Влияние стимуляции спинного мозга на хроническую модель фибрилляции предсердий в эксперименте на мини-свиньях

Фибрилляция предсердий (ФП) занимает лидирующую позицию среди всех нарушений ритма сердца в мировой популяции. Согласно Global Burden of Disease Study, в 2010 г. насчитывалось порядка 33,5 млн больных данной патологией. Однако всего за 6 лет эта цифра увеличилась на 30 % (до 43,6 млн человек) и продолжает расти [1; 2]. Такие темпы роста заболеваемости обусловлены преимущественно старением населения и совершенствованием методов выявления и диагностики ФП [3]. По прогнозам специалистов, к 2050 г. в США этим заболеванием будут страдать 6–12 млн человек, к 2060 г. в Европе — 17,9 млн [4; 5]. Согласно статистическим данным, в Российской Федерации доля пациентов с фибрилляцией и трепетанием предсердий составляет около 8 % от общего числа лиц с заболеваниями сердечно-сосудистой системы [6], что соответствует распространенности ФП, равной 2 536 случаев на 100 тысяч человек [7].

Медикаментозная терапия и способы хирургического лечения хорошо изучены, определена их эффективность, и каждый метод занял свое место в рекомендациях. Стоит отметить, что эффективность антиаритмической терапии у пациентов с ФП через 1 год применения составляет порядка 50 % [8–10]. Исходя из этого, разработка методов контроля ритма у больных ФП остается одним из приоритетных направлений клинической аритмологии. Так, у пациентов, рефрактерных к медикаментозной терапии, катетерная аблация является методом выбора согласно рекомендациям Европейского общества кардиологов (англ. European Society of Cardiology) и Российского кардиологического общества [11; 12]. Однако ее эффективность у пациентов с пароксизмальной формой составляет 50–80 %, тогда как при длительно персистирующей форме стабильный синусовый ритм после однократной катетерной процедуры сохраняется лишь у 32–40 % [11; 12].

Современный подход к лечению ФП катетерным методом основан на том, что в устьях легочных вен сгруппированы ганглионарные сплетения, которые являются источником триггерной активности. Однако сегодня имеются данные о таких скоплениях также в области задней стенки левого предсердия, вокруг верхней и нижней полых вен, аорты, в области пограничного гребня правого предсердия [13]. Более новые исследования по попыткам их аблации не показали увеличения свободы от ФП, но в ранних работах такие вмешательства были эффективными [14; 15].

Все вышеописанное указывает на вовлеченность автономной нервной системы (АНС) в патогенез развития ФП. Соответственно, попытки влиять на нервную систему на различных ее уровнях могут привести к увеличению свободы от ФП. Так, имеются исследования, в которых после инициации стимуляции спинного мозга (ССМ) снижалась индуцибель-ность ФП в эксперименте [16]. В настоящий момент нет работ, которые бы однозначно подтвердили или опровергли данное наблюдение.

Проблема экспериментальных исследований заключается в разработке алгоритмов ССМ для создания хронической модели ФП, не вызывающих гемодинамических изменений в организме животных. Такой алгоритм был разработан и описан ранее [17]. Используя его в совокупности с данными о влиянии ССМ на электрофизиологические свойства миокарда предсердий, мы можем следующим логическим этапом изучить влияние ССМ на хроническую ФП у животных.

Цель — оценить влияние ССМ на хроническую модель ФП у мини-свиней породы минисибс.

Методы

В исследование с хронической моделью ФП и ССМ было набрано 6 мини-свиней минисибс. Исследование проводилось в соответствии с директивой Европейского парламента и Совета Европейского союза 2010/63/ЕС от 22 сентября 2010 г. о защите животных, использующихся для научных целей, приказом Минздрава России от 1 апреля 2016 г. № 199н «Об утверждении Правил надлежащей лабораторной практики», межгосударственным стандартом ГОСТ 33044-2014 «Принципы надлежащей лабораторной практики» (введен в действие приказом Рос-стандарта от 20 ноября 2014 г. № 1700-ст). Содержали животных в соответствии с Руководством по уходу и использованию лабораторных животных. Локальный экспертный совет НМИЦ им. ак. Е.Н. Ме-шалкина одобрил исследование (протокол № 12 от 8 июня 2021 г.).

Вечером накануне операции животных не кормили, в воде не ограничивали. Анестезиологическое пособие на всех этапах ведения осуществляли совместно анестезиолог и ветеринарный врач, сертифицированные в соответствии со стандартами надлежащей лабораторной практики (англ. Good Laboratory Practice). Модель создания хронической ФП в рамках данного исследования была опубликована ранее [17]. Гипотеза состоит в том, что ССМ

способна препятствовать возникновению и прогрессированию фибрилляции предсердий.

Первым этапом каждому животному имплантировали электрокардиостимулятор (ЭКС) по представленной ранее технологии [17]. Всем испытуемым выполняли электрофизиологическое исследование сердца (ЭФИ) после имплантации ЭКС до инициации ССМ, после чего создавали модель хронической ФП. Далее животных поделили на две равные группы с включением алгоритма 1 спинальной стимуляции в группе А и алгоритма 2 в группе Б. Раз в 7 дней проводили ЭФИ с определением исходных параметров (ритм, базовая частота сердечных сокращений (ЧСС), точка Венкебаха, эффективный рефрактерный период (ЭРП) правого предсердия, индуцибель-ность ФП). Если при контроле во время отключения постоянной стимуляции предсердий сохранялась ФП, то оценивали только ЧСС с последующим включением стимуляции предсердий еще на 7 дней. Спустя две недели проводили кроссовер со сменой алгоритма ССМ на алгоритм 2 в группе А и на алгоритм 1 в группе Б. Таким образом исследовали разницу течения хронической модели ФП при двух различных алгоритмах спинальной стимуляции. Дизайн исследования представлен на рис. 1.

После успешной имплантации ЭКС выполняли ЭФИ, где оценивали: ЧСС, точку Венкебаха, ЭРП, ин-дуцибельность ФП сверхчастой и программной стимуляцией, после чего ЭКС включали на постоянную стимуляцию в режиме DOO с заданной частотой и атриовентрикулярной задержкой для создания хронической модели ФП. Расположение

Рис. 2. Пример расположения электродов в правом предсердии (A), расположения ложа электрокардиостимулятора (B)

Примечание. 1 — электрод в области боковой стенки правого предсердия, 2 — электрод в области ушка правого предсердия, 3 — электрод в спинномозговом канале, 4 — расположение ложа электрокардиостимулятора.

Рис. 3. Пример сверхчастой стимуляции с последующей индукцией фибрилляции предсердий

Примечание. 1 — сверхчастая стимуляция правого предсердия с частотой 600 уд/мин, 2 — индуцированная фибрилляция предсердий.

электродов в предсердии и спинномозговом канале отражено на рис. 2. На рис. 3 представлен пример сверхчастой стимуляции правого предсердия с последующей индукцией ФП. После ЭФИ каждому животному имплантировали устройство для спинальной нейростимуляции. Под флюороскопическим контролем пункционным путем помещали временный 8-контактный цилиндрический электрод (Linear 3-6, Boston Scientific, LTD, Мальборо, США) в заднее эпидуральное пространство на уровень, соответствующий спинальным сегментам Th1–Th4.

После удаления проводника электрод фиксировали и соединяли с временным внешним нейростимулятором. Всем животным имплантация устройства выполнена без осложнений. Для оценки влияния ССМ определили следующие параметры:

• •    амплитуда тока импульсов (мА);

• •    частота импульсов (Гц);

• •    ширина импульсов (мкс);

• •    вектор направления стимуляции.

Исследовали две комбинации c изменением амплитуды, частоты и ширины импульсов, а также сменой полюсов анода и катода от дистальных контактов к центру и в противоположном направлении. Во время острого эксперимента выполнили стимуляцию области задних столбов спинного мозга на уровне Th1–Th4, соответствующую расположению зоны межъядерного интраспинального переключения на симпатические ганглии АНС. Параметры частоты и ширины импульсов определялись рамками низкочастотной нейростимуляции, характерной для основного клинического применения ССМ у пациентов с рефрактерной стенокардией, и в подавляющем большинстве случаев находились в пределах 60 Гц и 450–550 мкс. Лимит уровня амплитуды тока устанавливали в пределах 1 мА и аргументировали появлением нежелательной миофасцикуляции конечностей при повышении силы тока. Основные векторы направления стимуляции характеризова- лись созданием электрического поля в виде диполя (катод–анод) на различных контактах электрода. Как было указано выше, электрод имеет 8 контактов, на которых возможно запрограммировать либо анод, либо катод. Рострально располагается первый контакт, каудальнее — второй и так далее вплоть до восьмого. Тем самым возможно создать диполи различной направленности и локализации, чтобы добиться электростимуляции различных участков спинного мозга с соответствующим клиническим представлением.

Варианты характеристик нейростимуляции представлены ниже.

Параметр	Алгоритм 1	Алгоритм 2
Частота, Гц	60	60
Ширина импульсов, мкс	520	510
Амплитуда тока, мА	1	0,9
Вектор нейростимуляции	2+ 3+ 4– 5– 6+ 7+	2+ 7–

После четвертого контроля животное выводили из исследования.

Статистический анализ

Для сравнения параметрических данных применяли t-критерий Стьюдента. Бинарные переменные сравнивали с помощью точного критерия Фишера.

Результаты

В серии экспериментальных работ осложнений при имплантации нейростимулятора и последующей стимуляции задних столбов спинного мозга не было. Всем объектам эксперимента успешно имплантировали двухкамерные ЭКС с позиционированием одного электрода в ушко правого предсердия, второго в свободную стен-

Показатели электрофизиологического исследования: исходно и после каждого алгоритма спинальной стимуляции; сравнение алгоритмов 1 и 2

Показатель	Исходные данные, n = 6	Алгоритм 1 ССМ в течение 2 недель, n = 6	Алгоритм 2 ССМ в течение 2 недель, n = 6	p*,** (разница средних)	p # (разница средних)
Частота сердечных сокращений, уд/мин	91,7 ± 4,8	118,5 ± 11,6	86,8 ± 2,5	0,0018* (-26,8 [95% ДИ -38,2; -15,5]) 0,11** (4,8 [95% ДИ -1,65; 11,30])	0,017 # (31,7 [95% ДИ 18,3; 45,0])
Точка Венкебаха, уд/мин	190,0 ± 8,4	213,0 ± 11,8	165,0 ± 8,4	0,0097* (-23 [95% ДИ -37,5; -8,5]) 0,001** (25 [95% ДИ 15,5; 34,4])	0,006 # (48 [95% ДИ 31,8; 64,1])
Эффективный рефрактерный период правого предсердия, мс	288,3 ± 9,3	225,0 ± 34,5	283,3 ± 40,8	0,0034* (63,3 [95% ДИ 32,2; 94,4]) 0,8** (5 [95% ДИ -44,4; 54,4])	0,07 # (-58,3 [95% ДИ -123,5; -6,8])
Индукция ФП СС, n (%)	3 (50)	0 (0)	6 (100)	0,18* 0,18**	0,002 #
Индукция ФП ПС, n (%)	2 (33)	1 (17)	6 (100)	> 0,99* 0,061**	0,015 #

Примечание. ССМ — стимуляция спинного мозга; ДИ — доверительный интервал; ФП СС — результат попытки индукции фибрилляции предсердий трехминутной сверхчастой стимуляцией правого предсердия; ФП ПС — результат попытки индукции фибрилляции предсердий программной стимуляцией правого предсердия; * — сравнение исходных данных с алгоритмом 1; ** — сравнение исходных данных с алгоритмом 2; ^# — сравнение между алгоритмами 1 и 2.

ку правого предсердия. В двух случаях (по одному в каждой группе) второй электрод имплантировали в перегородку правого предсердия. При проведении исходной ЭФИ (до инициации спинальной стимуляции) средняя базовая ЧСС составила 91,7 ± 4,8 уд/мин, средний ЭРП 288,3 ± 9,3 мс ( таблица ). Трем животным удалось индуцировать устойчивые пароксизмы ФП сверхчастой стимуляцией правого предсердия, которые купировались в течение 1–2 мин во всех случаях. Программной стимуляцией правого предсердия индуцировали пароксизмы устойчивой ФП в двух случаях с восстановлением синусового ритма в течение 1–2 мин.

После применения алгоритма 1 ССМ в течение двух недель во всех 6 случаях успешно выполнили полноценное контрольное ЭФИ. После двух недель применения алгоритма 2 на контрольном ЭФИ в 4 случаях из 6 сохранялась ФП, что не позволило провести весь алгоритм исследования. Во время теста сверхчастой стимуляции в течение 3 мин при применении алгоритма 1 в течение 14 дней индуцировать устойчивый пароксизм ФП не удалось ни в одном из 6 ЭФИ, а при применении алгоритма 2 это оказалось возможным во всех случаях. При программированной стимуляции правого предсердия ФП индуцировали у 1 (17 %) животного с алгоритмом 1 и у 6 (100 %) — с алгоритмом 2.

Оценивали разницу значений показателей ЭФИ, полученных исходно и после применения каждого из алгоритмов ССМ. Средняя ЧСС была значимо выше при использовании алгоритма 1 (р = 0,0018; разница средних -26,8 [95% доверительный интервал -38,2; -15,5]), алгоритм 2 достоверных различий не показал (р = 0,11; разница средних 4,8 [95% доверительный интервал -1,65; 11,30]). Точка Венкебаха при обоих алгоритмах значимо отличалась от исходной: при алгоритме 1 была выше (213,0 ± 11,8 против 190,0 ± 8,4 уд/мин; р = 0,0097), при алгоритме 2 — ниже первоначальной (165,0 ± 8,4 уд/мин; р = 0,001). При исследовании ЭРП значимое отличие от исходных показателей продемонстрировал алгоритм 1 (225,0 ± 34,5 против 288,3 ± 9,3 мс; р = 0,0034), при алгоритме 2 разница не достигла статистической значимости (283,3 ± 40,8 мс; р = 0,8). Индуцибельность ФП при алгоритме ССМ 1 была ниже исходной как при сверхчастой стимуляции, так и при программной стимуляции правого предсердия без достоверной разницы (р = 0,18; р > 0,99 соответственно). Показатели индуцибельности ФП при алгоритме 2 были выше исходных, но также без статистически значимых различий (р = 0,18; р = 0,061 соответственно).

При сравнении двух алгоритмов ССМ между собой получена достоверная разница по всем показателям, кроме ЭРП (p = 0,07). При применении алгоритма 1 средняя ЧСС и точка Венкебаха были значимо выше (p = 0,017; p = 0,006 соответственно), а индуцибельность ФП — значимо ниже как при сверхчастой стимуляции, так и при программной стимуляции правого предсердия (р = 0,002; р = 0,015 соответственно).

Обсуждение

Поиск новых методов лечения ФП и увеличения их эффективности остается приоритетным направлением клинической аритмологии. В многочисленных исследованиях показано существенное влияние АНС на электрофизиологические свойства сердца. В частности, дисбаланс между звеньями симпатической и парасимпатической нервной системы ассоциирован с развитием и поддержанием фибрилляции предсердий [18].

ССМ на протяжении последних десятилетий применяется для лечения различных заболеваний, включая хроническую нейрогенную боль, патологии периферических артерий и стенокардию [19–23]. Однако данные о действии стимуляции на ФП в мировой литературе немногочисленны. S.A. Bernstein и соавт. показали, что ССМ влияет на продолжительность ЭРП предсердий и предотвращает индуцируемость ФП у животных [24]. В нашем исследовании мы получили сходные данные по протективному от ФП влиянию ССМ при алгоритме 1, а алгоритм 2 такой тенденции не продемонстрировал. Тем не менее достоверной разницы по индуцибельности ФП в сравнении с исходными показателями ЭФИ не получено ни в одном из алгоритмов. Возможно, это связано с небольшой выборкой животных в нашем исследовании и с тем, что S.A. Bernstein и соавт. использовали в качестве испытуемых собак. Более того, удлинения ЭРП не наблюдалось при алгоритме ССМ 2, а алгоритм 1 продемонстрировал укорочение ЭРП, что противоречит данным указанных авторов.

В нашем исследовании при сравнении алгоритмов ССМ 1 и 2 была получена значимая разница по всем параметрам ЭФИ, кроме ЭРП. Это может быть связано с тем, что полноценное ЭФИ было недоступно в случае сохранявшейся ФП после отключения стимуляции предсердий, что наблюдалось в 4 случаях из 6 при применении алгоритма 2.

Данные о влиянии спинальной стимуляции на АНС в литературе противоречивы, а оптимальные параметры ССМ не определены [25; 26]. В нашем исследовании алгоритм 1 был более эффективным для ингибирования ФП и акселерации ЧСС. Косвенно это может указывать на то, что этот алгоритм оказывает более выраженный эффект на автономную нервную систему.

В экспериментальных работах по созданию хронической модели ФП свиньи редко присутствуют, в отличие от собак и овец, так как требуется седация для оценки нарушений ритма сердца. Изучение алгоритмов ССМ на модели ФП у свиней может способствовать разработке оптимального алгоритма стимуляции, который будет наиболее актуален для применения в клинических исследованиях. Во-первых, анатомия свиного сердца близка к человеческой. Во-вторых, наблюдается сходство электрофизиологических свойств свиных сердец с человеческими.

Заключение

ССМ у животных с моделью хронической ФП безопасна и, в зависимости от алгоритма, значимо изменяет базовую ЧСС, точку Венкебаха и ЭРП, что доказывает ее воздействие на АНС. Также ССМ показывает тенденцию к снижению индуцибельности ФП в зависимости от выбранного алгоритма. Серия экспериментов указывает на модифицирующее влияние ССМ на АНС, выраженное в снижении продолжительности и индуцибельности ФП у животных с хронической моделью ФП. Требуются дальнейшие исследования с большей выборкой животных.