Створення біологічного водія ритму серця

Майкл Розен (Michael R. Rosen), доктор медицини

За смертністю серцево-судинні захворювання, як і раніше займають провідне становище у світі. Одні з самих поширених серцевих патологій - аритмії, причинами яких можуть бути різні функціональні та органічні ураження міокарда (перш за все інфаркт, ішемічна хвороба, вроджені або набуті вади серця і т.д.). У нормально працюючому серці ритмічні скорочення міокарда відбуваються під дією імпульсів, які спонтанно зароджуються в клітинах сино-атріального вузла (рис.1). Інакше він називається первинним водієм ритму, або Пейсмекер (англ. pacemaker - задає ритм). Від нього збудження поширюється по передсердям, змушуючи їх синхронно скорочуватися і перекачувати кров у шлуночки, і доходить до атріо-вентрікулярного вузла. Далі електричний імпульс через пучок Гіса досягає його кінцевих розгалужень - волокон Пуркіньє - і викликає скорочення шлуночків, внаслідок чого кров не виходить інакше, з серця в органи і тканини організму.

Рис.1. Схема розташування водія ритму і провідної системи в серце.

Якщо з тієї чи іншої причини збудження сино-атріального вузла не виникає або не може перейти на передсердя, його роль виконують Пейсмекер другого порядку, локалізовані в передсерді або в атріо-вентрікулярном з'єднанні. При повному поперечної блокаді, коли проведення збудження від передсердь до шлуночка повністю порушено, включаються Пейсмекер, розташовані в провідної системи шлуночків. Якщо і цього не відбувається, то припинення кровообігу в результаті зупинки шлуночків може призвести до необоротного пошкодження мозку і навіть смерті.

При повному порушенні автоматизму серця збудливість міокарда все-таки зберігається протягом деякого часу, і тоді на допомогу приходять штучні водії ритму - кардіостимулятора. Хоча за майже півстолітнє використання (перший портативний водій серцевого ритму з батарейним харчуванням був розроблений у 1957 р.) електронні Пейсмекер проявили себе дуже добре, проте у них є ряд недоліків. По-перше, вони не регулюють реакцію серцевого м'яза на фізичні та емоційні навантаження. По-друге, у випадку, коли, наприклад, хвора дитина, має значення маса кардіостимулятора і розміри його електродів, які часто не відповідають росту і розвитку пацієнта. По-третє, через мовні пакети пейсмекерного електрода в серці не завжди вдається домогтися оптимальної активації збудження і скорочення. По-четверте, штучні водії ритму періодично повинні тестуватися і вимагають заміни батарей кожні 5-10 років, тобто практично повторної операції. І нарешті, деякі прилади (в тому числі і медичні -- наприклад, томографи) можуть впливати на роботу електронного Пейсмекер.

Словом, як би не були хороші навіть найсучасніші кардіостимулятора, пошук альтернативи необхідний. Одне з перспективних рішень - біологічний водій ритму, який може працювати необмежений час, відповідати на фізіологічні команди, міняючи серцевий ритм залежно від умов і активуючи серце з урахуванням специфіки захворювання будь-якої людини. Активний розвиток в останнє десятиліття генної та клітинної терапії дозволяє сподіватися, що такий біологічний Пейсмекер буде створений і в кардіології з'явиться новий спосіб лікування аритмій [1].

У всіх дослідженнях зі створення біологічних Пейсмекер застосовувалися два підходи: введення специфічних генів у складі плазмідних або вірусних векторів та використання різних типів стовбурових клітин. При плануванні робіт брались до уваги такі характеристики сино-атріального вузла:

- складові його клітки спеціалізовані, тобто призначені для ініціації серцевих скорочень [2];

- спонтанна генерація імпульсів відповідає фізіологічним та емоційним потребами організму, що обумовлено взаємодією іонних каналів і насосів [3];

- поширення імпульсів має бути оптимальним для активації скорочення.

При розробці стратегії досліджень враховувалося, що формування спонтанних імпульсів у сино-атріальном сайті відбувається в результаті активації спеціального струму If, канали якого відкриті більш сотні мілісекунд, а зміна цього струму у часу добре підлаштовує ритм серця [4, 5]. У пейсмекерний ток вносять внесок і вхідні (наприклад, INa), і що виходять (IK) струми, а також їх взаємодія, при якому збільшення вхідного струму та/або зменшення що виходить призводить до почастішання ритму серця [3, 6-10].

Генна терапія

Вплив на автоматизм серця симпатичної нервової системи, яке опосередковано дією її медіаторів (адреналіну і норадреналіну), добре вивчено. У зв'язку з цим перший роботи з створення біологічних Пейсмекер були спрямовані на активацію b-адренорецепторів, що призводить до фосфорилювання мембранних білків і посилення вхідних струмів. Дослідники сподівалися домогтися підвищення автоматизму серця в результаті введення в передсердя свині спеціально сконструйованого плазмідної вектора з геном, кодований