Автореферат: Морфофункциональные характеристики синусно-предсердного узла сердца крысы

Условные обозначения: а) 4, 0, 3 - фазы потенциала действия; б) 1 - верхняя граница синусно-предсердного узла (-0.23±0.05 мм; p<0.05; n = 17); 2 - местоположение истинных клеток-водителей ритма; 3 - нижняя граница центральной части синусно-предсердного узла (около 0.3 мм); 4 - нижняя граница синусно-предсердного узла (0.7±0.10 мм; p<0.05; n = 17);

Количественные характеристики потенциалов действия клеток-водителей ритма синусно-предсердного узла сердца крыс и рабочих атриальных кардиомиоцитов, полученные с помощью аналого-цифрового преобразователя и компьютера приведены в Таблице 2.

Таблица 2. Параметры электрической активности (М±м) истинных клеток-водителей ритма (n = 61, P < 0.05), латентных клеток-водителей ритма сино-атриального узла сердца крыс (n = 126, P < 0.05) и рабочих перинодальных кардиомиоцитов правого предсердия крыс (n = 168, P < 0.05)

Истинные клетки-водители ритма синусно-предсердного узла сердца крыс характеризуются наличием фазы медленной диастолической деполяризации (фаза 4), плавным переходом из фазы медленной диастолической деполяризации в фазу начального быстрого подъема потенциала (фаза 0) и низкой скоростью начального быстрого подъема потенциала (Рис. 1). Форма потенциала действия истинных клеток-водителей ритма синусно-предсердного узла сердца крыс сходна с таковой у других исследованных млекопитающих - в течение реполяризации фазы 1, 2 и 3 сливаются в единую фазу (3). Как видно из Таблицы 2, помимо указанных характеристик истинные клетки-водители ритма характеризуются также низкими значениями максимального диастолического потенциала и амплитуды потенциала действия, близкой к нулю реверсией потенциала и значительной шириной пика потенциала действия.

Латентные клетки-водители ритма синусно-предсердного узла сердца крыс также имеют диастолический подъем, но переход из фазы 4 в фазу 0 становится резким, при этом увеличивается скорость нарастания потенциала в фазе 0 (Рис. 1, б; Таблица 2).

Синусно-предсердный узел со всех сторон окружен рабочей атриальной мускулатурой (Рис. 1, б; Таблица 2). Фаза 4 у атриальных кардиомиоцитов называется фазой покоя, поскольку медленный диастолический подъем как у истинных и латентных клеток-водителей ритма у них отсутствует. Формы потенциалов действия атриальных кардиомиоцитов различаются в разных регионах предсердия.

Сравнительный анализ электрофизиологических характеристик показывает, что латентные клетки-водители ритма имеют промежуточные характеристики между истинными клетками-водителями ритма и рядом расположенными рабочими атриальными кардиомиоцитами. При этом, здесь прослеживается четкая закономерность: чем дальше латентный пейсмекер располагается от центральной части узла, тем больше амплитуда его потенциала действия, максимальный диастолический потенциал, реверсия потенциала и тем меньше ширина пика потенциала действия.

Топографически синусно-предсердный узел сердца крыс располагается вдоль артерии синусно-предсердного узла, которая по своему диаметру и ее tunica media включает только 2 - 3 слоя гладких мышечных клеток.

Витальное окрашивание трипановым синим позволило отчетливо фиксировать ход артерии синусно-предсердного узла. Всего в процессе исследований выявлено 4 варианта хода этой артерии (Рис. 2).

Рис. 2. Варианты взаиморасположения истинных клеток-водителей ритма (звездочки), латентных клеток-водителей ритма (белые кружки) и рабочих атриальных кардиомиоцитов (черные точки) в привязке к артерии синусно-предсердного узла (АСПУ) на схеме передней поверхности правого предсердия.

а - отсутствие ветвления АСПУ, б - каудальное ветвление АСПУ, в - краниальное ветвление АСПУ (вариант отхождения более мелкого ствола от АСПУ), г - краниальное ветвление АСПУ (равное деление артерии), д - вариант расположения доминантного пейсмекерного региона в области каудального ветвления АСПУ. Обозначения: ПКрПВ - правая краниальная полая вена, КаПВ - каудальная полая вена, ПУ - правое ушко, стрелки - вспомогательные истинные КВР, стрелка с двойным хвостом - доминантный пейсмекерный регион.

Отсутствие видимого ветвления (Рис. 2,а) или каудальное ветвление (Рис. 2,б) (варианты, суммарно составляющие порядка 35% случаев) не указывало на положение доминантного пейсмекерного региона, которое в этих случаях определялось только электрофизиологически. Напротив, краниальное ветвление артерии, включающее варианты отхождения более мелкого ствола (Рис. 2,в) и равномерного деления артерии (Рис. 2,г) совпадало с электрофизиологически определяемым местом доминантного пейсмекерного региона (суммарно, порядка 65% случаев). В нескольких экспериментах доминантный пейсмекерный регион находился несколько выше дихотомии, но не более чем на 0.2 мм.

Одномерный анализ распределения клеток-водителей ритма с различными формами кривых потенциалов действия вдоль артерии синусно-предсердного узла выявил высокую степень полиморфности этих кривых (Рис. 1,б). Центральная часть синусно-предсердного узла представлена доминантным пейсмекерным регионом, включающим истинные клетки-водители ритма с формой потенциала действия, описанной ранее (Рис. 1,а,б), и латентных клеток-водителей ритма с точно такой же формой потенциала действия, отличающейся от формы потенциала действия истинной клетки-водителя ритма резким характером перехода из фазы 4 в фазу 0 и более высокими значениями крутизны нарастания потенциала в фазе 0 (Рис. 1,б - на 0.2 мм ниже нулевой точки). Вверх и вниз от центральной части синусно-предсердного узла вдоль артерии располагаются латентные клетки-водители ритма, формируя периферическую часть узла, окружающую центральную, причем в нижнем направлении узел вытянут гораздо больше, чем в верхнем. В среднем длина синусно-предсердного узла молодых крыс составляет около 0.9 мм, при этом центральная часть узла имеет длину около 0.3 мм.

Дальнейший, более подробный, двумерный анализ распределения клеток-водителей ритма и рабочих атриальных кардиомиоцитов (Рис. 2) подтвердил ранее полученные результаты, особенно в той части, что истинные и латентные клетки-водители ритма расположены в непосредственной близости к артерии синусно-предсердного узла. В ходе этих исследований было также показано, что в редких (единичных) случаях доминантный пейсмекерный регион располагается в месте низкого ветвления артерии синусно-предсердного узла (Рис. 2, д). Столь низкое (по ходу артерии синусно-предсердного узла) расположение доминантного пейсмекерного региона (стрелка с двойным хвостом) сопровождается несколькими значительно удаленными друг от друга очагами локализации вспомогательных истинных клеток-водителей ритма выше по ходу артерии. Не исключено, что такое мультифокальное расположение истинных клеток-водителей ритма может служить причиной возникновения аритмии.

Морфологическое обеспечение функционирования синусно-предсердного узла сердца крыс. «Градиентная» модель устройства узла против «мозаичной», доводы «за» и «против». В свое время на основании большого накопленного фактического электрофизиологического и морфологического материала сложилась «градиентная» модели синусно-предсердного узла [Boyett M.R. et al., 2000, Dobrzynski H. et al., 2007, Mangoni M.E. et Nurgeot J., 2008, Masson-Pevet M. et al., 1984]. Согласно этой модели имеется прогрессивный переход в размерах и электрических свойствах клеток-водителей ритма между центром синусно-предсердного узла и его периферией. Клетки центральной части синусно-предсердного узла - мелкие по размерам, и имеют собственную частоту генерации потенциалов действия и скорость нарастания потенциала в фазе 0 меньшие, чем у клеток периферии узла, которые, напротив, имеют более высокие показатели собственной частоты генерации потенциалов действия, крутизны нарастания потенциала в фазе 0 и промежуточные электрофизиологические характеристики между «чистыми» клетками-водителями ритма и рабочими предсердными кардиомиоцитами. Морфологически, при удалении от центральной части синусно-предсердного узла в клетках переходного типа в цитоплазме нарастает объемная доля миофибрилл, они становятся мощнее, длиннее и постепенно ориентируются вдоль длинной оси клетки. Форма клетки из веретенообразной трансформируется в цилиндрическую. В цитоплазме появляются цистерны саркоплазматического ретикулюма, а затем их объемная доля значительно возрастает к периферии. То же самое происходит и с Т-трубочками.

Другая модель устройства (условно назовем ее «мозаичной») была предложена E.E. Verheijck et al. [Verheijck E.E. et al., 1998, Verheijck E.E. et al., 2001]. Исследование морфологических и электрофизиологических характеристик ферментативно диссоциированных кардиомиоцитов синусно-предсердного узла сердца кролика выявило наличие трех морфологически различимых типов клеток, обладающих пейсмекерной активностью и различающихся собственными частотами генерации потенциалов действия и конфигурациями потенциалов действия. Четвертый тип клеток пейсмекерной активностью не обладал, и по морфологическим характеристикам и по параметрам потенциалов действия представлял собой рабочие предсердные кардиомиоциты. В противоположность «градиентной» модели здесь отсутствует преимущественность расположения мелких клеток в центральной части синусно-предсердного узла - все указанные клеточные типы, обладающие пейсмекерной активностью, равномерно распределены по объему узла. При этом, во всех частях синусно-предсердного узла эти клетки контактировали с рабочими предсердными кардиомиоцитами: минимальный процент рабочих кардиомиоцитов наблюдался в центре узла, к периферии доля рабочих кардиомиоцитов возрастала. Аналогичные результаты (по выраженности коннексинов Сх45, Сх40 и Сх43) были получены и на мышах.

Наши исследования двумерного распределения кардиомиоцитов с различными типами электрической активности на передней стенке правого предсердия показали, что зачастую между истинными и латентными клетками-водителями ритма практически на всех препаратах обнаруживаются кардиомиоциты с потенциалами действия, типичными для рабочих предсердных кардиомиоцитов (Рис. 2). Указанные выше наши электрофизиологические находки, формально согласующиеся с данными Verheijck E.E. et al., привели нас к необходимости более подробного исследования морфологической организации синусно-предсердного узла.

Подробный электронно-микроскопический анализ области синусно-предсердного узла сердца молодых крыс показал, что центральная часть узла представлена типичными нодальными клетками, которые представляют собой одноядерные клетки веретеновидной формы. Преимущественное направление их длинной оси - перпендикулярно оси артерии синусно-предсердного узла. Отличительной чертой этих клеток является наличие обширных участков «пустой» цитоплазмы, т.е. участков, в которых электронно-микроскопически не выявляется каких-либо оформленных структур, кроме отдельных свободных полирибосом или гранул гликогена. Сократительный аппарат в клетках центральной части узла представлен скудно: объемная доля миофибрилл мала, миофибриллы - короткие, обычно состоят всего из нескольких саркомеров, их ориентация не связана с длинной осью клетки. Типичные нодальные клетки преимущественно формируют соединения по типу «конец в конец». В этих местах наиболее представлены fasciae adherentes. Между ними обязательно обнаруживаются нексусы, их количество мало, и они имеют крайне малые размеры. Кроме того, в клетках центральной части узла полностью отсутствуют Т-трубочки и цистерны саркоплазматического ретикулюма.

Периферическая часть узла построена двумя морфологическими типами латентных клеток-водителей ритма - светлыми и темными, причем в непосредственной близости от типичных нодальных клеток могут располагаться как светлый, так и темный тип. По своим ультраструктурным показателям светлые латентные клетки-водители ритма стоят ближе к типичным нодальным клеткам, в то время как темные - к рабочим атриальным кардиомиоцитам. Оба клеточных типа контактируют с типичными нодальными клетками, находясь при этом в тесном соседстве. Не исключено, что они формируют параллельные независимые пути передачи возбуждения от истинных клеток-водителей ритма к рабочим атриальным кардиомиоцитам. По своей морфологии указанные клеточные в значительной степени соответствуют переходному клеточному типу.

Ближе к границе синусно-предсердного узла и рабочего предсердного миокарда располагаются латентные клетки-водители ритма, которые уже имеют цилиндрическую форму и преимущественное направление миофибрилл вдоль длинной оси клетки. Они все содержат уже значительное число специфических атриальных гранул и формируют боковые контакты. Однако, их диаметр невелик - 5-7 мкм, в их цитоплазме часто встречаются разнонаправленные миофибриллы, особенно, в околоядерной зоне. Граница узла представлена латентными клетками-водителями ритма, морфологически неотличимыми от рабочих атриальных кардиомиоцитов. Диаметр этих клеток достигает 10 мкм, их цитоплазма содержит плотно упакованные миофибриллы, направленные вдоль длинной оси клетки.

В завершение рассмотрения морфологических типов клеток, формирующих синусно-предсердный узел сердца крыс, следует совершенно определенно сказать, что ни в одном из исследованных нами препаратов, нами не было обнаружено никаких признаков присутствия рабочих атриальных кардиомиоцитов среди типичных нодальных клеток или даже среди клеток переходного типа. Действительно, мы видели взаимопроникновение пучков типичных нодальных клеток и клеток переходного типа, а также пучков клеток переходного типа и рабочих атриальных кардиомиоцитов, но при этом всегда сохраняется закономерность связей: типичные нодальные клетки > клетки переходного типа > рабочие атриальные кардиомиоциты. Отмеченные нами типичные потенциалы действия рабочих атриальных кардиомиоцитов на двумерной карте правого предсердия в действительности же наблюдались от тонкого субэпикардиального листка рабочего предсердного миокарда, снаружи прикрывающего синусно-предсердный узел и состоящего из двух - трех слоев типичных рабочих атриальных кардиомиоцитов.