CC BY
76
ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ СЕРДЕЧНОГО РИТМА САМЦОВ И САМОК НЕЛИНЕЙНЫХ КРЫС И ЕЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ БЛОКАДЕ СИНТЕЗА КАТЕХОЛАМИНОВ
Евгения Владимировна КУРЬЯНОВА, Давид Львович ТЕПЛЫЙ
Естественный институт Астраханского государственного университета 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, 1
Вариабельность сердечного ритма (ВСР) самок крыс формируется при более высоких, чем у самцов, симпа-тоадреналовых влияниях и характеризуется большим вкладом волн очень низкой частоты (VLF), мощность которых в спектре ВСР самок не уступает в норме мощности дыхательных волн высокой частоты (HF). В условиях острого стресса сердечный ритм самцов крыс становится более ригидным из-за повышения симпатических влияний, у самок усиливается вариабельность кардиоинтервалов за счет нарастания мощности волн VLF-диапазона. Блокада синтеза катехоламинов с помощью альфа-метилтирозина снижает ВСР в покое у самок крыс, особенно сильно угнетая волны VLF-диапазона. В стрессовой ситуации на фоне блокады синтеза катехоламинов снижение мощности волн VLF-диапазона происходит у представителей обоих полов. Это может указывать на ведущую роль катехоламинергических механизмов в формировании VLF-волн в спектре ВСР и свидетельствует о том, что катехоламинергические влияния необходимы для поддержания разнообразия волновой структуры ритма сердца и стабильного функционирования всей системы его регуляции и у крыс мужского, и особенно у крыс женского пола.
Ключевые слова: блокада синтеза катехоламинов, альфа-метилтирозин, вариабельность сердечного ритма, очень низкочастотные колебания ритма сердца, стресс, самцы и самки крыс.
В настоящее время для диагностики и прогнозирования функционального состояния организма и определения его вегетативного статуса активно применяются методы анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР) [1—4]. Показана зависимость между типом регуляции сердечного ритма крыс и интенсивностью перекисных процессов в тканях [3]. Однако физиологическая интерпретация ряда параметров ВСР еще требует экспериментального подтверждения, в частности, это касается роли катехоламинергических механизмов в формировании волн спектра ВСР [1, 2]. Многими учеными признается ведущая роль чрезмерного усиления адренергических влияний в стрессорном повреждении органов и тканей [5]. В целях снижения активности симпатических влияний создаются и применяются в клинической практике фармакологические средства с симпатолитическими и адреноблоки-рующими свойствами. Моделирование в эксперименте низкой активности симпатоадреналовой системы является одним из способов изучения ее физиологической роли в организме, позволяет проанализировать эффекты ослабления сим-патоадреналовых влияний и выявить их половые особенности. Последнему аспекту посвящено ограниченное число работ [6, 7], хотя нужно признать, что проблеме половых различий адрено-и холинореактивности сердечно-сосудистой системы уделяется в последнее время довольно пристальное внимание [8—10].
В связи с этим целью настоящей работы стало изучение влияния блокады синтеза катехоламинов на регуляцию сердечного ритма в тканях нелинейных крыс и выявление половых особенностей реакции на стресс при интактных катехоламинергических механизмах и их фармакологической блокаде.
Материал и методы
Опыты проведены на 64 беспородных белых крысах обоих полов 3,5-месячного возраста. Эксперименты проводились в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к приказу Министерства здравоохранения СССР от 12.08.1977 г. № 755). Животные содержались в стандартных условиях вивария при свободном доступе к воде и корму. Отбор животных в группы проводился на основе предварительного анализа ВСР. Группы формировались из крыс со средней вариабельностью ритма сердца, которые были определеныных нами в более ранних исследованиях [3] как животных с вегетативным балансом. Блокаду синтеза катехоламинов (БСК) вызывали внутрибрюшинным введением альфа-метилтирозина ф^-а-метил- P-тирозина метиловый эфир гидрохлорид, Sigma, США) в дозе 180 мг/кг массы тела в течение 3 дней до острого опыта. Выбор дозы препарата основывался на данных [11]. Контролем служили животные с интактными симпатическими влияниями (ИСВ), получавшие по той же схеме инъекции
Курьянова Е.В. — канд.б.н., е-таН: [email protected]
Теплый Д.Л. — д.б.н., проф., зав каф. физиологии и морфологии человека и животных
физиологического раствора. В день острого опыта часть животных каждой группы подвергалась эмоционально-болевому стрессу (ЭБС) длительностью 1 час по методике [12], сочетающей иммобилизацию крыс с электроболевым раздражением хвоста по стохастической схеме.
Электрокардиограмму (ЭКГ) регистрировали у ненаркотизированных крыс на аппаратно-программном комплексе «Варикард» (Рамена, Россия) с помощью миниатюрных электродов-зажимов при местном обезболивании лидокаином (0,05 мл 0,5% раствора внутри-кожно). Обработка рядов R-R-интервалов и анализ ВСР производились в программе «ИСКИМ6». Точность измерения R-R-интервалов составляла 1 мс. Из любой записи ЭКГ обрабатывали по 300 R-R-интервалов. Рассчитывались частота сердечных сокращений (ЧСС), мода (Мо), индекс напряжения (ИН) по Баевскому [1], с учетом ширины класса гистограммы (7,8 мс). Спектральный анализ проводили в диапазонах: НБ (0,9—3,0 Гц), низкочастотном LF (0,32—0,9 Гц), VLF (0,18—0,з2 Гц). ВСР исследовали в состоянии спокойного бодрствования и на 60-й минуте острого стресса. Следует сразу же отметить, что при обсуждении результатов мы ориентировались на те физиологические интерпретации параметров ВСР, которые предложены ведущими учеными в этой области [1, 2, 4]. Тем не менее в работах, на которые мы ссылаемся, отмечается, что природа волн VLF и LF окончательно не установлена.
Математический анализ данных выполняли в операционной среде Statisticа 6.0. Результаты представлены в виде М ± т, где М — среднее арифметическое значение, т — ошибка среднего арифметического значения. Статистическую значимость различий оценивали с использованием ^критерия Стьюдента, достоверными считались результаты при Р < 0,05.
Результаты
В таблице 1 представлены значения параметров ВСР, полученные у крыс с ИСВ. Согласно этим данным, в состоянии спокойного бодрствования ЧСС у самок нелинейных крыс значительно выше, чем у самцов (Р < 0,001) за счет более низкой Мо кардиоинтервалов (Р < 0,001). Высокие значения ЧСС и ИН (Р < 0,05) позволяют полагать, что ритм сердца самок формируется при более выраженных, чем у самцов, адренергических влияниях через гуморальный и нервный каналы регуляции, что согласуется с результатами других исследований [7—10]. В формирование ВСР самцов волны HF, отражающие влияния автономного контура регуляции [1, 2, 4], вносят несколько больший вклад, чем в ВСР самок. Для ВСР самок характерна более высокая, чем у самцов, мощность VLF-колебаний (Р < 0,05), не уступающая по интенсивности волнам HF-диапазона и отражающая, по мнению [1, 2, 4], активность надсегментарных эрго-тропных структур. Высокая мощность волн VLF у самок крыс может быть обусловлена эффектом эстрогенов, которые, как показано [13], модулируют импульсную активность гипоталамиче-ских нейронов. В целом присутствие в спектре ВСР волн HF, LF, VLF является естественным и отражает роль различных уровней центральной нервной системы (ЦНС) и каналов регуляции в управлении хронотропной функцией сердца. Очевидно, разнообразие волновой структуры СР — это определенная и необходимая степень хаотичности, которая свидетельствует о стабильном функционировании всей системы регуляции. С этой точки зрения система управления хроно-тропной функцией сердца самок представляется более надежной, чем у самцов.
Острый ЭБС вызывает рост ЧСС у самцов на 29% (Р < 0,001), у самок — только на 15,8% (Р < 0,001) при значительном сни^кении
Таблица 1
Показатели сердечного ритма самцов и самок нелинейных крыс в покое и при остром стрессе
Показатель Покой ЭБС
самцы, п = 10 самки, п = 9 самцы, п = 10 самки, п = 9
ЧСС, уд/мин 318,8 ± 4,7 353,0 ± 6,1 *3 411,4 ± 5,8 *6 409,0 ± 4,6 *6
Мо, мс 189,5 ± 3,1 170,3 ± 3,0 *3 146,4 ± 2,2 *6 145,1 ± 3,7 *6
ИН, отн. ед 18,48 ± 1,14 26,78 ± 2,93 *1 37,99 ± 3,01 *6 30,73 ± 5,13
НР, мс2 6,76 ± 1,49 4,73 ± 0,76 7,79 ± 1,52 7,78 ± 1,64
LF, мс2 4,02 ± 0,75 3,44 ± 0,43 5,98 ± 0,55 *4 7,79 ± 1,37 *5
VLF, мс2 3,34 ± 0,49 5,15 ± 0,55 *1 4,08 ± 1,21 8,43 ± 1,54 *1'*4
Примечание: здесь и в таблице 2 отличие от соответствующего показателя у самцов: *1 — при Р < 0,05, *2 — при Р < 0,01, *3 — при Р < 0,001; отличие от соответствующего показателя в состоянии покоя достоверно: *4 — при Р < 0,05, *5 — при Р < 0,01, *6 — при Р < 0,001.
Мо (Р < 0,001), что свидетельствует об усилении адренергических влияний через гуморальный канал регуляции. Повышение ИН, отражающее, согласно [1], усиление симпатических влияний на сердце, происходит только у самцов (в 2 раза по сравнению с исходным, Р < 0,001). Одновременно нарастает мощность волн в диапазоне LF (на 48,7%, Р < 0,05), что позволяет предполагать активацию барорефлекторного механизма [1, 2, 4]. У самок ИН меняется мало и определяется это усилением мощности волн не только в диапазоне LF (в 2,4 раза, Р < 0,01), но и VLF (в 1,6 раза, Р < 0,05). Эти изменения указывают, согласно [1,2,4], на активации стволового сосудодвигательного центра при выраженной централизации управления ритмом сердца. В целом при стрессе у самцов ритм сердца становится более ригидным, а у самок, напротив, вариабельность кардиоинтервалов повышается из-за роста мощности волн LF и VLF. Следовательно, при стрессе у самок, в отличие от самцов, наблюдается усложнение волновой структуры СР, что можно рассматривать как положительный прогностический признак, по [1] свидетельствующий о высоких резервных возможностях и стабильности системы регуляции ритма сердца.
В результате БСК у представителей обоих полов происходят изменения регуляции СР (табл. 2): у самцов снижается ЧСС (Р < 0,05) и отмечается тенденция к повышению мощности высокочастотных волн спектра, что в комплексе можно расценивать как сдвиг вегетативного баланса в сторону ваготонического типа регуляции. По-видимому, в норме адренергические влияния у самцов необходимы для формирования текущей ЧСС и модуляции мощности HF волн спектра ВСР в сторону некоторого их снижения. У самок ЧСС остается достаточно высокой (выше, чем у самцов, на 11,8%,
Р < 0,001), но почти вдвое увеличивается ИН по сравнению с самками контрольной группы (Р < 0,001). Это связано с ослаблением мощности волн всех диапазонов спектра ВСР, но особенно — с падением мощности VLF колебаний кардиоинтервалов (Р < 0,05). Угнетение волн VLF-диапазона свидетельствует о резком ослаблении влияний надсегментарного уровня регуляции на ритм сердца, что согласуется с данными о действии альфа-метилтирозина на центральные катехоламинергические нейроны [11]. Вероятно, катехоламинергические влияния, участвуя в формировании волн VLF, обеспечивают необходимое разнообразие волновой структуры СР, причем в покое это преимущественно важно для регуляции хронотроп-ной функции самок крыс.
Известно [5], что развитие стресс-реакции обусловлено активацией центральных звеньев стресс-системы, к которым относятся нейроны гипоталамуса и стволовой части мозга, вырабатывающие в качестве медиатора норадреналин. Тем не менее БСК не отменяет стресс-индуцирован-ного повышения ЧСС, но делает его менее выраженным, чем у крыс с ИСВ: у самцов прирост составляет 16% (Р < 0,001), а у самок—только 10% (Р < 0,001) от исходной. ИН изменяется разнонаправлено: у самцов, как и в контроле, повышается почти вдвое (Р < 0,05), а у самок снижается (Р < 0,001). Столь разнонаправленные изменения ИН связаны с тем, что: 1) у самцов в условиях стресса появляется тенденция к росту мощности волн HF-диапазона и резко снижается мощность VLF-колебаний (Р < 0,05), соответственно общая вариабельность кардиоинтервалов уменьшается, ритм сердца становится более ригидным; 2) у самок при стрессе повышается мощность волн диапазонов HF (в 2,9 раза, Р < 0,01) и LF (в 2,3 раза, Р < 0,05), но мощность волн VLF остается сниженной. Следовательно, падение ИН
Таблица 2
Показатели сердечного ритма самцов и самок белых крыс с блокадой синтеза катехоламинов
в покое и при остром стрессе
Показатель Покой ЭБС
самцы, п = 7 самки, п = 7 самцы, п = 6 самки, п = 6
ЧСС, уд/мин 304,0 ± 4,8 340,0 ± 6,4 *3 353,0 ± 5,3 |*9’*6 374,7 ± 4,4 |*9’*6’*1
Мо, мс 197,0 ± 3,3 177,8 ± 3,0 *3 173,0 ± 3,7 Т*9’*6 161,2 ± 3,5 Т*9’*6’*1
ИН, отн. ед 14,79 ± 2,91 52,57 ± 3,07 Т*9’*1 29,86 ± 4,76 *4 23,74 ± 4,23 *6
HF, мс2 11,57 ± 2,84 3,71 ± 0,25 *1 15,95 ± 2,49 Т*8 10,83 ± 2,17 *5
LF, мс2 5,91 ± 0,42 2,52 ± 0,32 *3 4,78 ± 1,13 5,86 ± 1,09 *4
VLF, мс2 4,27 ± 0,96 1,21 ± 0,10 |*9’*2 1,20 ± 0,23 |*7’*5 2,24 ± 0,56 |*8
Примечание: отличие от соответствующего показателя в контрольной группе животных соответствующего пола и функционального состояния (табл. 1) достоверно: *7 — при Р < 0,05, *8 — при Р < 0,01, *9 — при Р < 0,001.
у самок определяется повышением вариабельности кардиоинтервалов за счет усиления волн в высоко- и среднечастотных областях спектра.
Итак, нами обнаружено, что в стрессовой ситуации у крыс с БСК мощность VLF-колебаний в спектре ВСР очень низка не только у самок, но и у самцов (табл. 2). Согласно данным литературы [11], альфа-МТ подавляет синтез медиаторов в катехоламинергических нейронах мозга. Исходя из этого, можно заключить, что центральные моноаминергические механизмы играют ведущую роль в формировании VLF-колебаний кардиоинтервалов. Полученные нами данные подтверждают мнение других авторов [3, 13] о том, что мощность VLF-волн спектра ВСР отражает активность надсегментарных эрготропных структур. Тот факт, что снижение мощности волн VLF-диапазона при БСК особенно ярко проявляется в условиях стресса, можно объяснить ускоренным расходом запасов медиаторов в ситуации экстремального напряжения. Отсутствие стресс-индуцированных изменений мощности LF-компонента у самцов определяется, скорее всего, ослаблением гипертензивной реакции на стресс при БСК, соответственно, это ослабляет или препятствует активации барорефлекторного механизма. Рост мощности LF-волн у самок свидетельствует о реализации барорефлекторной реакции, что, вероятно, обусловлено большими резервами катехоламинов в организме самок [10]. Слабая стресс-индуцированная тахикардия на фоне БСК в качестве одной из причин может иметь меньшую активацию симпатоадреналовой системы в ответ на стресс-фактор. Но нельзя исключать способность альфа-метилтирозина угнетать синтез катехоламинов не только в ЦНС, но и на периферии, в нейронах симпатических узлов, надпочечниках [11]. В целом блокада синтеза катехоламинов обедняет волновую структуру ВСР из-за угнетения мощности VLF колебаний, снижает резервные возможности системы регуляции хронотропной функции сердца в условиях стресса.
Таким образом, регуляция СР самок нелинейных крыс осуществляется при более высоких, чем у самцов, адренергических влияниях через гуморальный и нервный каналы регуляции. В связи с высокой долей в спектре ВСР самок волн VLF наряду с волнами ОТ-диапазона, волновая структура СР представляется более сложной, чем у самцов.
Наиболее характерными стресс-индуциро-ванными изменениями ВСР у крыс обоих полов являются тахикардия и нарастание мощности LF-волн. При этом у самцов ритм сердца ста-
новится более ригидным, а у самок, напротив, вариативность кардиоинтервалов повышается за счет роста мощности волн VLF-диапазона.
Важным, на наш взгляд, результатом данного исследования является обнаружение фактов в пользу идеи о катехоламинергической природе VLF-волн в спектре ВСР. Снижение мощности VLF-диапазона у крыс с блокадой синтеза катехоламинов: в покое — у самок, в условиях стресса — у особей обоих полов, может свидетельствовать о ведущей роли центральных (в том числе, эрготропных зон гипоталамуса) и периферических катехола-минергических механизмов в формировании VLF-волн спектра ВСР. По-видимому, в норме катехоламинергические механизмы, участвуя в формировании VLF колебаний длительности кардиоинтервалов, отвечают за необходимую степень разнообразия волновой структуры СР и обеспечивают тем самым стабильное функционирование всей системы регуляции хронотропной функции сердца и у самцов, и особенно у самок.
Работа поддержана грантом Министерства образования и науки РФ по программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2006—2008)» для проведения фундаментальных исследований в рамках тематических планов. Проект 1.3.08.
Литература
1. Баевский Р.М., Иванов Г.Г., Чирейкин Л.В. и др. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем: методические рекомендации // Вестник аритмологии. 2001. (24). 1—23.
Baevsky R.M., Ivanov G.G., Chirejkin L.V. et al. The analysis of variability of an intimate rhythm at use various electrocardiographyc systems: methodical recommendations // Vestnik aritmologii. 2001. (24). 1—23.
2. Коркушко О.В., Шатило В.Б., Писарук А.В. и др. Анализ вариабельности ритма сердца в клинической практике: 25-летний опыт изучения // http:// www.hrvcongress.org/second/pdf.
Korkushko O.V., Shatilo V.B., Pisaruk A.V. et al. The analysis of variability of a rhythm of heart in clinical practice: 25-years experience of studying // http://www. hrvcongress.org/second/pdf.
3. Курьянова Е.В., Савельева Е.С., Абуталиева Г.Е., Саскаева Б.С. Особенности свободнорадикальных процессов у нелинейных крыс с различным типом вегетативной регуляции сердечного ритма: онтогенетический аспект // Изв. Самарского науч. центра РАН. 2008. 2. 84-90.
Kurjanova E.V., Saveljeva E.S., Abutalieva G.E., Saskaeva B.S. Features peroxidationals processes at nonlinear rats with various type of vegetative regulation of the intimate rhythm: ontogenesis aspect // Izv. Samarskogo hauch. tsentra RAN. 2008. 2. 84-90.
4. Соловьева А.Д., Данилов А.Б., Хаспекова Н.Б. Методы исследования вегетативной нервной системы // Вегетативные расстройства: Клиника, диагностика, лечение. Под ред. А.М. Вейна. М.: МИА, 2003. 752 c.
Solovjeva A.D., Danilov A.B., Haspekova N.B. Method of research of vegetative nervous system // Vegetative frustration: Clinic, diagnostics, treatment. Ed. A.M. Vayne. M., 2003. 752 p.
5. Пшенникова М.Г. Феномен стресса. Эмоциональный стресс и его роль в патологии // Актуальные проблемы патофизиологии. Под ред. Б.Б. Мороза. М., 2001. 424 с.
Pshennikova M.G. Phenomen of stress. Emotional stress and its role in a pathology // Actual problems patophysiology. Ed. B.B. Moroz. М., 2001. 424 p.
6. Курьянова Е.В. Половые и возрастные особенности хронотропной функции сердца крыс при десимпатизации и введении витамина Е // Труды 1-го Международного форума «Актуальные проблемы современной науки». Естественные науки. Часть 29. Биология. Самара, 2005. 54-57.
Kurjanova E.V. Gender and age features chronotropic functions of heart at rats with sympathectomy and introduction of vitamin Е // Works of 1-st International forum «Actual problems of a modern science». Natural sciences. Pt. 29. Biology. Samara, 2005. 54-57.
7. Швалев В.Н., Тарский Н.А. Феномен ранней возрастной инволюции симпатического отдела вегетативной нервной системы // Кардиология. 2001. (2). 10-14.
Shvalev V.N., Tarsky N.A. Phenomen early age involution a sympathetic department of vegetative nervous system // Kardiologiya. 2001. (2). 10-14.
8. Анищенко Т.Г., Глушковская-Семячкина О.В., Бердникова В.А., Синдякова Т.А. Половые особенности кардиоваскулярной стресс-реактивности у здоровых и гипертензивных крыс // Бюлл. эксп. биол. мед. 2007. 143. (2). 136-139.
Anishchenko T. G., Glushkovskaya-Semyashchkiva O. V., Berdnikova V.A., Sindyakova T.A. Sexual features cardiovascular stress-reactivity in healthy and hypertensive rats // Bull. eksp. boil. med. 2007. 143. (2). 136-139.
9. Климова О.А. Механизмы половых различий в кардиоваскулярной стресс-реактивности: Автореферат дисс. ... канд. биол. наук. Астрахань, 2004. 24 с.
Klimova O.V. Mechanisms of sexual differences in cardiovascular stress-reactivity: Author’s abstract of diss. ... kand. biol. nauk. Astrakhan, 2004. 24p.
10. Dart A.M., Du X.-J., Kingwell B.A. Gender, sex hormones and autonomic nervous control of the cardiovascular system // Cardiovasc. Res. 2002. 53. (3). 678-687.
11. Widerlov E., Lewander T.Inhibition of the vivo biosynthesis and changes of catecholamine levels in rat brain after alpha-methyl-p-tyrosine; time- and dose-response relationships // Naunyn Schmiedebergs Arch. Pharmacol. 1978. 304. (2). 111-123.
12. Самохвалова Т.Н. Роль взаимодействия стриа-тума и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы в регуляции адаптивного поведения у крыс: Автореферат дисс. ... канд. биол. наук. Астрахань, 1998. 19 с.
Samochvalova T.N. Role of interaction striatum and hypothalamus-pituitary-adrenal system in regulation of adaptive behavior at rats: Author’s abstract of diss. ... kand. biol. nauk. Astrakhan, 1998. 19 p.
13. Kelly M.J., Qiu J., R0nnekleiv O.K. Estrogen signaling in the hypothalamus // Vitam. Horm. 2005. 71. 123-145.
HEART RATE VARIABILITY In MALE AND FEMALE NONLINEAR RATS AND ITS CHANGES BY CATECHOLAMINES SYNTHESIS BLOCKADE
Evgenija Vladimirovna KURJANOVA, David Lvovich TEPLYJ
The Astrakhan state university 1, Shaumana str., Astrachan, 414000
Heart rate variability (HRV) in female rats is formed at higher, than in males, sympathoadrenal influences and is characterized by big contribution of VLF waves which intensity in spectrum HRV in female rats does not concede in norm to a intensity of respiratory waves (HF). In conditions of sharp stress the heart rhythm in males becomes more rigiding because of sympathetic influences increase, but in females variability cardiointervals amplifies due to increase of VLF waves capacity. Blockade of catecholamines synthesis with the help an alpha — methyltyrosine reduces HRV in rest in female rats, especially strongly oppressing of waves a VLF-range. In a stressful situation on a background of catecholamines synthesis blockade decrease in capacity of a VLF-range occurs at representatives of both floors. It can specify on the leading part catecholaminergic mechanisms in formation of waves VLF in spectrum HVR, testifies that catecholaminergic influences are necessary for maintenance of a variety of heart rhythm wave structure and stable functioning of all system of its regulation and at representatives man’s, and is especial at females.
Keywords: the catecholamines synthesis blockade, alpha-methyl-tyrosine, heart rate variability, very low frequency of heart rate, stress, male and female rats.
Kurjanova E.V. — candidat Biol. Science, senior lecturer, e-mail: [email protected]
Teplyi D.L. — doctor Biol. Science, professor, Head of the chair of Physiology and Morphology of Human and Animals, Astrakhan state university
