Дестабилизация организованной структуры фибрилляции желудочков при реперфузии

Цель исследования — изучить влияние реперфузии на организованную частотно-амплитудную структуру фибрилляции желудочков (ФЖ) сердца собаки. 

Материалы и методы. Провели 4 опыта на 8 собаках. В каждом опыте изолированное сердце одной собаки перфузировали кровью второй (поддерживающей) собаки. В 4 опытах на изолированном искусственно перфузируемом сердце выполнили 6 эпизодов 3-минутной ишемии и 10-минутной реперфузии сердца при ФЖ (1–2 эпизода ишемии-реперфузии в одном опыте). Каждому эпизоду 3-минутной ишемии при ФЖ предшествовала 10-минутная перфузия сердца при ФЖ. Регистрировали электрограмму желудочков при ФЖ. Проводили частотно-амплитудный (спектральный) анализ 1-секундных отрезков электрограммы и определяли удельный вес (в %) осцилляций частотой 0,5–15 Гц в 10-секундных отрезках электрограммы в 6 эпизодах перфузии, ишемии и реперфузии при ФЖ (M±m, n=60). Стабильная частотно-амплитудная структура ФЖ при перфузии служила контролем, с которым сравнивали частотно-амплитудную структуру ФЖ при ишемии и реперфузии. Сравнение параметров ФЖ при перфузии, ишемии и реперфузии проводили по непараметрическому критерию Welch в среде «The R Project for Statistical Computing». 

Результаты. При перфузии сердца при ФЖ, служившей контролем, осцилляции частотой 9–10 Гц доминировали в частотно-амплитудной структуре ФЖ. В первые 30 сек ишемии частота и амплитуда доминирующих осцилляций ФЖ статистически значимо не изменялась по сравнению с контролем при перфузии сердца до ишемии при ФЖ. На 3-й мин ишемии частота доминирующих осцилляций снижалась до 6,5–7,5 Гц, а удельный вес осцилляций — до 26 %. На 1-й мин реперфузии частота доминирующих осцилляций возрастала до 13,5–14,5 Гц, но удельный вес осцилляций оставался сниженным до 26%, как на 3-й мин ишемии. На 2-й мин реперфузии частота доминирующих осцилляций снижалась до 9,5–10,5 Гц, а удельный вес доминирующих осцилляций возрастал до 33%. Частота и амплитуда доминирующих осцилляций стабилизировалась на 3–10-й мин реперфузии — осцилляции частотой 9–10 Гц составляли 32–33% спектральной мощности. 

Заключение. Реперфузия при ФЖ характеризуется транзиторной дестабилизацией организованной структуры ФЖ на 1-й мин реперфузии. Организованная структура ФЖ стабилизируется на 2–10-й мин реперфузии. Перфузию сердца при искусственно вызванной ФЖ можно использовать вместо кардиоплегии во время длительной кардиохирургической операции, это может повысить устойчивость оперируемого сердца к ишемии и предотвратить реперфузионные осложнения. 

1. Лебедев Д.С., Михайлов Е.Н., Неминущий Н.М., Голухова Е.З., Бабокин В.Е. Березницкая В.В., Васичкина Е.С ., и др. Желудочковые нарушения ритма. Желудочковые тахикардии и внезапная сердечная смерть. Клинические рекомендации 2020. Российский кардиологический журнал. 2021; 26 (7): 128-189. DOI:10.15829/1560-4071-2021-4600.

2. Narayan S.M., Wang P.J., Daubert J.P. New concepts in sudden cardiac arrest to address an intractable epidemic: JACC state-of-the-art review. J Am Coll Cardiol. 2019; 73 (1): 70–88. DOI:10.1016/j.jacc.2018.09.083.

3. Jenkins E.V., Dharmaprani D., Schopp M., Quah J.X., Tiver K., Mitchell L., Xiong F., et al. The inspection paradox: An important consideration in the evaluation of rotor lifetimes in cardiac fibrillation. Front Physiol. 2022; 13: 920788. DOI: 10.3389/fphys.2022.920788. PMID: 36148313

4. Rappel W.-J. The physics of heart rhythm disorders. Phys. Rep. 2022; 978: 1–45. DOI:10.1016/j.physrep.2022.06.003. PMID: 36843637

5. Huang J., Dosdall D.J., Cheng K.-A., Li L., Rogers J.M., Ideker R.E. The importance of Purkinje activation in long duration ventricular fibrillation. J Am Heart Assoc. 2014; 3 (1): e000495. DOI:10.1161/jaha.113.000495. PMID: 24584738

6. Venable P.W., Taylor T.G., Shibayama J., Warren M., Zaitsev A.V. Complex structure of electrophysiological gradients emerging during long-duration ventricular fibrillation in the canine heart. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2010; 299 (5): H1405–H1418. DOI:10.1152/ajpheart.00419.2010. PMID: 20802138

7. Гурьянов М.И. Организованная частотная структура электрокардиограммы при длительном развитии фибрилляции желудочков сердца в эксперименте. Современные технологии в медицине. 2016; 8 (3): 37-48. DOI:10.17691/stm2016.8.3.04.

8. Гурьянов М.И., Пусев Р.С., Гурьянова Н.М., Харитонова Е.А., Яблонский П.К. Организованная структура фибрилляции желудочков собаки при перфузии сердца в длительном эксперименте. Современные технологии в медицине. 2021; 12 (3): 26-30. DOI:10.17691/stm2020.12.3.03. PMID: 34795976

9. Noujaim S.F., Berenfeld O., Kalifa J., Cerrone M., Nanthakumar K., Atienza F., Moreno J., et al. Universal scaling law of electrical turbulence in the mammalian heart. PNAS/Proc Natl Acad Sci USA. 2007; 104(52): 20985–20989. DOI:10.1073/pnas.0709758104. PMID: 18093948

10. van der Weg K., Prinzen F.W., Gorgels A.P. Editor's Choice-Reperfusion cardiac arrhythmias and their relation to reperfusion-induced cell death. Eur Heart J Acute Cardiovasc Care. 2019; 8 (2): 142-152. DOI: 10.1177/2048872618812148. PMID: 30421619

11. Masse S., Farid T., Dorian P., Umapathy K., Nair K., Asta J., Ross H., et al. Effect of global ischemia and reperfusion during ventricular fibrillation in myopathic human hearts. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2009; 297(6): H1984-H1991. DOI:10.1152/ajpheart.00101.2009. PMID: 19820201

12. Bradley C.P., Clayton R.H., Nash M.P., Mourad A., Hayward M., Paterson D.J., Taggart P. Human ventricular fibrillation during global ischemia and reperfusion: paradoxical changes in activation rate and wavefront complexity. Circ Arrhythm Electrophysiol. 2011; 4(5): 684-691. DOI: 10.1161/CIRCEP.110.961284. PMID: 21841193

13. Gebhard M.-M., Bretschneider H.J., Schnabel P.A. Cardioplegia principles and problems. In: Physiology and pathophysiology of the heart. Developments in cardiovascular medicine. vol 90. Springer, Boston, MA; 1989: 655–668. DOI: 10.1007/978-1-4613-0873-7_32

14. Oñate B.C.P., Meseguer M.F.-M., Carrera E.V., Muñoz S.J.J., Alberola A.G., Álvarez J.L.R. Different ventricular fibrillation types in low-dimensional latent spaces. Sensors (Basel). 2023(5); 23; 2527. DOI:10.3390/s23052527. PMID: 36904731

15. The R Project for Statistical Computing. https://www.r-project.org/. Дата обращения 27.04.2023.

16. Haissaguerre M., Cheniti G., Hocini M., Sacher F., Ramirez F.D., Cochet H., Bear L., et al. Purkinje network and myocardial substrate at the onset of human ventricular fibrillation: implications for catheter ablation. Eur Heart J. 2022; 43(12): 1234–1247. DOI: 10.1093/eurheartj/ehab893. PMID: 35134898

17. Meo M., Denis A., Sacher F., Duchâteau J., Cheniti G., Puyo S. , Bear L., et al. Insights into the spatiotemporal patterns of complexity of ventricular fibrillation by multilead analysis of body surface potential maps. Front Physiol. 2020; 11: 554838. DOI: 10.3389/fphys.2020.554838. PMID: 33071814.

18. Marin W., Marin D., Ao X., Liu Y. Mitochondria as a therapeutic target for cardiac ischemia-reperfusion injury (Review). Int J Mol Med. 2021; 47 (2): 485-499. DOI:10.3892/ijmm.2020.4823. PMID: 33416090

19. Nelson D.L., Cox M.M. Oxidative phosphorylation and photophosphorilation. In: Lehninger principles of biochemistry. W.H. Freeman and Company; 2014: 707-772.

20. Zhao T., Wu W., Sui L., Huang Q., Nan Y., Liu J., Ai K., et al. Reactive oxygen species-based nanomaterials for the treatment of myocardial ischemia reperfusion injuries. Bioact Mater. 2022; 7: 47–72. DOI:10.1016/j.bioactmat.2021.06.006. PMID: 34466716

21. Davidson S.M., Adameová A., Barile L., Cabrera-Fuentes H.A., Lazou A., Pagliaro P., Stensløkken K.-O., et al. Mitochondrial and mitochondrial-independent pathways of myocardial cell death during ischaemia and reperfusion injury. J Cell Mol Med. 2020; 24(7): 3795–3806. DOI: 10.1111/jcmm.15127. PMID: 32155321

22. Krasniqi L., Ipsen M.H., Schrøder H.D., Hejbøl E.K., Rojek A.M., Kjeldsen B.J., Riber .P. Stone heart syndrome after prolonged cardioplegia induced cardiac arrest in open-heart surgery – a pilot study on pigs. Cardiovasc Pathol. 2022; 60: 107427. DOI:10.1016/j.carpath.2022.107427. PMID: 35436604

23. Aass T., Stangeland L., Moen C.A., Solholm A., Dahle G.O., Chambers D.J., Urban M., et al. Left ventricular dysfunction after two hours of polarizing or depolarizing cardioplegic arrest in a porcine model. Perfusion. 2019; 34(1): 67–75. DOI: 10.1177/0267659118791357. PMID: 30058944

24. Nakai C., Zhang C., Kitahara H, Shults C., Waksman R., Molina E.J. Outcomes of del Nido cardioplegia after surgical aortic valve replacement and coronary artery bypass grafting. Gen Thorac Cardiovasc Surg. 2023; 71(9): 491-497. DOI:10.1007/s11748-023-01914-x. PMID: 36843184

25. Abigail W., Aboughdir M., Mahbub S., Ahmed A., Harky A. Myocardial protection in cardiac surgery: how limited are the options? A comprehensive literature review. Perfusion. 2021; 36 (4): 338-351. DOI: 10.1177/0267659120942656. PMID: 32736492

26. Zandstra T.E., Notenboom R.G.E., Wink J., Kiès P., Vliegen H.W., Egorova A.D., Schalij M.J., et al. Asymmetry and heterogeneity: part and parcel in cardiac autonomic innervation and function. Front Physiol. 2021; 12: 665298. DOI: 10.3389/fphys.2021.665298. PMID: 34603069

27. Savchuk O.I., Skibo G.G. Characteristics of nervous tissue after modeling of focal cerebral ischemia in rats at different periods of reperfusion. Reports of Morphology. 2018; 24 (3): 58-64. DOI: 10.31393/morphology-journal-2018-24(3)-09.