Экспериментальное моделирование патогенетических механизмов внезапной смерти при лечении больных блокаторами натриевых каналов

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАТОГЕНЕТИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ ВНЕЗАПНОЙ СМЕРТИ ПРИ ЛЕЧЕНИИ БОЛЬНЫХ БЛОКАТОРАМИ НАТРИЕВЫХ КАНАЛОВ

Мороз В.М., Липницкий Т.Н.

Винницкий национальный медицинский университет, Украина

Резюме

Минимальную аритмогенную дозу 1,5% раствора хлорида калия (15 мг/кг) вводили крысам внутривенно в течение 2 с. Гипополяризационные аритмии сердца регистрировались в течение 3-10 с и сменялись регулярным синусовым ритмом. Животным опытных групп минимальную аритмогенную дозу хлорида калия вводили через 5 мин после внутривенной инфузии 1% раствора новокаинамида (20мг/кг) или 0,25% раствора этацизина (4мг/кг). У всех 20 крыс после введения блокаторов натриевых каналов и последующего болюсного введения хлорида калия была зарегистрирована кардиоплегия, а у половины животных (40% и 60% соответственно) наступила остановка сердца и смерть. Таким образом, у больных ИБС при лечении блокаторами натриевых каналов в патогенезе внезапной смерти может иметь решающее значение гипополяризация мембран вследствие дисфункции Ыа+/К+-АТФазы, низкой цитозольной концентрации ионов К+ и уменьшения их выхода из клеток в конечную фазу реполяризации.

Ключевые слова: внезапная смерть, аритмии сердца, гипополяризация мембран, гиперкалиемия, аритмогенные эффекты антиаритмических препаратов.

Несмотря на впечатляющие достижения экспериментальной и клинической кардиологии, проблема внезапной аритмической смерти все ещё далека от окончательного решения в связи с чрезвычайной сложностью её патофизиологических механизмов. Внедрение в клиническую практику катетерной абляции субстрата аритмий и имплантации кардиовекто-ров- дефибрилляторов не могут разрешить проблему внезапной смерти у подавляющего большинства многочисленных больных ИБС, особенно перенесших инфаркт миокарда, даже без учета их высокой стоимости и определенного хирургического риска [1-3].

Способны ли современные антиаритмические препараты (ААП) снизить частоту внезапной смерти у больных с желудочковыми аритмиями сердца (АС)? Для решения этой проблемы в 1987 г стартовало крупное рандомизированное исследование CAST (Cardiac Arrhythmia Supression Trial), продолжительность которого была запланирована на 3 года. Однако уже через 18 месяцев исследование было прекращено из-за гуманных соображений. Оказалось, что общая смертность в группе пациентов, перенесших инфаркт миокарда и лечившихся флекаинидом и элкаинидом, была в 2,5 раза, а частота внезапной аритмической смерти в 3,64 раза выше по сравнению с аналогичной группой больных, принимавших плацебо. Удивительным было то, что смертность значительно возросла, несмотря на эффективное устранение желудочковых экстрасистол. Непредвиденные результаты CAST-I вызвали огромный резонанс, что стало поводом для разделения истории аритмологии на до-CAST и пост-

CAST эры [4-6]. Совершенно очевидно, что основной причиной негативных эффектов элкаинида и флека-инида, блокирующих натриевые каналы, были арит-могенные осложнения, патофизиологическая основа которых до настоящего времени не до конца раскрыта [7].

Цель работы состояла в экспериментальном исследовании гипополяризационных АС при применении блокаторов натриевых каналов и последующего внутривенного болюсного введения минимальных аритмогенных доз хлорида калия. В качестве критерия степени гипополяризации мембран кардиомио-цитов использовано определение частоты и продолжительности калий-индуцированных АС.

Материал и методы

Исследования выполнены на 35 беспородных белых крысах обоего пола весом 160-200 г. Под нембута-ловым наркозом (35 мг/кг внутрибрюшинно) животных фиксировали и регистрировали ЭКГ во втором отведении от конечностей. Все животные были разделены на 4 группы. В 1-ю (контрольную) группу включены 5 крыс, которым в бедренную вену вводили 0,2 мл физиологического раствора в течение 2 с. Регистрация ЭКГ производилась в момент введения раствора и последующие 30 с. Крысам 2-й группы (10 животных) внутривенно вводили 1,5% раствор хлорида калия в ранее установленной минимальной аритмо-генной дозе (20 мг/кг) в течение 2 с, непрерывно регистрируя ЭКГ до нормализации синусового ритма. Минимальная аритмогенная доза хлорида калия оп-

Таблица

Результаты исследования калий-индуцированных аритмий сердца у крыс и их течение после предварительного

внутривенного введения новокаинамида и этацизина

№ Препараты Нарушения ритма сердца

гр и дозы n АВ-I-II степени АВ- III степени Внутри-желуд. блокады Желудоч. ЭА Кардио-плегия Выжило

1 Контрольная группа 5 - - - - - 5

2 KCl 1,5% р-р, 20 мг/кг 10 10

3 Новокаинамид 1%, 20 мг/кг и KCl 1,5%, 20мг/кг 10 10

4 Этацизин 0,25%, 4 мг/кг KCl 1,5%, 20мг/кг 10 10

Обозначения: АВ-1-11 - атриовентрикулярные блокады 1-11 степени; АВ-111 - атриовентрикулярные блокады III ст.; желудоч.ЭА -желудочковая экстрасистолическая аритмия; *- р< 0,05 в сравнении с 2-й группой; **- р<0,01 в сравнении с 2-й группой.

ределялась эмпирически путем постепенного увеличения объема 1,5% раствора хлорида калия, вводимого в бедренную вену в течение 2 с. Подбирался объем раствора, при котором нарушения ритма и проводимости регистрировались в течение 3-10 с. Интервал времени между внутривенными введениями хлорида калия одной крысе был не менее 15 мин и не более двух раз.

Животным 3-й группы (10 крыс) внутривенно вводили 1% раствор новокаинамида в дозе 20 мг/кг, а через 5 мин — 1,5% раствор хлорида калия в минимальной аритмогенной дозе. ЭКГ регистрировали до нормализации синусового ритма или гибели животного. Крысам 4-й группы (10 крыс) за 5 мин до введения хлорида калия производилась инфузия 0,25% раствора этацизина в дозе 4 мг/кг.

Статистическая обработка количественных показателей произведена по методу вариационной статистики с использованием коэффициента Стъюдента.

Результаты и обсуждение

Возникновение аритмогенных эффектов при ги-перкалиемии зависит от дозы препарата, его концентрации в растворе и скорости введения. У животных контрольной группы введение в вену физиологического раствора в таком объеме как крысам 2-4-й групп и с такой же скоростью не привело к появлению изменений ЭКГ. У всех крыс 2-й группы после болюс-ного введения минимальной аритмогенной дозы раствора хлорида калия на ЭКГ зарегистрированы атриовентрикулярные (АВ) и внутрижелудочковые блокады различных степеней и немногочисленные желудочковые экстрасистолы (табл.). Продолжительность нарушений ритма не превышала 10 с. Совершенно очевидно, что в патогенетическом механизме нарушений ритма сердца основную роль сыграла ги-пополяризация клеточных мембран, кратковременность которой определялась минимальной аритмо-генной дозой хлорида калия.

У животных 3-й группы, которым предварительно вводился 1% раствор новокаинамида, течение калий-индуцированных АС совершенно изменилось: через 3-4 с после введения хлорида калия зарегистрированы внутрижелудочковые и атриовентрикулярные (АВ) блокады и возникала кардиоплегия, которая продолжалась 1-3 мин. Затем появлялись редкие желудочковые комплексы идиовентрикулярного ритма, многочисленные экстрасистолы и короткие эпизоды пароксизмальной тахикардии. В течение 2-2,5 мин частота ритма у 6-ти крыс увеличивалась и идиовент-рикулярный ритм трансформировался в регулярную синусовую брадикардию. У 4-х крыс идиовентрику-лярный ритм прогрессивно замедлялся, дыхание прекращалось, и животные погибали. У животных 4-й группы после предварительного введения этацизина наблюдались такие же изменения ЭКГ. Смерть наступила у 6-ти крыс.

В качестве примера приводим ЭКГ крысы, у которой после внутривенной инфузии этацизина и последующего болюсного введения минимальной аритмо-генной дозы хлорида калия зарегистрированы карди-оплегия и гипополяризационные АС. Интересно, что необычно частая экстрасистолическая аритмия внезапно прекратилась после внутривенного введения 5% раствора сернокислой магнезии.

Следует отметить, что дозы новокаинамида и эта-цизина были завышены, поскольку возникновение аритмогенных осложнений зависит от концентрации ионов К+ в межклеточной жидкости и от дозы антиаритмического препарата. В отличие от клинических условий, при которых экстрацеллюлярную концентрацию ионов К+ у больных ИБС определить невозможно, в эксперименте аритмогенная доза калия была стабильной. Поэтому доза блокаторов натриевых каналов была избрана достаточно высокой, но не аритмогенной, т. е. в дополнительных исследованиях АС не были зарегистрированы в течение 45 мин после их внутривенного введения.

Анализ результатов проведенных исследований и изменения ЭКГ позволяют выделить четыре степени ги-пополяризации мембран кардиомиоцитов. К 1-й степени гипополяризации отнесены случаи, при которых после внутривенного введения минимальной дозы хлорида калия за 2 с у животных регистрируется замедление АВ- и внутрижелуд очко вой проводимости без нарушения ритма сердца; ко 2-й степени — те же изменения более выражены и появляются эктопические АС (экстрасистолические аритмии, пароксиз-мальные тахикардии и другие нарушения ритма). При 3-й степени гипополяризации у животных регистрируется кратковременная кардиоплегия, при которой при сохранении зубцов Р отсутствуют желудочковые комплексы. После возобновления комплексов QRS у животных появляется эктопическая пейсме-керная активность, что на ЭКГ проявляется единичными или групповыми экстрасистолами, короткими эпизодами трепетания или фибрилляции желудочков. Продолжительность кардиоплегии у разных крыс была от 2 с до 2-3 мин. При 4-й степени гипополяризации мембран возникает остановка сердца и гибель животных.

Известно, что одним из патогенетических механизмов АС при ИБС является повышение содержания ионов К+ в межклеточной жидкости и снижение его цитозольной концентрации. Установлено, что утечка лишь 1% ионов К+ из клетки повышает его содержание в межклеточной жидкости в 2 раза [7]. Совершенно очевидно, что при этом нарушается дальнейший выход ионов К+ из клеток, определенная часть положительно заряженных ионов задерживается в цитозоле, снижая уровень отрицательного заряда к концу фазы реполяризации, что ведет к уменьшению отрицательного значения потенциала покоя. Если у неповрежденных кардиомиоцитов потенциал покоя равен -90 —95 мВ, то снижение его до -60 мВ способствует активации потенциал-зависимых натриевых каналов и появлению внеочередных сокращений сердца. При более низких отрицательных значениях потенциала покоя (-30 —35 мВ) натриевые каналы инактивируются, натриевый ток сменяется медленным кальциевым током, способствуя замедлению проводимости и образованию эктопических очагов аритмогенеза по механизму re-entry [8-10]. Дальнейшее снижение негативности потенциала покоя приводит к инактивации как натриевых, так и кальциевых каналов. Возникает кратковременная кардиоплегия, продолжительность которой зависит от внеклеточной концентрации ионов К+. В кардиохи-рургических клиниках дозированная гиперкалиемия

используется для кратковременной остановки сердца. Мы полагаем, что гипополяризация мембран при острых коронарных синдромах может быть причиной внезапной смерти больных и без применения каких-либо лекарственных средств.

По-видимому, при внутривенном введении животным новокаинамида и этацизина снижается цито-зольная концентрация ионов №+, нарушается функция Ка+/К+-АТФазы и в клетку поступает недостаточное количество ионов К+. При этом возникает компенсаторная активация кальциевых каналов. Следовательно, в конечную фазу реполяризации (в фазу 3) из клеток уходит в межклеточную жидкость сравнительно мало ионов К+, что вызывает уменьшение негативности мембранного потенциала покоя. В зависимости от степени гипополяризации мембран возникает либо патологическая активация натриевых или кальциевых каналов, либо кардиоплегия, продолжительность которой зависит от степени гипопо-ляризации мембран [8,9].

Не претендуя на высокую точность определения степени гипополяризации мембран, отметим, что прижизненная регистрация гипополяризационных АС без вскрытия грудной клетки открывает новые возможности в изучении патогенеза внезапной смерти больных ИБС при лечении блокаторами натриевых каналов и другими фармакологическими средствами. Методика исследования гипополяризацион-ных АС может быть также использована для изучения патогенеза аритмогенных эффектов антиаритмических препаратов.

Выводы

1. Блокада натриевых каналов новокаинамидом и этацизином увеличивает степень гипополяризации мембран кардиомиоцитов, вследствие чего при введении минимальных аритмогенных доз хлорида калия возникают гипополяризационные нарушения ритма, кардиоплегия и гибель 50±8 % животных (р< 0,05).

2. При восстановлении ритма сердца после периода кардиоплегии у животных регистрируются гипо-поляризационные аритмии сердца (экстрасистолия, АВ- и внутрижелудочковые блокады, короткие эпизоды трепетания или фибрилляции желудочков), частота и продолжительность которых зависит от дозы блокаторов натриевых каналов.

3. Результаты проведенных экспериментов позволяют предположить, что у больных ИБС при лечении аритмий сердца блокаторами натриевых каналов в патогенезе внезапной смерти могут иметь решающее значение гипополяризационные нарушения ритма.

Литература

1. Сулимов В.А. «Сицилианский гамбит»: патофизиологический подход к медикаментозной антиаритмической терапии // Тер. архив.- 1999.- № 8.- С. 67-74.

2. Kastor J.A. (2000) Arrhythmias .W. Saunders Company, Philadelphia, 477 p.

3. Дядык А.И., Багрий А.Э., Приколота О.А. и др. Патогенез желудочковых нарушений ритма при остром инфаркте миокарда// Укр. медичн. часопис. - 2002.- № 3 (29).- С. 92-97.

4. Ягельський А. Запобтання раптово! смертк еволющя шдходав (Коментар)// Медицина свггу - 1999.- Т.4, ч.1.- С. 10-14.

5. The Cardiac Arrhythmia Suppression Trial (CAST) Investigators. Effect of encainide and flecainide on mortality in a randomized trial of arrhythmia suppression after myocardial infarction // New Engl. J. Med. - 1989. - Vol. 321. - P. 406-412.

6. The Cardiac Arrhythmia Suppression Trial II (CAST) Investigators. Effect of antiarrhythmic agent moricizine on survival after myocar-

dial infarction // Ibid. - 1992. - Vol. 327. - P. 227-233.

7. Ольбинская Л.И., Литвицкий П.Ф. Коронарная и миокарди-альная не достаточность. М.: «Медицина».-1986.- 266 с.

8. Гоффман Б., Крейнфилд П. Электрофизиология сердца. Пер. с англ. М.: Издательство иностранной литературы. — 1962.381 с.

9. Карагезиан Х.С., Мандел В.Дж. Электрофизиологические механизмы ишемических нарушений ритма желудочков: корреляция экспериментальных и клинических данных. В кн. Аритмии сердца. Механизмы, диагностика, лечение / Под ред. В.Дж.Мандела. В 3-х т. Пер. с англ. М.: «Медицина».- 1996.- Т. 1. - С. 263-303.

10. Суравиц Б. Связь между аномалиями электролитного состава и аритмией. В кн. Аритмии сердца. Механизмы, диагностика, лечение/ Под ред. В.Дж.Мандела. В 3-х т. Пер. с англ. М.: «Медицина».- 1996.- Т. 1. - С. 156-189.

Abstract

In laboratory rats, a minimal arrhythmogenic dose of 1,5% KCl solution (15 mg/kg) was injected intravenously in 2 seconds. Hypopolarization arrhythmias were registered in 3-10 seconds, followed by regular sinus rhythm. In experimental groups, the animals received a minimal arrhythmogenic dose of KCl in 5 minutes after intravenous infusion of 1% novo-cainamidum (20 mg/kg) or 0,25% ethacyzin (4 mg/kg). In all 20 rats, Na+ cannel blocker and KCl bolus administration resulted in cardioplegy; in every second animal, asystolia and death were registered (40% and 60%, respectively). Therefore, in coronary heart disease patients, receiving Na+ channel blockers, sudden death pathogenesis might be influenced by membrane hyperpolarization, due to Na+/K+-ATPase dysfunction, low cytosol concentration of K+ ions, and their decreased flow from the cells in final repolarization phase.

Keywords: Sudden death, cardiac arrhythmias, membrane hyperpolarization, hyperkaliemia, arrhythmogenic effects of antiarrhythmics.

Поступила 20/12-2005