Роль μ-, δ- и κ- опиоидных рецепторов в формировании кардиопротекторного эффекта адаптации к хронической нормобарической гипоксии
Автор: Лишманов Ю.Б., Нарыжная Н.В., Цибульников С.Ю., Маслов Л.Н., Колар Ф., Жанг И., Ванг Х.
Журнал: Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины @cardiotomsk
Рубрика: Лабораторные и экспериментальные исследования
Статья в выпуске: 1 т.27, 2012 года.
Бесплатный доступ
Исследовали роль μ, δ и κопиодных рецепторов (ОР) в формировании кардиопротекторного эффекта у крыс, находившихся в условиях хронической нормобарической гипоксии (12% О2 в течение 21 дня). Ишемию (20 мин) моделировали путем перевязки левой нисходящей коронарной артерии с последующей реперфузией (180 мин). Антагонист всех типов ОР налтрексон в дозе 5 мг/кг вводили внутривенно за 25 мин до ишемии. Блокатор δОР - TIPP(ψ) (0,5 мг/кг внутривенно за 25 мин), блокатор μ-ОР - CTAP (0,5 мг/кг внутривенно за 25 мин) и блокатор к ОР норбиналторфимин вводили внутривенно в дозе 9 мг/кг за 90 мин перед началом ишемии. Адаптация к хронической нормобарической гипоксии достоверно в 2,6 раза уменьшала индекс "зона некроза/зона риска". Этот эффект полностью устранялся при введении налтрексона, TIPP(y) и CTAP, но не норбиналторфимина. На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что кардиопротекторный эффект адаптации к хронической нормобарической гипоксии опосредуется через активацию μ и δ-ОР, а κ-ОР не участвуют в инфарктлимитирующем эффекте адаптации.
Хроническая гипоксия, адаптация, сердце, ишемияреперфузия, опиоидные рецепторы
Короткий адрес: https://sciup.org/14919678
IDR: 14919678
Текст научной статьи Роль μ-, δ- и κ- опиоидных рецепторов в формировании кардиопротекторного эффекта адаптации к хронической нормобарической гипоксии
Ишемические и реперфузионные повреждения сердца могут возникать при коронарной недостаточности, самым грозным осложнением которой является острый инфаркт миокарда [2].
Установлено, что адаптация к гипоксии способствует увеличению устойчивости сердца к повреждающему действию ишемии/реперфузии [11, 19]. Между тем, наши знания о молекулярных механизмах адаптационного повышения резистентности сердца к действию патогенных факторов нарушенного миокардиального кровообращения остаются недостаточными. Вся имеющаяся на сегодня информация по данному вопросу базируется, главным образом, на результатах исследований миокарда, адаптированного к “высокогорной” (гипобарической) гипоксии, и на сведениях о достаточно хорошо изученном адаптационном феномене, называемом “ischemic preconditioning” (ишемическое прекондиционирование) [11, 13]. Вместе с тем хроническое воздействие умеренной гипоксии при нормальном атмосферном давлении оказывает на сердце не менее выраженный защитный эффект [19]. Однако его молекулярные механизмы остаются малоизученными.
Основываясь на литературных данных об участии опиоидной системы в ишемическом прекондиционировании [17] и адаптации к гипобарической гипоксии [3], мы предположили, что адаптация к хронической гипоксии при нормальном атмосферном давлении также реализуется через активацию опиоидных рецепторов (ОР). Однако до настоящего времени остается неисследованным вклад ОР в кардиопротекцию при хронической нормобарической гипоксии, также как и рецепторная специфичность этого феномена.
Цель исследования: изучение роли µ-, δ - и κ -опиоид-ных рецепторов в формировании повышенной устойчивости миокарда к повреждающему действию острой ишемии и реперфузии при адаптации к хронической нормобарической гипоксии.
Материал и методы
Эксперименты выполнены на крысах-самцах линии Вистар массой 250–300 г. Животные произвольно распределялись на 6 групп. Крысы первой (контрольной) группы за 25 мин до перевязки коронарной артерии получали 0,2 мл физиологического раствора внутривенно.
Животные 2–6-й групп подвергались предварительной адаптации, постоянно находясь в гипоксической камере при 12% O2 и нормальном атмосферном давлении на протяжении 21 дня [15]. Объем гипоксической камеры составил 1,5 м3, концентрацию O2 поддерживали на уровне 11,75–12,25%, концентрацию CO2 – на уровне 0,03% системой “Био-нова-204G4R1” (НТО Био-нова, Москва, Россия). Давление O2 и CO2 внутри камеры постоянно контролировали датчиками TCOD-IR и ОLC 20 (Oldham, Франция) через блок управления MX32 (Oldham, Франция).
Адаптированным животным перед началом ишемии внутривенно вводили один из следующих препаратов: 0,2 мл физиологического раствора (2-я группа); блокатор всех субтипов опиоидных рецепторов налтрексон (5 мг/кг за 25 мин до ишемии ) [20] (3-я группа); блокатор δ-рецепторов TIPP(ψ) (H-Tyr-TicPy-[CH2NH]-Phe-Phe-OH) [16] в дозе 0,5 мг/кг за 25 мин до коронароокклюзии (4-я группа); антагонист µ-рецепторов CTAP (H-D-Phe-Cys-Tyr-D-Trp-Arg-Thr-Pen-Thr-NH2) [5] в дозе 0,5 мг/кг за 25 мин до ишемии (5-я группа); блокатор κ-рецепторов норбиналторфимин [7] в дозе 9 мг/кг за 90 мин до начала ишемии (6-я группа). При выборе доз препаратов мы руководствовались полученными нами ранее результатами и данными других авторов [12, 16]. Ранее нами было показано, что блокада опиоидных рецепторов у неадаптированных крыс не влияет на соотношение зона некро-за/зона риска (ЗН/ЗР) [12].
Ишемию миокарда (20 мин) моделировали путем перевязки левой коронарной артерии у животных, наркотизированных с помощью пентобарбитала натрия (60 мг/кг внутрибрюшинно, Sanofi-Aventis, Франция) [15] с последующей реперфузией, продолжительность которой составляла 180 мин. Во время выполнения процедуры крысы находились на искусственной вентиляции, которую осуществляли с помощью модифицированного аппарата “РО-6” (ОАО “Красногвардеец”, Санкт-Петербург, Россия).
Регистрацию ЭКГ in vivo осуществляли в первом (V1) и во втором грудном (V2) отведениях в течение всего периода ишемии и первого часа реперфузии с помощью компьютеризированного электрокардиографа “ПолиСпектр 8/В” (Нейрософт, Иваново, Россия). Запись и обработка полученных данных проводилась полуавтоматическим способом при помощи оригинального пакета прикладных программ, разработанного фирмой “Нейрософт”. При оценке нарушений ритма сердца принимали во внимание только желудочковые формы аритмий: множественные желудочковые экстрасистолы; желудочковую тахикардию, желудочковую фибрилляцию.
После 20-минутной ишемии и 180-минутной реперфузии сердце выделяли и промывали физиологическим раствором через канюлированную аорту. Для определения размера зоны риска (ЗР, зона гипоперфузии) осуществляли окраску сердца насыщенным раствором перманганата калия, перфузируя миокард через канюлированную аорту, правый желудочек удаляли и взвешивали. Срезы сердец толщиной в 1 мм производили перпендикулярно их продольной оси [15]. Для определения зоны некроза (ЗН) срезы окрашивали 1%-м раствором 2,3, 5-трифенил тетразолия хлорида (30 мин, 37 °C) и помещали в 10%-й раствор формальдегида на 1 сут. На следующий день после окрашивания срезы сканировали с обеих сторон (сканер HP Scanjet G2710), используя оригинальную прикладную программу. Зону риска и размер некроза определяли компьютеризированным планиметрическим методом. Величина очага инфаркта была выражена в процентах от зоны гипоперфузии.
Статистическую обработку результатов производили в программе Statistica 6.0 с помощью критериев χ 2 и Манна–Уитни. Данные о соотношении ЗН/ЗР выражены в процентах, остальные данные выражены в миллиграммах. За уровень статистической значимости различий принимали p ≤ 0,01.
Результаты
Острая коронароокклюзия во всех сериях экспериментов вызывала образование зоны гипоперфузии (ЗР) размером 37,3–45,4% от массы левого желудочка без достоверных межгрупповых различий. Одинаковая величина зоны риска указывает на хорошую воспроизводимость результатов и отсутствие изменения коллатерального кровотока под влиянием использованных воздействий и препаратов. Из таблицы видно, что у животных контрольной группы после окончания реперфузии зона некроза составляла 56,5% от массы зоны риска.
Под действием хронической нормобарической гипоксии у крыс значительно возрастала масса правого желудочка с 207±15 мг в контрольной группе до 256±12,6 мг у адаптированных животных, то есть прирост массы составил 20% (р<0,05). Зона некроза у таких животных составляла 20,4% от зоны риска, что статистически значимо (р<0,01) отличалось от показателя контрольной группы (56,5%). Следовательно, при адаптации к хронической нормобарической гипоксии соотношение зоны некроза к зоне риска уменьшалось на 36% по отношению к контролю. Эти результаты свидетельствовали о том, что адаптация к хронической нормобарической гипоксии оказывает выраженный инфаркт-лимитирующий эффект.
Предварительная блокада ОР неселективным антагонистом налтрексом в дозе 5 мг/кг за 25 мин до ишемии приводила к увеличению размеров зоны некроза с 21,1 до 52,8%, что идентично показателю контрольной группы. Следовательно, блокада всех типов ОР устраняла кар-диопротекторный эффект адаптации к хронической нормобарической гипоксии.
Блокада δ-ОР селективным антагонистом TIPP(ψ) в дозе 0,5 мг/кг за 25 мин до ишемии приводила к увеличению соотношения ЗН/ЗР более, чем на 30% по отношению к таковым показателям группы адаптированных животных. В результате соотношение “зона некроза/зона риска” оказалось равным таковой в контрольной группе. Предварительная блокада µ-ОР селективным блокатором СТАР в дозе 0,5 мг/кг за 25 мин до коронароокклюзии приводила к увеличению соотношения ЗН/ЗР на 28%, что также указывало на полное устранение кардиопротектор-ного эффекта адаптации. Премедикация антагонистом кОР норбиналторфимином в дозе 9 мг/кг за 90 мин до ишемии не изменяла соотношение ЗН/ЗР у адаптирован- ных особей. Следовательно, к-ОР не принимали участия в реализации инфаркт-лимитирующего эффекта адаптации к хронической нормобарической гипоксии. Адаптация к хронической нормобарической гипоксии не влияла на частоту возникновения ишемических и реперфузионных аритмий (данные не представлены).
Обсуждение
В наших исследованиях был подтвержден известный постулат, что адаптация способствует увеличению устойчивости сердца к повреждающему действию ишемии и реперфузии [19]. При этом гипертрофия правого желудочка у крыс, адаптированных к хронической гипоксии, обнаруживалась в большинстве исследований и являлась показателем приспособления организма к условиям гипоксии [14]. Тот факт, что блокада ОР полностью устраняла кардиопротекторный эффект адаптации, доказывает наше предположение об участии эндогенной опиоидной системы в формировании повышенной устойчивости миокарда к ишемии/реперфузии у животных, прошедших курс предварительного воздействия хронической гипоксией.
В последующих опытах мы провели исследование рецепторной специфичности указанного эффекта путем поочередного ингибирования различных типов ОР селективными антагонистами.
Данные о полном устранении инфаркт-лимитирую-щего эффекта адаптации к хронической нормобарической гипоксии при селективной блокаде δ -ОР свидетельствуют о ключевой роли этого рецепторного пула в реализации вышеуказанного эффекта. Это согласуется с ранее полученными представлениями об участии δ -ОР в механизме реализации ишемического прекондиционирования и адаптации к гипобарической гипоксии [18].
Сведения о полном устранении кардиопротекторно-го эффекта адаптации к хронической нормобарической гипоксии при селективной блокаде µ -ОР, полученные в ходе нашего исследования, являются аргументом в пользу аналогичной роли этого рецепторного пула в реализации кардиопротекторного эффекта адаптации. Эти результаты выглядят логичными, если принять во внимание тот факт, что эндогенные энкефалины обладают высоким сродством как к µ -, так и к δ -опиоидным рецепто-
Таблица
Размер зоны некроза при 20-минутной коронароокклюзии и 180-минутной реперфузии у крыс после курса адаптации к непрерывной нормобарической гипоксии (M±m)
Серии |
n |
МПЖ, мг |
МЛЖ, мг |
Зона риска, мг |
Зона некроза, мг |
ЗН/ЗР (%) |
Контроль |
15 |
207±15,0 |
861,9±44,9 |
337,5±27,6 |
142,3±21,2 |
56,5±2,9 |
Адаптация к гипоксии |
18 |
256,1±12,8 р<0,05 |
760,5±28,2 |
360,4±23,6 |
142,9±23,5 |
20,4±1,7 р<0,01 |
Адаптация+налтрексон |
12 |
277,5±12,5 |
828,8±26,1 |
376,5±21,1 |
198,9±23,7 |
52,8±5,7 р1<0,01 |
Адаптация+TIPP (y) |
13 |
293,2±12,6 |
831,4±32,8 |
372,9±17,5 |
209,1±13,8 |
56,1±4,1 р1<0,01 |
Адаптация+CTAP |
12 |
307,5±8,8 |
896,8±33,7 |
369,6±32,5 |
181,7±36,9 |
49±9,3 р1<0,01 |
Адаптация+норбиналторфимин |
12 |
240,1±11,3 |
805,7±35,8 |
312,9±50,9 |
50,5±9,5 |
18,7±3,8 |
Примечание: МПЖ – масса правого желудочка; МЛЖ – масса левого желудочка; ЗН/ЗР – соотношение массы зоны некроза к массе зоны риска. Налтрексон вводили внутривенно в дозе 5 мг/кг за 25 мин до ишемии; TIPP – внутривенно в дозе 0,5мг/кг за 25 мин; CTAP – внутривенно в дозе 0,5 мг/кг за 25 мин; нор-биналторфимин – в дозе 9 мг/кг за 90 мин до начала ишемии. р – уровень достоверности относительно контроля; р1– уровень статистической значимости относительно адаптации, критерий Манна–Уитни.
рам [6]. Информация, полученная в ходе экспериментов с блокадой к-ОР у адаптированных крыс, подтвердила, что в механизме развития инфаркт-лимитирующего эффекта адаптации к хронической нормобарической гипоксии к-ОР участия не принимают.
К сожалению, изменения, происходящие в опиоидной системе в процессе адаптации к хронической нормобарической гипоксии и приводящие к увеличению устойчивости миокарда при последующем воздействии ишемии и реперфузии, не изучены. Возможно, при адаптации к гипоксии, так же как и при адаптации к стрессу [4], увеличивается уровень эндогенных опиоидных пептидов. Помимо этого, возможно изменение аффинности и количества ОР, как это показано при хронических стрессовых нагрузках [1]. Однако эти факты нуждаются в дальнейшем изучении.
Механизм участия эндогенных опиоидов в инфаркт-лимитирующем действии адаптации к хронической нормобарической гипоксии, с нашей точки зрения, может выглядеть следующим образом. Известно, что µ - и δ -ОР присутствуют на мембранах кардиомиоцитов и связаны с Gi/o-белками [10]. Возможно, что подобно ишемическому прекондиционированию в данном случае кардиопро-текторный эффект реализуется через запуск внутриклеточного регуляторного каскада, включающего последовательно протеинкиназу С [14] → митохондриальные АТФ-зависимые К+-каналы [8] → МРТ-поры [9].
На основании полученных данных мы можем сделать вывод о том, что опиоидная система играет важную роль в повышении устойчивости миокарда к ишемии-реперфузии при адаптации к хронической нормобарической гипоксии. При этом эффект опосредуется через активацию µ - и δ -ОР, а κ -опиоидные рецепторы не принимают участие в реализации инфаркт-лимитирующего эффекта адаптации к нормобарической гипоксии.
Список литературы Роль μ-, δ- и κ- опиоидных рецепторов в формировании кардиопротекторного эффекта адаптации к хронической нормобарической гипоксии
- Варфоломеев С.О. Опиатные рецепторы у крыс с различной адаптацией к эмоциональному стрессу//Клинические и орг. вопр. общей и судебной психиатрии. -М., 1986. -С. 76-80.
- Гафарова А.В., Гафаров В.В. Инфаркт миокарда: смертность и сопутствующие ей факторы (эпидемиологическое исследование на основе программ ВОЗ "Регистр острого инфаркта миокарда", "МОНИКА")//Сибирский медицинский журнал (Томск). -2009. -Т. 24, № 1. -C. 12-15.
- Лишманов Ю.Б., Нарыжная Н.В., Крылатов А.В. и др. Роль опиатных рецепторов и АТФзависимых калиевых каналов митохондрий в формировании адаптационной устойчивости миокарда к аритмогенному действию ишемии и реперфузии//Известия РАН. Серия биологическая. -2003. -№ 6. -С. 720-727.
- Лишманов Ю.Б., Трифонова Ж.В., Цибин А.Н. Бетаэндорфин и стрессгормоны плазмы крови при состояниях на пряжения и адаптации//Бюл. эксперим. биологии и медицины. -1987. -№ 4. -С. 422-424.
- Abbruscato T.J., Thomas S.A., Hruby V.J. et al. Bloodbrain barrier permeability and bioavailability of a highly potent and mu selective opioid receptor antagonist, CTAP: comparison with morphine//J. Pharmacol. Exp. Ther. -1997. -Vol. 280, No. 1. -P. 402-409.
- Dhawan B.N., Cesselin F., Raghubir R. et al. International union of pharmacology. XII. Classification of opioid receptors//Pharmacol. Rev. -1996. -Vol. 48, No. 4. -P. 567-592.
- Endoh T., Matsuura H., Tanaka C. et al. Norbinaltorphimine: a potent and selective kappaopioid receptor antagonist with longlasting activity in vivo//Arch. Int. Pharmacodyn. Ther. -1992. -Vol. 316. -P. 30-42.
- Fryer R.M., Hsu A.K., Nagase H. et al. Opioidinduced cardioprotection against myocardial infarction and arrhythmias: mitochondrial versus sarcolemmal ATPsensitive potassium channels//J. Pharmacol. Exp. Ther. -2000. -Vol. 294, No. 2. -Р. 451-457.
- Hausenloy D.J., Maddock H.L., Baxter G.F. et al. Inhibiting mitochondrial permeability transition pore opening: a new paradigm for myocardial preconditioning?//Cardiovasc. Res. -2002. -Vol. 55, No. 3. -P. 534-543.
- Head B.P., Patel H.H., Roth D.M. et al. Gproteincoupled receptor signaling components localize in both sarcolemmal and intracellular caveolin3associated microdomains in adult cardiac myocytes//J. Biol. Chem. -2005. -Vol. 280, No. 35. -P. 31036-31044.
- Kolar F., Ostadal B. Molecular mechanisms of cardiac protection by adaptation to chronic hypoxia//Physiol. Res. -2004. -Vol. 53. -P. S3-S13.
- Maslov L.N., Lishmanov Yu.B., Oeltgen P.R. et all. Activation of peripheral δ2 opioid receptors increases cardiac tolerance to ischemia/reperfusion injury: Involvement of protein kinase C, NOsynthase, KATP channels and the autonomic nervous system//Life Sci. -2009. -Vol. 84, No. 19-20. -P. 657-663.
- Murry C.E., Jennings R.B., Reimer K.A. Preconditioning with ischemia: a delay of lethal cell injury in ischemic myocardium//Circulation. -1986. -Vol. 74. -P. 1124-1136.
- Neckar J., Markova I., Novak F. et al. Increased expression and altered subcellular distribution of PKCδ in chronically hypoxic rat myocardium: involvement in cardioprotection//Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. -2005. -Vol. 288. -P. 566-572.
- Neckar J., Szarszoi O., Herget J. et al. Cardioprotective effect of chronic hypoxia is blunted by concomitant hypercapnia//Physiol. Res. -2003. -Vol. 52. -P. 171-175.
- Schiller P.W., Weltrowska G., Nguyen T.M. et al. TIPP[ψ]: a highly potent and stable pseudopeptide δ opioid receptor agonist with extraordinary δ selectivity//J. Med. Chem. -1993. -Vol. 36, No. 21. -P. 3182-3187.
- Schultz J.E., Rose E., Yao Z. et al. Evidence for involvement of opioid receptors in ischemic preconditioning in rat hearts//Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. -1995. -Vol. 268. -P. H2157-H2161.
- Schultz J.E.J., Hsu A.K., Gross G.J. Ischemic preconditioning in the intact rat heart is mediated by δ1 but not μ or κopioid receptors//Circulation. -1998. -Vol. 97. -P. 1282-1289.
- Tajima M., Katajose D., Bessho M. et al. Acute ischemic preconditioning and chronic hypoxia independently increase myocardial tolerance to ischemia//Cardiovasc. Res. -1994. -Vol. 28. -P. 312-319.
- Takemori A.E., Portoghese P.S. Selective naltrexonederived opioid receptor antagonists//Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. Annual Reviews Inc. -1992. -Vol. 32. -P. 239-269.