Глава 11 Оптическая регистрация электрической активности сердца с помощью флуоресцентных красителей

В.В. Федоров, А.В. Глухов, И.Р. Ефимов¹

ВВЕДЕНИЕ

За последние 20 лет оптические методы регистрации различных биологических параметров совершили революцию в исследовании клеточной физиологии сердца и значительно улучшили наше понимание основных механизмов электрической активности, кальциевого гомеостаза и метаболизма [7].

Уровень развития современных технологий позволяет успешно применять оптические методы для исследований от клеточной и субклеточной физиологии до уровня целого сердца. В то же время существует ряд технических проблем, которые затрудняют изучение динамических изменений физиологических процессов в интактном сердце с помощью оптических методов. Проблемы, возникающие в связи с артефактами сокращения, недостаточного временного и пространственного разрешения, фармакологическими эффектами красителей, клеточной неоднородностью, глубиной проникновения света, его абсорбцией и рассеиванием, необходимостью картировать различные области (от 100x100 мкм² до 5x5 см²), побуждают к созданию новых приборов и оптических датчиков для мониторирования физиологических параметров интактного сердца. Целью данной главы является описание основ метода оптического картирования, описание различных экспериментальных оптических систем и задач, решаемых с его помощью, а также перспективы применения оптических методик для диагностических исследований активности сердца человека в норме и при патологии.

¹ Department of Biomedical Engineering, Washington University in St. Louis Campus Box 1097, One Brookings Drive, St. Louis, Missouri, USA.

11.1. ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ С ПОМОЩЬЮ ОПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

Впервые возможность регистрации трансмембранного потенциала возбудимых клеток оптическим методом была предложена в 1968 г. группой нейробиологов под руководством Lawrence B. Cohen [5]. Первая регистрация ПД в препаратах сердечной ткани была осуществлена Salama и Morad в 1976 г. [25]. Первое применение в кардиологии данный метод нашел при исследовании локализации пейсмейкерной активности на сердечных препаратах эмбрионов в 1981 г. [17]. В 80-е годы методы оптического картирования использовались и развивались по большей части в нейробиологических лабораториях, которые иногда обращали внимание на кардиологические задачи. Широкое применение оптических методов для решения проблем кардиологии, неразрешимых другими способами, началось только в 90-е годы [7].