ВПЛИВ ОРІЄНТАЦІЇ СЕРЦЯ В грудній клітці НА просторово-амплітудної характеристики КАРДІОЕЛЕКТРІЧЕСКОГО ПОЛЯ (МОДЕЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ)

1. бібліографічна посилання

1 Артеева Н.В. 1

1 Федеральне державне бюджетна установа науки Інститут фізіології Комі наукового центру Уральського відділення Російської Академії наук

Вплив орієнтації серця в грудній клітці на просторово-амплітудні характеристики кардіоелектріческого поля вивчено в рамках комп'ютерної моделі шлуночків серця собаки, заснованої на експериментальних даних. Модель дозволяє відтворювати послідовності де- і реполяризації шлуночків, а також кардіоелектріческое поле на поверхні тулуба з урахуванням реальної геометрії серця і торсу. Для вивчення впливу орієнтації серця на формування кардіоелектріческого поля був обраний період ST-T, для якого характерно стабільне, мало змінюється протягом усього періоду розподіл кардіоелектріческіх потенціалів. Орієнтацію серця в моделі варіювали, змінюючи кут нахилу поздовжньої осі серця у фронтальній і сагітальній анатомічних площинах від 0 до 90 градусів. Моделювання показало, що нахил серця в сагітальній площині істотно змінює амплітуди кардіоелектріческіх потенціалів, а нахил серця у фронтальній площині змінює як амплітуди потенціалів, так і їх розподіл на поверхні тулуба.

кардіоелектріческое поле

просторово-амплітудні характеристики

орієнтація серця

1. Азаров Я.Е. Гетерогенність реполяризації шлуночків серця тварин: дис. ... д-ра біол. наук. - Сиктивкар, 2009. - 279 с.

2. Артеева Н.В., Рощевская І.М., Витязь В.А., Шмаков Д.Н., Рощевская М.П. Вплив форми торсу і положення серця в грудній клітці на формування кардіоелектріческіх потенціалів на поверхні тулуба собаки // Бюл. експери. біол. мед. - 2005. - Т. 140, № 8. - С. 130-132.

3. Ахметзянова С.В., Кіблер Н.А., Потрібний В.П., Артеева Н.В., Шмаков Д.Н. Вплив антиортостатическом гіпокінезії на послідовність деполяризації, реполяризації міокарда і гемодинамічні показники серця собаки. // Известия КНЦ. - 2014. - № 1 (17). - С. 43-50.

4. Витязь В.А., Шмаков Д.Н., Антонова Н.А., Азаров Я.Е., Артеева Н.В., Харін С.Н., Потрібний В.П. Кореляція в часі процесу інтрамуральної шлуночків серця і розподілу потенціалів кардіоелектріческого поля собаки Canis Familiaris // Журн. Евола. биохим. физиол. - 2007. - Т. 43, № 4. - С. 362-365.

5. Титомир Л.І. Електричний генератор серця. - М .: Наука, 1980. - С. 371.

6. Arteyeva NV, Azarov JE, Vityazev VA et al. Action potential duration gradients in the heart ventricles and the cardiac electric field during ventricular repolarization (a model study) // J Electrocardiol. - 2015. - V. 48, № 4. - P. 678-685.

7. Nguyеn UC, Potse M., Regoli F. et al. An in-silico analysis of the effect of heart position and orientation on the ECG morphology and vectorcardiogram parameters in patients with heart failure and intraventricular conduction defects // J Electrocardiol. - 2015. - V. 48, № 4. - P. 617-625.

8. Sathananthan G., Aggarwal G., Zahid S. et al. Computed tomography-guided in vivo cardiac orientation and correlation with ECG in individuals without structural heart disease and in age-matched obese and older individuals // Clin Anat. - 2015. - V. 28, № 4. - P. 487-493.

Відображення електричної активності серця на кардіоелектріческое поле, реєстроване на поверхні тулуба, в істотному ступені залежить від внесердечних факторів, які можна розділити на два типи. Фактори першого типу, пов'язані з електричною неоднорідністю і обмеженістю торса як об'ємного провідника, впливають в основному на амплітудні характеристики поля, надаючи «масштабуючий ефект» на величину кардіоелектріческіх потенціалів [5]. Фактори другого типу пов'язані з геометричними характеристиками серця і торсу. Раніше нами було показано, що форма поверхні торсу не робить істотного впливу на формування кардіоелектріческого поля [2]. Найбільший вплив на кардіоелектріческое поле надають положення і орієнтація серця в грудній клітці [7]. Зокрема, недавні клінічні дослідження показали, що навіть незначні відмінності в нахилі поздовжньої анатомічної осі серця можуть викликати суттєві зміни в напрямку електричної осі серця [8]. Оскільки напрямок поздовжньої анатомічної осі серця варіює як у людини, так і у експериментальних тварин, що використовуються в електрокардіологічний дослідженнях, для більш точної інтерпретації даних вимірювання кардіоелектріческіх потенціалів необхідні точні знання про те, як орієнтація серця в грудній клітці впливає на формування кардіоелектріческого поля на поверхні тулуба .

Мета цієї роботи - вивчити вплив нахилу поздовжньої осі серця щодо поздовжньої осі торса у фронтальній і сагітальній анатомічних площинах на просторово-амплітудні характеристики кардіоелектріческого поля.

методи

Дослідження проводили в рамках дискретної комп'ютерної моделі електричної активності шлуночків серця і формування кардіоелектріческого поля, заснованої на експериментальних даних [6]. Модель дозволяє відтворювати послідовності активації і реполяризації шлуночків, а також кардіоелектріческіе потенціали на поверхні тулуба з урахуванням форми і взаємного просторового розташування серця і торсу.

Положення початкових вогнищ активації і розподіл тривалостей потенціалів дії в шлуночках задавали на основі даних багатоканального синхронного картування кардіоелектріческіх потенціалів на поверхні тулуба, епікарді і в інтрамуральних шарах шлуночків серця собаки [3,4]. Форму шлуночків, форму поверхні торсу і положення геометричного центру шлуночків в грудній клітці, а також співвідношення величин серця і торса задавали на основі вимірів у собак. Потенціал в точці спостереження на поверхні тулуба обчислювали як суму потенціалів, що генеруються окремими осередками моделі; кожна клітинка моделі представляла собою диполь, дипольний момент якого дорівнював градієнту потенціалу дії між даною коміркою і сусідніми осередками в даний момент часу. Сумарний електричний вектор обчислювали як суперпозицію всіх елементарних диполів моделі. При моделюванні кардіоелектріческіх потенціалів провідне середовище тіла розглядали як однорідний необмежений провідник.

Мал. 1. Напрямок повороту поздовжньої осі серця у фронтальній (А) і сагіттальльной (Б) площинах

Cranial - краніальному напрямку, caudal - каудальное напрямок, ventral - вентральна поверхня торса, dorsal - дорсальная поверхню торса, φ і θ - кути нахилу поздовжньої осі серця у фронтальній і сагітальній площинах, відповідно.

Орієнтацію серця в моделі варіювали, послідовно змінюючи кут нахилу поздовжньої осі серця у фронтальній і сагітальній анатомічних площинах від 0 до 90 градусів (Рис. 1). Як амплітудної характеристики кардіоелектріческого поля розглядали амплітуду Т-хвилі, як просторової характеристики - розподіл потенціалу на поверхні тулуба.

Результати дослідження

Вплив орієнтації серця на формування кардіоелектріческого поля вивчали на прикладі періоду реполяризації шлуночків (ST-T період). В результаті гетерогенності реполяризації в шлуночках серця формується сумарний електричний вектор реполяризації, який генерує на поверхні тулуба стабільне, мало змінюється протягом часу розподіл кардіоелектріческіх потенціалів.

Сумарний електричний вектор реполяризації в шлуночках серця, змодельований при нормальній послідовності реполяризації шлуночків у собаки, був направлений вправо (від лівого шлуночка до правого) і вниз (від заснування шлуночків до їх верхівці). Відповідно, при вертикальній орієнтації серця (коли напрямок поздовжньої осі шлуночків збігалося з напрямком поздовжньої осі торса) розподіл потенціалу на поверхні тулуба було краніокаудальном, з позитивною каудальной і негативною краніальної областями, а позитивний екстремум був розташований правіше, ніж негативний (Рис. 2). Зміни в орієнтації серця в моделі викликали зміна як амплітудних, так і просторових характеристик кардіоелектріческого поля на поверхні тулуба.

Поворот поздовжньої осі серця у фронтальній площині. При повороті поздовжньої осі серця у фронтальній площині мали місце кардинальні зміни в розподілі потенціалів на поверхні тулуба (Рис. 2, А). У міру збільшення кута нахилу область негативних потенціалів зміщалася вправо і в результаті стала займати більшу частину вентральної поверхні грудної клітки; відповідно, негативний екстремум також зміщувався вправо, з дорсально-бічній поверхні торсу на вентральную поверхню. Область позитивних потенціалів зміщалася вліво, на дорсальну поверхню тулуба, при цьому положення позитивного екстремуму було відносно стабільним. При повороті більш ніж на 60 ° мала місце часткова інверсія в розподілі потенціалів на поверхні тулуба.

В результаті змін в розподілі потенціалів на поверхні тулуба змінювалися амплітуда і полярність Т-хвилі. На більшій частині поверхні тулуба Т-хвиля була інвертована (Рис. 2, А і 3, А).

Мал. 2. Розподіл потенціалу на поверхні торсу в момент піку Т-хвилі, змодельованої при різному нахилі поздовжньої осі серця у фронтальній (А) і сагітальній (Б) площинах

Ліва половина карт відповідає вентральній, права - дорсальній поверхні торсу. На картах у вигляді точки позначено положення відведення V1, а також екстремумів потенціалу (знаками "+" і "-"). Шкала потенціалів показана в нижній частині малюнка. φ і θ - кути нахилу поздовжньої осі серця у фронтальній і сагітальній площинах, відповідно.

Поворот поздовжньої осі серця в сагітальній площині. Поворот серця в сагітальній площині (в результаті якого верхівка серця наближалася до поверхні грудної клітки, а підстава серця відхилялося назад) суттєво збільшував амплітуду Т-хвилі на вентральній поверхні грудної клітки (Рис. 3, Б). Так, зміна нахилу поздовжньої осі серця від 0 ° до 30 ° збільшувало амплітуду Т-хвилі у відведенні, відповідному прекордіальних відведення V1 у людини, більш ніж в два рази. При подальшому повороті серця в сагітальній площині (від 30 ° до 90 °) амплітуда Т-хвилі продовжувала збільшуватися, але вже в меншому ступені.

Мал. 3. Амплітуда Т-хвилі у собаки (у відведенні, аналогічному прекордіальних відведення V1 у людини), змодельована при різному куті нахилу поздовжньої осі серця в сагітальній (А) і фронтальною (Б) площинах

При повороті серця в сагітальній площині, на відміну від повороту у фронтальній площині, розподіл потенціалу на поверхні тулуба змінювалося незначно (Рис. 2, Б). Позитивний екстремум залишався приблизно на тому ж самому місці, а негативний зміщувався ближче до середини дорсальній поверхні.

Обговорення

Перевага модельного підходу до вивчення впливу орієнтації серця на формування кардіоелектріческого поля на поверхні тулуба очевидно: в експерименті вкрай важко змінити орієнтацію серця в грудній клітці, і тим більше неможливо послідовно, з рівним інтервалом змінювати кут нахилу серця в окремих анатомічних площинах, зберігаючи при цьому вихідні фізіологічні умови; в той же час моделювання надає практично необмежені можливості для дослідження.

Дана робота є продовженням нашого попереднього дослідження [2]. У попередній роботі при вивченні впливу форми торсу і положення серця в грудній клітці на формування кардіоелектріческого поля ми обмежилися двома варіантами орієнтації серця і форми торсу. Нами було показано, що орієнтація серця в значно більшою мірою впливає на формування кардіоелектріческого поля, ніж форма торса, проте даний висновок мав досить узагальнений характер.

У цій роботі ми більш детально досліджували вплив орієнтації серця на формування кардіоелектріческого поля. Нахил поздовжньої осі серця покроково змінювали в широкому діапазоні у фронтальній і сагітальній площинах, оскільки саме в цих напрямках спостерігається відхилення поздовжньої осі серця як у людини, так і у таких експериментальних тварин, як кішка, собака, кролик. Моделювання показало, що нахил серця в різних анатомічних площинах по-різному змінює кардіоелектріческое поле: нахил в сагітальній площині змінює в основному амплітуди потенціалів, а нахил серця у фронтальній площині змінює як амплітуди потенціалів, так і їх розподіл на поверхні тулуба.

Отримані результати сприяють кращому розумінню механізмів формування кардіоелектріческого поля. Зокрема, вони пояснюють схожість кардіоелектріческого поля, що формується в ST-T період на поверхні тулуба собаки, кролика і кішки, незважаючи на істотні відмінності в послідовності реполяризації епікардіальние поверхні шлуночків серця у цих тварин [1]. Згідно з результатами моделювання, цей феномен обумовлений відмінностями в орієнтації серця: у кролика і кішки орієнтація серця у фронтальній площині близька до вертикальної, а у собаки нахил серця у фронтальній площині складає близько 30 °; в результаті цього по-іншому спрямований сумарний вектор реполяризації у собаки генерує кардіоелектріческое поле, схоже на поле у ​​кішки і кролика.

Незважаючи на те, що представлені результати отримані в рамках моделі собаки, вони досить універсальні і можуть бути використані при аналізі кардіоелектріческого поля як у інших видів тварин, так і у людини.

висновок

Моделювання показало, що нахил серця в сагітальній площині істотно змінює амплітуди кардіоелектріческіх потенціалів, а нахил серця у фронтальній площині змінює як амплітуди потенціалів, так і їх розподіл на поверхні тулуба.

бібліографічна посилання

Артеева Н.В. ВПЛИВ ОРІЄНТАЦІЇ СЕРЦЯ В грудній клітці НА просторово-амплітудної характеристики КАРДІОЕЛЕКТРІЧЕСКОГО ПОЛЯ (МОДЕЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ) // Сучасні проблеми науки та освіти. - 2017. - № 2 .;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=26252 (дата звернення: 05.07.2019).

Пропонуємо вашій увазі журнали, що видаються у видавництві «Академія природознавства»

(Високий імпакт-фактор РИНЦ, тематика журналів охоплює всі наукові напрямки)