CC BY
76
УДК 612:616.12-008.46 Вестник СПбГУ. Сер. 3,2006, вып. 2
В. Н. Федоров, А. Д. Ноздрачев, Е. В. Сальников, А. В. Сидоров, А. В. Яльцев, М. М. Фатеев
ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТОТАЛЬНОЙ ХРОНИЧЕСКОЙ СЕРДЕЧНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ У КРЫС
В настоящее время проблема хронической сердечной недостаточности (ХСН) сохраняет свою актуальность, поскольку частота ее встречаемости в популяции продолжает постоянно возрастать [1, 7, 8]. В клинике ХСН является длительным, неуклонно профессирующим процессом, и для адекватного его отражения необходима модель, учитывающая и это обстоятельство. Создание модели ХСН на крупных животных (свиньи, кролики) трудоемко и дорого. Существующие модели на мелких лабораторных животных (кольцо на дугу аорты, брюшчую аорту, перевязка венечных артерий), как правило, трудоемки, требуют специального оборудования и навыков работы и не всегда позволяют создать динамическую модель [10, 16, 17, 20].
Мы предлагаем моделировать ХСН путем дробного дозированного введения силиконового масла в плевральную полость белых крыс. За основу была взята экспериментальная модель Н. Н. Пятницкого и Ю. А. Блинкова [12]. Авторы создавали изначально декомпенсированную ХСН за счет одномоментного введения в полость плевры большого количества масла (до 5 мл). По сравнению с исходным вариантом предлагаемая нами «динамическая модель» приобретает большее сходство с процессом развития ХСН (как прогрессирующей патологии) у человека, поскольку позволяет постепенно утяжелять состояние подопытных животных.
Методика исследования. Опыты проводились на анестезированных гексеналом (100 мг/кг веса внутрибрюшинно) белых крысах-самцах массой 180-210 г. Моделирование ХСН разной степени тяжести осуществлялось на 3 группах животных по 20 крыс в каждой. Группой сравнения были ин-тактные животные. Группу ХСН-1 составили крысы, которым производилось однократное введение силиконового масла по 3 мл на 100 г веса поровну в каждую плевральную полость. ХСН-2 - животные, которым через 30 суток после первой операции вводилось еще по 2 мл масла на 100 г веса. В группе ХСН-3 масло вводилось трижды с 30-дневным интервалом по схеме: 1,5, 1 и 1 мл на 100 г веса. Масло вводилось с помощью шприца с толстой иглой. Прокол грудной клетки делали на середине расстояния между нижним углом лопатки и позвоночным столбом справа и слева. Из каждой группы животных, включая интактных, 50% крыс было оставлено для анализа шестимесячной выживаемости, за другой половиной крыс наблюдали в течение 90 дней с момента первой операции.
Из гемодинамических параметров посредством тетраполярной грудной реографии [5] определяли ударный объем сердца (УОС), минутный объем кровообращения (МОК) и общее периферическое сопротивление сосудов (ОПСС); по ЭКГ измеряли частоту сердечных сокращений (ЧСС) и кровавым способом в правой подвздошной артерии определяли системное артериальное давление (САД).
Патоморфологическое исследование сердца, печени и легких (окрашивали гематоксилин-эозином и по Массону) проводилось только у крыс группы ХСН-3 [9].
В плазме крови и миокарде крыс флюориметрическим методом [11] определялось содержание адреналина (АД), норадреналина (НА), дофамина (ДА) и в группе ХСН-2 - активность моноаминоок-сидазы типа А (МАО А) по количеству образующейся 5-гидроксииндолуксусной кислоты [2]. Коэффициент АД/НА указывает на соотношение активности гормонального и медиаторного звеньев сим-патоадреналовой системы (САС), а (АД+НА)/ДА - на соотношение вазоспастических и вазодиляти-рующих катехоламинов [6]. Результаты обрабатывались с помощью г-критсрия с поправкой Бонфер-рони для множественных сравнений. Различия считали достоверными при р < 0,05.
Результаты исследований. Уже после первого введения масла у крыс отмечались симптомы бивентрикулярной ХСН: одышка, цианоз мордочки и лап. При усугублении тяжести состояния выраженность одышки и цианоза увеличивалась, животные становились гиподинамичными, неопрятными, часто принимали ортостатическое положение (ставили передние лапки на край кормушки), наблюдались признаки задержки жидкости в организме (отечность мордочки, особенно верхней губы, лап).
К 90-му дню эксперимента у крыс группы ХСН-1 появилась тенденция к увеличению ЧСС, ОПСС и снижению УОС (табл. 1). При ХСН-2 САД и ЧСС снижались на 16%, УОС на 18%, МОК на
© В. Н. Федоров, А. Д. Ноздрачев, Е. В. Сальников, А. В. Сидоров, А. В. Яльцев, М. М. Фатеев, 2006
32%, а ОПСС повышалось на 23% относительно интактной группы (р < 0,05). У крыс с ХСН-3 происходило дальнейшее усугубление нарушений гемодинамики. При этом ЧСС в группе ХСН-3 была на 16% меньше, чем при ХСН-2, а ОПСС соответственно выше на 20% (р < 0,05). Полученные данные указывают на развитие у крыс сердечной недостаточности и свидетельствуют о прогрессирующем ухудшении периферического кровообращения по мере увеличения объема масла в плевральной полости и ослабления сократительной способности миокарда.
Таблица 1. Гемодинамические показатели у крыс при 90-дневной хронической сердечной недостаточности ра1Ной тяжести
Показатели центральной гемодинамики
Г руппа крыс САД, ЧСС, УОС, МОК, ОПСС,
мм рт. ст. удар/мин мл мл/мин кПас/мл
интактные 108±7 340±11 0,650±0,042 221±18 3,91±0,22
ХСН-1 1 13±9 3 70±12 0.580*0.038 215±20 4,20±0,31
ХСН-2 91±4* 285±8* 0,531±0,031* 151±11* 4,82:1-0,29*
ХСН-3 88±3* 240±10* # 0,504±0,018* 121±10* 5,81±0,37* #
Примечание. * - достоверная разница (р < 0,05) по сравнению с интактными животными; # - достоверная разница (р < 0,05) по сравнению с группой ХСН-2. САД - системное артериальное давление; ЧСС - частота сердечных сокращений; УОС - ударный объем сердца; МОК — минутный объем крови; ОПСС - общее периферическое сопротивление сосудов.
При морфологическом исследовании отмечалось увеличение размеров и средних весовых коэффициентов сердца, которое приобретало шаровидную форму. На микроскопическом уровне определялась гипертрофия кардиомиоцитов обоих желудочков, увеличение размеров клеточных ядер, а также гипертрофия и гиперплазия волокнистых структур стромы. В легких на фоне венозного полнокровия выявлялись признаки гипертензии малого круга кровообращения (гипертрофия и гиперплазия мышечно-эластических структур мелких ветвей легочной вены и артерии с перестройкой сосудов по замыкающем) типу, резко суженным просветом этих сосудов из-за сформированною в их внутренней оболочке широкого пласта гладкой мускулатуры, способного к активному сокращению), что является морфологическим проявлением ХСН по левожелудочковому типу. В печени наблюдалась картина венозного полнокровия и жировой дистрофии гепатоцитов периферической части долек, что свидетельствует о наличии хронической недостаточности правого желудочка.
В условиях ХСН в крови отмечалось повышение активности САС (табл. 2): суммарное содержание катехоламинов (КА) при утяжелении ХСН неуклонно возрастало. При этом на фоне повышения общего содержания КА концентрация АД относительно нормы возрастала в большей степени (в 2,3 раза), чем НА (в 1,4 раза). В результате отношение АД/НА увеличивалось на 60%, т. е. на периферии преобладал гормональный тип нарушения САС. Содержание НА в крови крыс с тяжелой ХСН, было достоверно выше, чем у животных с более мягким вариантом модели. В отличие от вазоконст-рикторных КА концентрация ДА уменьшалась в крови в зависимости от степени тяжести патологии в 1,5-2 раза. Коэффициент (АД+НА)/ДА при прогрессировании ХСН возрастал в 2,5 раза. Суммарное содержание КА в миокарде у крыс с ХСН-1 практически не отличалось от их уровня у интактных животных, при ХСН-2 снижалось по сравнению с нормой на 23%, а при ХСН-3 на 35% превышало ее. При этом в сердце наблюдалось прогрессирующее снижение концентрации НА и ДА на фоне резкого нарастания содержания АД. Активность МАО А при ХСН-2 падала в крови на 28%, а в сердце на 46% по отношению к норме.
Шестимесячная выживаемость крыс составляла в группе ХСН-1 - 80%, ХСН-2 - 60%, ХСН-3 - 30%.
Обсуждение результатов. Результаты исследования убедительно показывают адекватность предлагаемой нами динамической модели ХСН у крыс. Наряду с морфологическими перестройками, свидетельствующими о нарушении кровообращения по обоим кругам, имеются и функциональные нарушения, нашедшие отражение не только в поведении животных, но и в целом ряде параметров.
Таблица 2. Активность моноаминооксидазы типа А (МАО А) (мкг/г(мл)-ч), содержание и соотношение катехоламинов в плазме крови (мкг/мл) и миокарде (мкг/г) у крыс с сердечной недостаточностью разной тяжести
Показатель Ткань Группа крыс
интактные ХСН-1 ХСН-2 ХСН-3
Адреналин кровь сердце 0,111±0,016 0,466±0,053 0,190±0,016 0,545±0,073 0,204±0,015* 1,092±0,114* 0,251 ±0,021* 2,278±0,583* #
Норадреналин кровь сердце 0,224±0,027 0,968±0,093 0,250±0,011 0,850±0,068 0,247±0,021 0,336±0,039* # 0,324±0.014* # л 0,428±0,034* #
Дофамин кровь сердце 0,222±0.020 0,777±0,097 0,192±0,015 0.689±0,064 0,118±0,013* # 0,274±0,018* # 0,151±0,012* # 0,272*0,017* #
МАО А кровь сердце 0,563±0,042 2,686±0,240 - 0,405±0,049* 1,460±0,193* -
АД+НА+ДА кровь сердце 0,557 2,211 0,632 2,084 0,569 1,702 0,726 2,978
АД'НА кровь сердце 0,496 0,481 0,760 0,641 0,826 3,250 0,775 5,322
(АД+НА)/ДА кровь сердце 1,509 1,846 2,292 2,025 3,822 5,212 3,808 9,948
Примечание. * - достоверная разница (р < 0,05) по сравнению с интактными животными; # - достоверная разница (р < 0,05) по сравнению с ХСН-1; л - достоверная разница (р < 0,05) по сравнению с ХСН-2. АД адреналин, НЛ ¡юрадренал!!1.:, ДЛ дофамин.
Такие достоверные изменения были обнаружены в ходе физиологических экспериментов у моделей ХСН-2 и ХСН-3, которые выразились в снижении САД, ЧСС, УОС, МОК и увеличении ОПСС, что согласуется с данными клинических наблюдений [3, 4]. Причем у животных, имевших наиболее тяжелую ХСН, гемодинамические нарушения особенно значительно проявлялись в повышении ОПСС и снижении ЧСС. О степени тяжести патологического процесса свидетельствует и смертность животных с ХСН-3, которая в 2 раза выше по сравнению с крысами с ХСН-2 и в 2,7 раза выше, чем у животных с ХСН-1.
В условиях ХСН происходило выраженное нарушение обмена катехоламинов (КА). нараставшее по мере усугубления степени тяжести патологического процесса. Содержание НА в крови крыс, имевших наиболее тяжелую ХСН, было достоверно выше, чем у животных с более мягким вариантом модели. В этом случае данные эксперимента перекликаются с результатами крупных клинических исследований, в которых была доказана связь высокой концентрации НА плазмы с неблагоприятным прогнозом больных ХСН [1, 13, 18]. В отличие от вазоконстрикторных КА концентрация ДА, обладающего вазодилятирующим действием [6, 13], уменьшалась в крови в зависимости от степени тяжести патологического процесса в 1,5-2 раза, что приводило к возрастанию коэффициента (АД+НА)/ДА в 1,5-2,5 раза по отношению к интактной группе крыс.
Наиболее вероятной причиной высокого содержания КА в крови на начальных этапах формирования ХСН считается компенсаторное увеличение их выброса из мест синтеза [14, 15]. Существует мнение [6, 14], что повышение уровня КА в плазме на более поздних стадиях ХСН связано, кроме того, с угнетением ферментов, ответственных за их оксиметилирование, окислительное дезаминиро-вание. Обнаруженное в нашем исследовании снижение активности МАО типа А в крови на 28% при ХСН-2 подтверждает эту гипотезу.
Уменьшение количества ДА и НА в миокарде на фоне ХСН обычно связывают с истощением запасов КА под влиянием возросшей потребности в них сердца [7] и с блокадой синтеза КА на этапе перехода тирозина в ДОФА вследствие угнетения активности тирозингидроксилазы [14]. Повышение здесь содержания АД может быть связано с возросшей способностью декомненсированного сердца захватывать экстракардиальный АД из крови, с усилением его обратного захвата из синаптической щели [6] и, по-видимому, со снижением активности МАО А в миокарде. Как известно [6, 19], избыточное содержание АД в миокарде при тяжелой ХСН является фактором, усиливающим тканевую гипоксию, ишемию миокарда, быстро ведущим к развитию манифестированного энергетического дефицита, оксидативного стресса, провоцированию апоптоза, что опосредуется через Р-рецепторы сердца. Увеличение коэффициентов АД/НА и (АД+НА)/ДА означает, что в миокарде, по мере утяжеления ХСН, происходило уменьшение значимости НА- и ДА-ергических систем. Между тем основная роль в функционировании адренергических структур сердца принадлежит именно НА и ДА [7, 8, 14].
Таким образом, результаты экспериментов показали, что предлагаемая нами модель характеризуется типичными для ХСН гистоморфологическими, гемодинамическими и биохимическими изменениями. От уже хорошо известных моделей [16] ее отличают: 1) простота (не требуется специального оборудования, в том числе для ИВЛ и особых навыков работы); 2) быстрота и нетрудоемкость ее создания (время введения масла в обе полости крысы занимает около 1 мин), что позволяет одномоментно включать в эксперимент большое количество животных; 3) экономичность (реализуется на традиционных лабораторных животных с использованием недорогих расходных материалов - силиконового (вазелинового) масла); 4) возможность воспроизведения сердечной недостаточности любой степени тяжести и постепенного ее усугубления (т. е. динамичность модели), что опять же необходимо для Солее адекватного отображения данной патологии и приближает данную модель к реальной ситуации в жизни.
Summary
FedorovV.N., Nozdrachev A. D., Sal'nikovE. V., SidorovЛ. V., Yal'tsev A. V., FateevM.M. A model of dynamic biventricular chronic heart failure in rats.
The model is induced by fractional introduction of silicon oil into pleural cavity. Morphological methods, haemodvnamic measurements and biochemical tests are involved to confirm the adequacy of the model. Enlargement of the heart, myocardium hypertrophy of both ventricles and considerable changes within the lungs and the liver due to circulation failures are found. Haemodynamic measurements show a decreased stroke volume and cardiac output and increased peripheral vascular resistance. The different activity of sympathoadrenal system is estimated in rats with various severity of chronic heart failure. The severity of chronic heart failure depends on the volume of silicon oil introduced into pleural cavity.
Литература
1. Арутюнов Г. П., Рылова А. К. Бета-блокагоры в лечении сердечной недостаточности. Клиническое значение исследования MERIT-HF // Кардиология. 2000. Т. 40, №12. С. 59-61. 2. Блу-ме Р. К., Фреймане Т. К. Люминесцентный анализ в медико-биологических исследованиях // Сб. научных статей РМИ. Рига, 1983. С. 52-56. 3. Вишневский В. И. Сравнительная оценка некоторых ингибиторов А.ПФ у больных с хронической сердечной недостаточностью // Рос. кардиолог, журн. 2002. № 3. С. 38-40. 4. Гуревич М. А., Санина Н. П., Хохлова Т. Ф., Бувальцев В. И. Оценка клинико-гемоди-намического действия небиволола у больных с хронической сердечной недостаточностью // Рос. кар-диол. журн. 2001. № 2. С. 38-41. 5. Исмашов Ш. И., Баранов В. С., Медведев О. С. и др. Оценка метода реополярной тетраграфии для определения сердечного выброса у крыс // Физиол. журн. СССР. 1982. Т. 68, № 8. С. 1171. 6. Карсанов Н. В., Мелия А. Я., Сукоян Г. В. и др. Действие рефрактерина на симпато-адреналовую систему при хронической сердечной недостаточности с мерцательной аритмией и без нее // Рос. кардиол. журн. 2002. № 4. С. 28-35. 7. Кушаковский М. С. Хроническая сердечная недостаточность. Идиопатические кардиомиопатии. СПб., 1998, 8. Мазур И. А. Диаетолическая форма сердечной недостаточности (этиология, патогенез) // Рос. кардиол. журн. 2002. №2. С. 58-61. 9. Меркулов I'. А. Курс патологогистодогической техники. Л., 1969. 10. Ольбинская Л. И., Литвицкий П. Ф. Коронарная и миокардиальная недостаточность. М., 1986. 11. Осинская В. О. Исследования обмена адреналина и норадреналина в тканях животного организма// Биохимия. 1977. Т. 42, №3. С. 537-539.
12. Пятницкий Н. Н., Блинков Ю. А. К вопросу о моделировании недостаточности правого сердца //' Кардиология. 1970. Т. 10, № 1. С. 143-144. 13. Скворцов А. А., Мареев В. Ю. Бета-блокаторы при хронической сердечной недостаточности: какой тип блокады предпочесть? // Consilium medicum. 2001. Т. 3, № 2. С. 79-83. 14. Хрустапев О. А. Влияние L-ДОФА, дигидротамина и дигоксина на содержание катехоламинов в миокарде крыс с экспериментальной сердечной недостаточностью /'/' Диагностика и лечение ревматических заболеваний. Ярославль, 1978. С. 45-49. 15.AnkerS. D.. Ponikowski P. P., Clark A. L. et al. Cytokines and neurohormones relating to body composition alterations in the wasting syndrome of chronic heart failure // European Heart Journal. 1999. Vol. 20. P. 683-693. 16. DoggreU S. A., Brown L. Rat modeis of hypertension, cardiac hypertrophy and failure//Cardiovasc. Res. 1998. Vol. 39. P. 89-105. 17. Einstein R, Abdul-Hussein N. Animal models of heart failure for pharmacological studies // Clin. Exp. Phannacol. Physiol. 1995. Vol. 22. P. 864-868. 18. Francis G.. Kubo S. Prognostic factors affecting diagnosis and treatment of congestive heart failure // Current Problems of Cardiology. 1989. Vol. 14, N 11. P. 631-671. 19. Iwai-Kanai E„ Hasegawa K., Araki M. et al. a- and P-adrenergic pathways differentially regulate cell type-specific apoptosis in rat cardiac myocytes// Circulation. 1999. Vol. 100. P. 305-311. 20. Smith H.J., Nuttall A. Experimental models ofheart failure//Cardiovasc. Res. 1985. Vol. 19. P. 181-186.
Статья поступила в редакцию 1 декабря 2005 г.
