Команда исследователей из МГУ имени М.В. Ломоносова, ФГБНУ РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского и МФТИ описала влияние миокардиального отека на распространение кальциевой волны. Была получена двумерная модель данной патологии при помощи кардиомиоцитов крыс. Работа показала, что снижение концентрации ионов во внешней среде и последующий отек клеток приводит к резкому снижению скорости кальциевой волны. Кроме того, результаты работы продемонстрировали, что отек миокарда может приводить к фатальной желудочковой аритмии. Исследование опубликовано в журнале Biomedicines.
Заболевания сердца относятся к одним из наиболее частых причин смерти среди населения, от них все больше страдают не только люди преклонного возраста, но и молодые. При этом, миокардиальный отек – состояние, при котором миокард накапливает избыточное количество жидкости, – наблюдается при многих известных заболеваниях. К таким относят, например, ишемическую болезнь сердца, инфаркт миокарда, миокардит и другие патологии сердца. Отек возникает по разным причинам, но в основе лежит изменение осмоляльности. Этот параметр характеризует суммарную концентрацию всех растворенных частиц. Если во внешней среде сумма растворенных частиц меньше, чем внутри клетки, то вода начнет проникать внутрь клетки до тех пор, пока система не придет к балансу.
Ученые МГУ с коллегами решили подробнее изучить механизмы, протекающие при миокардиальной эдеме. Для исследователей наибольший интерес представило влияние осмоляльности на появление аритмий и способность кардиомиоцитов сокращаться. Ключевым игроком в сокращении клеток являются ионы кальция. Для сокращения сердечных мышечных тканей необходимо поступление кальция во внутреннюю среду клетки (цитоплазму). Далее запускается целая цепь реакций, в результате чего происходит сердечное сокращение.
Эксперименты показали, что снижение осмоляльности раствора приводит к значительному снижению скорости кальциевой волны. То есть, в ответ на такое изменение сократительная способность клеток сильно нарушается. В результате работы также удалось определить, что условия низкой осмоляльности и сопутствующего отека клеток способны привести к развитию фатальной желудочковой аритмии (фибрилляции). Эта патология сопровождается ускоренным сердцебиением, вызванным аномальной работой желудочков сердца, что в конечном итоге приводит к остановке сердца.
«Аритмии, в основном, возникают из-за повреждения проводящей ткани, воспаления или недостаточного снабжения клеток миокарда кислородом. Все эти причины приводят к образованию участка с клетками, которые не могут выполнять свою функцию (проведение волны возбуждения и сокращение). Представьте гребень волны, который врезается в какое-то препятствие. Что может произойти? Разрыв волны, вихрь, могут образовываться и другие причудливые структуры. Известно, что, например, постинфарктные шрамы могут приводить к тому, что волна начинает закручиваться вокруг такого препятствия, образовывая спиральную волну, которая лежит в основе тахикардий по механизму риентри. В нашей работе мы показали, что низкая осмоляльность и отек клеток могут приводить к возникновению значительных неоднородностей в двумерной модели миокарда (тонкий слой сердечных клеток крысят). Последовательное снижение осмоляльности приводило к “переключению” режимов распространения кальциевой волны: от спиральных волн к множественным очагам возбуждения с разрывами. Последние, в свою очередь, связаны со смертельно опасными аритмиями: фибрилляциями желудочков. Изучение механизмов влияния отека на возникновение этих явлений поможет выработать стратегию их предотвращения на ранних этапах», – заключает Диана Киселева, первый автор статьи, аспирант кафедры биофизики биологического факультета МГУ.