Особенности изменений вариабельности сердечного ритма при блокаде и стимуляции холинергических структур у крыс

Методы анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР) имеют широкое применение в клинике и экспериментальной биологии и медицине. Высокочастотные волны спектра ВСР трактуются как показатель активности парасимпатических влияний, а медленные волны рассматриваются как индикатор симпатических влияний. Однако до сих пор эти трактовки не получили однозначного экспериментального подтверждения [1, 7, 10]. Причина заключается в том, что большинство авторов связывают вариабельность кардиоинтервалов только с периферическими медиаторными процессами и не учитывают влияние уровней ЦНС на активность вегетативной нервной системы.

Цель работы: анализ эффектов блокады и стимуляции преимущественно центральных холинореактивных структур в формировании ВСР у крыс в условиях спокойного бодрствования и острого стресса.

Материал и методы исследования. Эксперименты проведены на самцах и самках нелинейных крыс 3,5-4 месячного возраста при соблюдении «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к приказу Министерства

здравоохранения СССР от 12.08.1977 г. №755). Блокаду М-холинорецепторов (М-ХР) вызывали скополамином (СК) («Sigma», Германия) в дозе 2 мг/кг массы тела внутрибрюшинно с учетом данных [9]. Стимуляцию активности центральных холинергических структур моделировали введением блокатора ацетилхолинэстеразы -галантамина (ГЛ) («Sigma», Германия) в дозе 2 мг/кг массы тела внутрибрюшинно [8]. Все препараты вводили в утренние часы. Контрольные животные получали физиологический раствор из расчета 0,1 мл/100 г м.т. в том же режиме, что опытные - препараты. Животные каждой группы подвергалась острому стрессу (ОС) длительностью 1 час по ранее описанной методике [5], сочетающей иммобилизацию крыс в плексигласовом пенале с электрокожным раздражением хвоста по стохастической схеме.

ЭКГ регистрировали у бодрствующих животных на аппаратно-программном комплексе «Варикард» («Рамена», Россия) по методике [3, 4]. Данные обрабатывали в компьютерной программе «ИСКИм 6» («Рамена», Россия) на отрезках ЭКГ из 350 интервалов R-R. Рассчитывали ЧСР, индекс напряжения на основе формулы Баевского [1] при ширине класса гистограммы 7,8 мс: ИН=(50/7,8)*(АМо/ (2*Мо*ΔХ))*1000; абсолютную мощность волн в диапазонах: HF (0,9-3,5 Гц), LF (0,32-0,9 Гц), VLF (0,17-0,32 Гц), относительную мощность волн, индекс централизации IC (IC= (LF+VLF)/HF). ВСР анализировали до начала введения, через 10 мин после введения СК и через 1 ч после введения ГЛ, а также на 15-й и 60-й минутах острого стресса. Математическую обработку результатов проводили в программе Statisticа 6.0. с применением t-теста Стьюдента. Достоверными считали различия при р<0,05.

Результаты исследования и их обсуждение. Согласно полученным данным (табл. 1) введение физиологического раствора привело к росту напряженности и снижению централизации управления ритмом сердца (р<0,05) в связи с тенденцией к ослаблению мощности медленных волн, уменьшением их доли в спектре и повышением доли HF-колебаний (р<0,05). Введение СК не оказало существенного влияния на ЧСР и параметры ВСР самцов крыс. IC после введения СК по сравнению с контролем остался высоким (р<0,01), как и доля медленных волн LF и VLF (р<0,05) в спектре ВСР. После введения ГЛ у самцов крыс обнаружилось усиление VLF-волн (р<0,05), соответственно, их абсолютная и относительная мощность оказалась выше, чем у контрольных животных (р<0,05). Введение физиологического раствора вызвало некоторое снижение общей вариабельности СР самок, что проявилось в росте ИН (р<0,05), но волновая структура спектра ВСР и IC существенно не изменились (табл. 1).

После введения СК у самок крыс резко повысились ЧСР (на 23%, р<0,001) и ИН (почти в 3 раза, р<0,001) (табл. 1). Рост напряженности ритма сердца был связан со снижением мощности HF- и LF-волн (в 3,9 и 3,3 раза соответственно, р<0,001). Соответственно, в спектре ВСР доминирующими стали VLF-волны (45,5%, р<0,1). Введение ГЛ, напротив, вызвало снижение ИН (р<0,05), что было обусловлено повышением вариабельности кардиоинтервалов в VLF-диапазоне (почти в 4 раза, р<0,01), в меньшей мере – в LF-диапазоне (р<0,1), в то время как HF-волны проявили тенденцию к снижению. В спектре ВСР более 50% стали составлять VLF-волны, вклад HF-колебаний стал заметно меньше, чем в исходном состоянии (р<0,001). IC у самок, получивших ГЛ, увеличился в 3,8 раза (р<0,01) и стал самым высоким всех обследованных групп (р<0,05).

Таблица 1. Изменения вариабельности сердечного ритма самцов и самок нелинейных крыс после введения блокатора и стимулятора холинергических структур (M±m)

Примечание: К – контроль (введение физиологического раствора), СК – скополамин, ГЛ – галантамин; *, **, *** - p<0,05, p<0,01, p<0,001 - по сравнению с состоянием до введения препарата; ^, ^^, ^^^ - p<0,05, p<0,01, p<0,001 - по сравнению контролем

Таким образом, блокада М-ХР скополамином в основном изменила ВСР у самок крыс, снизив мощность HF и LF-волн и вызвав резкий рост напряженности ритма сердца. Стимуляция холинореактивных структур путем блокады аце-тилхолинэстеразы галантамином привела к росту абсолютной и относительной мощности VLF, и тоже, преимущественно у самок.

В ситуации острого стресса у самцов крыс прирост ЧСР составил 30-38% от исходной (р<0,001) (табл. 2). Рост напряженности СР оказался значимым к 60-й мин стресса, обусловлен снижением HF-волн и слабыми флуктуациями мощности медленных волн. IC имел тенденцию к росту. У самцов, получивших СК, рост ЧСР при ОС достигал 17-25% от исходной (р<0,001), но ЧСР не превышала 400 уд/мин (табл. 2). ИН повышался только в начале стресса (р<0,05). Мощность волн нарастала: в начале стресса – в HF- и LF-диапазонах, к завершению стресса – во всех диапазонах, особенно в LF (в 4,7 раза, р<0,05) и VLF (в 3,3 раза, р<0,01). У самцов, получавших ГЛ, стрессорная тахикардия достигала 20-27% от исходной ЧСР (р<0,001). Отсутствие изменений ИН было связано с усилением вариабельности СР: на 15-й мин стресса – в диапазонах HF (в 3,9 раза, р<0,001) и LF (в 7,5 раз, р<0,01), на 60-й мин стресса – во всех диапазонах, особенно VLF (в 2,7 раза, р<0,01) и LF (в 3,5 раза, р<0,01). Соответственно, IC значительно повысился (р<0,05).

Таблица 2. Изменения вариабельности сердечного ритма самцов и самок крыс с блокадой и стимуляцией холинергических структур в динамикеострого стресса(M±m)

Примечание: К – контроль (введение физиологического раствора), СК –скополамин, ГЛ – галантамин; *, **, *** - p<0,05, p<0,01, p<0,001 - по сравнению с состоянием до введения препарата; ^, ^^, ^^^ - p<0,05, p<0,01, p<0,001 - по сравнению контролем

В ходе острого стресса у самок контрольной группы рост ЧСР составил 6-17% от исходной (р<0,01, р<0,05). Прослеживался тренд к увеличению ИН, особенно в начале стресса. Мощность волн ВСР оставалась низкой, только к 60-й мин произошло усиление LF-колебаний (р<0,05). Самки крыс, получавшие СК, имели высокие значения ЧСР и ИН к моменту начала ОС (табл. 2). Дальнейшего увеличения этих показателей при стрессировании не наблюдалось. На 60-й мин они даже снизились: ЧСР на 10% (р<0,05), ИН почти вдвое (р<0,01). Причина такой динамики интегрального показателя – ИН – в быстром нарастании мощности медленных колебаний: в LF-диапазоне в 1,5-5,7 раза (р<0,05 -р<0,001), в VLF-диапазоне к 60-й мин в 3 раза (р<0,05). При этом снижению ИН соответствовало двукратное повышение IC (р<0,001). У самок, получавших ГЛ, стресс-индуцированный рост ЧСР и ИН был отмечен лишь на 15-й мин

(на 11%, р<0,01 и в 2,9 раза, р<0,05 соответственно). HF-волны проявили небольшой тренд к снижению, но основной вклад в усиление ригидности ритма сердца внесло быстрое ослабление VLF-волн (в 2,2-3,3 раза, р<0,01), которые были у самок группы ГЛ самыми мощными. Нужно отметить, что наиболее резкое падение вариабельности ритма произошло к 15 мин стресса, но уже к 60-й мин вариабельность частично восстановилась в виде усилившихся LF-колебаний и в некоторой мере VLF-волн.

Отметим, что скополамин, как и атропин, является блокатором мускариновых холино-рецепторов (М-ХР) и оказывает эффекты на периферии и в ЦНС [2, 6], поэтому некоторые авторы причисляют его к центральным мускариновым антагонистам [9]. Изменения ВСР у самок крыс после введения СК согласуется с представлениями о парасимпатической природе HF-волн и частично парасимпатической природе LF- волн [10, 12]. Эффекты блокады АХЭ могут быть Н- и М-холиномиметическими, в том числе в виде урежения ЧСР [2, 6]. Однако в нашем опыте значительного изменения ЧСР не обнаружено, но вариабельность кардиоинтервалов у самцов и, особенно, самок выросла в VLF-диапазоне. Такой эффект может быть результатом стимулирующего действия стволовых холинергических центров на выше лежащие структуры ЦНС, либо изменения дофаминовой медиации мозга посредством усиления Н-холинергической передачи в присутствии галантамина [2]. Интересно, что изменения ВСР при блокаде и стимуляции холинергической передачи в большей мере проявились у самок крыс. Эти обусловлено влиянием половых гормонов на медиаторные процессы и вегетативную нервную систему [11].

В ситуации острого стресса у животных обеих экспериментальных групп тахикардия оказалась слабее, чем у контрольных крыс. Есть данные, что блокада М-ХР снижает активирующие влияния холинергических нейронов ретикулярной формации ствола мозга на гипоталамические центры, отвечающие за развитие стресс-реакции [2]. Немалую роль играет и рост вариабельности кардиоинтервалов, которая умеренно повышается сначала в LF-диапазоне, а затем сильно проявляется также и в VLF-диапазоне. Рост вариабельности ритма при стрессе происходил также у самцов, получавших галантамин. Но он захватывал HF и LF-диапазоны и развивался уже в начале стресса, хотя в дальнейшем повышалась мощность VLF-волн. Сходство стресс-индуцированной динамики ВСР у крыс, получавших блокатор М-ХР и блокатор АХЭ дает основание предполагать, что в основе может лежать общий механизм в виде потенцирования Н-холинореактивности структур нервной системы. По еще неопубликованным данным, комбинация М-холиноблокады и Н-холинобло-кады (введением высоких доз гексаметона) резко снижает вариабельность и нивелирует рост мощности волн ВСР при стрессе. Следовательно, в формировании волн спектра ВСР могут участвовать не только периферические, но и центральные холинергические структуры.

Выводы:

• 1.    Введение веществ, воздействующих на центральные и периферические холинергические системы, оказывает большее влияние на ВСР особей женского, нежели мужского пола, причем блокада М-холинорецепторов приводит к снижению мощности HF и LF-волн, а блокада ацетилхолинэстеразы приводит к усилению VLF-волн.

• 2.    На фоне блокады М-холинорецепторов и блокады АХЭ стрессорная реакция протекает

• 3.    Результаты работы свидетельствуют о том, что центральные и периферические холинергические регуляторные системы принимают участие в формировании не только высокочастотных, но и медленных LF- и VLF-волн ВСР.

при ЧСР менее 400 уд/мин и росте вариабельности кардиоинтервалов. В условиях введения скополамина у крыс обоих полов в начале стресса усиливаются LF-волны, а к завершению значительно нарастает мощность как LF, так и VLF-волн ВСР. При введении галантамина только у самцов крыс в начале стресса резко нарастает мощность HF и LF-волн, к 60-й минуте в наибольшей мере усиливаются VLF-волны.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 14-04-00912)