Проект 21-14-00226 «Аритмогенная роль пограничной зоны миокарда при ишемии и реперфузии сердца: in vivo, in vitro, in silico» поддержан Российским научным фондом (РНФ).
(Конкурс Российского научного фонда 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»)
Руководитель проекта: Кацнельсон Л.Б., д.ф.-м.н, ведущий научный сотрудник лаборатории математической физиологии ИИФ УрО РАН.
В проекте участвуют сотрудники Института иммунологии и физиологии УрО РАН, аспиранты ИИФ УрО РАН и УрФУ:
- Балакина-Викулова Н.А., к.ф.-м.н., с.н.с.;
- Курсанов А.Г., к.ф.-м.н., с.н.с.;
- Рокеах Р.О., аспирант, м.н.с.;
- Мангилева Д.В., аспирант, м.н.с.
Проект выполняется совместно с сотрудниками Института физиологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, Республика Коми из группы д.б.н. Азарова Я.Э.:
- Берникова О.Г., к.м.н., с.н.с.;
- Овечкин А.О., к.м.н., с.н.с.;
- Груббэ М.Е., ст. лаб.;
- Комаров И.А., ст. лаб.
Желудочковая тахикардия и фибрилляция желудочков, являясь частым осложнением инфаркта миокарда, вызывают серьёзные, часто жизнеугрожающие нарушения гемодинамики. Прогноз и профилактика таких аритмий составляют важную исследовательскую задачу. При ишемии миокарда создаются сразу несколько условий, предрасполагающих к возникновению желудочковой тахикардии и/или фибрилляции желудочков (невозбудимый участок миокарда, неоднородность реполяризации, замедление проведения), что сильно затрудняет лечение и профилактику аритмий.
При ведении пациентов с инфарктом миокарда отдельную проблему составляет недоступность поражённой области для лекарственных средств, доставляемых с кровотоком, поскольку кровоснабжение этого участка полностью или частично блокировано. В то же время перфузируемый миокард представляет собой вполне достижимую мишень. В пределах перфузируемого миокарда выделяется так называемая пограничная зона, находящаяся между нормальной и ишемизированной областями. Пограничная зона может служить и субстратом, и источником пусковых импульсов для возникновения и поддержания жизнеугрожающих аритмий. В настоящем проекте мы представляем идею, базирующуюся на наших предыдущих экспериментальных, модельных и клинических исследованиях и заключающуюся в том, что воздействия на перфузируемую область могут положительно повлиять на характеристики пограничной зоны и подавить аритмогенные процессы в сердце.
Физиологические изменения в пограничной зоне определяются взаимодействием между нормальной и поражённой областями, а также рядом «внешних» факторов, таких как частота сердечных сокращений, системная гемодинамика, электролитный баланс и др. Взаимодействие многих факторов приводит к изменениям электрофизиологических свойств по нескольким сценариям, часть из которых может быть аритмогенно-опасной. В рамках настоящего проекта мы предполагаем решить три основные задачи: установить механизмы проаритмических изменений в пограничной зоне, выявить данные изменения на ЭКГ и предложить метод компенсации этих изменений для снижения риска аритмий.
Достижение вышеназванных целей требует комбинации экспериментального подхода и математического моделирования и соответственно сотрудничества двух групп исследователей. Реализация данного проекта будет основана на двустороннем обмене данных, получаемых в ходе экспериментов и моделирования. Экспериментально мы будем исследовать электрофизиологические и механические свойства миокарда in vivo на экспериментальных моделях острой ишемии-реперфузии сердца крыс и свиней и in vitro на изолированных кардиомиоцитах. Мы будем прослеживать изменения в пограничной области от электрофизиологических характеристик сердца до их проявлений на ЭКГ от поверхности тела и встречаемости аритмий. Также мы отследим эти изменения в обратном направлении – от сердца до экспрессии белков и ионных токов, порождающих эти изменения в пограничной области.
В математических моделях электромеханического сопряжения в кардиомиоцитах, в многоклеточных препаратах и в желудочках будет проанализирован вклад тех или иных внутриклеточных механизмов и механизмов межклеточного электрического и механического взаимодействия в исследуемые нарушения ритма. Кроме того, с помощью этих моделей будут «разыграны» различные возможные сценарии развития фибрилляции желудочков, подлежащие последующей экспериментальной проверке. В численных экспериментах с этими моделями будут предложены методы коррекции и профилактики фибрилляций желудочков, которые затем также могут быть проверены в экспериментах in vivo и in vitro.
В результате выполнения данного проекта мы намерены установить неизвестные в настоящее время механизмы, определяющие роль пограничной зоны в нарушениях ритма при ишемии, и предложить новые способы профилактики аритмий.