Главная > Фракталы и хаос > От часов к хаосу: Ритмы жизни
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

8.5. Фибрилляция и другие нарушения

Внезапная смерть от сердечной болезни, при которой развивается аритмия с фатальным исходом без каких-либо предварительных симптомов, убивает в США ежегодно свыше 400 000 человек. В некоторых случаях аритмия представляет собой брадикардию (низкая скорость сердечных сокращений), но в большинстве случаев это тахикардия (высокая скорость сердечных сокращений), которая часто начинается в желудочках. Хотя сначала тахикардии нередко имеют довольно регулярный характер, они обычно переходят в низкоамплитудные, нерегулярные волны, отражающие на ЭКГ наличие «фибрилляции» в сердце. Со времени классических исследований, выполненных Mines в 1914 г. и Wiggers и Wegria в 1940 г., известно, что фибрилляцию можно также индуцировать

в нормальном сердце электрической стимуляцией миокарда. Таким образом, ясно, что фибрилляция отражает аномальную организацию сердечной активности. Желание понять эту аномальную организацию и разработать средства для предотвращения фибрилляции лежит в основе многих исследований пространственной организации активности возбудимых сред.

Первое описание фибрилляции было дано Garrey в 1924 г. Так как его работа стимулировала дальнейшие исследования, мы приводим пространную цитату:

Общий процесс фибрилляционного сокращения сердечной мышцы может быть описан как некоординированный, неупорядоченный и чрезвычайно причудливый сократительный процесс, при котором нормальные систола и диастола больше не наблюдаются, и возникает впечатление, что отдельные волокна или группы волокон сокращаются независимо (отсюда название фибрилляция). В то время как некоторые участки фибриллирующей ткани находятся в состоянии покоя, примыкающие к ним участки или участки, сильно удаленные друг от друга, могут синхронно сокращаться. На поверхности фибриллирующей камеры имеются области тонких подергиваний, трепетаний или дрожательных движений, сочетающихся с более грубым ун-дулирующим характером мышечных сокращений, которые медленно распространяются по всей мышечной массе то в одном направлении, то в другом, причем при их продвижении непрерывно возникают зоны блока в результате их взаимодействия с другими волнами. В одном и том же сердце иногда могут наблюдаться любые градации, от условий, при которых преобладают грубые ундулирующие движения, которые Кгопескег (1986) назвал перекатыванием — движением, сравнимым с бурной перистальтикой — до условий, в которых фибриллирующая ткань имеет вид дрожащей массы, либо обнаруживает грубые быстрые трепетания с наложенными на них тонкими подергиваниями волокон (Robinson (1913)). Какой бы бурной и хаотичной ни казалась фибрилляция, анализ показывает, что о ней можно говорить как о сократительном вихре (maelstrom), поскольку сокращения, по-видимому, не являются независимыми друг от друга, а сократительный испульс распространяется по кольцеобразному пути, многократно возвращаясь в данную область и вновь возбуждая ее после завершения каждого цикла (Garrey, Mines). Эта идея о «ловушке для волн», высказанная Garrey и Mines, в настоящее время принята экспериментаторами (см. ниже).

Касаясь теоретического описания механизма, который приводит к фибрилляции, Garrey опять высказывается удивительно прозрачно:

(см. скан)

Рис. 8.9. Трехмерные волны, образованные соединением краев вихря на рис. 8.8. (а) Изображение, полученное на компьютере (из работы Winfree and Strogatz (1984b)). (b) Реакция Белоусова — Жаботинского, в которой обнаруживается та же самая геометрия (из работы Welsh, Gomatam and Burgess (1983)).

Импульсы могут распространяться во всевозможных направлениях, причем их продвижение ограничивается только существованием или возникновением зон локализованного блока в массе ткани. Такие зоны отводят импульс в другие, более окольные пути, и заблокированная область может участвовать в сокращении только после того, как импульс, который прошел через другие участки желудочка, приблизится к ней с другой стороны; эта область, в свою очередь, становится центром, из которого продолжается продвижение сокращения, опять с изменением направления, вызванным другими зонами блока. Существование таких зон, и особенно зон временного характера и плавающего местоположения, было отмечено в экспериментах, подробно описанных выше. Такие условия делают возможным распространение волны сокращения в серии кольцеобразных замкнутых путей с плавающим положением и многократным усложнение м. Именно в этих круговых сокращениях, определяемых наличием блоков, мы видим сущность явлений фибрилляции.

Эти наблюдения подтверждаются многими исследованиями фибрилляции, проведенными в последнее время, и предвосхищают их. Они согласуются с предположением Мое и сотр. о том, что фибрилляция обусловлена блужданием множества небольших волн в миокарде, и с тем особым значением, которое придается русской школой (как видно из работы Кринского) «ревербераторам» и размножению ревербераторов в образовании множественных путей риентри. Подчеркивание важности кругового движения как основы для фибрилляции в недавней работе Winfree также находится в согласии с ранними высказываниями Garry.

Развитие микроэлектродной техники и компьютеров позволило провести изящные физиологические исследования тахикардии и фибрилляции в интактном миокарде. Allessie и сотр. наблюдали круговое движение в предсердиях кролика, а совсем недавно они обнаружили сложное распространение волн, которое, по-видимому, аналогично распространению небольших множественных волн, предсказанных на основании численных исследований Мое. Яркий пример был получен в работе Downar и сотр. при регистрации активности эпикарда желудочков во время хирургической операции на людях. Вращающиеся спиральные волны, подобные тем, которые наблюдал Allessie в предсердиях кролика, наблюдались

во время приступа вентрикулярной тахикардии (рис. 8.10). El-Sherif и сотр. изучали типы активации в течение 1—5 дней после перевязки коронарной артерии у собак. Был обнаружен тип активации, при котором «два волновых фронта распространяются, вращаясь в противоположных направлениях вокруг двух зон (дуг) функционального блока проведения».

Рис. 8.10. Эпикардиальное картирование активации желудочков, записанное у людей во время программируемой стимуляции. На нижнем рисунке показаны три локальных эпикардиальных электрограммы при переходе от программируемой стимуляции (стрелки) к стойкой вентикулярной тахикардии. На верхнем рисунке показаны эпикардиальные карты с последовательными волновыми фронтами возбуждения, движущимися с интервалом 12 мс, для двух последовательных циклов тахикардии. Активация циркулировала вокруг верхушки сердца, как при трепетании желудочков. Из работы Downar et al. (1984).

Представляется увлекательной гипотеза о том, что эти две циркулирующие волны могут быть аналогичны противоположно направленным вращениям, часто возникающим в реакции Белоусова — Жаботинского (рис. 1.12Ь).

С практической точки зрения одним из ключевых аспектов исследования фибрилляции является определение того, как этот процесс развивается в сердечной ткани. Один из способов такого определения состоит в повторной периодической стимуляции одного участка на миокарде. Численное моделирование, проведенное Мое et. al и J.M. Smith and R.J. Cohen, показывает, что такая периодическая стимуляция при достаточно большой частоте вызывает

поведение, напоминающее фибрилляцию, которая возникает после прекращения стимуляции в среде с переменным рефрактерным периодом. Интригующий результат моделирования состоит в том, что при частотах стимуляции несколько ниже тех, при которых возникает фибрилляция, наблюдаются сложные периодичности (такие, как альтернансы или ритмы с кратными периодами). Эти ритмы обусловлены переменной проводимостью вокруг и через области с большим рефрактерным периодом и не связаны с каскадами удвоения периода, наблюдавшимися в немонотонных одномерных отображениях.

Другой результат моделирования указывает на то, что альтернансы иногда наблюдаются до начала фибрилляции. Эти данные представляют интерес, так как из экспериментов на собаках известно, что альтернанс в морфологии Т-зубца связан с понижением порога вентрикулярной дефибрилляции. Хотя возникает искушение предположить, что такой альтернанс может быть частью каскада удвоения периода, приводящего к хаосу (т.е. фибрилляции), четкий механизм генерации такого каскада не был предложен. Как обсуждалось в разд. 8.1, альтернирующий ответ сердечной ткани на стимуляцию при высоких частотах может быть обусловлен бифуркацией удвоения периода (которая не является частью каскада). Таким образом, появление альтернанса до начала фибрилляции в ответ на быструю стимуляцию требует тщательного и строгого анализа. В настоящее время проведение аналогий между фибрилляцией и хаосом, наблюдаемым в одномерных отображениях, не оправдано.

Второй способ индуцирования фибрилляции заключается в нанесении одиночного электрического удара в критической фазе (названной Wiggers и Wergia уязвимой фазой) сердечного цикла во время рефрактерного периода желудочков. Такой выбор времени клинически важен, так как фибрилляция, возникающая в клинике в связи с частой эктопией, нередко связывается с уменьшением эктопических биений во время реполяризации желудочков — наложением R на Т. Кроме того, индукция фибрилляции предсердий часто связывается с преждевременным их сокращением, которое ослабевает во время фазы реполяризации. Как показал Winfree, одиночный стимул, наносимый во время рефрактерного периода, может привести к возникновению активности типа спиральной волны. Если время действия стимула выбрано так, что он генерирует волну, которая пересекает зону рефрактерности, остающуюся после распространяющейся волны, то концы возбужденной волны могут закручиваться, давая начало двум спиральным волнам, вращающимся в противоположных направлениях. Таким образом, одиночный удар, наносимый на спонтанно осциллирующую гомогенную ткань, может привести к постепенному сдвигу фазы, завершающемуся возникновением спиральных волн.

Однако доказательства, предложенные Winfree на основе рассмотрения фазовых сдвигов, не могут быть прямо применены к фибрилляции, так как в случае фибрилляции сердца средой служит возбудимая, но не спонтанно осциллирующая ткань. Тем не менее, вывод о том, что круговое движение может возникать в гомогенной ткани, важен и отличается от других гипотез, основанных на неоднородности рефрактерных периодов.

Ввиду сложной природы фибрилляции возник интерес к развитию количественных мер для ее характеристики. Однако поскольку фибрилляция не является стационарным процессом и поскольку в различных системах она может иметь различные характеристики, количественные исследования связаны с неизбежными трудностями. Вычисление спектров мощности во время желудочковой фибрилляции и автокорреляции во время предсердной фибрилляции обнаруживают четкие периодичности, которые могут отражать присутствие регулярного периодического кругового движения или локализованных пейсмекеров. Важно осознавать, что автокорреляционные функции, спектры мощности или вычисления размерности, основанные на электрокардиограммах, отводимых с поверхности, являются грубыми характеристиками фибрилляции.

До сих пор мы рассматривали фибрилляцию и циркулирующие волны в сердечной ткани, однако ясно, что круговое движение и фибрилляция могут возникать в любой возбудимой ткани. Примерами тканей, в которых изучалось круговое движение, являются кора головного мозга крысы и сетчатка глаза цыпленка. Эти исследования основывались на более ранних наблюдениях волн распространяющейся кортикальной депрессии, возникающих в результате воздействия на нервную ткань хлористого калия. Медленное распространение волн в этом случае подобно распространению волн при джексоновской эпилепсии и сцинтиллирующей скотоме во время приступа мигрени.

На рис. 8.11 представлены отведения от двух точек коры головного мозга крысы во время прохождения волн циркулирующей депрессии. Появление альтернирующих уровней активности вызывает особый интерес. Это может быть связано с альтернансом, описанным в разд. 8.1, что служит основанием для дальнейших исследований.

Другим органом, в котором можно ожидать возникновения кругового движения, является желудок, но нам не известно ни одно хорошо документированное описание кругового движения в этом органе. Однако недавно You и сотр. описали больного с отклонениями подвижности желудочно-кишечного тракта (тахигастрия), характеризующимися сильной тошнотой, рвотой, вздутием живота, болью и потерей веса. Отведение желудочной активности от электродов, расположенных в серозной оболочке, показало наличие ненормально быстрых ритмов. Было высказано предположение, что

эти ритмы вызываются «развитием аномального эктопического или блуждающего пейсмекера в антральном отделе». Симптоматика значительно улучшилась после удаления части желудка. Однако гистологическое исследование антрального отдела и сегмента тонкой кишки не обнаружили сколько-нибудь заметных повреждений.

Рис. 8.11. Циркулирующая волна распространяющейся депрессии, вызванная однократной инъекцией KCL в кору головного мозга крысы. Циркуляция продолжалась около трех часов. (Средняя часть записи длительностью 55 мин вырезана.) В интервале времени, соответствующем последним пяти комплексам, циркуляция распространяющейся депрессии останавливалась с помощью . Маленьким кружком обозначено место инъекции , большие кружки указывают положение регистрирующих электродов, прямая линия представляет надрез в коре. Обычно требовались две инъекции KCL для инициации циркулирующей волны. Из работы Shibata and Bures (1972).

Возможным, но полностью спекулятивным, механизмом такого заболевания могла бы быть фибрилляция или круговое движение, но требуются гораздо более подробные микроэлектродные исследования для подтверждения этой гипотезы.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление