Техника перевязки венечных артерий
Техника перевязки венечных артерий у крыс ювелирная. У крыс они располагаются в толще миокарда на глубине 1,0—1,5 мм. Обычно используют чрезгрудинный доступ и перевязывают переднюю межжелудочковую ветвь левой венечной артерии при помощи специальных инструментов под левым ушком (А. X. Коган, 1979).
Основной недостаток метода перевязки венечной артерии — необходимость проведения травматичной операции под наркозом, которая оказывает влияние на течение инфаркта миокарда. Поэтому целесообразно разделять во времени оперативный подход к сердцу и перевязку венечной артерии (В. В. Фролькис и соавт.> 1962). Для перевязки либо пережатия артерии в отдаленные сроки после операции предложены различные конструкции петель, заключенных в проводящие гибкие трубки и упорные приспособления (Ю. С. Чечулин и соавт., 1973; J. D. Hill и соавт., 1972), гидравлические и пневматические зажимы (Г. Ф. Стрелков и соавт., 1969) и металлические зажимы (А. М. Хилькин, В. А. Светлов, 1979). Наружные части зажимов фиксируются к коже. Опыт показал, что, вероятно, лучшим из этих устройств является малогабаритный зажим, сдавливающий венечную артерию при раздувании баллона (А. П. Нещерет, 1967). Он меньше других механически травмирует сердце, так как давление в баллоне повышается через гибкий полиэтиленовый катетер. Манжетка для временной окклюзии венечной артерии разработана Е. Khouri и D. E. Gregg (1967).
Недостатками всех зажимов, имеющих выводы на поверхность грудной клетки, являются травматизация животного и прямое действие самого устройства на сердце и легкие, возможность распространения инфекции вдоль канала и образование пролежней. Однако эти устройства позволяют произвольно управлять ходом эксперимента и освобождать венечную артерию, градуированно ее стенозировать.
Методом выбора для медленного стенозирования венечной артерии, вероятно, является использование амероида. Последний состоит из двух разрезных колец: внутреннего казеинового и наружного металлического. Амероид надевается на венечную артерию. Внутреннее казеиновое кольцо разбухает в течение нескольких недель и сдавливает артерию вплоть до полного перекрытия ее просвета.
Течение инфаркта миокарда
Можно полагать, что быстрое восстановление функций является существенным отличием инфаркта миокарда у экспериментальных животных (В. В. Фролькис и соавт., 1962). У человека инфаркт миокарда протекает тяжело, восстановление основных функций продолжается несколько недель. Это можно объяснить тем, что у животных инфаркт миокарда моделируется на здоровом сердце. Однако основная причина различий заключается не только в больших возможностях восстановления функций в здоровом организме. Сердце человека выполняет большую работу из-за вертикального положения и большей массы тела. При переходе в горизонтальное положение у здоровых людей минутный объем сердца возрастает на 20—30 %. Но, видимо, главная причина различий заключается в том, что площадь поражения миокарда при перевязке передней межжелудочковой ветви левой венечной артерии на 2—3 см ниже бифуркации относительно невелика.
Мы предприняли попытку сравнить тяжесть задне-бокового инфаркта у человека и собаки при приблизительно одинаковой площади поражения миокарда. По понятным причинам это не удалось сделать количественно. Сложилось, однако, впечатление, что у собак острый период инфаркта протекает тяжелее, более выражены нарушения ритма и высокая летальность. У собак со здоровым сердцем более значительны рефлекторные нарушения деятельности сердца и адренергические компоненты патогенеза аритмий. У людей с атеросклерозом в течение болезни рефлекторные реакции при раздражении рецепторов сердца уменьшаются, развивается коллатеральное кровообращение. Степень нарушений кардио- и гемодинамики у таких больных в острый период инфаркта может быть уменьшена, но процесс восстановления затягивается. Неудовлетворительное исходное состояние миокарда увеличивает возможность развития сердечной недостаточности. Острый период инфаркта у молодых людей также протекает тяжелее (Л. Т. Малая и соавт., 1981).
У кроликов перевязка венечных артерий проводится с использованием чрезгрудинного доступа. Герметичность плевральной полости может быть сохранена, и операцию проводят без искусственной вентиляции легких.
Перевязка передней ветви левой коронарной артерии
Перевязка передней ветви левой коронарной- артерии проводится дистальнее отхождения перегородочной межжелудочковой ветви, т. е. на расстоянии 3—5 мм от бифуркации. Летальность от фибрилляции желудочков также велика и существенно уменьшается, если место перевязки смещается на 2—3 см дистальнее бифуркации. В этом случае зона ишемии обычно не превышает 20 % площади левого желудочка, а нарушения гемодинамики относительно невелики. Большинство экспериментаторов пользуются этой последней модификацией модели, так как она дает наименьшую летальность. Нормализация нарушенных функций происходит довольно быстро. Уже на 3—7-й день поведение животных становится обычным, они охотно принимают пищу, АД и минутный объем сердца не отличаются от нормальных величин, а на 2-й неделе не всегда удается зарегистрировать электрокардиографические признаки поражения миокарда. Значительные нарушения ритма сохраняются обычно только первые 2—3 дня. Но нарушения метаболизма в интактной области миокарда и в других органах сохраняются в течение месяца (Т. Ф. Фетисова, Р. А. Фролькис, 1976).
Перевязка венечной артерии
Перевязка венечной артерии для изучения влияния нарушения кровоснабжения сердца на его функцию была предложена в прошлом веке G. Ericsen (1842) и в дальнейшем была использована в экспериментах J. Cohnheim (1872). После перевязки основного ствола левой коронарной артерии все собаки погибали. В настоящее время перевязка огибающей и передней межжелудочковой ветви левой венечной артерии — наиболее распространенный метод моделирования инфаркта миокарда. Он технически прост, позволяет точно локализовать место перевязки и дает удовлетворительно воспроизводимые результаты. У собак под наркозом и при искусственной вентиляции легких используется доступ к сердцу по IV или V межреберью. Огибающая ветвь левой венечной артерии проходит под эпикардом в левой предсердно-желудочковой борозде. Перевязка ветви непосредственно у бифуркации вызывает гибель более чем 50 % животных. Область ишемии захватывает задне-боковую стенку левого желудочка и может распространяться на правый желудочек. Летальность уменьшается, если перевязка проводится дистальнее бифуркации на 10—20 мм и более. Соответственно изменяются и размеры инфаркта миокарда.
Если в задачи эксперимента не входит изучение острого периода инфаркта миокарда, то летальность может быть резко уменьшена путем применения индерала, других р-блокаторов и антиаритмических средств. Необходимо, однако, помнить, что использование лекарств уменьшает нарушения гемодинамики, может оказать влияние на размеры инфаркта миокарда.
Моделирование тромбоза венечных артерий
Моделирование тромбоза венечных артерий является методом выбора. Экстраваскулярные воздействия для активации тромбообразования, например химические, механические или термические повреждения сосудов, для проведения которых необходима торако-томия, в последние годы применяются все реже. Понятно, что при торакотомии надежнее перевязать венечную артерию, чем пытаться вызвать тромбоз экстраваскулярными воздействиями на нее.
Катетеризация венечной артерии позволяет моделировать тромбоз без вскрытия грудной клетки путем электрокоагуляции крови, введения сгустков через катетер либо тромбообразования на шаблоне. Электрокоагуляция выполняется при помощи катетера с активным электродом в центре (А. Е. Salasar, 1961; D. Murphy и соавт., 1970; L. Snoekx и соавт., 1978). Недостатками метода являются необходимость проведения манипуляции под наркозом, предшествующее ограничение катетером кровоснабжения сердца и его непосредственные реакции на электрокоагуляцию. Введение сгустков через катетер небольшого диаметра связано с некоторыми техническими трудностями. Выталкивание сгустков из катетера под напором жидкости не позволяет точно их локализовать. Диаметр сгустка всегда меньше диаметра сосуда. Кроме того, сгустки могут лизироваться. Модель инфаркта миокарда при использовании этого метода обычно нестандартна. Тромбин может быть использован для моделирования тромбоза, однако его необходимо вводить в артерию после остановки кровотока на несколько минут между двумя лигатурами.
Удовлетворительные результаты получены при введении в венечную артерию пружин из сплавов, содержащих магний. Пружины вводятся либо через аорту (R. Kordenat и соавт., 1972), либо ввинчиваются через стенку артерии. Тромб в артерии формируется в течение неопределенного времени — от нескольких часов до нескольких дней. Для моделирования тромбоза применяют своеобразные обтураторы, имеющие резиновые «ушки» и пучок шелковых нитей на рентгеноконтрастном кольце (Т. Lang и соавт., 1977). Ранее для этих целей использовали отрезанные кончики рентге-ноконтрастных катетеров (J. Hammer, L. Pisa, 1962).
Лучшие результаты достигаются при моделировании тромбоза на шаблоне (А. И. Хомазюк и соавт., 1965). Металлический или пластмассовый шаблон вводится через сонную артерию в огибающую либо переднюю межжелудочковую ветвь левой венечной артерии при помощи специального устройства на конце катетера. Диаметр шаблона больше диаметра катетера и подбирается таким образом, чтобы в месте установки он несколько растягивал артерию. После установки шаблона катетер извлекается и через центральное отверстие в шаблоне сохраняется ток крови. Процедура введения шаблона проводится под общим наркозом или местной анестезией. Предварительно вводится гепарин. Введение антикоагулянтов позволяет сохранить кровоток в венечной артерии до тех пор, пока у животного не восстановится исходное состояние после катетеризации и наркоза. Процедура катетеризации переносится легко, как правило, без осложнений, если техника ее проведения хорошо отработана. После прекращения введения антикоагулянтов тромбоз отверстия (канала) в шаблоне происходит в условиях свободного поведения животного либо в станке для хронических экспериментов. Время тромбообразования приблизительно рассчитывается на основании данных о скорости инактивации антикоагулянтов. В случае применения гепарина может быть использована его инактивация протаминсульфатом. Иногда в течение длительного времени тромбоз канала в шаблоне не происходит, и тогда животное используют в качестве модели ИБС. По нашему мнению, моделирование тромбоза на шаблоне является лучшей из доступных в настоящее время моделей инфаркта миокарда, так как не требует вскрытия грудной полости, позволяет довольно точно планировать локализацию инфаркта миокарда, вести эксперимент в естественных условиях поведения животного и при любом заданном функциональном состоянии, в том числе на фоне атеросклероза, физических и эмоциональных напряжений. Вживление катетеров в магистральные сосуды и фиксация электродов дает возможность в хроническом эксперименте исследовать гемодинамику, метаболизм и ЭКГ.
Атеросклероз коронарных сосудов
Атеросклероз коронарных сосудов является основной причиной инфаркта миокарда. В принципе моделирование атеросклероза является наиболее естественным путем решения проблемы. Однако моделирование атеросклероза пока не дает удовлетворительных результатов. У животных в большинстве случаев при воспроизведении атеросклероза в коронарных сосудах формируются липид-ные бляшки, которые не стенозируют венечные артерии в достаточной для развития некроза миокарда степени. В отдельных случаях на фоне атеросклероза у кроликов удавалось воспроизвести инфаркт миокарда путем введения питуитрина и тромбина (А. Л. Мясников и соавт., 1963). В опытах на обезьянах с экспериментальным атеросклерозом путем внутривенного продленного введения норадреналина удалось воспроизвести тромбоз венечной артерии и инфаркт миокарда у 2 из 5 животных (S. Bhattacharya и соавт., 1974). Вероятно, лучшие модели атеросклероза получены в экспериментах на свиньях. Однако классическая картина крупноочагового некроза миокарда регулярно не воспроизводится. Модель инфаркта миокарда в результате атеросклероза остается мало разработанной и нестандартной. Может быть, основные неудачи обусловлены тем, что моделирование требует большей продолжительности, сопоставимой с длительностью процесса формирования атеросклеротических бляшек у человека, а также учета гормональных перестроек в возрастные периоды, видовых и типологических особенностей липидного обмена.
Несмотря на особенности атеросклероза у животных, моделирование его сохраняет определенное значение в изучении ишемии и инфаркта миокарда. Атеросклероз является не только основной причиной инфаркта миокарда, но и, несомненно, изменяет реакции кровообращения и других систем организма на ишемию. Воспроизведение инфаркта миокарда у здоровых и больных атеросклерозом животных представляет поэтому специальный интерес для исследователя даже при условии, что для этого необходимы дополнительные воздействия, например, перевязка артерии либо стимуляция тромбообразования.
Моделирование коронарной недостаточности
В экспериментальном изучении патологии сердца в течение десятилетий были использованы многочисленные, часто весьма оригинальные методы моделирования нарушений кровоснабжения, метаболизма и функции сердца. Описание методов моделирования инфаркта миокарда имеется в отечественной литературе (В. В. Фролькис и соавт., 1962; С. И. Теплов, 1962; А. Л. Мясников, Е. И. Чазов, И. К. Шхвацабая, Н. Н. Кипшидзе, 1963; Т. А. Синицина, 1964; А. И. Хилькин, В. А. Светлов, 1979, и др.). Поэтому мы ограничиваемся общим описанием схем моделирования и анализом соответствия моделей задачам изучения патогенеза коронарной недостаточности и ИБС.
Определение коронарной недостаточности, в частности ее клинических проявлений — ИБС и инфаркта миокарда как очагового процесса, возникающего в результате ишемии, соответственно лимитирует и методические подходы, ограничивает их моделированием ишемии. Метаболические некрозы, иммунные, токсические, воспалительные повреждения миокарда и общая гипоксия не классифицируются как проявления коронарной недостаточности и Рассматриваются как некоронарогенные формы патологии. Если, однако, метаболические, иммунные или воспалительные процессы в организме сопровождаются повреждением крупных венечных артерий, образованием тромбов в них и ишемия становится главным патогенетическим фактором, то очаговый некроз должен рассматриваться как инфаркт миокарда.
Моделирование ишемии миокарда относится к числу удовлетворительно разрешенных проблем. В лучших моделях инфаркта воспроизводятся важнейшие, весьма близкие к клиническим, его проявления. Однако воспроизведение в эксперименте всей сложности взаимодействия этиологических и патогенетических механизмов ишемии и инфаркта миокарда остается недоступным для современного исследователя прежде всего из-за видовых различий человека и экспериментальных животных. Кроме того, специфика болезней человека определяется условиями его жизни: социальная и внешняя среда, труд, вертикальное положение тела, значительная продолжительность жизни, вредные привычки, денатурализация питания и др. По этим причинам идеальная биологическая модель ишемии и инфаркта миокарда, вероятно, никогда не будет создана. Однако значительные успехи в технике клинических исследований патогенеза ишемии и инфаркта миокарда во многом приближают их возможности к условиям экспериментальных, а с другой — моделирование отдельных элементов патогенеза более предпочтительно для аналитических целей. Идеальная модель была бы, конечно, необходима для изучения этиологии болезни, действия и эффективности лечебных мероприятий и лекарственных препаратов. В разработанных к настоящему времени моделях воспроизводятся важнейшие элементы патогенеза ишемии и инфаркта миокарда, в частности, очаговый некроз, нарушения кардиодинамики, кровообращения, системные нарушения метаболизма и функций органов, регуляции кровообращения и дыхания и др. Для моделирования элементов патогенеза коронарной недостаточности используются также гипоксия и аноксия.
Основными методами моделирования ишемии и инфаркта миокарда является воспроизведение атеросклероза и тромбоза венечных артерий, их перевязка, пережатие различными констриктор-ными устройствами и эмболия.
Некроз
Невосстановление кровотока происходит преимущественно за счет области некроза в эндокардиальных слоях миокарда, в то время как реперфузия может привести к восстановлению существенного для сократительной функции сердца количества клеток субэпикардиального слоя (P. Parker и соавт., 1977; J. Darsee, R. A. Kloner, 1980). При реперфузии после 2 и 6 ч ишемии размеры инфаркта миокарда могут быть уменьшены (С. Bloor, F. С. White, 1975). Реперфузия, возможно, приводит к восстановлению функции клеток миокарда, которые повреждены обратимо. Углубление нарушений функции и метаболизма происходит в клетках, ишемические повреждения которых уже достигли необратимого уровня. Эта оптимистическая гипотеза, конечно, сформулирована в интересах сохранения надежд на определенную эффективность наиболее естественного пути ограничения ишемических повреждений миокарда — восстановление кровотока. Оптимизм частично оправдывается тем, что осложения при реперфузии могут быть в значительной степени предотвращены уменьшением интенсивности окислительных процессов, ограничением входа кальция в клетку, р-адреноблокаторами, блокаторами кальциевых каналов, антиоксидантами, гипотермией и др.
Невосстановление кровотока и повреждение миокарда при реперфузии, вероятно, имеет значение в патогенезе инфаркта миокарда. Кратковременные периоды ишемии, лежащие в основе стенокардии, скорее всего, не сопровождаются невосстановлением кровотока. Вместе с тем не исключено, что микроочаги невосстановления кровотока приводят к развитию миокардиосклероза.
Невосстановление кровотока
Невосстановление кровотока констатируют при сравнении его величины с исходным уровнем. Кровоток в момент восстановления, однако, не всегда ниже исходного. Сопротивление сосудов постепенно увеличивается, а кровоток снижается в течение реперфузии. Поэтому очень важным критерием является отсутствие или значительное ослабление реактивной гиперемии. При многократных повторных выключениях перфузии коронарных сосудов на 10 с через определенные интервалы времени реактивная гиперемия не восстанавливается в ближайшие часы после начала реперфузии, а коронарный кровоток прогрессивно снижается (P. Parker и соавт., 1975). Это объясняется стимуляцией нарушений метаболизма клеток миокарда и эндотелия катехоламинами, Са2+, вхождением в клетки плазматического вещества через поврежденную мембрану (G. Rowe, С. Bier, 1980). Повреждения клеток миокарда сопровождаются накоплением Са2+ в митохондриях и цитоплазме, сокращением групп миофибрилл (R. В. Jennings, 1980). В течение ишемии доступность Са2+ для миофибрилл лимитирована благодаря конкуренции с Н+, ограничению кровотока и др. Возобновление кровотока приводит к увеличению поступления кальция через поврежденную мембрану, к уменьшению содержания Н+ в цитоплазме и увеличению доступности Са2+ для сократительных белков. Кроме того, Са2+ высвобождается из саркоплазматического ретикулума. В результате развивается необратимое сокращение миофибрилл — кальциевая контрактура (А. N. Zimmerman и соавт., 1967; D. Hearse, 1977; J. Koomen и соавт., 1980). Массированный вход кальция в клетку, вероятно, является важнейшей причиной нарушений функции сердца при реперфузии. Конечное диастолическое давление при реперфузии резко возрастает, повышается жесткость желудочка, развивается контрактура миокарда В определенных условиях обнаруживается прямая зависимость между развитием контрактуры желудочка и увеличением сопротивления коронарных сосудов (С. Apstein, W. В. Hood, 1977).
Нарушение функции миокарда может быть обусловлено повреждающим действием кислорода через образование избытка токсичных перекисных радикалов. В течение ишемии угнетается действие ферментов, нейтрализующих перекиси. Реперфузия увеличивает доступность кислорода для клеток в области ишемии. Система транспорта электронов может генерировать перекисные радикалы в условиях, когда субстратная сторона цитохрома Q восстановлена. Наиболее чувствительны к перекисному окислению протеины, содержащие SH-группы, и липиды. При ишемии угнетается активность супероксиддесмутазы и глютатионпероксидазы, нейтрализующих перекиси в митохондриях и цитоплазме (С. Guar-nieri, 1980). В течение реперфузии значительно возрастает степень нарушений метаболизма миокарда, увеличивается вымывание из миокарда ферментов (М. Blumenthal и соавт., 1975; D. Hearse, 1977). Возрастают электрическая нестабильность миокарда, нарушения ритма сердца. При реперфузии фибрилляция желудочков сердца развивается значительно чаще, чем во время ишемии. Реперфузия приводит к уменьшению амплитуды зубца /?, расширению и углублению зубца Q (M. Blumenthal и соавт., 1975; G. Bel-ler и соавт., 1977). Грозные осложнения, возникающие при реперфузии ишемизированного миокарда, в том числе углубление метаболических и структурных поражений миокарда, развитие контрактуры и фибрилляции желудочков, ставят перед клиницистами вопрос о ее целесообразности. Очевидно, прежде всего целесообразна ранняя реперфузия. Она далеко не всегда возможна. Относительно небольшой еще опыт проведения реконструктивных операций на коронарных сосудах при инфаркте миокарда показывает, что в лучшем случае восстановление кровотока может быть осуществлено в течение первых часов острого периода. В это время проявляются и изменения, характерные для невосстановления кровотока. Данные литературы о влиянии реперфузии на размеры инфаркта миокарда противоречивы. Имеются сведения, что реперфузия все же уменьшает размеры инфаркта миокарда (A. Deloche и соавт., 1976) либо существенно их не меняет (R. Саропе, A. S. Most, 1978; М. Hofman и соавт., 1980).
Повышение сопротивления коронарных сосудов
Повышение сопротивления коронарных сосудов развивается не только при восстановлении кровотока после полного пережатия артерии, но и при гипоперфузии. Сопротивление коронарных сосудов при гипоперфузии в течение около 90 мин начинает расти и постепенно достигает уровня, при котором возможно развитие некроза миокарда (L. Frame, W. Powell, 1976). Рост сопротивления при гипоперфузии и невосстановление кровотока при реперфузии, очевидно, имеют определенное патогенетическое значение в развитии миокардиосклероза и инфаркта миокарда.
Феномен невосстановления кровотока представляет не только патофизиологический, но и клинический интерес в связи с возрастающей популярностью различных методов реваскуляризации миокарда, в том числе аорто-коронарного шунтирования, восстановления проходимости артерии путем растяжения стенозирован-ного участка баллоном на катетере, введением тромболитических препаратов и др. Для клиницистов возможность углубления поражений миокарда после восстановления кровотока оказалась неожиданностью.
В течение 70-х годов феномен стал объектом интенсивного, преимущественно экспериментального изучения. Установлено, что в области ишемии повышается минимальное сосудистое сопротивление, т. е. снижается уровень, до которого способны расшириться сосуды в течение реактивной гиперемии или после введения вазо-дилататоров (P. Parker и соавт., 1975). Это указывает на структурные изменения в реперфузируемых сосудах, в частности на значительные нарушения микроциркуляции. Развивается прогрессирующая окклюзия капилляров в результате набухания и отека эндотелия, агрегации тромбоцитов и образования сгустков (R. Kroner и соавт., 1974; G. Rowe, С. Bier, 1980). Капилляры могут сдавливаться также в результате отека и набухания клеток миокарда (R. Kloner и соавт., 1974).