Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биоэлектрическая активность кардиомиоцитов облученного организма при гипоксии

ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Биоэлектрическая активность кардиомиоцитов облученного организма при гипоксии"

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ £ '1 'ИНСТИТУТ РАДИОБИОЛОГИИ

УДК 599:539.1.047.

МАЛЫХИНА Анна Павловна

БИОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ КАРДИОМИОЦИТОВ ОБЛУЧЕННОГО ОРГАНИЗМА ПРИ ГИПОКСИИ

03.00.01,- Радиобиология

Автореферат диссертации ка соискание ученой степени кандидата биологических наук

Минск-1998

Работа выполнена в Институте радиобиологии HAH Беларуси

Научный руководитель - доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент HAH Беларуси Лобанок Л.М.

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Амвросьев А.П. доктор биологических наук, профессор Киеня А.И.

Оппонирующая организация - Научно-исследовательский клинический институт радиационной медицины и эндокринологии МЗ РБ

Защита состоится »199$ г. в ity час. на заседании совета по защите диссертации Д 01.35.01. при Институте радиобиологии HAH Беларуси по адресу: 220600, г. Минск, ул. Академика Купревича,2, ИРБ HAH Беларуси, тел. 264-31-41.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института радиобиологии НАН Беларуси

Автореферат разослан » 1998 г.

Ученый секретарь

совета по защите диссертаций,

кандидат биологических наук

А.М.Ходосовская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1. Актуальность темы диссертации

Увеличение числа сердечно-сосудистых заболеваний в конце XX столетия характерно для большинства развитых стран мира. Данная проблема актуальна и для Беларуси, особенно в регионах с измененной экологической обстановкой после аварии на Чернобыльской АЭС. Среди общего числа сердечно-сосудистой патологии большая часть приходится на ишемическую болезнь сердца, инфаркты миокарда, аритмии, которые в значительной степени обусловлены недостаточным кислородным обеспечением сердечной мышцы. Рост количества болезней системы кровообращения у населения, проживающего на загрязненных радионуклидами территориях, требует тщательного анализа и проведения экспериментальных исследований с целью выяснения причинно-следственных отношений.

Экспериментальными и клиническими исследованиями установлены структурно-функциональные изменения в сердце, возникающие при воздействии на организм ионизирующих излучений в диапазоне больших доз. В последние годы показано, что радиационное воздействие в малых дозах также модифицирует свойства мембран клеток миокарда, составляющие их компоненты, транспорт ионов через сарколемму. Эффекты, вызванные низкоинтенсивным облучением, чаще всего преходящи и могут реализовываться в отдаленные периоды. Возможна также и более ранняя их реализация в результате действия дополнительных факторов.

Исходное функциональное состояние организма в значительной степени определяет биологическую эффективность различных факторов внутренней и внешней среды. Одним из наиболее важных из них, играющих ключевую роль и в обеспечении нормальных функций и в развитии патологических состояний, является гипоксия. Исследование влияния кислородной недостаточности на функциональные свойства клеток миокарда облученного организма позволит уточнить механизмы постлучевых и гипоксических нарушений биоэлектрической активности кардиомиоцитов, выявить особенности формирования патологических состояний после воздействия на организм ионизирующих излучений, определить эффективность применения антиги-поксических препаратов в пострадиационный период.

2. Связь работы с крупными научными программами

Диссертационная работа выполнена в рамках Государственной программы по ликвидации в Белорусской ССР последствий аварии на Чернобыльской АЭС на 1990-1995 г.г. по теме №121-2: «Исследовать особенности действия гипоксии на клеточные и экстраклеточные механизмы регуляции функции сердца и сосудов в пострадиационный период», а также в рамках

Государственной программы фундаментальных исследований на 1996-2000 г.г. - Закономерности переноса натуральных и техногенных радионуклидов в биосфере, формирование дозовых нагрузок, биологические эффекты хронического действия радиации и повышение радиоустойчивости организма (Малые дозы облучения) - по теме « Изучение механизмов действия острого и хронического о б лучения в малых дозах на функции важнейших систем и метаболические процессы организма» (№ ГР 19961860).

3. Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы являлось исследование биоэлектрической активности кардиомиоцитов в условиях гипоксии в зависимости от дозы, мощности £-облучения организма и длительности пострадиационного периода. Исходя из цели исследования, были поставлены следующие задачи:

- определить ближайшие и отдаленные эффекты пролонгированного и острого £-облучения в разных дозах на биоэлектрическую активность клеток миокарда;

- дать характеристику нейрогормональной регуляции биоэлектрической

- активности кардиомиоцитов облученного организма;

- исследовать особенности влияния гипоксии и реоксигенации на функциональную активность кардиомиоцитов в зависимости от дозы, мощности облучения и длительности пострадиационного периода;

- определить особенности влияния гипоксии на механизмы нейрогор-монального контроля после воздействия на организм низкоинтенсивных ионизирующих воздействий;

- изучить антигипоксическое действие блокаторов адренорецепторов, кальциевых каналов и новых антиоксидантов на клетки миокарда облученного организма.

4. Объект и предмет исследования

Объект исследования - изолированное правое предсердие белых крыс (самки, возраст 5-6 мес.). Предмет исследования - биоэлектрическая активность кардиомиоцитов в различных условиях оксигенации миокарда после внешнего острого и пролонгированного §-облучения организма в разных дозах.

5. Методы проведенного исследования

При проведении исследований автором использовался классический метод микроэлектродной регистрации биоэлектрической активности. Гипоксия создавалась перфузией неоксигенированным раствором. Острое облучение проводили на установке ИГУР с Сб137 в качестве источника §-лучей

(мощность дозы 9- 10~4 Гр/с). Для пролонгированного? -облучения использовали экспериментальную установку ГЛММЛРИД-192/12о (мощность дозы 2,8- 10"7 Гр/с). Поглощенная доза облучения составляла 0,5; I; 3; 6 и 9 Гр.

6. Научная новизна и значимость полученных результатов

Выявлены особенности пострадиационной динамики биоэлектрической активности клеток миокарда в зависимости от дозы и мощности ¡¡-облучения организма. Показано, что увеличение частоты стимуляции не изменяет электрофизиологические характеристики кардиомиоцитов облученных животных в отличие от необлученных.

Установлены особенности действия гипоксии и реоксигенации на биоэлектрическую активность миокардиальных клеток в зависимости от дозы, мощности ^-облучения организма и длительности пострадиационного периода.

Охарактеризовано модифицирующее действие низкоинтенсивного "¡¡-облучения и гипоксии на нейрогормональную регуляцию функциональной активности кардиомиоцитов.

Определены эффекты блокаторов адренергических рецепторов, кальциевых каналов и новых синтетических антиоксидантов на клетки миокарда облученного организма в условиях недостаточной их оксигенации.

7. Практическая значимость полученных результатов

Полученные данные расширяют существующие представления о влиянии гипоксии и реоксигенации на биоэлектрические процессы и их регуляцию в кардиомиоцитах облученного организма, об использовании антиаритмических соединений в пострадиационный период. Результаты проведенного исследования необходимо учитывать при фармакотерапии ишеми-ческой болезни сердца, различного рода аритмий с применением антагонистов адренергических рецепторов и блокаторов Са2+-каналов. Полученные экспериментальные данные расширяют информационную базу, необходимую для прогнозирования ближайших и отдаленных эффектов острого и пролонгированного ц-облучения в малых дозах на организм, а также могут быть использованы при разработке новых эффективных противолучевых и антигипоксических средств и методов лечения сердечно-сосудистых нарушений в пострадиационном периоде.

8. Основные положения диссертации, выносимые на защиту .

1. Внешнее Ц -облучение в. широком диапазоне доз (0,5 - 9,0 Гр) уменьшает амплитуду и длительность потенциалов действия, ослабляет зависимость этих характеристик от частоты стимуляции, модифицирует механизмы нейрогормонального контроля функции кардиомиоцитов. В диапазоне

малых доз острое ^-облучение изменяет параметры биоэлектрической активности в большей степени, чем пролонгированное.

2. Реакция кардиомиоцитов на гипоксию у облученных животных снижается, причем после острого ^-облучения в большей степени, чем после пролонгированного. Реоксигенация миокарда облученных в малых дозах (0,5 Гр) животных восстанавливает параметры биоэлектрической активности клеток, а облученных в дозах 1 -9 Гр приводит к нарастанию гипоксических повреждений.

3. Блокада а.-адренергических рецепторов фентоламином и р-адренер-гических обзиданом уменьшает наступающие при гипоксии изменения биоэлектрической активноста кардиомиоцитов облученных животных и не оказывает протекторного эффекта на клетки необлученных особей.

9.ЛиЧный вклад соискателя

Все результаты научных исследований, представленные в диссертации, получены автором.

10. Апробация результатов диссертации

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих совещаниях и конференциях: на 2-ом Международном симпозиуме «Механизмы действия сверхмалых доз», Москва, 23-26 мая 1995; Международной научной конференции «Десять лет после Чернобыльской катастрофы (научные аспекты проблемы)», Минск, 28-29 февраля 1996; IX съезде Белорусского общества физиологов, Минск, 5-6 сентября 1996; Третьем съезде по радиационным исследованиям, Москва, 14-17 октября 1997; Международном симпозиуме «Актуальные проблемы дозиметрии», Минск, 28-30 октября 1997; Международной научной конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты радиобиологии: биологические эффекты малых доз и радиоактивное загрязнение среды (Радиоэкологические и медико-биологические последствия катастрофы на ЧАЭС)», Минск, 16-17 апреля 1998; XI конференции по космической биологии и авиакосмической медицине, Москва, 22-26 июня 1998.

11. Опубликованность результатов

По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 5 статей и 7 тезисов докладов. Общее число страниц опубликованных материалов - 37.

12. Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, обзора литературы, методической главы, трех глав результатов собственных

исследований, заключения-и списка использованных источников, который включает 307 библиографических наименований. Работа изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц и 30 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования выполнены на белых беспородных крысах-самках стадного разведения. В качестве объекта исследования использовали изолированное правое предсердие. Изучение электрофизиологических характеристик сократительного миокарда предсердий осуществляли с использованием классического микроэлектродного метода регистрации электрических потенциалов. Для анализа амплитудно-временных параметров потенциалов покоя и действия применяли автоматизированную систему оценки С-03, связанную с ЭВМ «Соштос1оге-64» (Венгрия).

Животных подвергали воздействию ионизирующего излучения. Острое облучение проводили на установке ИГУР с Се137 в качестве источника лучей (мощность дозы 9- 10^ Гр/с). Поглощенная доза облучения в различных экспериментальных сериях равнялась 0,5; 1; 3; 6 и 9 Гр. Для пролонгированного ^-облучения использовали экспериментальную установку ГАММАРИД-192/12о, в которой источником излучения является Сб137 (мощность дозы 2,8- 10"7 Гр/с). Животных облучали в течение 21 суток. Суммарная поглощенная доза составила 0,5 Гр. В опыт животных брали на 10, 30, 90 и 180 сутки после радиационного воздействия.

С целью изучения особенностей действия кислородного обеспечения на биоэлектрическую активность сердца облученных животных препараты миокарда исследовали в условиях нормоксии, гипоксии и реоксигенации при частоте стимуляции 1, 2 и 3 Гц. Длительность периодов гипоксии и реоксигенации составляла 20 минут. При исследовании механизмов регуляции оценивали функциональный ответ клеток на стимуляцию <*-адренергических структур мезатоном, р-адренерптческих - изопреналином, М-холинергичес-ких - карбахолином. Для изучения возможности предупреждения гипокси-ческих и реоксигенационных повреждений миокарда облученных животных осуществляли блокаду ос-адренорецепторов фентоламином, ^-адреноре-цеп-торов - обзиданом, кальциевых каналов - изоптином, а также использовали новые ингибиторы свободнорадикальных реакций Ф-46 и Ф-53, синтезированные на кафедре радиационной химии БГУ ( зав. кафедрой - профессор Шадыро О. И.)

Для оценки функционального состояния кардиомиоцитов регистрировали и анализировали следующие параметры: уровень диастолического по-

тенциала или потенциал покоя клеток сократительного миокарда (ПП,мВ); амплитуду потенциала действия (АПД,мВ); длительность ПД на уровне 10 (ДПДю,мс), 50 (ДПД5о,мс), 75 (ДПД75,мс) и 90 (ДПД90,мс) процентов фазы полной реполя-ризации. Фиксировали нарушения ритмической активности миокарда предсердий при изменении условий оксигенации, а также под влиянием вводимых в перфузионный раствор физиологически активных веществ.

Статистическую обработку полученных результатов проводили на ПЭВМ, используя t-критерий Стьюдента.

БИОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ КАРДИОМИОЦИТОВ ОБЛУЧЕННОГО ОРГАНИЗМА ПРИ ГИПОКСИИ И РЕОКСИГЕНАЦИИ

Влияние поглощенной дозы f-обл учения. Внешнее острое ц-облучение в дозах 1, 3, 6 и 9 Гр ( 9- 10"4 Гр/с) вызывало уменьшение ПП и АПД в среднем на 10-15 %. У животных, облученных в дозе 1 Гр, изменения ДПДю, ДПДзо, ДПД75 и ДПД90 составляли 35-40 %, а в дозах 3, 6 и 9 Гр - 5055 % (р<0,05). Таким образом, во-первых, при каждой исследуемой дозе облучения относительная величина изменений длительности ПД мембраны была одинакова на разных уровнях реполяризации; во-вторых, увеличение дозы свыше 3 Гр не приводило к нарастанию изменений биоэлектрической активности кардиомиоцитов. Динамика электрофизиологических характеристик после острого облучения, по всей видимости, связана с изменениями физико-хими-ческих свойств липидов, а также модификацией белковых молекул [Рыскулова С.Т.,1986]. Колебания белково-литтидного состава влекут за собой изменения пассивной проницаемости мембраны для ионов Na и Ca, а также разобщение системы их селективного транспорта [Дворецкий А.И., 1990].

В клетках сердца контрольных животных увеличение частоты стимуляции от 1 до 3 Гц приводило к уменьшению ПП, АПД и длительности ПД на уровне 75 и 90 % полной реполяризации, В кардиомиоцитах кры?, облученных в дозах 1, 3, 6 и 9 Гр, уменьшение межстимуляционного интервала не оказывало влияния на амплитудно-временные характеристики ПД. Эти результаты согласуются с недавно опубликованными, свидетельствующими, что после облучения в дозах 3-9 Гр калиевая проводимость несколько повышается и увеличение частоты стимуляции приводит не к дальнейшему укорочению фазы реполяризации, а к изменению длительности рефрактерного периода, который может превысить длительность ПД [Mileva К. et а1.,1998].

Двадцатиминутная гипоксия не вызывала значимых изменений ПП. Известно, что при недостатке кислорода происходит увеличение выходящего, не зависящего от времени калиевого тока [Benndorf К.,1994].Однако на-

копление внутри клетки ионов N8 активирует электрогенный №+-К+-насос [Буркашев И.А. и соавт., 1991] и, таким образом, очевидно, способствует поддержанию ПП на постоянном уровне. Существенных особенностей в ги-поксическом уменьшении АПД у контрольных и облученных в разных дозах животных не установлено, однако если у контрольных животных при реок-сигенации миокарда не изменялась АПД, то у облученных при этом отмечалось дальнейшее ее уменьшение. В клетках миокарда облученных особей (19 Гр) гипоксическое уменьшение длительности ПД было менее выражено, чем у контрольных. При реоксигенаши длительность ПД в кардиомиоцитах контрольных животных увеличивалась, а у облученных - еще больше уменьшалась (рис.1). В кардиомиоцитах облученных крыс увеличение частоты стимуляции в гипоксических условиях не оказывало влияния на амплитудно-временные характеристики ПП к ПД. Известно, что дополнительное поступление Са2+ при реоксигенации обусловливает нарушение целостности мембран в связи с конформационными изменениями их макромолекул [Нп^а А., 1990]. При недостаточной оксигенации отмечалось увеличение нарушений ритмической активности предсердий как у контрольных, так и облученных животных.

ДПД30,мс

Контроль 1 Гр 3 Гр 6Гр 9 Гр

Рис.1 Влияние гипоксии и реоксигеняими на ДПД» кардномноцнтов контрольных и облученных животных. Н - Нормоксия Г - Гипоксия Р - Реоксигенация. * - различия достоверны по отношению к нормоксии; # - различия достоверны по отношению к гипоксии

Влияние мощности дозы л-облучения. Характерной особенностью пострадиационных изменений при воздействии острого и пролонгированного с*-облучения в малых дозах (0,5 Гр) было уменьшение амплитуды и длительности ПД. Изменения ДПД10, ДПД^, ДПД75 и ДПД9о возникали на 10 сутки и сохранялись после острого облучения в течение 90 суток, после про-

дотированного - в течение 30 суток пострадиационного периода (таблица). Полученные данные согласуются с результатами, свидетельствующими, что ионизирующие излучения в дозах до 1,0 Гр вызывают преходящие изменения в структуре ионных каналов, нарушают проводимость мембран для различных ионов, изменяют регуляцию и взаимосвязь систем вторичных мес-сенджеров, что может играть важную роль в пострадиационной динамике лучевого поражения [Древаль В.И.,1993].

Таблица Элекгрофизиологические характеристики кардномиоцитов правого предсердия крыс после острого и пролонгированного {-облучения

Пострадиационный период, сутки ПП, мВ АПД, мВ ДПДю, мс ДПД50, мс ДПД75, мс ДПДю, мс

Контроль

- -74,9-1,2 86,8-0,7 13,6-1,2 37,4-1,5 57,4-3,1 78,5-3,8

Острое облучение

10 -73,2-2,4 89,2-2,3 8,3-1,3* 29,0-3,6 41,8-4,1* 56,7-5,2*

30 -70,0-2,0 82,0-1,4* 10,0-1,3 29,3-4,3 42,5-5,5* 52,5-3,0*

90 -70,3-1,8 80,0-2,1 * 7,2-0,9* 24,8-2,4* 37,5-2,0* 52,3-2,7*

180 -73,6-2,1 88,6-2,3 10,3-1,2 31,6-2,3 49,7-2,1 66,8-3,4

Пролонгированное облучение

10 -71,9-0,9 78,6-1,6* 7,3-0,9* 23,3-2,3* 34,4-2,8* 50,5-3,5*

30 -71,9-1,7 79,8-2,4* 10,0-1,5* 30,1-2,5* 45,2-3,2* 62,1-4,0*

90 -76,0-2,1 88,6-1,1 13,4-1,4 36,9-2,2 55,5-2,4 70,5-3,9

180 -77,6-1,8 89,6-1,6 9,8-0,6* 34,1-2,2 53,9-2,9 71,7-2,8

Примечание. * - различия достоверны по отношению к контролю.

На 10 и 30 сутки после острого "¡-облучения в дозе 0,5 Гр увеличение частоты стимуляции от 1 до 3 Гц не вызывало достоверных изменений величины ПП и АПД. Зависимость электрофизиологических характеристик от частоты восстанавливалась к 90 суткам. После пролонгированного "(-облучения в этой же дозе зависимость ПП и АПД от частоты стимуляции отсутствовала во все исследуемые сроки пострадиационного периода. Сходные пострадиационные изменения были характерны и для зависимости временных параметров ПД от частоты.

В клетках миокарда животных, облученных в дозе 0,5 Гр с различной мощностью дозы, как и в кардиомиоцитах контрольных особей, 20-минутная гипоксия вызывала уменьшение амплитуды и длительности ПД, причем после острого облучения изменения временных характеристик, в целом, были менее выражены, чем у необлученных особей. После пролонгированного облучения изменения длительности ПД достоверно не отличались от таковых у необлученных животных (рис.2).

'к 10 30 90 180

зн зг тР

Рис. 2 Относительные значения ДПДю при гипоксии и реоксигенаиии миокарда после острого (а) и пролонгированного (б) ^-облучения в дозе 0,5 Гр в различные сроки пострадиационного периода. К- Контроль; 10,30,90,180 - длительность пострадиационного периода,сутки. Н-Нормоксия, Г-Гипоксия, Р-Реоксигенация; '-различия достоверны по отношению к соответствующему контролю (р<0,05).

В условиях гипоксии частота стимуляции не оказывала эффектов на амплитуду и длительность потенциалов действия ни у контрольных, ни у об-

лученных в малых дозах животных во все сроки пострадиационного периода. При реоксигенации эффекты частоты восстанавливались.

АДРЕНЕРГИЧЕСКИЕ И ХОЛИНЕРГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ

РЕГУЛЯЦИИ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ КЛЕТОК

МИОКАРДА ОБЛУЧЕННОГО ОРГАНИЗМА ПРИ ГИПОКСИИ

Эффекты агониста а-адренорецепторов. У контрольных животных в ответ на действие мезатона наступало смещение ПП в сторону менее отрицательных значений, а также уменьшение АПД при 10"5 М агониста. В условиях активации dL-адренорецепторов ДПД10 и ДПД50 оставались постоянными. ДПД901три 10"7-1(Г М мезатона в растворе возрастала, а при 10"5 М - резко уменьшалась. Изменения биоэлектрической активности при стимуляции -адренорецепторов сопровождались возникновением ранних постдеполяризаций в 50 % исследований. В основе развития подобной реакции, по всей видимости, лежит способность о^-агонистов увеличивать кальциевую проводимость в кардиомиоцитах [Jahnel U. et al.,1991]. Пролонгированное ^-облучение (0,5 Гр, 2,8- 10"7 Гр/с) модифицировало адренергическую ретупяцию биоэлектрической активности сердца. У облученных животных стимуляция Л-адренергических рецепторов не приводила к изменению ПП, однако уменьшала АПД, начиная с 10~7 М агониста в растворе. ДПДю и ДПД50 также уменьшались. Пострадиационные изменения электрофизиологического ответа кардиомиоцитов на стимуляцию ^-адренорецепторов могут быть обусловлены конформационными изменениями молекулы рецептора, а также связанных с ним сарколеммальных АТФаз, участвующих в изменении ионной проводимости мембраны [Рыскулова С.Т., 1986].

Динамика ПП и АПД при стимуляции а-адренорецепторов в условиях гипоксии у контрольных и облученных животных существенно не различалась. Мезатон в концентрации 10"7 М увеличивал ДПДю и ДПД50 в гипокси-ческих клетках сердца необлученных особей, тогда как в условиях их нормальной оксигенации данные параметры не изменялись. У облученных особей в условиях недостаточной оксигенации мезатон не изменял ни ПП, ни АПД. Динамика изменений ДПД90 у контрольных и облученных животных при стимуляции «^.-адренорецепторов в гипоксических условиях представлена на рис.3. Как у контрольных, так и у облученных животных действие с*.-адреноагониста при гипоксии приводило к возникновению ранних и поздних постдеполяризаций. Аритмогенный эффект А-агонистов в гипоксических условиях, наблюдаемый в наших экспериментах, отмечался и другими исследователями [Rice J.J.,1998], которые подчеркивали важную роль cCi-адре-

и

нергического звена в возникновении нарушений ритма и проведения возбуждения в сердце.

а б

-е-2 ~ь~ 3 -*~4 -е-5

Рис. 3 Динамика ДПДм> кардиомиоиитов контрольных и облученных животных при стимуляции d-адренорецепторов мезатоном в условиях нормоксии (а) и гипоксии (б).

I-Контроль; 1, 3, 4 и 5 - соответственно 10-е, 30-е, 90-е и 180-е сутки пострадиационного периода. по оси абсцисс - отрицательный lg концентрации мезатона, М по оси ординат - величина эффекта в процентах

Эффекты агониста ¡3 -адренорецепторов. В ответ на действие р -аго-ниста изопреналина у контрольных животных наступало уменьшение и ПП, и АПД. С увеличением концентрации изопреналина в растворе величина эффекта нарастала. Длительность ПД на всех уровнях реполяризации в условиях стимуляции р-адренергических рецепторов уменьшалась. Изопреналин вызывал развитие нерегулярного ритма биоэлектрической активности кар-диомиоцитов без изменения уровня мембранного потенциала. На 30-е и 180-е сутки пострадиационного периода стимуляция 'ц -рецепторов не оказывала влияния на ПП. АПД на 10-е и 30-е сутки после облучения при действии изопреналина также не изменялась. Длительность ПД в клетках сердца облученных животных в ответ на стимуляцию р-адренергических рецепторов уменьшалась (рис.4). Активируемые jj-адреностимуляцией цАМФ-зависимые про-теинкиназы участвуют как в увеличении трансмембранного поступления ионов кальция по потенциалуправляемым медленным каналам сарколеммы, так и в ускорении калиевого тока. Конечный результат взаимодействия перечисленных выше процессов зависит, в основном, от количества внутриклеточного цАМФ и уровня энергетического метаболизма миокардиальных клеток [Scamps F.,1996],

а б

7 6 5

• -4-1 ' ~т~2 -¿-3 —*~Л -®-5

Рис.4 Динамика ДПДю кардиомиоцвтов контрольных и облученных животных при стнмуляиии р-адренорецепторов нзопреналином в условиях нормоксии (а) и гипоксии (б). 1-Контроль; 2, 3, 4 и 5 - соответственно 10-е, 30-е, 90-е и 180-е сутки пострадиационного периода. По оси абсцисс - отрицательный концентрации изопреналина, М по оси ординат - величина эффекта в процентах

При недостаточной оксигенации миокарда изопреналин не вызывал уменьшения ни ПП, ни АПД у необлученных животных. Длительность ПД на всех уровнях реполяризации в ответ на стимуляцию р -адренорецепторов в гипоксических условиях увеличивалась, тогда как при нормоксии - уменьшалась. Изменения ПП и АПД клеток, находящихся в гипоксических условиях, в ответ на стимуляцию £-адренорецепторов в различные сроки пострадиационного периода имели фазный характер. В гипоксическом миокарде облуче-ных особей изопреналин не изменял ДПДю. Реакция длительности ПД на уровне 50 и 90 % реполяризации была снижена в течение месяца пострадиационного периода. Обнаруженные изменения, по-видимому, связаны со Способностью ионизирующей радиации вызывать конформацио/гные изменения молекул ферментов, приводить к потере клеткой способности регулировать-гомеостаз по К+, вызывать деградацию мембранных фосфолипидов и дели-пидизацию мембран [Древаль В.И., 1992].

Эффекты агониста М-холинорецепторов. У необлученных животных карбахолин, не оказывая влияния на величину ПП, существенно уменьшал амплитудно-временные характеристики ПД. У облученных животных стимуляция М-холинорецепторов не изменяла ПП и АПД. Отсутствие эффекта было характерно для первых 30 суток пострадиационного периода. Длительность ПД в ответ на стимуляцию М-холинергических рецепторов уменьшалась. Во всех исследуемых группах, включая контроль, при добав-

лении в раствор М-холиноагониста возникали нарушения проведения электрических импульсов в сердечной ткани. Действие М-холиноагонистов в начальных концентрациях связано с активацией специфических ацетилхоли-нактивируемых калиевых каналов, а при более высоких концентрациях аго-нистов запускается механизм угнетения 15; [Виноградова Т.М. и соавт.,1994].

При гипоксической перфузии карбахолин не вызывал достоверных изменений уровня ПП в кардиомиоцитах необлученных особей, но уменьшал АПД. При действии карбахолина в концентрации 10 "7 М на гипоксические клетки сердца необлученных крыс ДПД]0, ДПДда и ДПД90 достоверно увеличивались. При возрастании концентрацш агониста величина эффекта уменьшалась. У облученных крыс стимуляция М-холинорецепторов при гипоксии не изменяла ни ПП, ни АПД в течение 10 суток пострадиационного периода. В последующие сроки после облучения карбахолин вызывал уменьшение амплитуды и длительности ПД на всех уровнях реполяризации.

ВЛИЯНИЕ АНТАГОНИСТОВ АДРЕНОРЕЦЕПТОРОВ, БЛОКАТОРОВ КАЛЬЦИЕВЫХ КАНАЛОВ И НОВЫХ АНТИОКСИДАНТОВ НА РАЗВИТИЕ ГИПОКСИЧЕСКИХ И РЕОКСИГЕНАЦИОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ БИОЭЛЕКТРИ ЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ КАРДИОМИОЦИТОВ ОБЛУЧЕННЫХ ЖИВОТНЫХ

Блокада а-адренергических рецепторов фентоламином не оказывала существенного влияния на гипоксическую динамику электрофизиологических характеристик клеток миокарда необлученных животных, тогда как при реоксигенации гипоксические нарушения нарастали. л-Адренергическая блокада в значительной степени предотвращала гипоксические нарушения в кардиомиоцитах облученных особей. Об этом свидетельствовали менее выраженные изменения АПД, ДПД50, ДПД75 и ДПД90. При реоксигенации в условиях блокады с*.-рецепторов и без нее длительность ПД достоверно не различалась. Частота возникновения аритмий в условиях реоксигенации с фентоламином и без него у облученных животных была одинаковой. <^-Адренер-гическая блокада в нормальном сердце вызывает увеличение внутриклеточного кальция при реперфузии, что является одной из основных причин возникновения аномальных электрических импульсов в сократительном миокарде [БИаппа А1Х е[ а1.,1997]. Пролонгированное облучение, вызывающее определенные структурно-функциональные изменения кардиомиоцитов, приводит к сужению диапазона реакции клеток на гипоксию. Последнее, очевидно, и является причиной некоторого положительного эффекта фентола-мина на динамику биоэлектрической активности кардиомиоцитов облученных животных при гипоксии.

Блокада ¡5-адренергаческих рецепторов обзиданом не оказывала существенного влияния на гапоксические изменения временных характеристик ПД кардиомиоцитов необлученных животных. При возобновлении оксигена-ции значения ДПД75 и ДПД90 увеличивались лишь на 10 % и составляли 45 % по отношению к исходным при нормоксии (р<0,05; рис.5). У облученных животных обзидан не оказывал влияния на гипоксическую динамику ПП, однако предотвращал гипоксическое уменьшение АПД. ДПД10, ДПД50 и ДПД90 при этом уменьшались на 12, 35 и 30 %, соответственно, тогда как без блока-тора изменения данных параметров составляли 50-60 % (р<0,05; рис.5). При реоксигенации кардиомиоцитов облученных особей обзидан не оказывал положительного эффекта, напротив, реоксигенационные повреждения усугублялись.

а 6

мс

80

60 -

40 -

20 -1

Рис.5 Динамика ДПД90 у контрольных (а) и облученных (б) животных в условиях блокады р-адренергических рецепторов обзиданом, Н - Нормоксия, Г - Гипоксия, Р - Реок-сигенация; 1-без обзидана, 2-с обзиданом

Защитный эффект £-блокаторов на целостном организме достигается за счет их способности снижать потребление кислорода миокардом в результате уменьшения частоты сердечных сокращений, падения артериального давления и снижения сократительной способности миокарда. На изолированном участке сердечной ткани (в наших исследованиях это изолированное правое предсердие) защитный эффект р-блокаторов, естественно, выражен слабее, чем на целостном сердце или вовсе не наблюдается. Есть данные, что в терапевтических дозах влияние блокаторов р-адренорецепторов на элек-

мс

80

60 -4020

Н

трофизиологические свойства предсердий, систему Гиса-Пуркииье выражено незначительно [Сидоренко Б.А. и соавт., 1996].

В кардиомиоцитах контрольных и облученных животных блокада Са2+-каналов изоптином не оказывала существенного влияния как на гипок-сические, так и реоксигенационньте изменения электрофизиологических характеристик клеток сердца: величины ПП, амплитуды и длительности ПД достоверно не различались с зарегистрированными в контроле, без блокатора.

Применение синтетических антиоксидантов Ф-46 и Ф-53 также не оказывало влияния на гипоксическуто динамику биоэлектрической активности кардиомиоцитов необлученных животных; при возобновлении оксигена-ции нарушения электрической активности клеток сердца нарастали. У облученных животных Ф-46 предотвращал гипоксическое укорочение ДПД90 на 20 % , а Ф-53 - на 30 % по сравнению с контролем, т.е. без препаратов (р<0,05). Длительность ПД на всех уровнях реполяризации при возобновлении оксигенации с Ф-46 оставалась на уровне значений при гипоксии. Применение Ф-53 вызывало падение ПП на 20 % , а также уменьшение АПД на 25 % (р<0,05); ДПДш и ДПД50 не изменялись, тогда как ДПД90 уменьшалась еще больше, чем при гипоксии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Внешнее ^-облучение в диапазоне доз 0,5-9,0 Гр уменьшает амплитуду и длительность потенциалов действия кардиомиоцитов на всех уровнях реполяризации, ослабляет зависимость этих характеристик от частоты стимуляции. Изменения биоэлектрической активности кардиомиоцитов нарастают при увеличении поглощенной дозы до 3,0 Гр; дальнейшее увеличение дозы не приводит к нарастанию электрофизиологических эффектов. После острого (9- 10"4 Гр/с) ё-облучения в дозе 0,5 Гр изменения биоэлектрической активности выражены в большей степени, чем после пролонгированного (2,8- 10~7 Гр/с) [2,8,9].

2. Гипоксия уменьшает амплитуду и длительность потенциалов действия кардиомиоцитов, ослабляет зависимость этих характеристик от частоты стимуляции. Реакция клеток миокарда облученных животных на гипоксию снижена, причем после острого у-облучения в большей степени, чем после пролонгированного. В клетках миокарда облученных особей гипоксия вызывает значительное увеличение нарушений ритмической активности, причем их число возрастает с увеличением поглощенной дозы. Реоксигена-ция миокарда животных, облученных в малых дозах (0,5 Гр), приводит к восстановлению, параметров биоэлектрической активности кардиомиоцитов, а облученных в дозах 1-9 Гр-к нарастанию гипоксических повреждений [1,3,4,7].

3. Пролонгированное р-облучение в дозе 0,5 Гр (2,8- 10"7 Гр/с) модифицирует нейрогормональный контроль биоэлектрической активности кар-диомиоцитов. Об этом свидетельствует снижение у облученных животных реакции клеток миокарда на стимуляцию b-адренергических рецепторов изопреналином (10"7-10"5 М), М-холинергических рецепторов карбахолином (10"7-10 5 М) и, напротив, увеличение реакции на стимуляцию а-адренер-гических рецепторов мезатоном ( 10 7-10 5 М ) [6,12].

4. Гипоксия оказывает различное влияние на нейрогормональную регуляцию биоэлектрической активности кардиомиоцитов необлученных и облученных животных. При недостаточном обеспечении кислородом реакция клеток миокарда необлученных особей на агонисты <*.-адренорецепторов увеличивается, а на агонисты ß-адренорецепторов,- снижается. В пострадиационном периоде реакция кардиомиоцитов на действие а - и р-адреноагонистов в гипоксических условиях изменяется фазно [5,6].

5. В условиях гипоксии миокарда блокада <<-адренергических рецепторов фентоламином и р-адренергических рецепторов обзиданом оказывает различные эффекты на биоэлектрическую активность кардиомиоцитов необлученных и облученных животных. В кардиомиоцитах облученных особей (0,5 Гр; 2,8- 10"7 Гр/с) и фентоламин (Ю-5 М), и обзидан (10 б М) уменьшают наступающие при гипоксии- изменения биоэлектрической активности. На биоэлектрическую активность миокарда необлученных особей и фентоламин, и обзидан не оказывают протекторного эффекта в условиях гипоксии

[И].

6. Общее внешнее g-облучение животных приводит к возникновению нарушений ритмической активности кардиомиоцитов, которые характеризуются возникновением ранних и поздних постдеполяризаций, а также несоответствием числа потенциалов действия частоте стимуляционных импульсов. С возрастанием дозы облучения в диапазоне 1-9 Гр количество нарушений ритмической активности увеличивается. Стимуляция с*- и ф-адренергических и М-холинергических рецепторов увеличивает количество нарушений ритмической активности кардиомиоцитов облученных животных. В условиях гипоксии аритмогенное действие агонистов адрено- и холитгорецепторов возрастает [2,8,10,12].

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Малыхина А.П., Петрашевская H.H., Лобанок Л.М. Модификация электрофизиологических характеристик миоцитов правого предсердия при гипоксии и реоксигенации // Вестник БГУ.- 1996,- №1 .-С.38-40.

2. Малыхина А.П. Влияние внешнего острого '¡¡-облучения в разных дозах на электрофизиологические характеристики клеток миокарда // Дозиметрический контроль: техника и методы. Матер, междунар. сими. "Актуальные проблемы дозиметрии", Минск, 28-30 окт,- Минск, 1997.-Приложение.* 4с.

3. Малыхина А.П., Лобанок Л.М. Влияние гипоксии на биоэлектрическую активность клеток миокарда после острого ^-облучения // Весщ HAH Беларусь Сер^ял. навук.-1998,- №1 .-С.85-90.

4. Лобанок Л.М., Малыхина А.П. Эффекты пролонгированного у-облучения и гипоксии на биоэлектрическую активность клеток миокарда // Радиационная биология. Радиоэкология,-1998.- Т.38, вып.2.-С.57-62.

5. Лобанок Л.М., Малыхина А.П. Адренергическая регуляция биоэлектрической активности кардиомиоцитов: влияние пролонгированного облучения и гипоксии И Медико-биологические аспекты аварии на ЧАЭС.-1998.-№ 2 .-С.26-35.

6. Малыхина А.П., Петрашевская H.H., Лобанок Л.М. Биоэлектрическая активность миокарда и механизмы ее адренергического контроля после внешнего хронического облучения // Механизмы действия сверхмалых доз: Тез. докл. 2 Международ, симпоз., Москва, 23-26 мая 1995 г.- М., 1995.-С.45.

7. Малыхина А.П., Петрашевская H.H., Лобанок Л.М. Электрофизиологическая характеристика миокарда: влияние ионизирующего излучения малой мощности и гипоксии // Десять лет после Чернобыльской катастрофы (научные аспекты проблемы): Тез.докл. междунар. науч.конф, Минск, 28-29 февр. 1996 г.- Минск, 1996.-С.180.

8. Лобанок Л.М., Лукша Л.С., Малыхина А.П., Михаловская Н.П., Петрашевская H.H. Эффекты пролонгированного гамма-облучения на биоэлектрическую активность кардиомиоцитов и сократительную функцию сосудов // IX съезд Белорус, общества физиологов: Тез.докл., Минск, 5-6 сент. 1996 г.-Минск, 1996.-С.57.

9. Малыхина А.П. Электрофизиологические характеристики миоци-тов правого предсердия крыс в условиях различной оксигенации II IX съезд Белорус, общества физиологов: Тез.докл., Минск, 5-6 сент. 1996 г.- Минск,

1996.-С.62.

10. Малыхина А.П., Михаловская Н.П., Лукша Л.С. Холинергические реакции сердца и сосудов в пострадиационный период: влияние гипоксии // Третий съезд по радиацион. исследованиям: Тез.докл., Москва, 14-17 окт.

1997,-Пущино, 1997.-Т.2.-С.195-196.

И . Малыхина А.П. Влияние Предварительной блокады адренергиче-ских рецепторов и кальциевых каналов на постгипокснческие изменения биоэлектрической активности кардиомиоцитов в пострадиационный период // Фундаментальные и прикладные аспекты радиобиологии: биологические эффекты малых доз и радиоактивное загрязнение среды ( Радиоэкологические и медико-биологические последствия катастрофы на ЧАЭС): Тез.докл. междлгауч.конф., Минск,16-17апр.1998 г.- Минск, 1998.-С.162.

12. Малыхина А.П., Антоненко А.Н,, Лобанок Л.М. Биоэлектрическая активность кардиомиоцитов и сократительная функция сердца при стимуляции адренергических рецепторов: влияние ионизирующих излучений в малых дозах // Космич. биология и авиакосмич. медицина: Тез.докл. XI конф., Москва,22-26 июня 1998 г. М.:Фирма"Слове', 1998. -Т.2.-С.26.

РЕЗЮМЕ

МАЛЫХИНА Анна Павловна. Биоэлектрическая активность кардномио-цнтов облученного организма при гипоксии.

Ключевые слова: острое и пролонгированное т-облучение, кардио-миоциты, ионная проницаемость, биоэлектрическая активность, гипоксия, реоксигенация

Объект и предмет исследований: изолированное правое предсердие крыс и его биоэлектрическая активность.

Цель работы: Исследовать особенности действия гипоксии на биоэлектрическую активность клеток миокарда в зависимости от дозы, мощности ^-облучения организма и длительности пострадиационного периода.

Метод исследования: Классический микроэлектродный метод регистрации электрических потенциалов клетки.

Полученные результаты и их новизна: Установлены особенности действия гипоксии и реоксигенации на биоэлектрическую активность мио-кардиальных клеток облученного организма, охарактеризовано модифицирующее действие низкоинтенсивного ^-облучения на нейрогормональную регуляцию функциональной активности миокардиальных клеток в условиях недостаточной оксигенации, а также определены эффектьт блокаторов адре-нергических рецепторов и кальциевых каналов на клетки миокарда после внешнего общего g-oблyчeния организма.

Степень использования: Полученные экспериментальные данные расширяют информационную базу, необходимую для прогнозирования ближайших и отдаленных эффектов острого и пролонгированного ^-облучения в малых дозах на организм, могут быть использованы при фармакотерапии ишемической болезни сердца, различного рода аритмий, а также при разработке новых эффективных противолучевых и антигипоксических средств и методов лечения сердечно-сосудистых нарушений в пострадиационном периоде.

Область применения: радиобиология, радиационная медицина, кардиология, патфизиология

РЭЗЮМЭ

МАЛЫХ1НА Ганна Паулауна. Б1яэлектрычная актыунасць кар-дыем!яцытау апрамененага аргатзма пры ппакси.

Ключавыя словы: вострае 1 праланправанае ^-апраменьванне, кар-дыем1яцыты, юнная праводнасць, б1яэлектрьтчная актыунасць, пгтакая, рэак-cireнaцыя.

Аб'ект 1 прадмет даследавання: 1заляванае правае перадсэрдзе пацу-коу I яго б^яэлектрычная актыунасць.

Мэта даследавання: Даследаваць асабл1васщ дзеяння ппакси на б1яэлектрычнуго актыунасць клетак м!якарду у залежнасщ ад дозы, магут-насщ и-апраменьвання аргатзма 1 працягласщ пострадыяцыйнага перыяду.

Метад даследавання: Ютаачны м1 краэлектрод?гы метад рэпстрацьи электрычных патэнцыялау клетю..

Атрыманыя выш I IX навЬиа: Установлены асабл1васщ дзеяння ппакси 1 рэакагенацьи на б1яэлектрычную актыунасць м1якардыяльных клетак апрамененага аргатзма, ахарактэрызавана мaдзíфiцыpyючae дзеянне шз-каштэнаунага ^-апраменьвання на нейрагарманальную рэгуляцьпо функцыя-нальнай актыунасщ М1якардыяльных клетак ва умовах недастатковай акйге-нацьп, а таксама вызначаны эфекты блакатарау адрэнерпчных рацэптарау 1 кальцыевых канала^ на клети м!якарду пасля знешнега агульнага §-апра-меньвання аргатзма.

Ступень выкарыстання: Атрыманыя эксперыментальныя даныя па-шыраюць шфармацыйную базу, неабходную для прадказання бл1жэйшых 1 аддаленых эфектау вострага 1 праланправанага ^-апраменьвання у малых дозах на аргатзм, могуць быць выкарыстаны пры фармакатэрапн ¡шэм1чнай хваробы сэрца, розных арытмш, а таксама пры распрацоуцы новых эфек-тыуных супрацьпрамянёвых 1 антыппакс!чггьгх сродкау 1 метадау лячэння сардэчна-сасудзктых парушэнняу у пострадыяцыйным перыядзе.

Галша выкапыстання: радыеб1ялопя, радыяцыйная медыцына, кар-дыялопя, патф1з1ялопя.

SUMMARY

MALYKHINA Anna Pavlovna. Bioelectrical activity of cardiomyo-cytes of irradiated organism during hypoxia.

Key words: acute and prolonged ^-irradiation, cardiomyocytes, ionic permeability, bioelectrical activity, hypoxia, reoxygenation

Object and subject of research; isolated right atrial of rat and its bioelectrical activity.

Objective: To investigate peculiarities of the effect of hypoxia on bioelectrical activity of inyocard cells in dependence of dose, power of ^-irradiation of organism and post-radiation period duration.

Research methods: Classical microelectrogical method of registration of cell electrical potentials.

Obtained results and their novelty: The peculiarities of the effect of hypoxia and reoxygenation on bioelectrical activity of inyocard cells of irradiated organism were established; it was characterized the modifying effect of lowintensive •¡¡■-irradiation on the neurohormonal regulation of functional activity of myocard cells under the conditions of insufficient oxygenation; the effects of adrenergic receptor and calcium channels blokers on the myocard cells after external whole-body g-irradiation.

Degree of use: The obtained experimental data extend information basis, needed for forecasting of near and distant effects of acute and prolonged f -irradiation in low dose on the organism; they may be used for pharmacotherapy of ischemic desease of heart, various arrhytinies, as well as for working out new effective antiradiation and antihypoxic means and methods of treating cardiovascular disturbances in the post-irradiation period.

Fields of use: radiobiology, radiation medicine, cardiology, pathphysiol-

°gy.

Подписано в печать 23.11.98 г. Формат 60x84/16. Тираж 100 экз. Заказ Ks 16. Отпечатано в ОКЖИ и ОП Института геологических наук HAH Беларуси. 220141, г. Минск, ул. Купревича, 7.