Особенности гемодинамики и регуляции сердечного ритма в разные периоды ишемического инсульта

Острое нарушение мозгового кровообращения (ОНМК), провоцирующее сложный комплекс неврологических нарушений, не ограничивается мозгом. Возникающие при этом вегетовисцеральные дисфункции нарушают регуляцию сердечно-сосудистой системы, что значительно усугубляет неврологический дефицит после ишемического инсульта (ИИ) [1-4]. Более того, вегетативный дисбаланс регуляции функций сердца, индуцированный ИИ, является одной из причин смерти [1, 5]. Постинсультные неврологические нарушения, возникающие на фоне спровоцированной ими кардиальной патологии, характеризуются как «цереброкардиальный синдром» [6].

Несмотря на то что функциональная взаимо­обусловленность мозга и сердца давно стала очевидным фактом, нет единого мнения об угрозе повреждения сердца в разные периоды после ИИ. Недостаточно изучена зависимость постинсультных повреждений сердца от его функциональных возможностей. В значительной мере это связано с тем, что объективный анализ результатов клинических исследований осложняется большим разнообразием поражений мозга у разных пациентов, а также наличием у некоторых из них кардиальной патологии, возникшей до ИИ [7]. Поэтому изучение фундаментальных вопросов этой проблемы предполагает проведение не только клинических, но и доклинических исследований на адекватных моделях лабораторных животных, где возможно контролировать параметры ишемического повреждения мозга (тяжесть, локализация очага поражения, его площадь, глубина, объем и др.).

Цель настоящего исследования - изучение особенностей гемодинамики и вегетативной регуляции сердечного ритма в разные периоды после ИИ и выявление их связи с функциональными возможностями сердца.

Исследования проводили на крысах-самцах линии Wistar, массой 280-320 г. Животные были размещены в виварии по 5 в клетке, при естественных условиях освещения (день приблизительно 8 ч), со свободным доступом к воде и пище. Все исследования проведены в строгом соответствии с «Правилами лабораторной практики в Российской Федерации»^[1].

Функциональный тест. Перед началом исследований у всех животных определяли индивидуальные функциональные возможности миокарда, используя общепринятый стресс-эхокардиографический тест с добутамином [8]. Препарат вводили в состоянии легкой седации внутривенно капельно с помощью инфузомата (Braun Perfusor Compact, Германия) по протоколу введения 10⇒20⇒30⇒40⇒50⇒60⇒70 мкг/кг/мин. Продолжительность введения каждой дозы добутамина составляла 5 мин. В течение всего периода введения препарата регистрировали электрокардиограмму (ЭКГ) и оценивали вариабельность сердечного ритма (ВСР). С помощью эхокардиографии (ЭхоКГ) в В-, М-, PW-режимах рассчитывали сердечный выброс, минутный объем кровообращения, фракцию укорочения левого желудочка.

Фотоиндуцированный ишемический инсульт. Фокальный ИИ создавали у двух групп животных: с высокими и низкими функциональными возможностями сердца. Для этого использовали метод локального фотохимического тромбирования сосудов коры мозга [9, 10]. Над теменной областью коры левого полушария мозга в черепе (3 мм от брегмы и 3 мм латеральнее от средней линии) сверлили отверстие диаметром 2,5 мм, оставляя тонкую костную пластинку, через которую под бинокулярной лупой хорошо видны сосуды. Затем в хвостовую вену животного вводили фотосенситивное вещество - бенгальский розовый, около 0,1 мг/кг, разведенный в 0,9% NaCl. Спустя 5 мин в отверстие черепа вставляли световод диаметром 2 мм и включали лазер зеленой области спектра (530 нм). Плотность светового пучка составляла 0,64 Вт/см², время экспозиции - 15 мин. Бенгальский розовый фотоактивен под действием зеленого света. Фотохимическая реакция сопровождается перекисным окислением липидов мембран и повреждением эндотелия сосудов коры мозга, способствующих адгезии тромбоцитов и их агрегации до полной окклюзии сосудов в месте действия лазера. Данная модель позволяет контролировать тяжесть ИИ, локализацию очага поражения, его площадь и глубину [9]. У 5 крыс, которым инъецировали 20 мг/кг бенгальского розового, но не облучали лазером, изменений на магнитно-резонансной томографии (МРТ) не обнаружено.

Телеметрический мониторинг. Все виды телеметрического мониторинга проводили у свободно перемещающихся животных в режиме online c помощью беспроводной телеметрической системы («ADInstruments», Австралия), позволяющей проводить многодневную запись без малейшего беспокойства и стрессирования животных. Регистрацию и запись ЭКГ осуществлял трансмиттер (TR40BB), имплантированный в брюшную полость крысы. При этом один из электродов трансмиттера фиксировали к мечевидному отростку, другой - к грудино-подъязычной мышце. Мониторирование ЭКГ соответствовало III стандартному отведению. Телеметрический мониторинг артериального давления в аорте проводили с помощью трансмиттера (TR46SP), который регистрировал систолическое (АДс) и диастолическое (АДд) артериальное давление.

Операцию выполняли под общей анестезией смесью золетил, рометар (20 и 10 мг/кг соответственно), соблюдая правила асептики и антисептики. В течение 7 послеоперационных дней животным вводили кетонал и гентамицин.

Через 20 дней после операции моделировали ИИ, а через 1 сут (острый период ИИ), 5 сут (под­острый период) и 35 сут (восстановительный период) после фототромбирования сосудов [11] проводили временной, геометрический и спектральный анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР). Точность измерения интервалов R-R составила 1 мс, частота дискретизации 1024 Гц. При изучении ВСР проводили: 1) временной анализ сердечного ритма: частота сердечных сокращений (HR), среднее квадратичное отклонение (SDNN); 2) спектральный анализ: общая мощность спектра (TP), спектральная мощность высокочастотного (HF), низкочастотного (LF) и очень низкочастотного (VLF) компонентов ­с диапазоном частот 0,75-3 Гц, 0,02-0,75 Гц, <0,02 Гц соответственно, мощность спектра в диапазоне высоких частот в нормализованных единицах (HFnu), мощность спектра в диапазоне низких частот в нормализованных единицах (LFnu), а также симпато-вагального индекса (LF/HF).

Магнитно-резонансная томография. МРТ позволила осуществить визуальный контроль органических изменений головного мозга при фотоиндуцированном ИИ. Исследования проведены в Центре магнитной томографии и спектроскопии МГУ имени М.В. Ломоносова на томографе Bruker Biospec 70/30 с индуктивностью магнитного поля 7 Тл и диаметром индукционной катушки 72 мм. Протокол МРТ-сканирования описан ранее [12]. Он включает в себя Т1- и Т2-взвешенные изображения в коронарной и аксиальной проекциях (ИП - импульсная последовательность, SE - спиновое эхо и RARE - усиление релаксационного контраста, толщина среза 1,5 мм, разрешение 0,1 мм/пикс). Изображения обрабатывались с помощью программного обеспечения для работы с МРТ-изображениями: ImageJ, MRIcron, 3D-DOCTOR.

Эхокардиография. Ультразвуковое исследование сердца (ЭхоКГ) проводили с помощью эхокардиографа Mindray M5, датчик 10 МГц («Mindray», Китай). Конечно-диастолический и конечно-систолический размеры левого желудочка оценивали в М-режиме по парастернальной позиции с дальнейшим определением фракции укорочения. ЭхоКГ проводили в те же постинсультные периоды, что и ЭКГ (через 1, 5 и 35 сут после фототромбирования сосудов) [11].

Показатели гемодинамики в разные периоды после ИИ рассчитывали по общепринятым формулам [13]. Общее периферическое сопротивление (ОПСС) - по формуле Вецлера-Богера 80×(0,42× АДс+0,58×АДд)/СВ; легочное сосудистое сопротивление (ЛСС) - 80×СрДЛА/СВ; индекс ударной работы левого желудочка (ИУР ЛЖ) - 0,0136× УИ×АДср; скорость сердечного выброса (ССВ) - СВ/период изгнания. Среднее давление в легочной артерии (СрДЛА) определяли с помощью специальной таблицы по отношению времени ускорения потока в выносящем тракте правого желудочка к времени выброса. Среднюю скорость расслабления мио­карда (ССРМ) определяли как отношение диастолической экскурсии эндокарда к времени периода диастолического расслабления.

Статистический анализ проводили при помощи компьютерной программы Statistica 6.0. Исследуемые величины определяли как среднее арифметическое со стандартной средней ошибкой. Достоверность различий между средними значениями оценивали с помощью t-критерия Стьюдента.

Многочисленные клинические исследования свидетельствуют о том, что эффективность лечения больных с ИИ определяется не только отсутствием неврологических симптомов, но и других сопутствующих соматических нарушений, спровоцированных ИИ. Многие программы лечения инсульта акцентируют внимание на выявлении и предупреждении вторичной кардиальной патологии [14], которая может быть причиной внезапной сердечной смерти в разное время после неврологического восстановления. Так, без кардиопротективной терапии в течение 5 лет после постановки диагноза ИИ выживание больных с кардиальными повреждениями составляет 30-50% [1]. У некоторых пациентов в течение 10 лет после инсульта сердечная недостаточность может быть независимым предиктором смертности [4] или увеличивать риск возникновения повторного ИИ [7]. Высокий риск коронарных нарушений среди людей, переживших инсульт, сформировал представление о том, что инсульт должен рассматриваться как фактор, провоцирующий патологию сердца [1, 3, 4].

Вместе с тем у части больных, перенесших ИИ, не возникают серьезные вторичные осложнения сердца в постинсультный период. Поэтому некоторые авторы считают завышенной оценку риска коронарных нарушений в постинсультный период [15-17], хотя признают, что этот вопрос недостаточно изучен. Недавно Американская ассоциация сердца и инсульта указала на необходимость уточнить первостепенные причины, провоцирующие нарушения регуляции сердца при ИИ [18].

По-видимому, одной из главных причин может быть не только локализация в мозге очага поражения и его величина, но и функциональные возможности сердца. Для проверки данной гипотезы у животных с высокими (1-я группа) и низкими (2-я группа) функциональными возможностями сердца исследовали гемодинамику и вегетативную регуляцию сердечного ритма в разные периоды после ИИ, индуцированного фотохимическим эффектом бенгальского розового. В итоге возникало фокальное ишемическое поражение мозга с последующим некрозом (рис. 1).

Общепринятый стресс-тест с добутамином позволил выделить две группы животных: у 1-й ишемические изменения в миокарде возникали после введения добутамина в дозе 77±4,95мкг/кг/мин, а у 2-й - 54±3,08 мкг/кг/мин (рис. 2).

Анализ результатов исследования гемодинамики и ВСР не выявил различий соответствующих показателей у контрольных животных 1-й и 2-й групп.

Не обнаружено различий между группами и в остром периоде ИИ. Поэтому в табл. 1 и 2 соответствующие результаты представлены как средние значения двух групп.

В подостром периоде характер изменений гемодинамики у животных 1-й и 2-й групп был разным. Так, у животных с исходно высокими функциональными возможностями сердца, легочное сосудистое сопротивление (ЛСС) снижалось, однако ССВ была выше контрольного уровня. У животных с низкими функциональными возможностями сердца увеличение общего периферического сопротивления сосудов (ОПСС) и ЛСС происходило на фоне снижения (р<0,01) средней скорости расслабления миокарда (ССРМ). Последнее указывает на нарушение диастолической функции сердца. Однако в исследованных периодах ИИ у животных 1-й и 2-й групп статистически значимых изменений систолического, диастолического и среднего артериального давления не обнаружено.

Через 35 сут после ИИ (восстановительный период) у животных 1-й группы не выявлено изменений гемодинамики, тогда как у 2-й - сохранялось снижение (на 36%) ССРМ, свидетельствующее о пролонгированном нарушении диастолической функции сердца. Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что низкие функциональные резервы миокарда могут служить предпосылкой для постинсультных нарушений гемодинамики, которые сохраняются длительное время после ИИ.

Анализ ВСР позволил оценить динамику изменения вегетативной регуляции сердечного ритма в разные периоды после ИИ в зависимости от индивидуального потенциального резерва сердца. Ранее высказывалось предположение о том, что вероятность повреждения сердца после инсульта, по-видимому, индивидуальна для разных пациентов [19].

Результаты исследования ВСР (см. табл. 2) свидетельствуют о нарушении механизмов регуляции функций сердца в остром и подостром периодах. Однако статистически значимых различий между соответствующими показателями ВСР у животных 1-й и 2-й групп не обнаружено. Так, в остром и под­остром периодах у всех животных с ИИ происходит увеличение симпатовагального индекса, что отражает смещении баланса вегетативной регуляции сердца в сторону преобладания симпатических влияний. Подтверждением тому служит значительное уменьшение RMSSD (р<0,01), отражающее снижение активности парасимпатического звена вегетативной регуляции. При этом снижается (р<0,01) суммарный эффект вегетативной регуляции (SDNN), что увеличивает риск сердечно-сосудистых нарушений [20].

Уменьшение (р<0,001) общей мощности спектра в остром и подостром периодах у животных обеих групп также свидетельствует о сердечной дисфункции. Однако в подостром периоде возникают более глубокие нарушения. Об этом свидетельствует одновременное снижение активности симпатического и парасимпатического звеньев вегетативной регуляции (LF и HF-волн), а также более значительное, чем в остром периоде, снижение (р<0,01) общей мощности спектра. Причем доля низкочастотной составляющей (LF %) в суммарной мощности спектра превышала контрольный уровень, тогда как сверхнизкочастотной (VLF %) была снижена. Последнее может свидетельствовать о преимущественном нарушении в нейрогуморальном звене вегетативной регуляции. Проведенные ранее исследования показали, что вегетативная дисфункция и снижение ВСР являются предикторами повышенной сердечной смертности [21-23].

В восстановительном периоде у животных 1-й и 2-й групп обнаружен различный характер ВСР, что отражает особенности нейровегетативной регуляции сердечного ритма у животных с высокими и низкими функциональными возможностями сердца. Так, в отличие от ранних периодов инсульта, через 35 сут после ИИ у животных с высокими функциональными возможностями сердца увеличивается мощность спектра высокочастотного компонента (HF мс²), что отражает повышение активности парасимпатического звена регуляции. Остальные параметры ВСР возвращались к контрольному уровню. В отличие от этого низкие функциональные возможности миокарда у животных 2-й группы предопределяют негативное влияние на восстановление вегетативной регуляции сердца в постинсультный период. У этих животных сохраняется неблагоприятное нарушение баланса активности симпатической и парасимпатической нервной систем со смещением его в сторону симпатического звена регуляции. Об этом свидетельствуют не только высокие значения LF/HF, LF мс², но и уменьшение RMSSD. Это согласуется с данными клинических исследований пациентов в постинсультном периоде, в которых установлено, что у больных с плохим прогнозом отношение LF/HF выше, чем с хорошим [24].

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в восстановительном периоде ИИ у животных с низкими функциональными возможностями сердца сохраняется отклонение от нормы ряда показателей ВСР, имевшее место в остром и подостром периодах. У животных с высокими функциональными возможностями миокарда вегетативная регуляция сердца через 35 сут после ИИ восстанавливается. Это дает основание заключить: несмотря на то что в раннем постинсультном периоде не проявляются особенности нарушений вегетативной регуляции функций сердца, связанные с его функциональными возможностями, последние предопределяли разную перспективу восстановления у животных 1-й и 2-й групп через 35 сут после ИИ.

Таким образом, уже в подостром периоде ИИ обнаружены особенности постинсультной гемо­динамики у животных с высокими и низкими функцио­нальными возможностями сердца, причем у вторых изменения были более тяжелыми. Однако особенности ВСР проявлялись только в восстановительном периоде. Учитывая то, что у животных обеих групп тяжесть ИИ и локализация ишемического очага поражения были одинаковыми, можно утверждать, что риск постинсультных сердечно-сосудистых осложнений и перспектива их восстановления связаны не только с характером церебрального поражения (локализация очага, его величина и др.), но и индивидуальными функциональными возможностями миокарда. Кроме того, сопоставление особенностей изменения гемодинамики у животных 1-й и 2-й групп в подостром периоде с возможностями ее восстановления в соответствующих группах через 35 сут после ИИ дает основание полагать, что уже в подостром периоде характер гемодинамики может быть своеобразным маркером, отражающим перспективу восстановления сердечно-сосудистых нарушений, спровоцированных ИИ. Это свидетельствует о том, что для объективной оценки риска ранних постинсультных кардиальных осложнений и прогноза их восстановления, с учетом индивидуальных функциональных возможностей миокарда, недостаточно результатов ВСР. Основное внимание следует уделять комплексному исследованию гемодинамики с использованием тканевой допплеровской визуализации и других методов, позволяющих проводить более точную количественную оценку состояния сердечно-сосудистой системы уже в раннем постинсультном периоде.