с новорожденными. Так, НДС структур миокарда повышаются в стенке Таблица 1 как ЛЖ, так и ПЖ субэпикардиально - на 12,9% и 9,7%, в глубине миокарда - на 15,6% и 12,5%, субэндокардиально - на 9,4% и 12,5%, соответственно (рис. 2, 3).

При проведении дискриминантного анализа было показано, что новорожденность и грудной возраст отличаются друг от друга на 84,2%.

У детей раннего детства отмечается максимальный прирост показателей ВМД в стенке желудочков (на 20%). Если сравнивать с предыдущим возрастом то НДС структур миокарда повышаются в стенке как ЛЖ, так и ПЖ: субэпикардиально - на 22,9% и 17,6%, в глубине миокарда - на 18,9% и 16,7%, субэндокар-диально - на 25,7% и 19,4%, соответственно (рис. 2, 3). Во всех исследуемых точках выявлены значимые различия (р<0,05).

Также, дискриминантным анализом выявлено, что грудной возраст и период раннего детства по ряду информативных признаков отличается друг от друга на 74%.

У детей 1-го периода детства НДС структур миокарда желудочков снижаются на 4,8%. Оно остается большим в стенке ЛЖ, чем ПЖ. Если сравнивать с предыдущим возрастом то показатели ВМД снижаются в стенке как ЛЖ, так и ПЖ: субэпикардиально - на 7% и 2,5%, субэндокардиально - на 4,5% и 7%, соответственно. В глубоких зонах миокарда оно не изменяется в ПЖ и уменьшается на 2,3% - в ЛЖ (рис. 2, 3). Во всех исследуемых точках значимых изменений напряжения структур не выявлено (р>0,05).

Однако, выявлены информативные признаки, на

I

.кО>

Рис. 2. Динамика возрастных изменений относительных показателей ВМД в правом желудочке (в %).

основании которых раннее детство и первый период детства отличаются на 76%.

Вторая фаза. Следующие три группы (соответственно, номер 5, 6 и 7) формируют вторую фазу, которая включает в себя второй период детства, под- (0 ростковый и юношеский возраста. Расстояние Махаланобиса между возрастными группами ^ имеет небольшие величины (табл. 1), варьирует от 0,12 до 0,56 (р>0,05). Более того, между 5, 6 и 7 возрастными группами не выявлено информативных показателей ВМД, позволяющих их отнести к разным фазам, что позволило объединить их в одну фазу.

У детей 2-го периода детства НДС структур миокарда желудочков вновь повышаются. На передней и задней стенках обоих желудочков отмечаются разнообразные изменения показателей ВМД. Так, в передней стенке обоих желудочков субэпикардиально напряжение структур миокарда увеличивается (в левом желудочке - на 2,6%, в правом - на 5,3%), субэндокардиально - не изменяется, в глубоких участках миокарда повышается на 2,4% в правом желудочке и снижается на 4,5%

- в левом. В задней стенке ПЖ НДС структур сердца не изменяются субэпикардиально и субэндокар-диально, а в средних зонах миокарда они снижаются на 4,8%. В задней стенке ЛЖ ВМД субэпикардиально повышается на 7,5%, в средних зонах миокарда - не изменяется, субэндокардиально - снижается на 4,8% (рис. 2, 3).

В подростковом возрасте НДС структур миокарда желудочков продолжают повышаться еще на 7,3% (рис. 2, 3). Оно остается больше в стенке ЛЖ, чем ПЖ. При сравнении с предыдущим возрастом то показатели ВМД выросли в стенке как левого, так и правого желудочков: субэпикардиально - на 2,4% и 5%, в глубине миокарда -на 14,6% и 12,2%, субэндокардиально - на 11,9% и 7,3%, соответственно (р>0,05).

В юношеском возрасте все также давление остается большим в стенке левого, чем правого желудочка. По сравнению с предыдущим возрастом показатели ВМД выросли в стенке как ЛЖ, так и ПЖ: субэпикардиально

- на 11,6% и 7,1%, в глубине миокарда - на 2,1% и 4,3%, субэндокардиально - на 4,3% и 6,8%, соответственно (р>0,05).

Третья фаза. У людей 1-го периода зрелого возраста значения НДС структур миокарда желудочков возросли на 13% по сравнению с юношеским возрастом. Напряжение структур все также остается быть большим в стенке ЛЖ, чем ПЖ. Если сравнивать с предыдущим возрастом, то показатели ВМД выросли во всех исследуемых точках как ЛЖ, так и ПЖ: субэпикарди-

ально - на 8,3% и 13,3%, в глубине миокарда - на 12,5% и 10,4%, субэндокардиально - на 12,2% и 12,8%, соответственно. Практически во всех точках получены значимые различия (р<0,05). Дискриминантный анализ показал, что юношеский и первый период зрелого возраста отличаются на 72%.

Практически во всех фазах формирования опорно-сократительного комплекса сердца в постнатальном онтогенезе значения ВМД выше у лиц мужского пола, но в раннем детстве они больше у девочек (р>0,05).

На величину ВМД оказывает влияние давность наступления смерти. Так, если смерть наступила до 24 часов, с момента взятия органа на исследование, то отмечается снижение показателей ВМД, что, вероятно, связано с расслаблением кардиомиоцитов. При прошествии 48 часов НДС структур миокарда вновь повышаются, так как, вероятно, происходит потеря жидкости. Также, на величину ВМД оказывает влияние и причина смерти. Так, значения ВМД увеличиваются, если причиной смерти становятся врожденные пороки раз-

I*

Ж

1Ы1

I под эпикардом • в миокарде

ПОД 'ОДОКЗрДОМ

ж

у

Рис. 3. Динамика возрастных изменений относительных показателей ВМД в левом желудочке (в %).

вития, инфекционные заболевания и термические ожоги. Наоборот, НДС структур миокарда желудочков снижаются - при отравлениях, заболеваниях ЦНС, огнестрельном ранении. Это, вероятно, объясняется изменением тонуса кардиомиоцитов и кровопотерей при ранениях.

Таким образом, при формировании структур опорно-сократительного комплекса (ОСК) сердца по результатам изменений величин ВМД можно выделить 3 основных фазы, которые отражают закономерности формирования и возрастные изменения структур миокарда и его биомеханических свойств. Так, в первую фазу (новорожденность, грудной возраст, ранее детство и первый период детства) происходит постепенный прирост НДС миокарда желудочков. По изменению их биомеханических свойств, критическим периодом развития данной фазы является раннее детство, когда напряжение структур миокарда желудочков значительно возрастает. Вторая фаза (второй период детства, подростковый и юношеский возраста) характеризуется разнонаправленными изменениями величин ВМД. В третью фазу формирования ОСК органа, представленную первым периодом зрелого возраста, отмечается увеличение НДС структур миокарда обоих желудочков.

Полученные данные могут быть использованы как в теоретической, так и клинической кардиологии, физиологии, морфологии и патологии с целью диагностики и экспериментального моделирования его морфофунк-ционального состояния.

ЛИТЕРАТУРА

1. Автандилов Г.Г. Медицинская морфометрия. - М.: Медицина, 1990. - 383 с.

2. Адышин-Заде Э.А., Геланшин П.А., Бадалянц Е.С. Факторы регуляции местного кровотока и их роль в патогенезе и лечении заболеваний // Морфология. - 1996. - Т. 109.

- С.28.

3. Алферова М.А., Михалевич И.М., Рожкова Н.Ю. Основы прикладной статистики (использование программы Statistira в медицинских исследованиях): Учебное пособие. - Вып. III.

- Иркутск, ИГИУВ, 2005. - 92 с.

4. Гланц С. Медико-биологическая статистика. - М.: Практика, 1999. - 459 с.

5. Голядкина А.А., Кириллова И.В.,. Щучкина О.А. Анализ напряженно-деформированного состояния и гемодинамики коронарных артерий и желудочков сердца человек // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия физико-математические науки. - 2011. - №3 (24) -С.79-88.

6. ИзаковВ.Я., Мархасин В.С., ЯсниковГ.П. Введение в биомеханику пассивного миокарда. - М.: Наука, 2000. - 208 с.

7. Макаров А.К., Лебединский В.Ю., Гусев С.Д. Опорно-сократительный комплекс сердца (биомеханика, структура, функция) // Медицинская биомеханика: Тез. докл. - Рига,

1986. -Т. 4. - С.23-26.

8. Основы высшей математики и математической статистики: уч. - 2-е изд., испр. - М.: ГЕЭТАР-Медиа, 2007. -424 с.

9. Реброва О.Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ Statistica. - М.: МедиаСфера, 2003. - 312 с.

10. Фатенков В.Н. Биомеханика сердца в эксперименте и клинике. - М.: Медицина, 1990. - 160 с.

11. Masseri A. Mechanism of ischemic cardiac pain and significans silent myocardial ischemia // Acta Cardiológica. -

1987. - Vol. 62. - P.148-153.

REFERENCES

1. Avtandilov G.G. Medical morphometry. - Moscow: Meditsina, 1990. - 383 p.

2. Adyshin-Zade E.A, Gelanshin P.A., Badalyants E.S. Factors regulating local blood flow and their role in the pathogenesis and treatment of diseases // Morphologia. - 1996. - Vol. 109. - P.28.

3. Alferov M.A., Mihalevitch I.M., Rozhkova N.J. Basics of Applied Statistics

4. Glantz C. Biomedical Statistics. - Translated from English. - Moscow: Praktika, 1999. - 459 p.

5. GolyadkinaA.A., KirillovaI. V., Tchoutchkina O.A. Analysis of stress-strain state and hemodynamics of the coronary arteries and the heart ventricles man // Vestnik Samarskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universteta. Seria "Fiziko-matematicheskie nauki". - 2011. - № 3

6. Izakov V.Y., Markhasin V.S., Yasnikov G.P. Introduction to biomechanics of passive myocardium. - Moscow: Nauka, 2000. -208 p.

7. Makarov A.K., Lebedinsky V.Y., Gusev S.D. Musculoskeletal heart contractile complex

8. Foundations of Mathematics and Statistics: uch. - 2nd ed., Rev. - Moscow: GEOTAR-Media, 2007. - 424 p.

9. Rebrova O.J. Statistical analysis of data meditsinskih. Application software package Statistica. - Moscow: Mediasphera, 2003. - 312 p.

10. Fatenkov V.N. Biomechanics of the heart in experimental and clinical. - Moscow: Meditsina, 1990. - 160 p.

11. Masseri A. Mechanism of ischemic cardiac pain and significans silent myocardial ischemia // Acta Cardiologica. -1987. - Vol. 62. - P.148-153.

Информация об авторах:

Поправко Евгения Михайловна - ассистент кафедры, 664005, г. Иркутск, ул. Боткина, 10а, тел. (3952) 628529, e-mail: Popravko_em@mail.ru; Лебединский Владислав Юрьевич - научный руководитель, д.м.н., профессор; Бородина Галина Николаевна - доцент кафедры, д.м.н.

Information About the Authors:

Popravko Evgeniya M. - assistant of Professor, 664005, Irkutsk, st. Botkina,10a, tel. (3952) 628529, e-mail: Popravko_em@mail.ru; Lebedinsky Vladislav Y. - supervisor of centers for biomedical research and health-saving technologies, MD, PhD, professor;

Borodina Galina N. - MD, PhD, professor.

© ИЗАТУЛИН В.Г., ЛЕБЕДИНСКИЙ В.Ю., КЕНЦОВСКАЯ Ю.М., КУКЛИНА Л.Б., ГОРДЕЕВА В.В. - 2014 УДК: 611.77-003.92

ВЛИЯНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ ГИПЕРПРОЛАКТИНЕМИИ НА МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭСТЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РУБЦА КОЖИ

Владимир Григорьевич Изатулин1, Владислав Юрьевич Лебединский2, Инна Михайловна Кенсовская3, Людмила Борисовна Куклина1, Валентина Васильевна Гордеева1

). И.В. Малов, кафедра зармакологии, зав. - к.ф.н.,

('Иркутский государственный медицинский университет, ректор - д.м.н., прос гистологии, цитологии и эмбриологии, зав. - д.б.н., проф. Л.С. Васильева, кафедра ф

доц. А.И. Левента, кафедра технологии лекарственных форм, зав. - к.ф.н., доц. В.В. Гордеева; ^Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, и.о. ректора - д.ф.-м.н., проф.

А.Д. Афанасьев, центра медико-биологических проблем и здоровьесберегающих технологий, научный

руководитель - д.м.н., проф. В.Ю. Лебединский; 3Иркутский областной кожно-венерологический диспансер,

гл. врач - к.м.н. Н.А. Долженицына)

Резюме. В эксперименте на 220 беспородных крысах-самцах изучена возможность направленной коррекции препаратом лактин процесса формирования рубцовой ткани. В условиях локального применения лактина к 180 суткам формируется норматрофический тип рубца (100% случаев), при резорбтивном действии он формируется в 90% наблюдений, а в контрольной группе - только в 70% случаев. Результаты показали перспективность применения препарата для улучшения морфологических и эстетических характеристик рубца.

Ключевые слова: рубцовая ткань, коррекция, лактин, эксперимент.