УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2009, том 40, № 4, с. 21-41
УДК 591.112.1
МЕХАНИЗМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РЕГУЛЯЦИИ СИНОАТРИАЛЬНОГО УЗЛА МЛЕКОПИТАЮЩИХ
Д.В. Абрамочкин1'2, Г.С. Сухова1, Л.В. Розенштраух2
1Московский Государственный Университет им.М.В.Ломоносова 2Институт Экспериментальной Кардиологии ФГУ РКНПК Росмедтехнологий
В обзоре рассмотрены современные данные о механизмах автоматии синоатриального узла - первичного пейсмекера сердца млекопитающих. Описаны сведения о ионных токах, обеспечивающих автоматическую генерацию возбуждения в клетках синоатриального узла, обсуждается роль процессов внутриклеточного кальциевого обмена в обеспечении автоматической активности. Особое внимание уделяется различиям между центральной и периферической частями синоатриального узла, связанному с ними феномену миграции пейсмекера в пределах синоатриального узла и его возможной роли в регуляции синусного ритма. Рассмотрены механизмы изменения синусного ритма под действием ацетилхолина и норадреналина.
Ключевые слова: синоатриальный узел, пейсмекер, ионные токи, автоматия, ацетилхолин, норад-реналин.
1. ВВЕДЕНИЕ
Механизмы автоматии сердца издавна были предметом физиологических исследований. В конце XIX в. был установлен миогенный характер автоматии сердец позвоночных животных. У представителей разных классов позвоночных пейсмекер сердца, то есть структура, обеспечивающая ритмическую генерацию возбуждения, имеет свои особенности строения и функционирования. У млекопитающих роль первичного пейсмекера выполняет САУ, специализированная структура, располагающаяся в месте впадения полых вен в полость правого предсердия. Понимание механизмов функционирования САУ млекопитающих имеет важное значение для борьбы с нарушениями сердечного ритма, связанными с дисфункцией САУ. Поэтому в последнее время интенсивно ведутся исследования механизмов автоматии САУ, нервной и гуморальной регуляции его работы. В данном обзоре рассмотрены сведения об анатомическом строении САУ млекопитающих, ионных механизмах автоматии САУ, механизмах холинергической и адренергической регуляции пейсмекерной функции на молекулярном, клеточном и тканевом уровне.
2. СТРОЕНИЕ САУ
САУ располагается у млекопитающих в так называемой межвенной области - участке правого предсердия, находящемся между верхней и ниж-
ней полыми венами. С одной стороны этот участок ограничен пограничным гребешком, особым мышечным образованием, отделяющим межвенную область от рабочего миокарда ушка правого предсердия. С другой стороны межвенная область граничит с межпредсердной перегородкой. САУ -продолговатая структура, вытянутая вдоль пограничного гребешка (рис. 1). Размер САУ варьирует от 1,5 х 0,5 мм у мыши до 40 х 15 мм у кашалота [66, 100] у человека по разным оценкам САУ имеет от 7 до 15 мм в длину и от 2 до 5 мм в ширину
Ао I SVC Г\
и
\ // RV J \JVC --
Рис. 1. Расположение САУ в сердце кролика (вид сердца сверху справа). RA - ушко правого предсердия, SVC - верхняя полая вена, IVC - нижняя полая вена, RV- правый желудочек, PV- легочная вена, PA - легочная артерия, Ao - аорта [41].
Рис. 2. САУ 24-летнего мужчины в поперечном разрезе. Границы САУ обозначены черной линией. В центре САУ - просвет артерии САУ. Верхняя поверхность - эпикардиальная, нижняя - эндокардиальная [102].
[64, 65]. Размер сильно зависит от величины и возраста особи.
Толщина стенки межвенного синуса, содержащей в себе САУ, составляет 0,1 мм у крысы и около 1,5 мм у человека. У мелких животных, например, грызунов и кроликов, САУ лежит непосредственно между эндокардом и эпикардом, занимая практически всю толщу стенки [100]. У крупных животных САУ полностью отделен от эпи- и эндокарда слоями рабочего миокарда, соединительной ткани и жира (рис. 2) [64, 65, 101, 102, 103]. Питание ткани САУ у мелких животных (кролики, крысы) идет главным образом за счет диффузии, в меньшей степени - за счет мелких артериол. У крупных млекопитающих главную роль в питании САУ играет артерия САУ [100, 102], а препарат САУ сохраняет жизнеспособность только в условиях перфузирова-ния артерии. Эти обстоятельства сильно затрудняют эксперименты на САУ крупных млекопитающих, поэтому большая часть физиологических исследований САУ выполнена на кроликах.
САУ содержит в своем составе кардиомио-циты, фибробласты, волокна коллагена, а также нервные элементы - парасимпатические пре-ганглионарные и постганглионарные волокна и
ганглии, симпатические постганглионарные волокна. Доля соединительной ткани варьирует от 50 до 80% от массы САУ в зависимости от вида животного [100, 101, 103, 105, 107], при этом у крупных млекопитающих доля коллагена в САУ больше, чем у мелких. Соединительная ткань образует барьер с одной стороны между тканью САУ и межпредсердной перегородкой, а с другой стороны - между САУ и пограничным гребешком. Соединительная ткань играет в данном случае роль блока на пути распространения возбуждения в латеральном направлении [19, 20].
Кардиомиоциты САУ разделяют как правило на две группы: собственно синусные клетки, также называемые бледными клетками, и промежуточные клетки [64, 65]. У крупных млекопитающих САУ состоит из небольших кластеров бледных клеток, в каждом кластере - по 3-4 клетки. Эти кластеры разделены тонкими соединительнотканными прослойками и соединены друг с другом промежуточными клетками. Бледные клетки имеют хорошо выраженное ядро и слабо развитый сократительный аппарат, на срезе их форма выглядит как неправильно-округлая. Напротив, промежуточные клетки представляют собой волокна с более развитым сократительным
аппаратом, то есть переходную форму между волокнами рабочего миокарда предсердий и бледными клетками. У крупных млекопитающих они присутствуют во всей толще САУ, соединяя кластеры бледных клеток, ближе к периферии их количество увеличивается [64, 66, 119]. В САУ кроликов и грызунов наблюдается более простая организация: промежуточные клетки расположены исключительно на периферии, а вся центральная часть занята бледными клетками [79, 90, 127]. Таким образом, уже на гистологическом уровне в САУ можно выделить центральную часть, состоящую в основном из типичных узловых кардиомиоцитов, и периферию, большую часть которой занимают промежуточные клетки. Далее мы покажем, что центр и периферия САУ различаются также по экспрессии различных ионных каналов, рецепторов, коннексинов, по иннервации и другим важным функциональным параметрам.
+40 г ^
-80
JCaL
¡СаТ
3. БИОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ КЛЕТОК САУ
3.1. Особенности электрической активности в САУ млекопитающих
Первая внутриклеточная регистрация электрической активности САУ с использованием микроэлектродной техники была проведена в 1955 г. [136]. Уже первые исследования показали, что по свойствам электрической активности клетки САУ резко отличаются от волокон рабочего миокарда. В рабочем миокарде наблюдается стабильный МП величиной около -80 мВ. В типичной клетке САУ отсутствует стабильный МП, в промежутках между завершением фазы реполяризации одного ПД и началом фазы деполяризации следующего ПД наблюдается плавное уменьшение потенциала от максимального значения, которое принято называть МДП, до порогового потенциала, при котором происходит запуск генерации следующего ПД. Этот процесс постепенной деполяризации клеток САУ в покое называется МДД. МДП в САУ кролика составляет около -55-60 мВ [136]. После достижения порогового потенциала начинается фаза деполяризации ПД. В отличие от рабочего миокарда, овершут в САУ достигает величины не более 1-2 мВ. Величина скорости нарастания переднего фронта ПД в клетках САУ составляет от 2-3 мВ/мс в центре САУ до 50 мВ/мс на периферии по сравнению с 150-200 мВ/мс в рабочем миокарде. Эти особенности фазы деполяризации ПД объясняются отсутствием в центральной части САУ натриевых каналов, деполяризация обес-
'Na
JKr
'Кs
iNaCa
lf
50 пА
200 мс
Рис. 3. Некоторые токи, обеспечивающие электрическую активность в клетках САУ кролика. ICaL - медленный кальциевый ток, ICaT - транзиторный кальциевый ток, Ist - продолжительный входящий ток (sustained inward current), INa - быстрый натриевый ток (практически не выражен), 1кг - быстрый калиевый ток задержанного выпрямления, IKs -медленный калиевый ток задержанного выпрямления, INaCa - ток натрий-кальциевого обменника, f - ток, активируемый гиперполяризацией [99].
печивается за счет медленного кальциевого тока ICaL, который в рабочих кардиомиоцитах отвечает за фазу плато. Поскольку овершут в волокнах САУ не выражен, реполяризация включает только
одну фазу. Отметим, что в выделенных клетках САУ наблюдается сходная конфигурация электрической активности, однако МДП и овершут могут достигать больших значений (рис. 3).
Каждая фаза цикла электрической активности САУ обусловлена определенными ионными токами. Исходно предполагалось, что пейсмекер-ная активность формируется двумя токами - деполяризующим кальциевым и реполяризующим калиевым, причем МДД возникает за счет уменьшения калиевого тока после завершения фазы реполяризации ПД [42]. Теперь выяснено, что всего в формировании пейсмекерного типа электрической активности в клетках САУ участвует более 10 токов. Начало МДД обеспечивается за счет активации натриевого пейсмекерного тока 1р активируемого гиперполяризацией, а также уменьшения калиевой проводимости [87]. В завершении МДД принимают участие транзитор-ный кальциевый ток /СаГ и ток Ка-Са обменника. За счет этих токов достигается пороговое значение МП, при котором происходит активация кальциевых каналов /СаХ и начало фазы деполяризации ПД. Рассмотрим подробнее ионные механизмы автоматии САУ. Названия ионных токов приводятся в соответствии с традиционной системой обозначений токов, изоформы каналов -согласно новой генетической классификации канальных белков.
3.2. Токи, отвечающие за фазу деполяризации ПД
Наибольшую роль в генерации ПД в клетках САУ кролика играет медленный кальциевый ток Х-типа (1СаХ) [87]. /СаХ формирует передний фронт ПД в клетках центральной части САУ, в отличие от клеток рабочего миокарда, где фаза деполяризации обусловлена быстрым натриевым током. Это легко п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.