CC BY
43
ВОЗМОЖНОСТЬ ПРОФИЛАКТИКИ СТРЕССОРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ КОРОНАРНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ И
СОКРАТИТЕЛЬНОЙ ФУНКЦИИ МИОКАРДА ЗАВИСИТ ОТ СОСТОЯНИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ Катф-КАНАЛОВ
С.С. ЛАЗУКО
УО «Витебский государственный ордена Дружбы народов медицинский
университет»
Резюме. Целью исследования было выяснить влияние блокатора КАТФ-каналов глибенкламида на возможность создания защитного эффекта адаптации к коротким стрессорным воздействиям. а также использовать предварительное введения активатора КАТФ-каналов пинацидила для профилатктики пострессорных изменений коронарного кровотока и сократительной функции миокарда. Опыты были проведены на изолированных сердцах самок крыс. На первом этапе сердце перфузировали раствором Кребса-Хензелайта. на втором - этим же раствором. но с добавлением глибенкламида (10 мкМ). Глибенкламид в дозе 10мг/кг начинали вводить внутрибрюшинно за сутки до первого сеанса адаптации и продолжали на протяжении всех 8 дней ее создания. Пинацидил (0.3 мкг/кг внутрибрюшинно) вводили в течение 3-4-х дней до стресса. Через сутки после последней инъекции воспроизводили 6часовой иммобилизационный стресс. Блокада АТФ-чувствительных калиевых каналов в течение адаптации к коротким стрессорным воздействиям. приводит к нарушению формирования ее защитного эффекта. У адаптированных животных. получавших глибенкламид. иммобилизация сопровождалась теми же изменениями тонуса коронарных сосудов и сократительной функции миокарда. как и у неадаптированных. Предварительное введение активатора АТФ-чувствительных калиевых каналов пинацидила сопровождалось увеличением функциональной активности данных каналов. и. очевидно. предупреждала их постстрессорное повреждение.
Ключевые слова, адаптация. коронарные сосуды. глибенкламид. пинацидил. КАТФ-каналы. стресс.
Abstract. The study was aimed at the detection of the influence of blocker of KATP-channels glibenclamide on the opportunity of the defensive effect creation of adaptation to the short stressor effects and use preliminary injection of activator of K ATP -channels pinacidine for prophylaxis of poststressor changes of coronary blood flow and myocardial contractile function.
The experiences have been conducted on 49 isolated rat hearts (females).
Glibenclamide (10mg/kg) has been injected intraperitoneally one day before the first session of adaptation and continued within 8 days.
Pinacidine (0.3mkg/kg) has been injected intraperitoneally within 3-4 days before stress.
The realization of adaptation effect by the short stressor effects significantly determined by the state of K ATP - channels.
On the background of their inhibition by glibenclamide its defensive antistressor effect has not appeared and under stress influence as well as in nonadapted rats the increasing of coronary blood flow has been appeared in the reduction of myocardial contractility . i.e. hyperfunction of heart..
At the same time the preliminary injection of activator of K ATP -channels pinacidine totally prevented the development of poststressor changes of coronary vessels tone and myocardial contractile function all this lets to consider K ATP -channels of coronary vessel smooth muscular cells as one of the stress-limited system. in adaptation the strengthening of activity which prevents the appearance of coronary spasm in stress.
Key words: adaptation. glibenclamide. pinacidine. K ATP -channels. stress. stress-limited system
Адрес для корреспонденции: Республика Беларусь. 2lOO23. г. Витебск. пр. Фрунзе. 2l. Витебский государственный
медицинский университет.
Многочисленные исследования механизмов защиты сердца при длительном и интенсивном адренергическом стрессе, позволили выявить некоторые внутриклеточные процессы, которые лежат в основе резистентности клеток к этому состоянию. Основными из них являются ограничение стрессорной активации перекисного окисления липидов мембран [8] и гиперпродукции N0, а также усиление его депонирования в эндотелии и гладкомышечных клетках кровеносных сосудов [5], увеличение образования белков теплового шока [7], сохранение функции ионных насосов и энергообразования в митохондриях [8]. Итогом срабатывания вышеуказанных внутриклеточных механизмов адаптации является предупреждение перегрузки кардиомиоцитов ионами кальция и, как следствие, развития кальциевых некрозов миокарда, а также избыточной продукции эндотелием коронарных сосудов N0, вносящего существенный вклад в возникновение постстрессовой гипотонии коронарных сосудов и сосудов в других органах [2, 10, 12]. Этот факт явился основанием для предположения, что предварительная адаптация может в той или иной мере предупреждать нарушения внутриклеточных систем, и в частности систем обеспечения биоэнергетики, возникающее обычно под влиянием длительного стресса. Уникальными, чувствительными к изменению метаболизма и широко представленными в разнообразных тканях структурами являются КАТФ-каналы, которые, по-видимому, также могут
рассматриваться как потенциальные кандидаты на роль стресс-лимитирующей системы сосудистой стенки и мышцы сердца. мощность которой возрастает во время адаптации [6]. Если состояние функциональной активности КАТФ-каналов важно для реализации процесса адаптации к стрессу. то можно предполагать. что ее ингибирование должно оказать негативное влияние на эффективность адаптации. а предварительная активация способствовать ограничению постстрессорных нарушений функции коронарных сосудов.
Целью исследования было выяснить влияние блокатора КАТФ-каналов глибенкламида на возможность создания защитного эффекта адаптации к коротким стрессорным воздействиям. а также использовать предварительное введения активатора КАТФ-каналов пинацидила для профилактики пострессорных изменений коронарного кровотока и сократительной функции миокарда.
Методы
Опыты были проведены на изолированных сердцах 49 крыс-самок. в полость левого желудочка которых вводили латексный баллончик. соединенный с электроманометром. Для оценки коронарной ауторегуляции в ходе опыта перфузионное давление ступенчато повышали от 40 до 120 мм рт. ст. с шагом в 20 мм рт. ст. Давление в латексном баллончике регистрировали с помощью датчика Isotec электроманометра HSE-Harvard Apparatus (Германия). В начале каждого эксперимента диастолическое давление в левом желудочке устанавливалось на уровне 5-8 мм рт. ст. путем изменения объема жидкости в баллончике. Величину объемной скорости коронарного потока определяли при помощи электромагнитного флоуметра EFM- Harvard Apparatus (Германия). датчик которого находился вблизи аортальной канюли. и регистрировали на самописце WeKagraph (Швейцария). Степень изменения коронарного потока по мере увеличения перфузионного давления. оценивали по индексу ауторегуляции. предложенному Е.Б.Новиковой (1972) [9].
ТТЛ A Q 1 — A Q 2 ИА = —
A Q !
где AQ1 - изменение исходного коронарного потока в момент подъема перфузионного давления. AQ2 - разность между величиной исходного потока и потока. установившегося в процессе ауторегуляторной реакции при новом уровне давления. Коронарный расширительный резерв определяли при перфузионном давлении 80 и 120 мм рт.ст. как отношение между величиной коронарного потока. найденного после 60-ти секундного прекращения перфузии (максимальный гиперемический коронарный поток) и исходным потоком.
Каждый эксперимент состоял из двух этапов. На первом этапе сердце перфузировали раствором Кребса-Хензелайта. содержащим растворитель в концентрации 0.05% (V/V). На втором этапе перфузировали таким же
раствором, но с добавлением ингибитора КАТФ-каналов глибенкламида (10 мкМ). Вклад КАТФ-каналов в регуляцию тонуса сосудов сердца. определяли по величине вазоконстрикторного эффекта глибенкламида. выраженного в процентах от исходного кровотока.
Стресс вызывали фиксацией животных на предметном столике в течение 6 ч. После этого их выпускали в клетку и через 1.5 часа брали в эксперимент. Адаптацию к стрессу проводили путем двух 3-дневных циклов иммобилизации по следующей схеме: крысу помещали в пластиковый пенал и погружали в воду с температурой (220С) до уровня шеи: 1-й день - 5 мин.. 2 - й день - 10 мин.. 3 - й день - 15 мин. После 2-х дневного перерыва адаптацию повторяли [3]. Глибенкламид в дозе 10мг/кг начинали вводить внутрибрюшинно за сутки до первого сеанса адаптации и продолжали на протяжении всех 8 дней ее создания. Пинацидил (0.3 мкг/кг внутрибрюшинно) вводили в течение 3-4-х дней до стресса. Через сутки после последней инъекции воспроизводили 6часовой иммобилизационный стресс.
Все животные были разделены на 6 групп: группа 1-ая - контрольная (п=9). группа 2-ая группа крыс - перенесшие 6-часовой иммобилизационный стресс (п=9). 3-ья -животные. которым до иммобилизации вводили пинацидил (п=6). 4-ая -группа крыс в течении 3-4-х дней внутрибрюшинно получала пинацидил (п=9). 5-ая - адаптированные и подвергнутые 6-часовой
иммобилизации животные. которым одновременно с сеансами адаптации внутрибрюшинно вводили растворитель (диметилсульфоксимид в объеме 0.1 мл) (п=9). 6-ая - перенесшие иммобилизационный стресс после
предварительной адаптации. воссозданной на фоне внутрибрюшинного введения глибенкламида (п=7).
Статистическую обработку полученных экспериментальных результатов проводили при помощи программного обеспечения Біаіївііса 6.0 с использованием 1-критерия Стьюдента.
Результаты
В изолированных сердцах крыс. которым внутрибрюшинно вводили глибенкламид на протяжении адаптации. иммобилизационный стресс вызывал увеличение объемной скорости коронарного потока при всех уровнях перфузионного давления в среднем на 40% по сравнению с контролем. (для сравнения при стрессе вызываемого у неадаптированных крыс на 15-29% в диапазоне перфузионного давления 80-120 мм рт.ст.). и на 21% по сравнению с группой животных «адаптация+стресс». которым внутрибрюшинно в процессе адаптации вводили растворитель (рисунок 1).
25
г
20
15
О 10
о
5
40
60
80
ПД, мм рт.ст.
100
120
■+— адаптация+стресс+ОМБО ■А— Контроль
адаптация+стресс+ГЛБ
)( Стресс
Рис. 1. Изменение объемной скорости коронарного потока при разных уровнях перфузионного давления (коронарная ауторегуляция) в группе адаптированных животных перенесших иммобилизацию на фоне внутрибрютттинного введения ГЛБ. По оси абсцисс - перфузионное давление в мм рт.ст.. по оси ординат -объемная скорость коронарного потока в мл/мин.
-*р<0.05 по сравнению с контролем
0
Индекс ауторегуляции уменьшался на 29-35% при перфузионном давлении от 80 до 120 мм рт.ст. по сравнению с контролем. Максимальный гиперемический коронарный поток. определяемый при перфузионном давлении 80-120 мм рт.ст. увеличивался на 33% (р<0.05) - 18% соответственно по сравнению с контролем. а коронарный расширительный резерв снижался при перфузионном давлении 120 мм рт.ст. на 20% из-за возрастания исходной объемной скорости коронарного потока (при стрессе на 10%. а группе адаптация+стресс с предварительным введением диметилсульфоксимида коронарный расширительный резерв не отличался от контроля). Внутрибрюшинное введение блокатора АТФ-чувствительных калиевых каналов в группе животных «адаптация+стресс» сопровождалось увеличением интенсивности перфузии при перфузионном давлении 40. 80. 120 мм рт.ст. на 29. 50. 46% соответственно. что свидетельствовало о развитии явления гиперперфузии миокарда. вызванной пострессорным нарушением способности коронарных сосудов к ауторегуляции. Под влиянием иммобилизации у адаптированных на фоне глибенкламида животных развиваемое внутрижелудочковое давление. как и при стрессе. снижалось в среднем на 13% при всех уровнях перфузионного давления по сравнению с контролем и на 17% с группой «адаптация +стресс+ВМ80». а интенсивность перфузии увеличилась на 29. 50 и 46% при перфузионном давлении 40. 80 и 100 мм рт.ст. соответственно. Следовательно. ингибирование функциональной активности
КАТФ-каналов глибенкламидом нарушила развитие защитного антистрессорного эффекта коротких стрессорных воздействий в коронарных сосудах и миокарде.
Введение в коронарное русло изолированного сердца адаптированных и перенесших стресс крыс (предварительное внутрибрюшинное введение блокатора КАТФ-каналов) глибенкламида, сопровождалось. снижением объемной скорости коронарного потока в среднем на 29,8% (для сравнения в контроле на 40%. рисунок 2 А) и увеличением индекса ауторегуляции при перфузионном давлении 60. 80 и 120 мм рт.ст. на 45. 22 и 23% соответственно. Под влиянием глибенкламида максимальный гиперемический коронарный поток уменьшался в той же степени. как и после иммобилизационного стресса на 25-23%. что было почти в 2 раза меньше. чем в контроле (на 45-55%) (для сравнения при стрессе на 24-28%. (р<0.05; рисунок 2 Б). Развиваемое внутрижелудочковое давление снижалось в среднем на 17% (при стрессе на 14%. рисунок 2 В). а коронарный расширительный резерв. как и в контроле не изменялся.
о 50 40 30 20 10 0
А
О
к
х
си
X
си
40
60
80
100
ПД, мм рт.ст.
□ адаптация+стресс+йМБО И адаптация+стресс+ГЛБ
120
1=
50
40
30
20
10
0
Б
80
ПД, мм рт.ст.
□ адаптация+стресс+йМБО И адаптация+стресс+ГЛБ
120
ПД, мм рт.ст.
□ адаптация+стресс+йМБО
□ адаптация+стресс+ГЛБ
Рис. 2. Влияние внутрибрюшинного введение глибенкламида на изменения объемной скорости коронарного потока (А). максимального гиперемического коронарного потока (Б) и развиваемого внутрижелудочкового давления (В) у животных перенесших стресс после предварительной адаптации к коротким стрессорным воздействиям. По оси абсцисс - перфузионное давление в мм рт.ст.. по оси ординат - % изменения. * - р<0.05 по сравнению с группой
адаптация+стресс +БМБ0
Предварительное внутрибрюшинное введение пинацидила. в контрольной группе животных не приводило к изменению объемной скорости коронарного потока (рисунок 3). индекса ауторегуляции. максимального гиперемического потока. коронарного расширительного резерва и развиваемого внутрижелудочкового давления.
20
15
10
1=
О
о
40 60 80 100
ПД, мм рт.ст.
120
—♦—Контроль —■—Стресс
Контроль+в/бпинацидил — Стресс+в/бпинацидил
Рис. 3. Изменение объемной скорости коронарного потока при разных уровнях перфузионного давления (коронарная ауторегуляция) в группе животных перенесших иммобилизацию на фоне внутрибрюшинного введения пинацидила. По оси абсцисс - перфузионное давление в мм рт.ст.. по оси ординат - объемная скорость коронарного потока в мл/мин.
-*р<0.05 по сравнению с контролем.
В группе животных перенесших стресс после предварительного внутрибрюшинного введения пинацидила объемная скорость коронарного потока. индекс ауторегуляции. максимальный гиперемический коронарный поток. коронарный резерв и развиваемое внутрижелудочковое давление так же не отличалась от контроля. Следовательно. предварительное введение пинацидила не оказывая влияния на показатели коронарной ауторегуляции. в значительной степени ограничила пострессорное снижение тонуса сосудов сердца. и предупредило снижение сократительной функции миокарда.
Предварительное введение пинацидила в контрольной группе животных сопровождалось тенденцией увеличения коронароконстрикторного эффекта глибенкламида (на 13%). добавленного в раствор Кребса. что можно оценить как некоторое увеличение их функциональной активности связанное с предварительным введением активатора КАТФ-каналов. Однако. сократительная функция миокарда при этом снижалась как и в контроле на 36% (р>0.05) (рисунок 4 В). Интенсивность перфузии достоверно не изменялась.
Перфузия изолированного сердца животных перенесших стресс после предварительного введения пинацидила раствором с глибенкламидом сопровождалось таким же. как в контроле (на 34-41%) и более значительным.
5
0
чем после стресса уменьшением объемной скорости коронарного потока (для сравнения после стресса объемная скорость коронарного потока снижалась на 28% р<0,05, рисунок 4 А). Индекс ауторегуляции увеличивался при перфузионном давлении от 80 до 120 мм рт.ст. на 72. 80. 50% соответственно. В сердцах животных перенесших стресс после пинацидила снижение максимального гиперемического потока под влиянием глибенкламида как и в контроле составляло 36-41% (р>0.05) (для сравнения при стрессе на 24-28%) (рисунок 4 Б). и указывало на сохранение функциональной активности КАТФ-каналов. В этой группе животных под влиянием глибенкламида развиваемое внутрижелудочковое давление снижалось при всех уровнях перфузионного давления в среднем на 28% (рисунок 4 В. для сравнения в контроле на 29%; после стресса на 14% р<0.05). Следовательно. можно заключить. что предварительное введение активатора АТФ-чувствительных калиевых каналов пинацидила сопровождается увеличением функциональной активности данных каналов. и. очевидно. предупреждает их постстрессорное повреждение.
Рис. 4. Влияние внутрибрюшинного введение пинацидила на изменения объемной скорости коронарного потока (А). максимального гиперемического коронарного потока (Б) и развиваемого внутрижелудочкового давления (В) у животных перенесших. По оси абсцисс - перфузионное давление в мм рт.ст.. по оси ординат - % изменения. * - р<0.05 по сравнению с группой стресс +ГЛБ.
А
Б
40 60 80 100 120
ПД, мм рт.ст.
80
120
ПД, мм рт.ст.
□ Стресс+в/бпинацидил+ГЛБ 0 Стресс+ ГЛБ □ Стресс+в/бпинацидил+ГЛБ и Стресс + ГЛБ
В
Ч 50
ш
40
40 60 80 100 120
ПД, мм рт.ст.
□ Стресс+в/бпинацидил+ГЛБ и Стресс + ГЛБ
Обсуждение
Подводя итог. можно заключить. что блокада АТФ-чувствительных калиевых каналов в течение адаптации к коротким стрессорным воздействиям. приводит к нарушению формирования ее защитного эффекта. У адаптированных животных. получавших глибенкламид. иммобилизация сопровождалась теми же изменениями тонуса коронарных сосудов и сократительной функции миокарда. как и у неадаптировых. Эти данные согласуются с работой Капе О. С е1 а1 [10] о том. что. физическая нагрузка животных. в кардиомиоцитах которых отсутствовали КАТФ-каналы. не приводила к развитию адаптации. а сопровождалась появлением некрозов миокарда. аритмий и внезапной смерти.
Таким образом. реализация адаптационного эффекта коротких стрессорных воздействий существенным образом зависит от состояния КАТФ-каналов. В тоже время предварительное введение активатора КАТФ-каналов пинацидила полностью предупреждает появление постстрессорных нарушений тонуса коронарных сосудов и сократительной функции миокарда. КАТФ-каналы. как один из представителей семейства калиевых каналов сарколеммы приводит к торможению вазоконстрикторной активности катехоламинов и многочисленных вазоактивных регуляторных молекул. накапливающихся в крови при длительном стрессе. Это происходит благодаря ограничению накопления ионов кальция в гладких миоцитах. что предупреждает развитие вазоконстрикторных реакций. которые могут окончиться сосудистым спазмом. Этот факт становится очень важным. если учесть. что длительный и интенсивный иммобилизационный стресс приводит к уменьшению функциональной активности КАТФ-каналов гладкомышечных клеток коронарных сосудов и сопровождается снижением их чувствительности к активаторам. расширяющим сосуды. а также увеличивает чувствительность сосудов сердца к коронароконстрикторам [1]. Последнее создает условия для возникновения явления подобного стенокардии Принцметала [11]. В результате можно сделать заключение о том. что КАТФ-каналы могут рассматриваться как одна из стресс-лимитирующих систем. расположенная в гладкомышечных клетках коронарных сосудах.
Кроме того. на основании представленных фактов можно констатировать. что активаторы КАТФ-каналов обладают защитным эффектом и могут быть использованы для предупреждения постстрессорных нарушений сократительной функции гладкомышечных клеток коронарных сосудов и кардиомиоцитов.
Литература
1. Адаптация к коротким стрессорным воздействиям предупреждает увеличение чувствительности сосудов сердца к метилэргоновину после 6-ти часовой иммобилизации / С. С. Лазуко [и др.] // Актульные вопросы современной медицины и фармации: 59 итоговая научно-практическая конф. студентов и молодых ученых - Витебск. 2007 - С. 180-182.
2. Влияние экспериментального инфаркта миокарда и змоционально-болевого стресса на эндотелийзависимые реакции изолированной аорты крысы. / Е. Б. Манухина [и др.] // Физиол. журн. им. И. М. Сеченова. - 1989. - Т. 75. № 10. - С. 1409-1416.
3. Вовлечен ли оксид азота в адаптационную защиту органов от
стрессорных повреждений? / Е. Б. Маленюк [и др.] // Бюллетень
экспериментальной биологии и медицины. - 1998. - Т. 126. №9. - С. 274-277.
4. Депонирование оксида азота в кровеносных сосудах in vivo / Б. В. Смирин [и др.] // Бюлл. экспер. биол. и мед. - 1999. - Т. 127. № 6. - С. 329632.
5. Депонирование оксида азота в сердечно-сосудистой системе. / Е. Б. Манухина [и др.] // Известия АН. Сер. биологическая. - 2002. - Т. 5. - С. 585-596.
6. Лазуко. С. С. Адаптация к коротким стрессорным воздействиям увеличивает функциональную активность АТФ-чувствительных калиевых каналов гладкомышечных клеток коронарных сосудов / С. С. Лазуко. А. П. Солодков // Физиол. журн. им. И. М. Сеченова. - 2006- Т. 92. №12. -С.1444-1462.
7. Манухина. Е. Б. Стресс-лимитирующая система оксида азота / Е. Б. Манухина. И. Ю. Малышев // Росс. физиол. ж-л им. И. М. Сеченова. - 2000. - Т. 86. № 2. - С. 1283-1292.
8. Меерсон. Ф. З. Постстрессорная активация синтеза нуклеиновых кислот и белков и ее роль в адаптационных реакциях организма / Ф. З. Меерсон. В. И. Павлова. Т. Т. Сухих // Патолог. физиол. и эксперим. терапия. - 1982. - № 5. - С. 3-17.
9. Новикова. Е. Б. Об ауторегуляции в коронарной системе / Е. Б. Новикова // Физиол. журн. им. И. М. Сеченова. - 1972. - Т. 58. № 1. - С. 61-72.
10. ATP-Sensitive K- Channel knockout compromises the metabolic benefit of exercise training. resulting in cardiac deficits / G. C. Kane [et al.] // Diabetes. -2004. - Vol. 53. - Suppl. 3. - S169-S175.
11. Mouse model of Prinzmetal angina by disruption of the inward rectifier Kir 6.1 / Takashi Miki [et al.] // Nature medicine. - 2002. - Vol. 8. N 7. - P. 446-472.
12. Seino. S. Physiological and pathophysiological roles of ATP-sensitive K-channels / S. Seino T Miki // Prog. Biophys. Mol. Biol. - 2003. - Vol. 81. - P. 133-176.
