Электрофизиологические механизмы устойчивости ритма сердца суслика Citellus undulatus во время гибернации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.13, кандидат биологических наук Глухов, Алексей Вячеславович

• Глухов, Алексей Вячеславович
• кандидат биологических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Глухов, Алексей Вячеславович

Список сокращений

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Клинические и экспериментальные наблюдения нарушений 8 ритма сердца при гипотермии

1.2. Феномен гибернации

1.3. Электрофизиологические механизмы развития блоков 14 проведения и аритмий при гипотермии. Устойчивость гибернирующих животных к возникновению нарушений ритма

1.3.1. Кальциевая перегрузка кардиомиоцитов при гипотермии

1.3.1.1. Особенности энергетического метаболизма у 21 гибернантов.

1.3.1.2. Са -транспортирующие системы кардиомиоцитов.

1.3.2. Проведение возбуждения

1.3.2.1. Роль деполяризующих токов в распространении ПД

1.3.2.2. Межклеточное взаимодействие

1.3.2.3. Роль 1са,ь тока в формировании и распространении ПД в 37 рабочем миокарде желудочков при гипотермии и гибернации

1.4. Особенности иннервации сердца гибернантов

1.5. Резюме

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1. Объект исследования и инструментальный протокол

2.2. Экспериментальный протокол

2.3. Система оптического картирования электрической активности 49 сердца.

2.4. Регистрация оптических сигналов, обработка и статистический 52 анализ полученных данных.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Электрофизиологические параметры функционирования ^ изолированного сердца гибернирующих и негибернирующих животных при различных температурах (серия 1).

3.2. Хронотопография активации изолированного сердца сусликов 55 и кроликов при 37°С и во время охлаждения до 3°С (серия 2).

3.3. Пространственно-временные характеристики процессов 74 активации и реполяризации сердца сусликов и кроликов при различных температурах. Уязвимость к желудочковым тахиаритмиям при гипотермии (серия 3).

4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1. Возникновение нарушений ритма сердца при гипотермии и последующем нагревании у гибернирующих и негибернирующих животных

4.2. Роль скорости проведения в защите от остановки сердечной деятельности при гипотермии

4.3. Особенности межклеточного взаимодействия у гибернирующих животных

4.4. Надёжность проведения при гипотермии

4.5. Роль динамической неоднородности миокарда в механизме 109 развития ФЖ

4.6. Антиаритмическая роль постреполяризационной 116 рефрактерности

4.7. Сезонные изменения устойчивости сердца гибернантов к ^ 19 гипотермии

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электрофизиологические механизмы устойчивости ритма сердца суслика Citellus undulatus во время гибернации»

Актуальность исследования.

Сердце человека и большинства млекопитающих имеет ограниченную устойчивость к холоду: снижение температуры тела до 28-26°С приводит к увеличению экстрасистолической активности и часто - к развитию фибрилляции желудочков (ФЖ), самой опасной аритмии, приводящей к летальному исходу [,Johansson, 1996; Matlu et al., 2002]. Дальнейшее снижение температуры до 15-10°С приводит к полному блоку проведения возбуждения по сердцу и асистолии. Подобная ситуация наблюдается у всех негибернирующим млекопитающих при выраженной гипотермии [.Mouritzen, 1963]. В то же время, сердце гибернирующих млекопитающих (гибернантов), напротив, устойчиво к низким температурам и способно адекватно сокращаться даже при 0-7°С [Duker et al., 1983; Burlington et al, 1989]. Нарушения проведения, а также ФЖ не развиваются ни при входе в состояние гибернации, ни при выходе из него, когда температура тела гибернанта может изменяться в течение нескольких часов более чем на 30°С [Saitongdee et al, 2000]. Несмотря на многолетние исследования проблемы гибернации, точные механизмы устойчивости ритма сердца зимнеспящих животных во время выраженной гипотермии остаются до конца неизвестными.

Среди возможных факторов, обуславливающих различную уязвимость сердца гибернирующих и негибернирующих млекопитающих к возникновению нарушений ритма сердца при низких температурах, выделяют несколько ключевых: дисперсию реполяризации и проведения в желудочках [Duker et al, 1987; Salama el al, 1998], плотность адренергической иннервации [Nielsen et al, 1968; Johansson, 1996], особенности Ca2+ гомеостаза [Liu et al, 1997; Wang el al, 2002], метаболические факторы, а также особенности утраструктуры межклеточных контактов [Saitongdee et al, 2000; Opthof, 2000; Fedorov el al, 2005]. В то же время, в настоящий момент нет убедительных данных о роли того или иного механизма в защите сердца гибернантов от возникновения аритмий при гипотермии.

Во время зимней спячки гибернирующие животные адаптируются к выраженной гипотермии, предотвращая негативные эффекты охлаждения. Весьма заманчивой представляется перспектива применения этих физиологических явлений в клинической медицине, однако она ограничивается слабым пониманием механизмов гибернации. В связи с этим, изучение электрофизиологических механизмов, с помощью которых гибернанты защищены от возникновения нарушений ритма сердца при гипотермии, продолжает до сих пор оставаться в центре внимания многих исследователей. Результаты таких исследований могут привести к пониманию основных механизмов образования наиболее опасных нарушений сердечного ритма, к разработке новых способов их предотвращения и купирования.

Цель исследования.

Изучить электрофизиологические механизмы устойчивости сердца гибернирующих сусликов Citellus undulatus к развитию желудочковых тахиаритмий при низких температурах.

Задачи исследования.

1. Провести сравнительное исследование влияния гипотермии на электрическую активность изолированного по Лангендорфу сердца зимнеспящих сусликов (в различных состояниях активности) и негибернирующих млекопитающих (крысы и кролики).

2. Исследовать влияние гипотермии на спонтанный аритмогенез в сердце гибернирующих и негибернирующих млекопитающих, а также оценить уязвимость сердца к развитию желудочковых тахиаритмий во время электрической стимуляции при различных температурах.

3. Провести сравнительное исследование влияния гипотермии на пространственно-временные характеристики процессов активации и реполяризации сердца сусликов и кроликов.

4. С помощью метода оптического картирования проанализировать причины развития желудочковых тахиаритмий у негибернантов при охлаждении.

5. Исследовать сезонные изменения устойчивости сердца зимнеспящих сусликов Citellus undulatus к гипотермии.

Научная новизна.

1. В работе впервые непосредственно измерена скорость проведения возбуждения и детально исследована хронотопография активации сердца гибернирующего млекопитающего в условиях выраженной гипотермии. С помощью методики оптического картирования электрической активности сердца показано сохранение функциональной однородности миокарда желудочков сусликов при охлаждении до 3°С и значительное увеличение при понижении температуры неоднородности у кроликов, что, по-видимому, обуславливает различную уязвимость сердца гибернантов и негибернантов к развитию блоков проведения и возникновению желудочковых аритмий.

2. Впервые показано появление у сусликов Citellus undulatus во время гибернации постреполяризационной рефрактерности, которая может являться дополнительным защитным механизмом против возникновения нарушений ритма и обуславливаться различной экспрессией и/или регуляцией Na+ и/или Са2+ каналов.

3. Получены экспериментальные доказательства важной роли межклеточных контактов в аритмогенезе во время гипотермии. Показано, что увеличение во время гибернации экспрессии белков, формирующих щелевые контакты, способствует устойчивости ритма сердца при охлаждении.

Теоретическая и практическая значимость.

Теоретическая значимость представленных результатов определяется существенным вкладом в понимание природных антиаритмических механизмов, присутствующих у гибернирующих млекопитающих. Исследование показало, что в сердце гибернантов присутствует ряд специализированных адаптационных механизмов, обуславливающих функциональную однородность миокарда и препятствующих развитию аритмий.

Практическая значимость работы связана с выявлением новых мишеней для действия кардиотропных средств. Полученные результаты могут быть использованы для разработки новых подходов к повышению устойчивости негибернирующих организмов, включая человека, в экстремальных условиях, и дальнейшего их применения в медицинской практике. Кроме того, применяемая в работе система оптического картирования электрической активности сердца может быть использована для быстрого и достаточно точного тестирования и исследования новых антиаритмических препаратов, что невозможно достичь, используя традиционные методы электрофизиологических исследований.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Заключение диссертации по теме «Физиология», Глухов, Алексей Вячеславович

выводы

1. В работе впервые методом оптического картирования исследована хронотопография возбуждения сердца зимнеспящего млекопитающего в условиях выраженной гипотермии. При понижении температуры от 37°С до 3°С сердце суслика Citellus iinclulcitus сохраняет синусовый ритм, проведение по системе Гиса-Пуркинье и нормальную картину активации желудочков.

2. Гипотермия увеличивает уязвимость сердца иегибернирующих млекопитающих (крысы и кролики) к развитию желудочковых тахиаритмий, что, по-видимому, обусловлено укорочением длины волны возбуждения и увеличением функциональной неоднородности миокарда. В то же время, у сусликов эти изменения менее чувствительны к понижению температуры, что, вероятно, обуславливает большую устойчивость гибернирующих животных к развитию нарушений ритма сердца при охлаждении.

3. Данные оптического картирования находятся в соответствии с результатами электрофизиологического исследования и позволяют с высокой точностью реконструировать карты активации и реполяризации сердца, что невозможно достичь, используя электрическое картирование или микроэлектродную технику.

4. Впервые исследованы пространственно-временные характеристики процессов активации и реполяризации сердца гибернирующего животного в условиях выраженной гипотермии. Результаты оптического картирования подтверждают важную роль скорости и однородности проведения в развитии блоков проведения возбуждения и возникновении фибрилляции желудочков.

5. Появление постреполяризационной рефрактерности у сусликов во время гибернации, по-видимому, является одним из защитных механизмов против возникновения нарушений ритма и может рассматриваться в качестве новой мишени для кардиотропных средств.

6. У сусликов обнаружены сезонные различия в устойчивости сердца к гипотермии, которые, по-видимому, обусловлены наличием в период зимней спячки специализированных адаптационных механизмов, определяющих функциональное состояние миокарда и связанных с изменениями работы Na+, Са2+ и межклеточных каналов и/или уровня экспрессии белков, формирующих эти каналы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные данные позволят выявить механизмы, с помощью которых гибернанты защищены от возникновения нарушений ритма в условиях выраженной гипотермии. Изучение этих механизмов представляет как теоретический, так и практический интерес: понимание причин ФЖ позволит разработать новые подходы к повышению устойчивости негибернирующих организмов, включая человека, в экстремальных условиях и дальнейшего применения их в медицинской практике. Такие подходы помогут расширить возможности лечения людей, подвергшихся переохлаждению; улучшить восстановление работы сердца после охлаждения во время кардиохирургических операций; снизить последствия ишемических повреждений сердца, в том числе, инфаркта миокарда. Полученные знания должны выявить новые мишени для фармакологических воздействий и помочь в разработке новых лекарственных препаратов.

Кроме того, обнаруженное в работе появление постреполяризационной рефрактерности во время гибернации может быть дополнительным механизмом, обеспечивающим устойчивость сердца гибернирующих сусликов к развитию нарушений ритма при гипотермии. Понимание электрофизиологической основы существования постреполяризационной рефрактерности позволит выделить новые мишени для фармакологического воздействия, помочь в разработке новых лекарственных препаратов, а также выработать наиболее рациональную терапию фибрилляции желудочков. Всё это будет способствовать увеличению качества лечения, уменьшению проаритмогенных эффектов фармакологических препаратов и сведению к минимуму применения радикальных хирургических методов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Глухов, Алексей Вячеславович, 2006 год

1. Барбараш Н.А. Периодическое действие холода и устойчивость организма. Успехи Физиол. Наук. 1996; 27(4): 116-132.

2. Брустовецкий Н.Н., Маевский Е.И., Гогвадзе В.Г. Возможные биохимические механизмы подавления окислительного метаболизма у зимнеспящих животных. В книге «Механизмы зимней спячки». Пущино, 1987: 32-39.

3. Вайнер Э.Н. Фибрилляция сердца при низких температурах. Успехи Физиол. Наук. 1982; 13(4): 100-119.

4. Волколаков Я.В., Лацис А.Т. Глубокая гипотермия в какрдиохирургии детского возраста. Ленинград: Медицина. 1977.

5. Гофман Б., Крейнфилд П. Электрофизиология сердца. Пер. с англ.- М.: Изд-во иностранной лит-ры, 1962.

6. Гренадер А.К. Антиаритмики блокаторы ионных каналов. Механизмы действия и структура. Пущино, ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1987.

7. Ефимов И.Р., Сидоров В.Ю. Оптическое картирование электрической активности сердца. Кардиология. 2000; 8: 38-52.

8. Жегунов Г.Ф. Электрофизиологические характеристики функционирования сердца и интенсивность синтеза белков кардиомиоцитов при пробуждении сусликов от зимней спячки. Ж Эвол. Биохим. Физиол. 1988; 24(1): 40-47.

9. Жегунов Г.Ф. Электрофизиологические параметры функционирования сердца сусликов Citellus undulatus в процессе пробуждения от зимней спячки. Криобиология. 1986; 1: 31-34.

10. Иванов К.П., Арокина Н.К., Дидина С.Е., Волкова М.Ф. Концентрация Са2+ в крови животных и их устойчивость к ходу. Российский Физиол Ж им. И.М. Сеченова. 1999; 85(12): 1550-9.

11. Кобрин В.И. Спонтанная дефибрилляция желудочков сердца при гипотермии. Кардиология. 31(1): 19-21. 1991.

12. Колаева С.Г. Зимняя спячка. Вестник РАН. 1993; 63(12): 1076-1081.

13. Кушаковский МС. Аритмии сердца. Санкт-Петербург: Фолиант, 1998.

14. Медведев Л.Н., Елсукова Е.И. Бурая жировая ткань человека. Успехи Физиол. Наук. 2002; 33(2): 17-29.

15. Перцов A.M., Фаст В.Г. Исследование холодовых аритмий в изолированном предсердии кролика методом картографирования. Кардиология. 25(5):93-97. 1985.

16. Покровский В.М., Шейх-Заде Ю.Р. Сердце при гипотермии. Наука. 1994.

17. Розенштраух Л.В., Фёдоров В.В., Алиев P.P., Глухов А.В., Михеева Т.В., Резник А.В., Ефимов И.Р. Изучение характера активации изолированного сердца гибернирующего суслика Citellus undulatus. Кардиология. 2005;45(4): 4-10.

18. Физиология терморегуляции. Руководство по физиологии под ред.

19. Иванова К.П. Ленинград: Наука, 1984.

20. Alekseev АЕ, Markevich N1, Korystova AF, Lankina DA, Kokoz YM. Thekinetic characteristics of the L-type calcium channels in cardiocytes of hibernator. 1. Development of akinetic model. Membr Cell Biol. 1997; 11(1): 3144.

21. Alekseev AE, Markevich N1, Korystova AF, Terzic A, Kokoz YM.

22. Comparative analysis of the kinetic characteristics of L-type calcium channels in cardiac cells of hibernators. Biophys. J. 1996; 70: 786-797.

23. Allesie MA, Lammers WJEP, Bonke FIM, HoIIen J. Experimental evaluation of Moe's multiple wavelet hypothesis of atrial fibrillation. In: Zipes DP, Jalife J, eds. Cardiac electrophysiology and arrhythmias. NY, Grune&Stratton, 1985: 265274.

24. Arnsdorf MF. Кабельные свойства и проведение потенциала действия. Возбудимость, источники и стоки. В книге: Физиология и патофизиология сердца. Под ред. Сперелакиса Н. Москва: Медицина. Стр. 166-213. 1988.

25. Backer LC, London В, Choi BR, Koren G, Salama G. Enhanced dispersion of repolarization and refractoiness in transgenic mouse hearts promotes reentrant ventricular tachycardia. Circ Res. 2000; 86: 396-407.

26. Badeer H. Ventricular fibrillation in hypothermia; a review of factors favoring fibrillation in hypothermia with and without cardiac surgery. J Thoracic Surg 1958; 35(2):265-273.

27. Balser JR. Biophysics of normal and abnormal cardiac sodium channel function. In Zipes DP and Jalife J, eds: Cardiac Electrophysiology: from cell to bedside. 4nd edition. W.B Saunders Company. 2004; Chapter 9: 77-87.

28. Banville I, Gray RA. Effect of action potential duration and conduction velocity restitution and their spatial dispersion on alternans and the stabiliyu of arrhythmias. J Cardiovasc Electrophysiol. 2002; 13: 141-1149.

29. Belke DD, Milner RE, Wang LCH. Seasonal variations in the rate and capacity of cardiac SR calcium accumulation in a hibernating species. Cryobiol. 1991; 28:354-363.

30. Berridge MJ, Lipp P, Bootman MD. The versatility and universality of calcium signalling. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2000; 1:11-21.

31. Bers DM. Calcium fluxes involved in control of cardiac myocyte contraction. Circ. Res. 2000; 87:275-281.

32. Bertram JS, Vine AL. Cancer prevention of retinoids and carotenoids: independent action on a common target. Biochem Biophys Act. 2005; 1740: 170178.

33. Betsuyaku T, Nnebe NS, Sundset R, Patibandla S, Krueger CM, Yamada

34. KA. Overexpression of cardiac connexin45 increases susceptibility to ventricular tachyarrhythmias in vivo. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2006; 290(1): HI 6371.

35. Bjornstad H., Mortensen E., Sager G., Refsum H. Effect of bretylium tosylate on ventricular fibrillation threshold during hypothermia in dogs. Am. J. Emerg. Med. 12(4):407-12. 1994.

36. Boutilier RG. Mechanisms of cell survival in hypoxia and hypothermia. J Exp Biol. 2001;204:3171-3181.

37. Buchanan JW, Gettes LS. Ionic environment and propagation. In: Cardiac electrophysiology. Fron cell to beside. WB Saunders Company. 1990; 149-156.

38. Bukauskas F.F., Weingart R. Temperature dependence of gap junction properties in neonatal rat heart cells. Pflugers Arch 1993; 423: 133-139.

39. Burlington RF, Milsom WK. The cardiovascular system in hibernating mammals: recent advances. In: Living in the cold, edited by Malan A and Comguihem B. Jon Libbey Eurotext Ltd 1989; 235 243.

40. Carey H.V., Andrews M.T., Martin S.L. Mammalian hibernation: cellular and molecular responses to depressed metabolism and low temperature. Physiol Rev. 2003; 83(4): 1153-81.

41. Chao I. The recovery of dogs from deep hypothermia. Acta Sci. Nat. Univ. Pekinensis. 1959;5:99-102.

42. Cherry EM, Fenton FH. Suppression of alternans and conduction blocks despite steep APD restitution: electrotonic, memory, and conduction velocity restitution effects. Am J Physiol. 2004; 286: H2332-H2341.

43. Chorro FJ, Guerrero J, Ferrero A, Tormos A, Mainar L, Millet J, Canoves J, Porres JC, Sanchis J, Lopez-Merino V, Such L. Effects of acute reduction of temperature on ventricular fibrillation activation patterns. Am J Physiol. 2002; 283(6): H2331-40.

44. Chudin E, Goldhaber J, Garfinkel A, Weiss J, Kogan B. Intracellular Ca2+ dynamics and the stability of ventricular tachycardia. Biophys J. 1999; 77:2930— 2941.

45. Clapham DE. Calcium signaling. Cell. 1995; 80(2):259-68.

46. Clayton RH, Taggart P. Regional differences in APD restitution acb initiate wavebreak and re-entry in cardiac tissue: A computational study. BioMedical Engineering OnLine. 4: 54.

47. Colatsky TJ. Voltage clamp measurements of sodium channel properties in rabbit cardiac Purkinje fibers. J Physiol. 1980; 305: 215-234.

48. Covino B.G., D'Amato H.E. Mechanism of ventricular fibrillation in hypothermia. Circ. Res. 10:148-55. 1962.

49. Cranefield P.F., Hoffman B.F. Reentry: slow conduction, summation and inhibition. Circulation, 1971: 44, 309.

50. Cranefield P.F. Action potentials, afterpotentials and arrhythmias. Circ. Res. 1977;41:415-423.

51. Dave A.R., Morrison P.R. Characteristics of the hibernating heart. Am Heart J 1955; 124: 367-384.

52. Davidenko JM, Pertsov AV, Salomonsz JR, Baxter W, Jalife J. Stationary and drifting spiral waves of excitation in isolated cardiac muscle. Nature. 1992; 355: 349-351.

53. Drahota Z, Jezek P. Regulation of the mitochondria proton channel in brown fat. Cell. Biol.; Int. Repts 3rd Eur Congr Cekk Biol. (Firenze, Italy, 1990). London, 1990. P.211.

54. Dudel J, Rudel R. Voltage and time dependence of excitatory sodium current in cooled sheep Purkinje fibres. Pflugers Arch. 315(2): 136-58. 1970.

55. Duker G.D., Olsson S.O., Hecht N.H. et al. Ventricular fibrillation in hibernators and nonhibernators. Cryobiology 1983; 20: 407 420.

56. Duker GD, Sjoquisl PO, Johansson BW. Monophasic action potentials during induced hypothermia in hedgehog and guinea pig hearts. Am J Physiol 1987; 253: H1083 -H1088.

57. Eagles DA, Jacques LB, Taboada J. Cardiac arrhythmias during arousal fromhibernation in three species of rodents. Am J Physiol 1988; 254: R102-R108.

58. Efimov I.R. Fibrillation or neurillation: back to the future in our concepts of sudden cardiac death? Circ Res. 92(10): 1062-4. 2003

59. Flo rant G.L., Weitzman E.D., Jayant A., Cote L.J. Plasma catecolamine levels during cold adaptation and hibernation in woodchucks (Marmota monax). J. Therm. Biol. 7(3): 143-146, 1982.

60. Fox JJ, McHarg JL, Gilmour RF. Ionic mechanism of electrical alternans. Am J Physiol. 282: H516-H530, 2002.

61. Gadsby, Wit AL. Cellular mechanisms of cardiac arrhytmias. Cardiac Arrhytmias: Their Mechanisms, Diagnosis and Management W.J. Mandel (ed.), 2nd edition. Philadelphia: J.B. Lippincott Co., 1987.

62. Geiser F, Baudinette RV, McMurchie EJ. The effect of temperature on isolated perfused hearts of heterothermic marsupials. Сотр. Biochem. Physiol. A. 1989; 93:331-335.

63. Gettes LS, Buchanan JW, Saito T, Kagiyama Y, Oshita S, Fujino T. Studies concerned with slow conduction. In: cardiac Electrophysiology and Arrhythmias, ed: Zipes, Jalife. Orlando, Fla.: Grune & Stratton, 1985; 81-88.

64. Gettes LS, Cascio WE. Effect of acute ischemia on cardiac electrophysiology. Fozzard HA, ed. The heart and cardiovascular system, 2nd ed. New York, NY: Raven Press; 1992: 2021-2054.

65. Gilmour RF, Otani NF, Watanabe MA. Memory and complex dynamics in cardiac Purkinje fibers. Am J Physiol 1997; 272(41): H782-H792

66. Glitsch HG, Pusch H. On the temperature dependence of Na pump in sheep Purkinje fibers. Pflugers Arch. 1984; 402: 109-115.

67. Hagiwara N, Irisawa H, Kameyama M. Contribution of two types of calcium currents to the pacemaker potential of rabbit sinoatrial node cells. J. Physiol., 1988;395:233-253.

68. Han J., Garcia de Jalon, Мое G.K. Adrenergic effects on ventricular vulnerability. Circ. Res. 14: 516-525, 1964.

69. Haunstetter A, Haas M, Yi X, Kruger C, Kubler W. Muscarinic inhibition of cardiac norepinephrine and neuropeptide Y release during ischemia and reperfusion. Am. J. Physiol. 267 (6 Pt2): R1552-R1558,1994.

70. Herve JC, Yamaoka K, Twist VW, Powell T, Ellory JC, Wang LCH. Temperature dependence of electrophysiological properties of guinea pig and ground squirrel myocytes. Am J Physiology 1992; 263,177-184.

71. Hirayama Y, Saitoh H, Atarashi H, Hayakawa H. Electrical and mechanical alternans in canine myocardium in vivo: dependence on intracellular calcium cycling. Circulation. 1993; 88:2894-2902.

72. Hochachka PW. Defense strategies against hypoxia and hypothermia. Science. 1986; 231(4735): 234-241.

73. Hoffman B.F., Siebens A.A., Cranefield P.F., Brooks C.M. The effect of epinephrine and norepinephrine on ventricular vulnerability. Circ. Res. 3: 140146, 1955.

74. Huser J, Wang YG, Sheehan KA, Cifuentes F, Lipsius SL, Blatter LA.

75. Functional coupling between glycolysis and excitation-contraction coupling underlies alternans in cat heart cells. J Physiol. 2000;524(pt 3):795-806.

76. Irisawa H, Giles WR. Sinus and atrioventricular node cells: cellular electrophysiology In: Cardiac electrophysiology. From cell to beside - W.B. Saunders Company; 1990: 95-102.

77. Ivanov KP. Physiological blocking of the mechanisms of cold death: theoretical and experimental considerations. J Therm Biol. 2000; 25: 467-479.

78. Jacobs HK, South FE. Effects of temperature on cardiac transmembrane potentials in hibernation. Am J Physiol. 1976; 230: 403-409.

79. Johansson B.W. Heart and circulation in hibernators. In: Fisher К. C., Dawe A. R., Lyman C. P., Schonbaum E., South F. E. Mammalian Hibernation III. New York, Oliver & Boyd, Ltd and American Elsevier, 1967: 200-218.

80. Johansson B.W. The hibernator heart-nature's model of resistance to ventricular fibrillation. Cardiovasc Res 1996; 31: 826 832.

81. Joyner RW, Kumar R, Wilders R, Jongsma HJ, Verheijick EE, Golod DA, Van Ginneken AC, Wagner MB, Goolsby WN. Modulating L-type calcium current affects discontinuous cardiac action potential conduction. Biophys J. 1996;71:237-245.

82. Kenyon JR, Ludbrook J. Hypothermia below 10 degrees С in dogs with cardiac recovery on rewarming. Lancet. 1957; 273(6987):171-3.

83. Khromov AS, Srebnitskaya LK, Rogdestvenskaya ZE. Low-temperature-induced calcium sensitivity changes in ground squirrels skinned trabeculae muscle. Cryo. Lett. 1990; 11: 331-336.

84. Kirchhof PF, Fabritz CL, Franz MR. Postrepolarization refractoriness versus conduction slowing caused by class I antiarrhythmic drugs. Antiarrhythmic nd proarrhythmic effects. Circulation. 1998; 97: 2567-2574.

85. Kleber A.G., Riegger C.B. Electrical constants of arterially perfused rabbit papillary muscle. J Physiol. 1987; 385: 307-24.

86. Kleber AG, Rudy Y. Basic mechanisms of cardiac impulse propogation and associated arrhythmias. Physiol. Rev. 2003; 84: 431-488.

87. Kondo N, Shibata S. Calcium source for excitationconcentration coupling in myocardium of nonhibernating and hibernating chipmunks. Science 1984. 225: 641-643.

88. Kondo N. Excitation-contraction coupling in myocardium of nonhibernating and hibernating chipmunks: effects of isoprenaline, a high calcium medium and ryanodine. Circ. Res. 1986; 59: 221-228.

89. Kumar R, Joyner RW. Calcium carrents of ventricular cell pairs during action potential conduction. Am J Physiol. 1995; 268: H2476-H2486.

90. Lakatta EG, Guarnieri T. Spontaneous myocardial calcium oscillations: are they linked to ventricular fibrillation? J Cardiovasc. Electrophysiol. 1993; 4(4): 473-89.

91. Lammers W, Kirchhof C, Bonke F, Allessie M. Vulnerability of rabbit atrium to reentry by hypoxia. Role of inhomogeneity in conduction and wavelength. Am J Physiol. 1992; 262(31): H47-H55.

92. Laurita KR, Katra R, Wible B, Wan X, Koo MH. Transmural heterogeneity of calcium handling in canine. Circ Res. 2003; 92: 668-675.

93. Lee JH. The Na7K+ pump, resting potential and selective permeability in canine Purkinje fibres at physiologic and room temperatures. Experientia. 1996; 52(7): 657-60.

94. Lesh MD, Pring M, Spear JF. Cellular uncoupling can unmask dispersion of action potential duration in ventricular myocardium: a computer modeling study. Circ Res. 1989; 65:1426-1440.

95. Levy M.N., Ng M., Martin P., Zieske H. Sympatic and parasympatic interactions upon the left ventricle of the dog. Circ. Res. 1966; 19: 5-10.

96. Liu B, Arlock P, Wohlfart B, Johansson BW. Temperature effects on the Na and Ca currents in rat and hedgehog ventricular muscle. Cryobiology. 1991(a); 28: 96-104.

97. Liu B, Belke DD, Wang LC. Ca ' uptake by cardiac sarcoplasmic reticulum at low temperature in rat and ground squirrel. Am J Physiol 1997;272:1121-1127.

98. Liu B, Wang LC, Belke DD. Effect of low temperature on the cytosolic free Ca2+ in rat ventricular myocytes. Cell Calcium 1991(b); 12: 11-18.

99. Liu B, Wang LCH, Belke DD. Effects of temperature and pH on cardiac myofilament Ca2" sensitivity in rat and ground squirrel. Am. J. Physiol. 1993; 264: R104 -R108.

100. Liu B, Zhao MJ, Chao I. Effect of cold on transmembrane potentials in cardiac cells of the hedgehog. J Therm Biol., 1987; 12: 77-80.

101. Lyman CP, Willis JS, Malan A, Wang LCH. (eds). Hibernation and Torporin Mammals and Birds. London: Academic Press. 1982.

102. MacDonald JA, Storey KB. Mitogen-activated protein kineses and selected dowmstream targets display organ-specific responses in the hibernating ground squirrel. Int J Biochem Cell Biol. 2005; 37: 679-691.

103. Marshal JM, Willis JS. The effect of temperature on the membrane potentials in isolated atria of the ground squirrel, Citellius Tridecemlineatus. J Physiology. 1962; 164:64-76.

104. Marshall J.M., Willis J.S. The effect of temperature on the membrane potentials in isolated atria of the ground squirrel, C. Tridecemlineatus. J. Physiol., 164: 6476, 1962.

105. Mattu A., Brady W.J., Perron D. Electrocardiographic manifestations of hypothermia. Am J Emerg Med 2002; 20:4: 314 326.

106. Milburn Т., Saint D.A., Chung S.H. The temperature dependence of conductance of the sodium channel: implications for mechanisms of ion permeation. Receptors Channels. 1995; 3(3):201-211.

107. Milner RE, Wang CH, Trayhurn P. Brown fat thermogenesis during hibernation and arousal in Richardson's ground squirrel. Am. J. Physiol. 256(1 Pt2): R42-48, 1989.

108. Milner RE, Machalak M, Wang LCH. Altered properties of calsequestrin andthe ryanodine receptor in the cardiac sarcoplasmic reticulum of hibernating mammals. Biochim. Biophys. Acte. 1991; 1063: 120-128.

109. Mortensen E., Berntsen R., Tveita Т., Lathrop D.A., Refsum H. Changes in ventricular fibrillation threshold during acute hypothermia. A model for future studies. J Basic Clin Physiol Pharmacol. 4(4);313-9. 1993.

110. Mouritzen C.V., Andersen M.N. Mechanisms of ventricular fibrillation during hypothermia. Relative changes in myocardial refractory period and conduction velocity. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 51(4):579-84. 1966.

111. Nair L., Grant A. Emerging class III antiarrhythmic agents: mechanism of action and proarrhythmic potential. Cardiovasc Drugs and Therapy 1997; 11: 149-167.

112. Nakaya Y-Nii H, Nomura M, Fujino K, Mori H. Effects of lidocaine and quinidine on post-repolarization refractoriness after the basic and premature action potentials: Consideration of aim of antiarrhythmic drug therapy. Am Heart J. 1989; 118:907-912.

113. Nagatomo Т., Fan Z., Ye В., Tonkovich G.S., January C.T., Kyle J.W., Makielski J.C. Temperature dependence of early and late currents in human cardiac wild-type and long Q-T DeltaKPQ Na+ channels. Am J Physiol. 1998; 275(6 Pt2):H2016-24.

114. Nicholls DG, Locke RM. Thermogenic mechanisms in brown fat. Physiol. Rev. 1984; 64:1-64.

115. Nielsen КС, Owman C. Difference in cardiac adrenergic innervation between hibernators and non-hibernating mammals. Acta Physiol Scand Suppl 1968; 316:1-30.

116. Nielsen КС, Owman C. Effect of reserpine on the spontaneous ventricular fibrillation development during induced deep hypothermia in cats. Arch Int Pharmacodyn Ther 1968; 175:412- 421.

117. Nolasco JB, Dahlen RW. A graphic method for the study of alternation in cardiac action potentials. J. Appl. Physiol. 25: 191-196,1968

118. Noma A, Tsuboi N. Dependence of junctional conductance on proton, calcium and magnesium ions in cardiac paired cells of guinea-pig. J Physiol. 1987; 382: 193-211.

119. Opthof T, Rook MB. The hibernators heart. Nature's response to arrhythmogenesis? Cardiovasc Res 2000; 47(1): 6-8.

120. Osaka T, Kodama I, Tsuboi N, Toyama J, Yamada K. Effects of activation sequence and anisotropic cellular geometry on repolarization phase of action potential of dog ventricular muscles. Circulation. 1987; 76:226-236.

121. O'Shea J.E., Evans B.K. Innervation of bat heart: cholinergic and adrenergic nerves innervate all chambers. Am. J. Physiol. 249: H876-H882,1985.

122. Plesnila N, Mauller E, Guretzki S, Ringer F, Staub F, Baethmann A. Effect of hypothermia on the volume of rat glial cells. J Physiol. 2000; 523: 155-162.

123. Pu J, Boyden PA. Alterations of Na+ currents in myocytes from epicardial border zone of the infracted heart. A possible ionic mechanism for reduced excitability and postrepolarization refractoriness. CircRes. 1997; 81: 110-119.

124. Quan W, Rudy Y. Unidirectional block and reentry of cardiac excitation: a model study. Circ Res. 1990; 66: 367-381.

125. Qin H, Huang J, Rogers JM, Walcott GP, Rollins DL, Smith WM, Ideker

126. RE. Mechanisms for the maintenance of ventricular fibrillation: the nonuniform dispersion of refractoriness, restitution properties, or anatomic heterogeneities? J Cardiovasc Electrophysiol. 2005; 16(8):888-97.

127. Riccio M.L., Koller M.L., Gilmour R.F. Electrical restitution and spatiotemporal organization during ventricular fibrillation. Circ Res. 1999; 84: 955-963.

128. Rohr S, Kucera J. Cardiac tissue architecture determines velocity and safety of propagation. In Zipes DP and Jalife J, eds: Cardiac Electrophysiology: from cell to bedside. 4th edition. NY, 2004; Chapter 25: 222-231.

129. Rook MB, Jongsma HJ, van Ginneken ACG. Properties of single gap junctional channels between isolated neonatal rat cells. Am J Physiol. 1988; 255: H770-H782.

130. Rosenbaum DS, Jackson LE, Smith JM, Garan H, Ruskin JN, Cohen RJ.

131. Electrical alternans and vulnerability to ventricular arrhythmias. N. Engl. J. Med. 330:235-241,1994

132. Rosenbaum DS, Kaplan DT, Kanai A, Jackson L, Garan H, Cohen RJ, Salama G. Repolarization inhomogeneities in ventricular myocardium change dynamically with abrupt cycle length shortening. Circulation. 199; 84:1333-1345.

133. Rosenquist TH. Ultrastructural changes in the plasma membrane and SR of myocardial cells during hibernation. Cryobiol. 1970; 7: 14-18.

134. Rubenstein DS, Lipsius SL. Premature beats elicit a phase reversal of mechanoelectrical alternans in cat ventricular myocytes: a possible mechanism for reentrant arrhythmias. Circulation. 1995;91:201-214.

135. Saffitz JE, Lerner DL, Yamada KA. Gap junction distribution and regulation in the heart. In Zipes D.P. and Jalife J., eds: Cardiac Electrophysiology: from cell to bedside. 4th edition. NY, 2004; Chapter 21: 181-191.

136. Saitoh H, Bailey JC, Surawicz B. Action potential duration alternans in dog Purkinje and ventricular muscle fibers. Further evidence in support of two different mechanisms. Circulation 1989; 80: 1421-1431.

137. Saitongdee P, Milner P, Becker DL, Knight GE, Burnstock G. Increased connexin43 gap junction protein in hamster cardiomyocytes during cold acclimatization and hibernation. Cardiovascular Res. 47(1):108-115. 2000.

138. Shaw RM, Rudy Y. Ionic mechanisms of propagation in cardiac tissue. Roles of the sodium and L-type calcium currents during reduced excitability and decreased gap junction coupling. Circ Res 1997; 81: 727-741.

139. Shirotani H. et al. Open heart surgery in small infants. J. Cradiovasc. Surg., Suppl.: 246-251, 1973.

140. Sitsapesan R, Williams A J. Regulation of current flow through ryanodine receptors by luminal Ca2+. J. Membr. Biol. 1997; 59: 179-185.

141. Skepper JN, Navaratnam V. Ultrastructural features of left ventricular myocytes in active and torpid hamsters compared with rats: a morphometric study. J. Anat. 1995; 186:585-592.

142. South FE, Jacobs H. Contraction kinetics of ventricular muscle from hibernating and non-hibernating mammals. Am, J. Physiol. 1973; 225: 444-449.

143. Spach MS, Barr RC. Effects of cardiac microstructure on propagating electrical waveforms. Circ Res. 2000; 86(2): E23-8.

144. Spach MS, Josephson ME. Initiating re-entry: role of uniform anisotropy in small circuits. J Cardiovasc. Electrophysiol. 1994; 5: 182-209.

145. Spach MS, Kootsey JM, Sloan JD. Active modulation of electrical coupling between cardiac cells of the dog. A mechanism for transient and steady state variations in conduction velocity. Circ Res. 1982; 51(3): 347-62.

146. Spear JF, Balke CW, Lesh MD, Kadish AH, Levine JL, Moore EN. Effect of cellular uncoupling by heptanol on conduction in infracted myocardium. Circ. Res. 1990; 66:202-217.

147. Spear JF, Moore EN. A comparison of alternation in myocardial action potentials and contractility. Am J Physiol. 1971; 220:1708-1716.

148. Strinivas M., Duffy H., Delmar M., et al. Prospects for pharmacologic tareting of gap junction channels. In Zipes, Jalife, eds: Cardiac Electrophysiology: from cell to bedside. 4th ed. NY, 2004; Chapter 19:158-167.

149. Sugiura H, Joyner RW. Action potential conduction between guinea pig ventricular cells can be modulated by calcium carrent. Am J Physiol. 1992; 263: H1591-H1604.

150. Tachibana H, Kubota I, Yamaki M, Watanabe T, Tomoike H. Canine model of ventricular fibrillation using programmed stimuli and localized myocardial warming or cooling. Jpn Heart J. 1999; 40(2):179-88.

151. Tang YJ, Wang SQ, Zhou ZQ. Seasonal variation in ultrastructure and Ca2+ uptake rate of cardiac sarcoplasmic reticulum in ground squirrels. Acta Physiol. Sinica. 1995;47:478-483.

152. Tolkacheva EG, Anumonwo JM, Jalife J. Action potential duration restitution portraits of Mammalian ventricular myocytes: role of calcium current. Biophys J. 2006; 91(7): 2735-45.

153. Toyoshima H, Burgess MJ. Electrotonic interaction during canine ventricular repolarization. Circ Res. 1978;43:348-356.

154. Ujhelyi M.R., Sims J.J., Dubin S.A., Vender J., Miller A.W. Defibrillation energy requirements and electrical heterogeneity during total body hypothermia. Crit. Care. Med. 29(5): 1006-11. 2001.

155. Vanoli E., DeFerrari G.M., Stramba-Badiale M., Hull S.S., Foreman R.D., Schwartz P.J. Vagal stimulation and prevention of sudden death in conscious dogs with a healed myocardial infarction. Circ. Res. 68: 1471-1481,1991.

156. Viguera A., Goni F. The uncoupling protein from brown adipose tissue mitochondria. Eur. J. Biochem. 1992. V.210. P.893-899.

157. Van der Hyden MAG, Opthof T. The hidden secrets of the hibernator's heart may protect against arrhythmias. Heart Rhythm. 2005; 2(9):976-978.

158. Wang LCH. Mammalian hibernation: an escape from the cold. In Advances in

159. Comparative and Environmental Physiology. Berlin: Springer-Verlag. 1988; 1-45.

160. Wang SQ, Cao HM, Zhou ZQ. Temperature dependence of the myocardial excitability of ground squirrel and rat. J. therm. Biol. 1997; 22 (3): 195-199.

161. Wang SQ, Feng Q, Zhou ZQ. Experimental analysis of the calcium source for cardiac excitation-contraction coupling in ground squirrel. A. Physiol Sinica 1995;47:551-558.

162. Wang SQ, Hong Q, Zhou ZQ. Recording of calcium transient and analysis of calcium removal mechanisms in cardiac myocytes from rats and ground squirrels. Sci. China С Life Sci. 2000; 43: 191-199.

163. Wang SQ, Hong Q, Zhou ZQ. Temperature dependence of intracellular free calcium in cardiac myocytes from rat and ground squirrel measured by confocal microscopy. Sci. China С Live Sci. 1999; 42: 293-299.

164. Wang SQ, Lakatta EG, Cheng H, Zhou ZQ. Adaptive mechanisms of intracellular calcium homeostasis in mammalian hibernators. J Exp Biol. 2002; 205: 2957-2962.

165. Wang SQ, Zhou ZQ. Alpha-stat calibration of indo-1 fluorescence and measurement of intracellular free calcium in rat ventricular cells at different temperatures. Life Sci., 1999; 65(9): 871-7Liu et al., 1990;

166. Weiss JN, Chen PS, Qu Z, Karagueuzian HS, Garfinkel A. Ventricular fibrillation. How do we stop the waves from breaking? Circ Res. 2000; 87: 11031107.

167. White JD. Cardiac arrest in hypothermia. JAMA. 1980; 244:2262.

168. Wiener N, Rosenblueth A. The mathematical formulation of the problem of conduction of impulses in a network of connected excitable elements, specifically in cardiac muscle. Arch. Inst. Cardiol. Мех. 16:205-265. 1946.

169. Willis JS, Xu W, Zhao Z. Diversities of transport of sodium in rodent red cells. Сотр. Biochem. Physiol. 1992; 102: 609-614.

170. Willis JS. Hibernation: cellular aspects. Annu. Rev. Physiol. 1979; 41:275-286.

171. Wit AL, Rosen MR. Afterdepolarizations and triggered activity: distinction from automaticity as an arrhythmogenic mechanisms. In: Fozzard, Haber et al., eds. The heart and cardiovascular system: scientific foundations. 2nd ed. NY. 1992; 2113-2163.

172. Yamada K.A., Rogers J.G., Sundset R., Steinberg Т.Н., Saffitz J.E. Upregulation of connexin45 in heart failure. J Cardiovasc Electrophysiol. 2003; 14(11):1205-12.

173. Zhou ZQ, Liu B, Dryden WF, Wang LCH. Cardiac mechanical restitution in active and hibernating Richardson's ground squirrel. Am. J. Physiol. 1991; 260: R353-R358.

174. Zhuang J, Yamada KA, Saffitz JE, Kleber AK. Pulsatile stretch remodels cell-to-cell communication in cultured myocytes. Circ Res. 2000; 87: 316-322.

175. СПИСОК РАБОТ, ОБУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

176. Розенштраух Л.В., Фёдоров B.B., Алиев P.P., Глухов A.B., Михеева Т.В., Резник А.В., Ефимов И.Р. Изучение характера активации изолированного сердца гибернирующего суслика Citellus undulatus. Кардиология. Кардиология. 2005; 45(4): 4-10.

177. Li Li, Fedorov V.V., Glukhov A.V., Nikolski P.V., Rosenshtraukh L.V., Efimov I.R. Connexins 43 and 45 remodeling improves conduction safety in hibernating ground squirrel Cittelus undulatus. Heart Rhythm 2005, New

178. Orleans, Lousiana, USA, May 4-7. Heart Rhythm 2(5), Abstr. Supplement 2005; S70.

179. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю Розенштрауху Леониду Валентиновичу, заведующему лабораторией электрофизиологии сердца, за всестороннюю помощь при выполнении работы.

180. Автор считает своим долгом выразить специальную благодарность Фёдорову Вадиму Валерьевичу за неоценимую поддержку и тесное сотрудничество во время выполнения диссертационной работы и обсуждения полученных результатов.

181. Автор благодарит Дудину Татьяну Викторовну и Егорова Юрия Владимировича за участие в экспериментальной работе и обсуждении полученных результатов.

182. Автор также благодарит сотрудников лаборатории электрофизиологии сердца Резника Андрея Валерьевича, Юшманову Анну Васильевну и Белошапко Галину Григорьевну.

183. Автор выражает благодарность сотрудникам Института биофизики клетки Семёновой Татьяне Павловне, Накиповой Ольге Васильевне и Амерханову Зарифу Гарриевичу за помощь в работе с сусликами и подробные консультации по уходу и содержанию животных.

184. Отдельно автор благодарит Ефимова Игоря Рудольфовича за помощь в налаживании и освоении методики оптического картирования сердца.