Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Роль кальциевых медленных каналов L-типа в регуляции сердечного ритма у крыс в норме и при дезадаптации

ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Роль кальциевых медленных каналов L-типа в регуляции сердечного ритма у крыс в норме и при дезадаптации"

На правах рукописи

КУЗЬМИН ФЕДОР АНДРЕЕВИЧ

РОЛЬ КАЛЬЦИЕВЫХ МЕДЛЕННЫХ КАНАЛОВ Ь-ТИПА В РЕГУЛЯЦИИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА У КРЫС В НОРМЕ И ПРИ ДЕЗАДАПТАЦИИ

03.03.01 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

31 ОКТ 2013 005536628

Астрахань - 2013

005536628

Работа выполнена в государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Костромской государственный университет им. H.A. Некрасова» Министерства образования и науки Российской Федерации на кафедре медико-биологических дисциплин

Научный руководитель: Доктор биологических наук, доцент

Сальников Евгений Валентинович

Официальные оппоненты: Александров Вячеслав Георгиевич, доктор

биологических наук, профессор кафедры анатомии и физиологии человека и животных Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена (г. Санк-Петербург)

Лазько Алексей Евгеньевич, доктор медицинских наук, профессор, зав. кафедрой патологической анатомии Астраханской государственной медицинской академии

Ведущая организация: Институт физиологии им. И.П.Павлова Российской

академии наук (ИФ РАН)

Защита состоится 22 ноября 2013 г. в 14-00 часов на заседании объединённого диссертационного Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций совета ДМ 212.009.01 по адресу: 414000, г. Астрахань, ул. Татищева, 20а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета.

Автореферат разослан « /£*'» /& 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета д.б.н., доцент ,,--* Нестеров Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

Ионизированный Са2+ принимает участие в регуляции большинства внутриклеточных процессов, имеет значение связующего звена между экзогенными факторами и регуляторными внутриклеточными механизмами. Проникая в клетки, ионы Са2+ активируют биоэнергетические процессы (превращение АТФ в цАМФ, фосфорилирование белков и др.), обеспечивающие реализацию физиологических функций клеток, а в мышечной ткани - электромеханическую связь возбуждения с сокращением. Однако пусковым механизмом внутриклеточных процессов является не сам по себе Са2+ , а изменение его концентрации в цитоплазме (Арсеньева, 2009).

Трансмембранный перенос ионов кальция осуществляется через специальные, т.н. кальциевые каналы. В настоящее время выделяют шесть типов кальциевых каналов (Ь, Т, Ы, Р, <3, Я), обладающих разными свойствами (в т.ч. проводимостью, длительностью открытия) и имеющих разную тканевую локализацию (Житникова, 2010; Хохлов и др., 2003; Нагаёа й а1., 2003). В клетках сердечно - сосудистой системы (ССС) расположены преимущественно медленные кальциевые каналы Ь-типа, а также Т- и Я-типов, причем в гладкомышечных клетках сосудов содержатся каналы трех типов (Ь, Т, Я), в клетках миокарда — в основном Ь-типа, а в клетках синусного узла и нейрогормональных клетках — каналы Т-типа (Лупанов, 2010).

В повышенной концентрации ионы Са2+ могут чрезмерно усиливать процессы клеточного метаболизма, увеличивать потребность тканей в кислороде и вызывать различные деструктивные изменения, приводящие к дезадаптации.

Одним из инструментов для выяснения механизмов действия Са2+ на клетки и ткани-мишени являются блокаторы кальциевых каналов (БКК). Это производные фенилалкиламинов, дигидропиридинов и дифенилпиперазинов, являющиеся блокаторами только каналов Ь-типа (Карпов, Сорокин, 2003; Хохлов и др., 2003; КлэЫ е1 а1., 2009). Фенилалкиламины, прямые антагонисты кальция, (основной представитель верапамил) действуют на проводящую систему сердца и в меньшей степени на сосуды, взаимодействуя с медленными каналами плазматической мембраны и участками связывания кальция на мембране. Дифенилпиперазины, непрямые антагонисты кальция с преимущественно внутриклеточным механизмом действия, (основной представитель циннаризин) избирательно влияют на артериальные сосуды головного мозга. Дигидропиридины, смешанные антагонисты кальция с мембранным и внутриклеточным механизмом действия, (основной представитель нифедипин) преимущественно влияют на сосуды (Хохлов и др., 2003).

Антагонисты кальция обладают различными эффектами, нивелирующими дезадаптационные сдвиги в сердечно — сосудистой системе (Штрыголь, 2004).

Несмотря на это, механизмы действия БКК на сердечный ритм, важнейшим методом изучения которого является метод анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР) (Баевский, Иванов, 2001; Баевский, 2002) остаются мало изученными. Большинство работ посвящено исследованиям влияния блокаторов кальциевых каналов на ВСР при различных дезадаптационных процессах сердечно-сосудистой системы (Lindqvist et al., 2007; Takase et al., 2008; Zhang et al., 2011 и др.), в том числе хронической сердечной недостаточности (ХСН) (Tjeerdsma et al., 2000). Очень мало исследований проведено на здоровых людях (Ragueneau et al., 2001; Shiga et al., 2007) и практически отсутствуют на животных (Yamabe et al., 2007). Это послужило основанием для проведения настоящего исследования по выяснению вклада медленных кальциевых каналов L-типа в механизмы регуляции сердечным ритмом у крыс, находящихся в покое и при дезадаптации, основываясь на положении о том, что ССС является индикатором функционирования организма в целом (Меерсон, 1993).

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучить влияние медленных кальциевых каналов L-типа на механизмы регуляции сердечного ритма путем ингибирования их активности различными по механизму действия БКК у крыс в норме и при дезадаптации (кратковременном иммобилизационном стрессе и экспериментальной хронической сердечной недостаточности).

ЗАДА ЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Изучить влияние однократного ингибировании активности кальциевых каналов на сердечный ритм различными по природе БКК (верапамилом, нифедипином и циннаризином) у крыс в состоянии наркоза.

2. Изучить влияние однократного ингибировании активности кальциевых каналов на сердечный ритм различными по природе БКК у крыс при кратковременном иммобилизационном стрессе.

3. Изучить влияние длительного ингибирования активности кальциевых каналов на деятельность сердечно-сосудистой системы животных при кратковременном иммобилизационном стрессе.

4. Изучить изменения в регуляции сердечной деятельности у крыс при экспериментальной хронической сердечной недостаточности, выяснить роль кальциевых каналов в формировании дезадаптации сердечнососудистой системы путем длительного ингибирования их активности.

5. Сравнить влияние блокады кальциевых каналов L-типа на показатели вариабельности сердечного ритма в условиях кратковременной (стресс) и длительной (ХСН) дезадаптации сердечно-сосудистой системы.

НА УЧНАЯ НОВИЗНА

Впервые проведено исследование по изучению роли медленных кальциевых каналов Ь-типа в регуляции сердечным ритмом с применением комплексного анализа ВСР с помощью статистических, геометрических методов, корреляционной ритмографии и спектрального анализа у животных, находящихся в различных состояниях (наркоз, иммобилизационный стресс, экспериментальная ХСН).

У наркотизированных крыс однократное ингибирование активности кальциевых каналов различными по природе БКК привело к существенному увеличению тонуса парасимпатического отдела АНС только под воздействием циннаризина. Действие верапамила и нифедипина мало влияло на тонус парасимпатического и симпатического отделов АНС.

Впервые проведен сравнительный анализ однократного и длительного воздействия БКК Ь-типа на сердечный ритм животных, находящихся в состоянии кратковременного иммобилизационного стресса. При однократном применении циннаризин достоверно увеличил тонус парасимпатического отдела АНС, а верапамил и нифедипин существенно повысили активность симпато-адреналовой системы. После длительного введения исследуемых БКК увеличилась активность симпато-адреналовой системы, и снизился тонус парасимпатического отдела АНС.

При дезадаптации, вызванной тотальной ХСН, произошло небольшое повышение активности симпато-адреналовой системы. Впервые показано, что у таких крыс длительное ингибирование активности кальциевых каналов Ь-типа верапамилом приводит к значительному повышению тонуса парасимпатического отдела АНС как по отношению к контрольной группе, так и по отношению к здоровым стрессированным животным, Нифедипин и циннаризин оказали незначительное влияние на сердечный ритм.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНА ЧИМОСТЬ

Результаты, полученные в настоящем исследовании, дополняют знания о роли медленных кальциевых каналов Ь-типа: значении ингибирования их активности различными по природе и механизму действия БКК в регуляции деятельности ССС, особенностях влияния этих каналов на функционирование систем, регулирующих сердечную деятельность у крыс в состоянии наркоза и при дезадаптации (иммобилизационный стресс и ХСН).

Полученные данные имеют существенное значение для экспериментальной физиологии, т.к. позволяют сделать аргументированный выбор блокаторов кальциевых каналов, которые оптимально противодействуют формированию дезадаптации сердечно - сосудистой системы. Исходя из наших данных, в условиях экспериментальной дезадаптации смешанные и непрямые антагонисты кальция (нифедипин и циннаризин) более успешно стабилизировали сердечный ритм.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Блокада медленных кальциевых каналов L-типа у крыс в состоянии наркоза при воздействии циннаризина приводит к существенному повышению тонуса парасимпатического отдела АНС как по отношению к исходному состоянию животных, так и по сравнению с группой, которой вводили нифедипин.

2. Анализ показателей ВСР у бодрствующих иммобилизированных крыс показывает, что при однократной блокаде кальциевых каналов циннаризином у крыс происходит значимое повышение тонуса парасимпатического отдела АНС по сравнению с исходным состоянием и по сравнению с крысами, которым однократно вводили верапамил и нифедипин. Верапамил и нифедипин существенно увеличивают активность симпато-адреналовой системы при однократном воздействии. Длительная блокада кальциевых каналов исследуемыми БКК вызывает незначительное повышение активности симпато-адреналовой системы.

3. При экпериментально вызванной ХСН у крыс незначительно повышается активность симпато-адреналовой системы. Длительная блокада медленных кальциевых каналов L-типа у животных с ХСН верапамилом приводит к существенному повышению тонуса парасимпатического отдела АНС, а нифедипином и циннаризином - к нормализации сердечного ритма.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Материалы и положения диссертации представлены и доложены на 13-й Всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей «Человек и его здоровье», Санкт-Петербург, 2010; XXI съезде Физиологического общества имени И.П. Павлова, Калуга, 2010; Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 85-летию со дня основания Института физиологии И.П. Павлова РАН: «Механизмы регуляции физиологических систем организма в процессе адаптации к условиям среды», Санкт-Петербург - Колтуши, 2010; XVIII Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство», Москва, 2011; Всероссийской научно-практической конференции студентов и молодых ученых с международным участием, посвященной 65-летию СНО ЯГМА «Актуальные вопросы медицинской науки», Ярославль, 2011; X юбилейной международной научно - практической конференции «Диалог культур - культура диалога», Кострома, 2011; III Съезде физиологов СНГ: «Физиология и здоровье человека», Ялта, Украина, 2011; VIII Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 220-летию со дня рождения академика K.M. Бэра: «Механизмы функционирования висцеральных систем», Санкт-Петербург, 2012.

ПУБЛИКАЦИИ

По материалам диссертации опубликовано 13 научных работ (в том числе 5 в журналах из перечня периодических изданий, рекомендуемых ВАК РФ).

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, заключения, выводов, списка литературы, в котором содержится 116 отечественных и 90 зарубежных источников. Работа содержит 5 таблиц и 17 рисунков.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования выполнены на 240 белых беспородных крысах - самцах весом 180-200 г. С лабораторными животными работали в соответствии с действующими «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» и «Международными рекомендациями по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» (1985). Всего проведено 4 серии экспериментов:

1 серия. Инпюктиые животные под наркозом до и после действия БКК.

Крыс (п=45), находившихся в состоянии наркоза (нембутал - 40 мг/кг

веса внутрибрюшинно), иммобшшзировали на спине и регистрировали ЭКГ. Затем животные были разбиты на 3 группы (по 15 в каждой). Первой группе крыс вводили внутрижелудочно верапамил в дозе 1.7 мг/кг, второй -нифедипин 6.8 мг/кг и третьей - циннаризин 12.6 мг/кг в виде растворов объемом 1 мл. При определении дозы препаратов для крыс учитывали коэффициент пересчета 5.9, предложенный Т. А. Гуськовой (1990).

Через 1 час у крыс, находившихся в прежних условиях опыта (наркоз + иммобилизация) вновь регистрировали ЭКГ.

2 серия. Иптаюпные животные в условиях кратковременного и.шюбилюациоююго стресса и такие же крысы при однократном действии БКК.

Серия проводилась на 30 интактных бодрствующих крысах, находившихся в состоянии иммобилизации. Животным внутрижелудочно вводили 1 мл физиологического раствора, после чего регистрировали ЭКГ. Других интактных бодрствующих крыс (п=45) делили на 3 группы по 15 крыс в каждой и вводили БКК (доза и объем как в серии 1). Через 1 час крыс иммобшшзировали на спине и регистрировали ЭКГ.

3 серия. Интактные животные в условиях кратковременного тшобилизащюнного стресса при длительном действии БКК.

Интактным бодрствующим крысам (п=45) разделенным на 3 группы (по 15 в каждой) в течение 2-х месяцев ежедневно внутрижелудочно вводились те же БКК (доза и объем как в серии 1). В качестве контроля брали животных из

второй серии, предварительно убедившись, что за это время существенных изменений в их ВСР не произошло.

4 серия. Животные с моделированной экспериментальной ХСН (контрольная группа) и такие же крысы при длительном действии БКК.

В контрольной группе (30 крыс) производилась регистрация ЭКГ у крыс с ХСН в условиях иммобилизации животных на спине. С 31 по 100 день эксперимента крысам внутрижелудочно вводили физиологический раствор объемом 1 мл.

Остальным группам (3 по 15 животных) вводились БКК с 31 по 100 день эксперимента ежесуточно внутрижелудочно (доза и объем как в серии 1).

Для подавления активности медленных кальциевых каналов L-типа использовали БКК, отличающиеся по механизму действия, химической структуре и физико-химическим свойствам. В частности, верапамил (группа фенилалкиламинов) действует на проводящую систему сердца и в меньшей степени на сосуды путем взаимодействия с медленными каналами плазматической мембраны и участками связывания кальция на мембране. Циннаризин (группа дифенилпиперазинов) обладает преимущественно внутриклеточным механизмом действия, избирательно влияет на артериальные сосуды головного мозга. Нифедипин (группа дигидропиридинов) обладает мембранным и внутриклеточным механизмом действия, преимущественно влияет на сосуды (Хохлов и др., 2003).

Для регистрации ЭКГ использовалась двухканальная электрофизиологическая установка, связанная через АЦП («L-CARD Е-440») с компьютером «Pentium П». Частота дискретизации составляла 4.0 кГц. ЭКГ записывалась во П-м стандартном отведении в течение 4-х минут с помощью программы «L-GRAPH», поставляемой вместе с АЦП. Просмотр ЭКГ и первичная обработка ее проводилась с помощью программы «RRMatch», а окончательный расчет показателей ВСР и их графическое отображение в программе «CRGraph» (Сальников и др., 2007).

При анализе ВСР использовали показатели временного анализа: минимальная - Мп (мс) и максимальная - Мх (мс) длительность всех интервалов R-R, ЧСС, среднее квадратичное отклонение - SDNN (мс), коэффициент вариации - CV (%), квадратный корень из суммы квадратов разности величин последовательных пар интервалов R-R - RMSSD (мс); геометрического анализа: вариационный размах - MxDMn (мс), мода - Мо (мс), амплитуда моды - АМо (%), стресс-индекс - SI (усл. ед.); скаттерограммы: площадь скаттерограммы - EUSq (мс2), отношение ширины к длине скаттерограммы - EllAs (%) и спектрального анализа: мощность волн низкой частоты - LF (мс2), мощность волн высокой частоты - HF (мс2), общая мощность спектра TP (мс2), относительное значение мощности волн высокой -HF (%) и низкой - LF (%) частот, индекс вагосимпатического взаимодействия -LF/HF (усл. ед.). При расчете геометрических показателей шаг гистограммы

был равен 2 мс. У наркотизированных крыс диапазон ЬР составлял 0.02-0.15 Гц, у бодрствующих животных - 0.02-0.75 Гц. Диапазон НР - 0.15-2.0 Гц у наркотизированных крыс и 0.75-3.0 Гц у бодрствующих (Сальников и др., 2007).

Хроническая сердечная недостаточность по тотальному типу моделировалась введением силиконового масла в каждую плевральную полость крысы: в 1 день по 1.5 мл/100 г веса, через 30 дней - еще по 1 мл / 100 г веса (Федоров и др., 2006; Румянцева и др., 2009).

Данные обрабатывались в программе (^аНз^са 6.0». Рассчитывали среднюю арифметическую, среднее квадратичное отклонение, ошибку средней арифметической. В случае нормального распределения применяли критерий I Стьюдента, непараметрического - критерий Уилкоксона. Различия считали достоверными при р < 0.05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Проведенное исследование позволило определить особенности регуляции деятельности ССС у животных при указанных выше состояниях организма при однократном и долговременном снижении активности медленных кальциевых каналов Ь-типа и выяснить, какие БКК при их длительном воздействии на крыс с экспериментальной ХСН в большей степени способствуют нормализации работы ССС.

Временной анализ ВСР. ЧСС у крыс, находящихся в состоянии наркоза, составляла в среднем 434±9.7 уд/мин, у крыс с экспериментальной ХСН 459+5.4 уд/мин, у бодрствующих животных при кратковременном иммобилизационном стрессе 480±3.9 уд/мин (+10.6 % по сравнению с наркотизированными, + 4.6 % по сравнению с животными с ХСН (рис. 1)).

Однократная блокада кальциевых каналов у наркотизированных крыс нифедипином и циннаризином практически не повлияла на ЧСС, а верапамил вызвал ее снижение на 15.7 % (р<0.001). Скорее всего, это связано с тем, что верапамил в большей степени действует на миокард (Хохлов и др., 2003; Штрыголь, 2004; Лукина, 2011). Эти данные совпали с данными других исследований (Давыдова и др., 2009; Штрыголь, 2004; РогеШпё й а1., 2002; Мшагги й а1., 2004; РйгеПа й а1., 1999; Уаа§е-Шзеп, Назтшзеп, 1998). Выявлены достоверные различия между верапамилом и нифедипином, верапамилом и циннаризином по влиянию на ЧСС.

У бодрствующих животных, находящихся в состоянии кратковременной иммобилизации на спине, ЧСС при однократном введении значительно уменьшилась только под влиянием верапамила - на 6.5 % (р<0.001). Остальные БКК практически не повлияли на этот показатель, что согласуется с данными других исследователей (РогвШпс! й а1., 2002; Мшаггп й а1., 2004; РйгеНа е1 а!., 1999; Vaage-N¡lsen, Яа5ти55еп, 1998). Верапамил достоверно уменьшил ЧСС по сравнению с другими блокаторами (рис. 1).

Наркоз Стресс. Однократное Стресс. Длительное

воздействие воздействие

блока горов блокаторов

Рис. 1. Влияние ингибирования активности кальциевых каналов L-типа различными БКК на частоту сердечных сокращений (ЧСС) по сравнению с исходным состоянием.

Достоверные отличия: рО.Оэ

* - по сравнению с интактными, + - по сравнению с контролем, л - верапамил по сравнению с остальными блокаторами.

У здоровых крыс, длительно получавших БКК, произошло повышение ЧСС только после применения верапамила на 5.8 % (р<0.001). Нифедипин и циннаризин практически никак не повлияли на этот показатель (рис. 1). Такое увеличение ЧСС под воздействием верапамила мы связываем с «синдромом отмены» данного препарата, т.к. регистрация ЭКГ проводилась через сутки после последнего введения, а при однократном воздействии на сердечный ритм - через 1 час. Верапамил достоверно увеличил ЧСС по сравнению с другими блокаторами.

У крыс с экспериментальной ХСН происходило снижение ЧСС. Это соответствует данным других авторов (Сальников, 2009; Radaelli, М. Cazzaniga, 2006; Cilliam, Kaplan et al., 2007). Длительное применение нифедипина и циннаризина привело к существенному увеличению ЧСС по сравнению с контрольными животными (с ХСН) в среднем на 5.1 %, и ЧСС практически не стала отличаться от таковой у интактных крыс (рис. 1). У крыс, получавших верапамил (в этом случае, регистрация ЭКГ проводилась через 1 час после последнего введения препарата) ЧСС осталась ниже, чем у здоровых крыс на 5.9 % (р<0.001), а по сравнению с контролем - на 1.5 % (р>0.05). Достоверные отличия были выявлены между влиянием верапамила и нифедипина на организм крыс с ХСН.

Стандартное отклонение кардиоинтервалов (80ЫТ\') у наркотизированных крыс в среднем бьшо равно 1.86±0.143 мс, у интактных стрессированных животных 2.26±0.196 мс, а у крыс с моделированной ХСН 1.98+0.167 мс. Таким образом, вОЬГЫ у животных, находящихся в различных состояниях, почти не отличался.

Рис. 2. Влияние ингибирования активности кальциевых каналов Ь-типа

различными БКК на стандартное отклонение кардиоинтервалов (БОКМ) по сравнению с исходным состоянием

Достоверные отличия: р<0.05

* - по сравнению с интактными, + - но сравнению с контролем, л - верапамил по сравнению с остальными блокаторами, # - между нифедипином и циннаризином.

Блокада кальциевых каналов оказала неоднозначное влияние на показатель SDNN у крыс, находящихся в различных состояниях (рис. 2). Так, у наркотизированных животных под воздействием нифедипина произошло его снижение на 31.2 % (р<0.05) по сравнению с исходным состоянием, остальные же блокаторы никак не повлияли на этот параметр. Выявлены достоверные различия между влиянием нифедипина и верапамила, нифедипина и циннаризина.

Однократное применение БКК у бодрствующих стрессированных животных показало, что БОЫЫ достоверно снизилось под воздействием верапамила и нифедипина в среднем на 37.4 % (оказали влияние на повышение тонуса симпатического отдела АНС), при действии циннаризина- возросло на 46.5 % (повысился тонуса парасимпатического отдела). Выявлены существенные различия между влиянием циннаризина по сравнению с верапамилом и нифедипином на БОЫЫ (рис. 2).

Длительное использование БКК у здоровых иммобилизированных крыс привело к несущественному уменьшению показателя (рис. 2).

Развитие ХСН сопровождалось снижением 8Б>ЛЧ на 12.4 % (р>0.05). Длительное же применение верапамила вызвало его увеличение на 46.0 % (р<0.05) по сравнению с группой контроля (крысы с ХСН) и по сравнению со здоровыми интактными животными на 33.6 % (р>0.05). Нифедипин и циннаризин практически не повлияли на этот параметр (рис. 2).

Полученные результаты временного анализа ВСР при использовании верапамила свидетельствуют о повышении у наркотизированных крыс общей вариабельности сердечного ритма и тонуса парасимпатического отдела АНС; при использовании нифедипина - о незначительном повышении активности симпатического отдела АНС. Циннаризин практически не оказал влияния на сердечный ритм.

У иммобилизированных животных при однократном применении верапамил вызвал значительное повышение тонуса парасимпатического отдела АНС, циннаризин - незначительное. Нифедипин - немного увеличил активность симпатического отдела. Длительное воздействие верапамила на организм стрессированных интактных крыс привело к существенному повышению активности симпатоадреналовой системы (мы связываем это с «синдромом отмены»), нифедипина и циннаризина - к незначительному повышению ее активности.

У животных с экспериментальной ХСН отмечается снижение ЧСС, а следовательно, преобладание парасимпатических влияний на сердце, компенсирующих развившуюся дезадаптацию, что согласуется с исследованиями других авторов (Сальников, 2009; Сахарчук, Бондаренко и др., 1979; Фатеев и др., 2011).

Длительное воздействие верапамила на организм животных с ХСН привело к тому, что тонус парасимпатического отдела АНС еще немного увеличился на фоне по сравнению с группой контроля (с ХСН), а при действии нифедипина и циннаризина - практически вернулся к исходным значениям (соответствовал тонусу АНС интактных животных).

Геометрический анализ (вариационная пульсаметрия). Вариационный размах (МхБМп) у наркотизированных крыс составлял 11.5Ю.94 мс, у крыс в состоянии иммобилизации 14.8±0.98 мс, а у животных с ХСН 13.9±1.17 мс.

У животных в состоянии наркоза показатель МхБМп достоверно увеличился по сравнению с исходным значением при воздействии циннаризина в 1.5 раза (р<0.05), верапамила - в 1.1 (р>0.05) раза и уменьшился при действии нифедипина в 1.3 (р>0.05) раза (рис. 3). Значимые различия были выявлены между влиянием циннаризина и нифедипина (снижение в 1.9 раза).

аоздейсшис ооздсйстоис

блокотороа блокагороо

Рис. 3. Влияние ингибирования активности кальциевых каналов Ь-типа

различными БКК на вариационный размах (МхОМп) по сравнению с исходным состоянием.

Достоверные отличия: р<0.05

* - по сравнению с интактными, + - по сравнению с контролем, А - верапамил по сравнению с остальными блокаторами, # - между нифедипином и циннаризином.

У стрессированных крыс при однократном воздействии верапамила и нифедипина произошло уменьшение данного параметра в среднем в 1.5 раза (р<0.05), а при воздействии циннаризина - увеличение в 1.5 раза (р<0.01) по сравнению с исходным состоянием и в 2.2 раза (р<0.001) по сравнению с группами, которым вводили верапамил и нифедипин. Если однократное применение этих блокаторов привело к достоверному изменению МхБМп, то длительное использование всех БКК незначительно уменьшило МхБМп в среднем в 1.1 раза (рис. 3).

У крыс с ХСН параметр Мх1)Мп был немного меньше (на 6.4 %) по сравнению с интактными животными. Длительное действие блокаторов на организм дезадаптированных крыс привело к достоверному увеличению данного показателя только под влиянием верапамила - в 1.3 раза по отношению к контрольным животным с ХСН. Остальные блокаторы несущественно увеличили его в среднем в 1.2 раза (р>0.05). Изменение МхБМп под влиянием всех блокаторов у крыс с ХСН при сравнении с интактными животными было недостоверным.

Амплитуда моды (АМо) у крыс в состоянии наркоза составляла 42.9±2.79%, при иммобилизации - 39.5±1.99%, а при ХСН - 46.2+1.84% и была в 1.2 раза больше, чем у интактных иммобилизированных животных (р<0.05).

У наркотизированных животных БКК при однократном введении мало изменяли этот показатель, хотя нифедипин увеличил его в 1.3 раза (р<0.05). Воздействие исследуемых блокаторов на АМо у интактных крыс (рис. 4) в состоянии иммобилизационнго стресса привело к достоверному повышению этого показателя на фоне действия верапамила и нифедипина в среднем в 1.3 раза (р<0.05), а циннаризина - уменьшение в 1.3 раза (р<0.05). Достоверные различия выявлены между действием циннаризина по сравнению с верапамилом и нифедипином (р<0.001). Длительное воздействие блокаторов на организм здоровых иммобилизированных животных привел к значимому повышению АМо под влиянием циннаризина в 1.3 раза (р<0.05), остальные блокаторы увеличили его несущественно.

в Контроль Ш Верапамил № Нифедипин ■ Циннаризин

Наркоз Стресс. Однократное Стресс. Длительное ХСН

воздействие воздействие

блокаторов блокаторов

Рис. 4. Влияние ингибирования активности кальциевых каналов L-типа

различными БКК на амплитуду моды (АМо) по сравнению с исходным состоянием.

Достоверные отличия: р<0.05

* - по сравнению с интактными, + - по сравнению с контролем, л - верапамил по сравнению с остальными блокаторами, # - между нифедипином и циннаризином.

При ХСН АМо возросла в 1.2 раза (р<0.05) по сравнению с интактными крысами (рис. 4). Длительное применение БКК показало, что достоверное увеличение данного показателя произошло на фоне действия циннаризина в 1.2 раза по сравнению с интактными животными. Верапамил уменьшил АМо в 1.3 раза по сравнению с контрольными крысами с ХСН. Нифедипин практически не повлиял на этот показатель.

Амплитуда моды отражает меру мобилизирующего влияния симпатического отдела АНС (Баевский, Иванов, 2001; Бабунц, Мирджанян, 2002; Heart rate variability, 1996). В наших исследованиях у наркотизированных и бодрствующих стрессированных крыс произошло значимое повышении

14

тонуса этого отдела АНС при однократном воздействии нифедипина, и уменьшение его тонуса при однократном применении циннаризина у интактных иммобилизированных животных. Длительное использование блокаторов у интактных крыс привело к увеличению тонуса симпатического отдела АНС только под влиянием циннаризина. У крыс с ХСН также тонус симпатического отдела достоверно повысился по сравнению с интактными животными. Длительное действие верапамила вызвало значимое снижение его активности до исходного уровня, как у интактных крыс. При действии циннаризина тонус симпатического отдела АНС остался таким же высоким, как у дезадаптированных крыс.

У наркотизированных крыс стресс-индекс (81) составил 16849±2170 усл. ед., у иммобилизированных - 13484±1360 усл. ед., у дезадаптированных ХСН -16456±2162 усл. ед.. Т.е. у стрессированных крыс он был в 1.2 раза больше по сравнению с интактными животными (р>0.05), что указывает на повышение тонуса симпатического отдела АНС при стрессе (1па§а1и, Ки\уаЬага е! а1., 2004).

■ Контроль «Верапамил вНифедипин «Циннаризин

Наркоз Стресс. Однократное Стресс Длительное ХСН

воздействие воздействие

блокаторов блоклторов

Рис. 5. Влияние ингибирования активности кальциевых каналов Ь-типа различными БКК на стресс-индекс (Б1) по сравнению с исходным состоянием.

Достоверные отличия: рО.ОЗ

* - по сравнению с интактными, + - по сравнению с контролем, л - верапамил по сравнению с остальными блокаторами, # - между нифедипином и циннаризином.

У наркотизированных крыс однократное применение верапамила практически не изменило нифедипин повысил его в 1.5 раза (р<0.05) по сравнению с исходным состоянием, а циннаризин значительно уменьшил в 2.1 раза (р<0.05). Причем повышение 81 под влиянием нифедипина было достоверно по сравнению с влиянием верапамила и циннаризина (рис. 5).

Однократное воздействие верапамила и нифедипина на организм стрессированных интактных животных привело к резкому увеличению SI в среднем в 1.7 раза (р<0.05), а циннаризина - к достоверному уменьшению его в 1.9 раза (р<0.05) по сравнению с интактными крысами и по сравнению с группами, которым вводили верапамил и нифедипин. Длительное использование всех БКК мало повлияло на SI (рис. 5). Повышение SI свидетельствует об активации у наркотизированных и у бодрствующих стрессированных крыс симпато-адреналовой системы (Баевский, Иванов, 2001; Бабунц, и др., 2002; Heart rate variability, 1996).

При ХСН SI незначительно увеличился в 1.2 раза (р>0.05) по сравнению с интактными животными (рис. 5). Длительное применение БКК не вызвало достоверных изменений SI: при действии верапамила он снизился в 1.3 раза, нифедипина - повысился в 1.2 раза (р>0.05).

Анализируя результаты геометрического анализа, можно заключить, что экспериментальная ХСН у крыс сопровождалась небольшим повышением активности симпато-адреналовой системы. Результаты корреляционной ритмографии полностью согласуются с данными геометрического анализа.

Спектральный анализ. Мощность низкочастотного диапазона LF у наркотизированных животных составляла 0.22±0.052 мс2, у интактных стрессированных - 0.87±0.181 мс2и у контрольных с ХСН - 0.52+0.111 мс2, мощность высокочастотного диапазона HF - 0.23+0.038 мс2, 0.38+0.055 мс2 и 0.28+0.031 мс2 соответственно, а общая мощность спектра (TP) -0.45±0.076 мс2, 1.25+0.222 мс2 и 0.80±0.129 мс2 соответственно. При этом у наркотизированных крыс мощности LF и TP были ниже, чем у интактных иммобилизированных животных и крыс с ХСН (р<0.05), что согласуется с другими данными, указывающими на то, что у наркотизированных животных показатели спектрального анализа значительно ниже по сравнению с бодрствующими крысами (Курьянова, 2011, 2012).

У наркотизированных крыс значимо уменьшил мощность LF только нифедипин в 3.1 раза (р<0.05). Снижение мощности LF влиянием верапамила в 1.8 раза и возрастание под влиянием циннаризина в 1.5 раза были несущественными (р>0.05). Действие циннаризина значимо отличалось в 4.7 раза (р<0.05) от действия нифедипина (рис. 6).

Мощность HF изменялась незначительно: под влиянием нифедипина она уменьшилась в 1.3 раза, а на верапамила и циннаризина - возросла в среднем в 1.5 раза (р>0.05) (рис. 7). Общая мощность спектра также существенно не изменилась. Ее колебания под действием исследуемых блокаторов повторяли изменения мощностей LF и HF-Достоверные различия выявлены между влиянием циннаризина и нифедипина в 2.9 раза (р<0.01). Поэтому индекс LF/HF под влиянием верапамила и нифедипина снизился в среднем в 2.6 раза (р<0.05), а по действием циннаризина его уменьшение было несущественным.

Наркоз Стресс. Однократное Стресс. Длительное ХСН

ооздействие воздействие

блокаторов блокаторов

Рис. 6. Влияние ингибирования активности кальциевых каналов Ь-типа

различными БКК на изменение мощности низких частот (ЬБ) спектра по сравнению с исходным состоянием.

Достоверные отличия: р<0.05

* - по сравнению с интактными, + - по сравнению с контролем, л - верапамил по сравнению с остальными блокаторами, # - между нифедипином и циннаризином.

Таким образом, у наркотизированных крыс по данным спектрального анализа под действием верапамила и нифедипина произошло увеличение тонуса парасимпатического отдела АНС, а циннаризин почти не повлиял на активность АНС.

При однократном введении верапамила и нифедипина бодрствующим стрессированных животным мощность и уменьшилась в среднем в 7.6 (р<0.05) раза, а циннаризина - увеличилась в 2.1 (р<0.05) раза (рис. 6). Такую же динамику изменений имела мощность ОТ (рис. 7): под влиянием верапамила и нифедипина она снизилась в среднем в 1.8 раза, а циннаризина - увеличилась в 1.3 раза (р>0.05). Мощность ТР достоверно уменьшилась под влиянием верапамила и нифедипина в среднем в 3.9 раза, а циннаризина - возросла в 1.9 раза. Поэтому индекс ЬБ/ОТ под действием верапамила и нифедипина снизился в среднем в 2.8 раза, а циннаризина - возрос в 1.7 раза (р<0.05).

Длительное действие БКК не привело к существенным изменениям в показателях спектрального анализа, что указывает на адаптацию организма крыс к их влиянию (рис. 6, 7).

■2 ' * -

Наркоз Стресс. Однократное Стресс. Длительное ХСН

воздействие воздействие

блокаторов блокаторов

Рис. 7. Влияние ингибирования активности кальциевых каналов Ь-типа

различными БКК на изменение мощности высоких частот (НР) спектра по сравнению с исходным состоянием.

Достоверные отличия: р<0.05

* - по сравнению с интактными, + - по сравнению с контролем, л - верапамил ПО сравнению с остальными блокаторами, # - между иифедипином и циннаризином.

Итак, данные спектрального анализа при однократном введении БКК крысам, находящимся в состояниях покоя (наркоз) и иммобилизационного стресса не всегда совпадали с данными временного и геометрического анализов. У наркотизированных животных результаты спектрального анализа совпадают с другими видами анализа ВСР при действии верапамила и циннаризина, они указывают на повышение тонуса парасимпатического отдела АНС. При действии нифедипина по данным временного и геометрического анализов несколько увеличивается активность симпатического отдела АНС, а по данным спектрального анализа - возрастает тонус парасимпатического отдела. То же самое наблюдается при действии блокаторов на организм стрессированных крыс: результаты временного и геометрического анализов свидетельствуют о том, что под воздействием верапамила и нифедипина происходит снижение общей ВСР и повышение активности симпато-адреналовой системы, а данные спектрального анализа указывают, наоборот, на повышение тонуса парасимпатического отдела АНС. Прямо противоположные данные получились под действием циннаризина.

Такое же несовпадение результатов спектрального анализа с другими видами анализа ВСР наблюдалось и при изучении воздействия на организм стрессированных крыс р-адреноблокаторов (Сальников и др., 2007, 2009) и

ингибиторов АПФ (Фатеев и др., 2011), которое авторы объясняли тем, что при стрессе на фоне блокады Р-адренорецепторов и снижения активности АПФ, вероятно, происходит включение в регуляцию сердечным ритмом высших отделов ЦНС (гипоталамического и, возможно, коркового) и/или активация гуморальных механизмов (возможно, серотонин-, гистамин-, и холинергических) (Баевский, 2002). По-видимому, в наших экспериментах наблюдался тот же эффект.

При ХСН у крыс произошло незначительное снижение мощности ЬР в

1.7 раза (р>0.05), НР в 1.4 раза (р>0.05) и ТР в 1.6 (р>0.05) раза (рис. 6, 7).

Мощность ЬР возросла у стрессированных животных с ХСН при действии верапамила в 1.8 раза (р>0.05) по сравнению с интактными и в 3.1 раза (р<0.05) по сравнению контрольными крысами. Также под влиянием верапамила увеличились и мощности НР и ТР соответственно в 1.6 (р<0.05) и

1.8 (р>0.05) раза при сравнении с интактными животными, в 2.2 (р<0.01) и 2.8 (р<0.05) раза по сравнению контрольными крысами (рис. 8-10). Это согласуется с данными клинических исследований (Роге^пс! е1: а!., 2002; Ре^ейа е1 а1., 1999; Уаа§е-№1зеп, КавтизББеп, 1998). Другие БКК достоверно не изменили этих показателей. Не были существенными и колебания индекса ЬР/НР (рис. 6, 7).

В связи с тем, что изменения сердечного ритма при действии исследуемых БКК на организм крыс, находящихся в различных состояниях, были неоднозначным, данные временного и геометрического анализов с данными спектрального анализа совпадали не всегда, для выяснения итогового влияния блокаторов на ВСР мы применили показатель суммарной степени воздействия (ССВ) на сердечный ритм (Фатеев, Сальников, 2011). По мнению авторов, значение показателя меньше нуля соответствует активации симпатического отдела АНС и катехоламинергической системы, а больше нуля - активации парасимпатического отдела и, возможно, высших отделов ЦНС.

Итак, на основании изменения показателя ССВ можно быстрее и точнее определить, какое вещество в большей степени изменяет сердечный ритм (рис. 8).

У наркотизированных крыс верапамил и циннаризин при однократном введении значительно увеличили тонус парасимпатического отдела АНС. Влияние циннаризина было достоверно больше по сравнению с исходным состоянием и по сравнению с влиянием нифедипина. Нифедипин незначительно увеличил активность симпато-адреналовой системы. Такое повышение общей вариабельности сердечного ритма, а, следовательно, активности парасимпатического отдела АНС при действии циннаризина связано, скорее всего, с тем, что циннаризин расширяет мозговые сосуды, улучшает мозговое кровообращение (Хохлов и др., 2003; Штрыголь, 2004), и, возможно, косвенно способствует изменению активности стволовых структур ЦНС.

Наркоз Стресс. Однократное Стресс. Длительное ХСН

воздействие воздействие

блокаторов блокаторов

Рис. 8. Влияние ингибирования активности кальциевых каналов Ь-типа различными БКК на суммарную степень воздействия (ССВ) на сердечный ритм.

Достоверные отличия: р<0.05

* - по сравнению с интактными, + - по сравнению с контролем, л - верапамил по сравнению с остальными блокаторами, # - между нифедипином и циннаризином.

Однократное введение верапамила и нифедипина крысам в состоянии кратковременного иммобилизационного стресса привело к возрастанию активности симпато-адреналовой системы. Верапамил снизил ЧСС, но другие показатели ВСР: 8БШ, СУ, Ш^Б, МхБМп, АМо, 51 и ЕИБя также уменьшились, т.о. наряду с увеличением тонуса парасимпатического отдела АНС (об этом свидетельствуют и данные спектрального анализа), в большей степени повысилась активность симпато-адреналовой системы. Циннаризин в целом увеличил тонус парасимпатического отдела АНС (рис. 8).

Длительное использование всех БКК у интактных крыс привело к незначительному увеличению активности симпато-адреналовой системы. Можно сказать, что животные практически полностью адаптировались к действию данных веществ. Но через сутки после последнего введения верапамила произошло резкое увеличение ЧСС, которое мы связываем с «синдромом отмены».

При экспериментальной ХСН по данным анализа ВСР произошло незначительное повышение активности симпато-адреналовой системы, хотя ЧСС достоверно была меньше по сравнению с интактными животными, но общая вариабельность сердечного ритма снизилась значительно (рис. 8). Наши данные соответствуют результатам исследований показавшим, что при развитии ХСН повышается тонус симпатического отдела АНС (Сахарчук и др., 1979; Хайдарова и др., 1981; МаШаш, Pagani, 1994; Т^еегсЬта ег а1., 2000).

Длительное применение верапамила у дезадаптированных животных привело к резкому увеличению тонуса парасимпатического отдела АНС, что соответствуют результатам исследований у людей с гипертонией, стенокардией

20

и в постинфарктном периоде (РогбЫпс! е1 а1., 2002; Ре1ге«а й а1., 1999; Уаа§е-ЫЛзеп, КавшиБЭзеп, 1998). Нифедипин незначительно повысил активность симпато-адреналовой системы, что согласуется с результатами исследований у лиц с гипертонией (Мтаггп е1 а1., 2004) и у здоровых людей (Ragueneau Й а1., 2001). Циннаризин привел к небольшому увеличению тонуса парасимпатического отдела АНС. Причем влияние верапамила достоверно отличалось как от контроля, так и от влияния нифедипина и циннаризина. Таким образом, к нормализации сердечного ритма у крыс с ХСН в большей степени приводило длительное действие нифедипина и циннаризина.

ВЫВОДЫ

1. У крыс в состоянии наркоза при однократном введении циннаризин приводил к существенному повышению общей ВСР и тонуса парасимпатического отдела АНС по сравнению с исходным состоянием животных и по сравнению с действием нифедипина. Последний вызывал некоторое увеличение активности симпато-адреналовой системы. Верапамил незначимо повышал тонус парасимпатического отдела.

2. У крыс в состоянии кратковременного иммобилизационного стресса при однократном введении верапамил и нифедипин значительно повышали активность симпато-адреналовой системы. Циннаризин резко увеличил тонус парасимпатического отдела как по отношению к исходному уровню, так и по сравнению с другими БКК.

3. У крыс в состоянии кратковременного иммобилизационного стресса при длительном введении все изучаемые БКК незначительно повысили активность симпато-адреналовой системы.

4. Длительная дезадаптация (экспериментальная ХСН) у крыс наряду с повышением тонуса парасимпатического отдела АНС приводит к еще большему увеличению тонуса симпатического отдела.

5. У крыс с ХСН длительное введение различных по свойствам БКК Ь-типа оказало разнонаправленное действие на показатели вариабельности сердечного ритма. Введение верапамила значительно увеличило общую ВСР, снизило ЧСС, таким образом, увеличило тонус парасимпатического отдела. Циннаризин незначительно увеличил тонус этого отдела. Нифедипин незначительно увеличил тонус симпато-адреналовой системы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ АВТОРА:

1. Григорьева М.В., Кузьмин, Ф.А. Изменение в сердечном ритме у наркотизированных и бодрствующих стрессированных крыс при воздействии верапамила // Тез. докл. XIII Всероссийской медико-биологической конференция молодых исследователей «Человек и его здоровье». - СПб., 2010. - С. 56-57. (авторских - 0.02 пл.).

2. Фатеев М.М., Григорьева М.В., Кузьмин Ф.А., Фатеева К.М. Воздействие блокатора кальциевых каналов верапамила и ингибитора АПФ квинаприла на сердечный ритм стрессированных крыс // Тез. докл. XXI съезда Физиологического общества имени И.П. Павлова. - Москва - Калуга, 2010. -С.634-635. (авторских-0.015 пл.).

3. Григорьева М.В., Кузьмин Ф.А., Фатеева К.М. Влияние блокатора кальциевых каналов нифедипина и ингибитора АПФ лизиноприла на

21

вариабельность сердечного ритма иммобилизированных крыс // Тез. докл. Всероссийской конф. с международным участием, посвященной 85-летию со дня основания Института физиологии И.П. Павлова РАН: «Механизмы регуляции физиологических систем организма в процессе адаптации к условиям среды». - СПб., 2010. - С.71-72. (авторских - 0.02 п.л.).

4. Сидоров A.B., Григорьева М.В., Кузьмин Ф.А., Фатеева K.M. Вариабельность сердечного ритма у крыс с экспериментальной хронической сердечной недостаточностью, длительно получавших ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента и блокаторы кальциевых каналов // Вестник Костромского государственного университета им. Н. А. Некрасова. -2011. - Т. 17, № 1. - С.29-35. (авторских - 0.25 пл.) (Журнал включен в перечень изданий рекомендованных ВАК РФ).

5. Григорьева М.В., Сидоров A.B., Кузьмин Ф.А., Фатеева K.M. Вариабельность сердечного ритма у бодрствующих иммобилизированных и дезадаптированных крыс при воздействии эналаприла и верапамила // Ярославский педагогический вестник. - 2011 - Т. III (Естествознание), № 1. — С.109-113. (авторских - 0.2 п.л.). (Журнал включен в перечень изданий рекомендованных ВАК РФ).

6. Кузьмин Ф.А., Федоров В.Н., Фатеев М.М. Влияние блокаторов медленных кальциевых каналов различных классов на параметры вариабельности сердечного ритма у наркотизированных и стрессированных крыс. // Тез. докл. XVIII Российского национального конгресса «Человек и лекарство». - М., 2011. - С. 455-456. (авторских - 0.015 п.л.).

7. Григорьева М.В., Кузьмин Ф.А., Фатеева K.M. Влияние блокатора кальциевых каналов нифедипина и ингибитора АПФ лизиноприла на вариабельность сердечного ритма иммобилизированных крыс // Мат. тез. Всероссийской научно-практической конференции студентов и молодых ученых с международным участием, посвященной 65-летию СНО ЯГМА «Актуальные вопросы медицинской науки». - Ярославль, 2011. - С.21. (авторских - 0.02 пл.).

8. Кузьмин Ф.А., Фатеев М.М., Григорьева М.В. Влияние однократной и длительной блокады кальциевых каналов на сердечный ритм крыс, находящихся в состоянии кратковременного иммобилизационного стресса // Материалы X юбилейной международной научно - практической конференции «Диалог культур - культура диалога». - Кострома, 2011 - С.198-203. (авторских -0.17 пл.).

9. Фатеев М.М., Григорьева М.В., Сидоров A.B., Кузьмин Ф.А., Фатеева K.M. Воздействие ингибиторов АПФ и блокаторов кальциевых каналов на сердечный ритм крыс, находящихся в различных состояниях // Научн. труды III Съезда физиологов СНГ: «Физиология и здоровье человека». М.: Медицина-Здоровье, 2011. С. 35. (авторских - 0.01 пл.).

10. Кузьмин Ф.А., Фатеев М.М., Григорьева М.В. Однократное и длительное воздействие циннаризина на вариабельность сердечного ритма у крыс, находящихся в различных состояниях // Вестник Костромского государственного университета им. Н. А. Некрасова. - 2012. - Т. 18, № 2. -С. 18-22. (авторских - 0.25 пл.) (Журнал включен в перечень изданий рекомендованных ВАК РФ).

11. Григорьева М.В. Фатеев М.М., Кузьмин Ф.А. Особенности вариабельности сердечного ритма у наркотизированных и бодрствующих иммобилизированных крыс при блокаде кальциевых каналов // Бюллетень

экспериментальной биологии и медицины. - 2012. - Т. 153, № 5. - С. 585-590. (авторских - 0.2 пл.). (Журнал включен в перечень изданий рекомендованных ВАК РФ).

12. Григорьева М.В., Фатеев М.М., Кузьмин Ф.А. Влияние однократного и длительного воздействия блокаторов кальциевых каналов на вариабельность сердечного ритма у наркотизированных и бодрствующих иммобилизированных крыс // Тез. докл. VIII Всероссийской конф. с международным участием, посвященной 220-летию со дня рождения академика K.M. Бэра: «Механизмы функционирования висцеральных систем». - СПб., 2012. - С. 60-61. (авторских - 0.02 п.л.).

13. Сальников Е.В., Кузьмин Ф.А., Фатеев М.М., Богатушин A.B. Показатель суммарной степени воздействия на сердечный ритм в оценке вегетативного статуса организма при изменении активности медленных кальциевых каналов L-типа у крыс, находящихся в различных состояниях. // Вестник Костромского государственного университета им. Н. А. Некрасова. — 2012. - Т. 18, № 4. -С.4-7. (авторских - 0.1 п.л.) (Журнал включен в перечень изданий рекомендованных ВАК РФ).

СПИСОК СОКРАЩЕНИИ

АНС - автономная нервная система

АПФ - ангиотензинпревращающий фермент

БКК - блокаторы кальциевых каналов

ВСР - вариабельность сердечного ритма

ССС - сердечно-сосудистая система

ХСН - хроническая сердечная недостаточность

ЦНС - центральная нервная система

ЧСС - частота сердечных сокращений

II-Я - кардиоинтервалы

ККЫЫ - средняя длительность всех интервалов К-Я

- среднее квадратичное отклонение СУ - коэффициент вариации

КМЯЗО квадратный корень из суммы квадратов разности величин последовательных

пар интервалов Я-Я

\lxDMn - вариационный размах

Мо - мода

АМо - амплитуда моды

- стресс-индекс, индекс напряжения (ИН) ЕИБц - площадь скаттерограммы

ЕПАэ - соотношение ширины основного облака к длине основного облака (Ь)

Ц7 - низкочастотные колебания

НИ - высокочастотные колебания

ТР - общая мощность спектра

ЬР (%) - относительное значение мощности волн низкой частоты

НР (%) - относительное значение мощности волн высокой частоты

и/НР отношение мощности волн низкой частоты (и) к мощности волн высокой частоты (НР) - индекс вагосимпатического взаимодействия

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.б.н., доценту Е.В. Сальникову и д.в.н., профессору В.В. Кузьмичеву, директору ГУ «Костромская областная ветеринарная лаборатория», за предоставленную возможность и помощь в организации проведения экспериментальных исследований на лабораторных животных.

КУЗЬМИН ФЕДОР АНДРЕЕВИЧ

РОЛЬ КАЛЬЦИЕВЫХ МЕДЛЕННЫХ КАНАЛОВ Ь-ТИПА В РЕГУЛЯЦИИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА У КРЫС В НОРМЕ И ПРИ ДЕЗАДАПТАЦИИ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Подписано в печать 11.10.2013 г. Формат 60 х 84/16. Бумага для множительных аппаратов. Уч.печ.л. - 1,5 Заказ № 56. Тираж 100 экз.

Отпечатано:

Салон оперативной печати «GUT» ИП Ульрих С. А. г. Кострома, ул. Щемиловка д. 15 т. 8(4942) 37-16-41 e-mail:gud-poly@koshet.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Кузьмин, Федор Андреевич, Кострома

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Костромской государственный университет им. H.A. Некрасова» Министерства образования

Российской Федерации

04201 451 1 54

РОЛЬ КАЛЬЦИЕВЫХ МЕДЛЕННЫХ КАНАЛОВ

Ь-ТИПА

В РЕГУЛЯЦИИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА У КРЫС В НОРМЕ И ПРИ ДЕЗАДАПТАЦИИ

Кузьмин Федор Андреевич

03.03.01 - физиология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: Сальников Евгений Валентинович, доктор биологических наук

доцент

Кострома-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ........................................................................................................2

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.....................................................................................4

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................6

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................13

1.1. Физиологические механизмы регуляции сердечного ритма..................13

1.2. Вариабельность сердечного ритма как метод оценки регуляторных влияний на ритм сердца в норме и дезадаптации...........................................21

1.3. Роль кальция в регуляции функций организма........................................28

1.4. Влияние блокады кальциевых каналов на функционирование системы кровообращения.................................................................................................33

1.5. Влияние блокады кальциевых каналов на вариабельность сердечного ритма....................................................................................................................40

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ............................45

2.1. Характеристика условий проведения эксперимента и объекты исследования.......................................................................................................45

2.2. Оценка регуляторных механизмов в деятельности сердечно-сосудистой системы по данным вариабельности сердечного ритма................................47

2.3. Методика моделирования сердечной недостаточности..........................52

2.4. Методы статистической обработки...........................................................54

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ...................55

3.1. Воздействие блокаторов кальциевых каналов на сердечный ритм у наркотизированных крыс..................................................................................55

3.2. Однократное воздействие блокаторов кальциевых каналов на сердечный ритм у бодрствующих иммобилизированных крыс....................59

3.3. Изменения в сердечном ритме у бодрствующих крыс при длительном

блокировании кальциевых каналов..................................................................64

3.4. Показатели вариабельности сердечного ритма у крыс с экспериментальной ХСН и влияние на ВСР длительного применения блокаторов кальциевых каналов.......................................................................68

3.4.1. Сравнение показателей вариабельности сердечного ритма у интактных и дезадаптированных крыс.........................................................68

3.4.2. Сравнение показателей вариабельности сердечного ритма у контрольных крыс с ХСН и крыс с ХСН, длительно получавших блокаторы кальциевых каналов....................................................................72

3.4.3. Сравнение показателей вариабельности сердечного ритма крыс с ХСН, длительно получавших блокаторы кальциевых каналов.................74

3.4.4. Сравнение показателей вариабельности сердечного ритма у интактных и дезадаптированных крыс, получавших блокаторы кальциевых каналов........................................................................................75

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ...................................................................................76

ВЫВОДЫ.............................................................................................................102

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК................................................................103

АНС

АВУ

АД

АЦХ

БКК

БН

ВСР

ИБС

ИМ

КА

КМЦ

ОПСС

пене

РААС

САУ

САС

СНС

ССС

ХСН

ЦНС

чсс я-я

ЯЯМчГ СУ

ЯМ88Э

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

автономная нервная система атриовентрикулярный узел артериальное давление ацетилхолин

блокаторы кальциевых каналов блуждающий нерв вариабельность сердечного ритма ишемическая болезнь сердца инфаркт миокарда катехоламины кардиомиоциты

общее периферическое сопротивление сосудов парасимпатическая нервная система ренин-ангиотензин-альдостероновая система синоатриальный (синусный) узел симпатоадреналовая система симпатическая нервная система сердечно-сосудистая система хроническая сердечная недостаточность центральная нервная система частота сердечных сокращений кардиоинтервалы

средняя длительность всех интервалов Я-Я среднее квадратичное отклонение коэффициент вариации

квадратный корень из суммы квадратов разности величин последовательных пар интервалов Я-Я

МхБМп - вариационный размах

Мо - мода

АМо амплитуда моды

81 - стресс-индекс, индекс напряжения (ИН)

ЕПБц - площадь скаттерограммы

ЕПАб - соотношение ширины основного облака (\у) к длине основного

облака (Ь) скаттерограммы ЬР - низкочастотные колебания

ИР - высокочастотные колебания

ТР - общая мощность спектра

ЬБ (%) - относительное значение мощности волн низкой частоты НР (%) - относительное значение мощности волн высокой частоты ЬР/НЕ - отношение мощности волн низкой частоты (ЬР) к мощности волн высокой частоты (НЕ)

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

Ионизированный Са принимает участие в регуляции большинства внутриклеточных процессов, имеет значение связующего звена между экзогенными факторами и регуляторными внутриклеточными механизмами. Проникая в клетки, ионы Са активируют биоэнергетические процессы (превращение АТФ в цАМФ, фосфорилирование белков и др.), обеспечивающие реализацию физиологических функций клеток, а в мышечной ткани - электромеханическую связь возбуждения с сокращением. Однако пусковым механизмом внутриклеточных процессов является не наличие Са , а изменение его концентрации в цитоплазме (Арсеньева, 2009).

Трансмембранный перенос ионов кальция осуществляется через специальные, т.н. кальциевые каналы. В настоящее время выделяют шесть типов кальциевых каналов (Ь, Т, Р, II), обладающих разными свойствами (в т.ч. проводимостью, длительностью открытия) и "имеющих разную тканевую локализацию (Житникова, 2010; Хохлов и др., 2003; Нагаёае1а1., 2003). В клетках сердечно - сосудистой системы (ССС) расположены преимущественно медленные кальциевые каналы Ь-типа, а также Т- и Я-типов, причем в гладкомышечных клетках сосудов содержатся каналы трех типов (Ь, Т, Я), в клетках миокарда — в основном Ь-типа, а в клетках синусного узла и нейрогормональных клетках — каналы Т-типа (Лупанов, 2010).

В повышенной концентрации ионы Са2+ могут чрезмерно усиливать процессы клеточного метаболизма, увеличивать потребность тканей в кислороде и вызывать различные деструктивные изменения, приводящие к дезадаптации.

Одним из инструментов для выяснения механизмов действия Са2+ на клетки и ткани-мишени являются блокаторы кальциевых каналов (БКК). Это производные фенилалкиламинов, дигидропиридинов и дифенилпиперазинов, являющиеся блокаторами только каналов Ь-типа (Карпов, Сорокин, 2003; Хохлов и др., 2003; К15Ые1а1., 2009). Фенилалкиламины, прямые антагонисты кальция, (основной представитель верапамил) действуют на проводящую систему сердца и в меньшей степени на сосуды, взаимодействуя с медленными каналами плазматической мембраны и участками связывания кальция на мембране. Дифенилпиперазины, непрямые антагонисты кальция с преимущественно внутриклеточным механизмом действия, (основной представитель циннаризин) избирательно влияют на артериальные сосуды головного мозга. Дигидропиридины, смешанные антагонисты кальция с мембранным и внутриклеточным механизмом действия, (основной представитель нифедипин) преимущественно влияют на сосуды (Хохлов и др., 2003).

Антагонисты кальция обладают различными эффектами, нивелирующими дезадаптационные сдвиги в сердечно - сосудистой системе (Штрыголь, 2004). Несмотря на это, механизмы действия БКК на сердечный ритм, важнейшим методом изучения которого является метод анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР) (Баевский, Иванов, 2001; Баевский, 2002) остаются мало изученными. Большинство работ посвящено исследованиям влияния блокаторов кальциевых каналов на ВСР при различных дезадаптационных процессах сердечно-сосудистой системы (1лшк1У*81еЫ., 2007; Таказее1а1., 2008;г1шще1а1., 2011 и др.), в том числе хронической сердечной недостаточности (ХСН) (Т]еег(18тае1а1., 2000). Очень мало исследований проведено на здоровых людях (К^иепеаиегаЬ, 2001; 8Ы£ае1а1., 2007) и практически отсутствуют на животных (УатаЬеегаЬ, 2007). Это послужило основанием для проведения настоящего исследования по

выяснению вклада медленных кальциевых каналов Ь-типа в механизмы регуляции сердечным ритмом у крыс, находящихся в покое и при дезадаптации, основываясь на положении о том, что ССС является индикатором функционирования организма в целом (Меерсон, 1993). ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучить влияние медленных кальциевых каналов Ь-типа на механизмы регуляции сердечного ритма путем ингибирования их активности различными по механизму действия БКК у крыс в норме и при дезадаптации (кратковременном иммобилизационном стрессе и экспериментальной хронической сердечной недостаточности).

ЗАДА ЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Изучить влияние однократного ингибирования активности кальциевых каналов на сердечный ритм различными по природе БКК (верапамилом, нифедипином и циннаризином) у крыс в состоянии наркоза.

2. Изучить влияние однократного ингибирования активности кальциевых каналов на сердечный ритм различными по природе БКК у крыс при кратковременном иммобилизационном стрессе.

3. Изучить влияние длительного ингибирования активности кальциевых каналов на деятельность сердечно-сосудистой системы животных при кратковременном иммобилизационном стрессе.

4. Изучить изменения в регуляции сердечной деятельности у крыс при экспериментальной хронической сердечной недостаточности, выяснить роль кальциевых каналов в формировании дезадаптации сердечно-сосудистой системы путем длительного ингибирования их активности.

5. Сравнить влияние блокады кальциевых каналов Ь-типа на показатели вариабельности сердечного ритма в условиях кратковременной (стресс) и длительной (ХСН) дезадаптации сердечно-сосудистой системы.

НА УЧНАЯ НОВИЗНА

Впервые проведено исследование по изучению роли медленных кальциевых каналов Ь-типа в регуляции сердечного ритма с применением комплексного анализа ВСР с помощью статистических, геометрических методов, корреляционной ритмографии и спектрального анализа у животных, находящихся в различных состояниях (наркоз, иммобилизационный стресс, экспериментальная ХСН).

У наркотизированных крыс однократное ингибирование активности кальциевых каналов различными по природе БКК привело к существенному увеличению тонуса парасимпатического отдела АНС только под воздействием циннаризина. Действие верапамила и нифедипина мало влияло на тонус парасимпатического и симпатического отделов АНС.

Впервые проведен сравнительный анализ однократного и длительного воздействия БКК Ь-типа на сердечный ритм животных, находящихся в состоянии кратковременного иммобилизационного стресса. При однократном применении циннаризин достоверно увеличил тонус парасимпатического отдела АНС, а верапамил и нифедипин существенно повысили активность симпато-адреналовой системы. После длительного введения исследуемых БКК увеличилась активность симпато-адреналовой системы, и снизился тонус парасимпатического отдела АНС.

При дезадаптации, вызванной тотальной ХСН, произошло небольшое повышение активности симпато-адреналовой системы. Впервые показано, что у таких крыс длительное ингибирование активности кальциевых каналов Ь-типа верапамилом приводит к значительному повышению тонуса парасимпатического отдела АНС как по отношению к контрольной группе, так и по отношению к здоровым стрессированным животным. Нифедипин и циннаризин оказали незначительное влияние на сердечный ритм.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНА ЧИМОСТЬ

Результаты, полученные в настоящем исследовании, дополняют знания о роли медленных кальциевых каналов L-типа: значении ингибирования их активности различными по природе и механизму действия БКК в регуляции деятельности ССС, особенностях влияния этих каналов на функционирование систем, регулирующих сердечную деятельность у крыс в состоянии наркоза и при дезадаптации (иммобилизационный стресс и ХСН).

Полученные данные имеют существенное значение для экспериментальной физиологии, т.к. позволяют сделать аргументированный выбор блокаторов кальциевых каналов, которые оптимально противодействуют формированию дезадаптации сердечно - сосудистой системы. Исходя из наших данных, в условиях экспериментальной дезадаптации смешанные и непрямые антагонисты кальция (нифедипин и циннаризин) более успешно стабилизировали сердечный ритм.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Блокада медленных кальциевых каналов L-типа у крыс в состоянии наркоза при воздействии циннаризина приводит к существенному повышению тонуса парасимпатического отдела АНС как по отношению к исходному состоянию животных, так и по сравнению с группой, которой вводили нифедипин.

2. Анализ показателей ВСР у бодрствующих иммобилизированных крыс показывает, что при однократной блокаде кальциевых каналов циннаризином у крыс происходит значимое повышение тонуса парасимпатического отдела АНС по сравнению с исходным состоянием и по сравнению с крысами, которым однократно вводили верапамил и нифедипин. Верапамил и нифедипин существенно увеличивают активность симпато-адреналовой системы при однократном воздействии. Длительная блокада

кальциевых каналов исследуемыми БКК вызывает незначительное повышение активности симпато-адреналовой системы.

3. При экспериментально вызванной ХСН у крыс незначительно повышается активность симпато-адреналовой системы. Длительная блокада медленных кальциевых каналов L-типа у животных с ХСН верапамилом приводит к существенному повышению тонуса парасимпатического отдела АНС, а нифедипином и циннаризином - к нормализации сердечного ритма.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Материалы и положения диссертации представлены и доложены на 1 Зй Всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей «Человек и его здоровье», Санкт-Петербург, 2010; XXI съезде Физиологического общества имени И.П. Павлова, Калуга, 2010; Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 85-летию со дня основания Института физиологии И.П. Павлова РАН: «Механизмы регуляции физиологических систем организма в процессе адаптации к условиям среды», Санкт-Петербург - Колтуши, 2010; XVIII Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство», Москва, 2011; Всероссийской научно-практической конференции студентов и молодых ученых с международным участием, посвященной 65-летию СНО ЯГМА «Актуальные вопросы медицинской науки», Ярославль, 2011; X юбилейной международной научно - практической конференции «Диалог культур -культура диалога», Кострома, 2011; III Съезде физиологов СНГ: «Физиология и здоровье человека», Ялта, Украина, 2011; VIII Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 220-летию со дня рождения академика K.M. Бэра: «Механизмы функционирования висцеральных систем», Санкт-Петербург, 2012.

ПУБЛИКАЦИИ

По материалам диссертации опубликовано 13 научных работ (в том числе 5 в журналах из перечня периодических изданий, рекомендуемых ВАК РФ).

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, заключения, выводов, списка литературы, в котором содержится 116 отечественных и 90 зарубежных источников. Работа содержит 5 таблиц и 17 рисунков.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Физиологические механизмы регуляции сердечного ритма.

Регуляция ритма сердца рассматривается как оперативная реакция целостного организма в ответ на любое воздействие внешней среды, осуществляющаяся за счет влияний на синоатриальный узел (САУ) пейсмекерной системы сердца регулирующих сердечный ритм факторов: рефлекторного парасимпатического, симпатического и гуморально-медиаторной среды.

Сердце обладает собственным автоматизмом, поэтому влияние автономной нервной системы (АНС) на сердечный ритм принято считать модулирующим, а не управляющим (Г.В. Рябыкина, A.B. Соболев, 1998).

Сердечный ритм определяется способностью пейсмекерных клеток синусного узла активироваться, свойством сердечного автоматизма (А.Г.Камкин, А.А.Каменский, 2004; Т.Ф.Миронова, В.А.Миронов, 1998). Колебания ЧСС связаны с одной стороны - с собственной активностью синусового узла, а с другой - с влиянием вышестоящих центров регуляции. Интервал между циклами сердечных сокращений зависит от ритмичной активности пейсмекерных клеток синусового узла (САУ), названного Т. James (1977) «квинтэссенцией жизни».

САУ в норме является истинным пейсмекером. Узел насчитывает порядка 100 тыс. клеток и распо�