Сравнительный анализ фармакокинетики и фармакодинамики норадреналина и адреналина при их действии на артерии на фоне функциональной рабочей мышечной гиперемии

В.Н. Ананьев1, , Г.В. Ананьев2, , О.В. Ананьева3, , Н.Я. Прокопьев4, , Е.С. Гуртовой3, , 1 Институт медико-биологических проблем РАН, Москва, Россия

Введение. Симпатическая нервная система и ее нейромедиаторы норадреналин и адреналин являются критически важными регуляторами сердечно-сосудистой системы [5], она контролирует сердечный выброс и его распределение, а также периферическое сосудистое сопротивление, кровяное давление в покое и во время тренировки.

В ответ на физическую нагрузку увеличение сердечного выброса, перфузионного давления и локальная вазодилатация способствуют увеличению мышечного кровотока в работающих мышцах [6, 13]. Такой механизм перераспределения кровотока называется функциональной рабочей мышечной гиперемией (ФРМГ), в иностранных публикациях этот механизм чаще называется симпатолизис.

В состоянии покоя примерно 20 % сердечного выброса приходится на скелетные мышцы [19]. Во время динамических упражнений для всего тела кровоток в скелетных мышцах увеличивается в соответствии с метаболическими потребностями и до > 90 % сердечного выброса может быть направлено в скелетные мышцы во время упражнений максимальной интенсивности [19]. D.A. Burton и соавт. [4] пишут, что во время максимальной физической тренировки приток крови к работающим мышцам может увеличиться в 50 раз: с 2–4 мл на 100 г мышцы в минуту в покое почти до 100 мл на 100 г мышцы в минуту во время тренировки. В работах [2, 3, 21] показано, что α1, как и α2-адренергические рецепторы артерий мышц собак, снижали тонус артерий при сокращении мышц.

Поскольку НА и АД могут через β-адрено-рецепторы расширять артерии, проводили в опытах блокаду β-адренергических рецепторов и доказали, что блокада не влияла на сим-патолизис [4]. В статье [10] при введении НА в бедренную артерию в состоянии покоя отмечалось уменьшение кровотока в мышцах, но во время физической тренировки кровоток увеличивался, а блокирование α-адреноре-цепторов артерий фентоламином не влияло на кровоток в мышцах при физической работе.

Исследователями [12, 15] было установлено, что ингибирование образования NO или простагландина практически не влияет на кровоток в конечностях при физической нагрузке, но одновременное ингибирование образования NO и простагландина снижает приток крови к конечностям при физической нагрузке примерно на 30 %. В исследованиях на людях [11] показано, что кроме симпатической нервной системы нейропептид Y и аденозинтрифосфат способны вызывать сужение артерий. В исследовании авторов [9] было доказано усиление эндотелийзависимой вазодилатации с помощью ацетилхолина во время стимуляции α1-адренорецепторов фенилэфрином. В работе J.D. Terwoord и соавт. [20] показано, что стимуляция ацетилхолином хо-линорецепторов артерий уменьшает прессорную реакцию с α1-адренорецепторов на α1-агонист фенилэфрин только при значительной физической нагрузке у человека при симпатолизисе.

Анализ литературных источников показал, что сравнительный анализ действия НА и АД на артерии и увеличение кровотока в работающих мышцах изучены еще не полностью, нет работ анализа этих механизмов в двойных обратных координатах Лайниувера – Берка, где определяется количество активных адренорецепторов артерий и их чувствительность к НА и АД.

Методы и методы исследования. Эксперименты проводились на половозрелых самцах кроликов с массой тела от 2,5 до 3,5 кг. Наркоз проводился гексеналом в дозе 30 мг/кг, в качестве антикоагулянта использовался гепарин в дозе 1000 Ед/кг. В первую (S1) серию опытов входили 20 кроликов после введения 8 доз норадреналина (НА), во вторую серию (S2) – 15 кроликов после введения 8 доз НА на фоне функциональной рабочей мышечной гиперемии (ФРМГ). В третью (S3) серию опытов входили 20 кроликов после введения 8 доз адреналина (АД), в четвертую серию (S4) – 15 кроликов после введения 8 доз АД на фоне ФРМГ.

После введения восьми возрастающих доз НА и АД в бедренную артерию перед перфузионным насосом по изменению перфузионного давления (ПД) методом «доза – эффект» анализировали адренореактивность в двойных обратных координатах Lineweaver – Burk [1]. Это позволило определить максимальную прессорную реакцию, которая характеризует количество активных адренорецепторов (Pm) к НА и АД, чувствительность (1/К) адренорецепторов к НА и АД, сродство адренорецепторов (К) к НА и АД. Увеличение перфузионного давления в бедренной артерии регистрировали датчиком давления фирмы «Моторола» MPX5100DP и через аналогово-цифровой преобразователь (на базе ADS1286) постоянно вводили и записывали в компьютерную программу базы данных. Моделирование ФРМГ и сокращение мышц достигалось прямой электростимуляцией мышц конечности при частоте 5 Гц, напряжении 10 вольт (L = 5 мс). Норадреналин и АД вводили в бедренную артерию конечности перед насосом в следующих дозах: 0,5; 1,0; 2; 5; 10; 15; 20; 30 мкг на 1 кг веса животного, что характеризовало фармакокинетику НА и АД. Повышение перфузионного давления после введения НА и АД от исходного уровня оценивали как реакции прессорных α-адренорецепторов артерий, что характеризовало фармакодинамику НА и АД.

Результаты исследований статистически обрабатывали с помощью программ Microsoft Exсel 2016, Statistica 10. Для проверки нормальности распределения данных использовали критерии Шапиро – Уилка и Колмогорова – Смирнова. Полученные данные представлены в виде средних значений с ошибкой средней (М ± m). Межгрупповые различия оценивали с помощью t -критерия Стьюдента и считали статистически значимыми при р < 0,05.

Повышение перфузионного давления (М ± m) мм рт. ст. в бедренной артерии кролика на 8 доз норадреналина (НА) и адреналина (АД) в контроле (S1, S3) по n = 20 кроликов в каждой серии и при функциональной рабочей мышечной гиперемии (S2, S4) (ФРМГ) по n = 15 кроликов в каждой серии Increase in perfusion pressure (M ± m, mmHg) in the rabbit femoral artery in response to 8 doses of norepinephrine (NE) and epinephrine (EP) in the control series (S1, S3; n = 20 per series) and under exercise hyperemia (EH) (S2, S4; n = 15 per series)

Серия Series	Вид действия Type of action	Доза мкг/кг (Y) норадреналина (НА) и адреналина (АД) Dose (mcg/kg, Y) of NE and EP
		0,5 (Y)	1,0 (Y)	2,0 (Y)	5,0 (Y)	10 (Y)	15 (Y)	20 (Y)	30 (Y)
S1 N = 20	Контроль НА, мм рт. ст. Control (NE, mmHg)	65 ± 2,1	94 ± 1,7	122 ± 3,5	148 ± 4,2	159 ± 4,6	163 ± 5,1	165 ± 4,2	167 ± 4,5
S2 N = 15	НА при ФРМГ, мм рт. ст. EH (NE, mmHg)	3 ± 0,12*	6 ± 0,14*	11 ± 0,3*	26 ± 0,8*	45 ± 1,2*	60 ± 1,8*	71 ± 1,1*	88 ± 1,7*
S3 N = 20	Контроль АД, мм рт. ст. Control (EP, mmHg)	83,0 ± 1,7▲	121,0 ± 2,7▲	157,0 ± 3,2▲	191,0 ± 4,3▲	205,0 ± 4,2▲	211,0 ± 6,2▲	213, ± 2,2▲	216,0 ± 3,7▲
S4 N = 15	АД при ФРМГ, мм рт. ст. EH (EP, mmHg)	5,0 ± 0,2**■	10,5 ± 0,24**■	20 ± 0,31**■	44 ± 1,12**■	74 ± 2,39**■	95 ± 2,9**■	110 ± 1,69**■	133 ± 2,9**■

Примечание: * – p ≤ 0,01 изменения достоверны к 8 дозам контроля норадреналина (S1); ** – p ≤ 0,01 изменения достоверны к 8 дозам контроля адреналина (S3); ▲ – p ≤ 0,01 изменения достоверны к 8 дозам контроля норадреналина (S1); ■ – p ≤ 0,01 изменения достоверны к ФРМГ мышечной гиперемии (S2).

Note: * – p ≤ 0.01 indicates significant differences compared to the 8-dose norepinephrine control (S1); ** – p ≤ 0.01 indicates significant differences compared to the 8-dose epinephrine control (S3); ▲ – p ≤ 0.01 indicates significant differences compared to the 8-dose norepinephrine control (S1); ■ – p ≤ 0.01 indicates significant differences compared to exercise hyperemia (S2).

Результаты. В контрольных сериях опытов (см. таблицу, рис. 1) на все 8 доз адреналин (S3) достоверно сильнее сокращал артерии, чем норадреналин (S1) (p < 0,01). При функциональной рабочей мышечной гиперемии (ФРМГ) отмечалась та же закономерность, на все исследуемые дозы адреналин сильнее сокращал артерии, чем норадреналин. Так, на дозу 0,5 мкг/кг НА увеличивал ПД в артериях конечности на 65 ± 2,1 мм рт. ст., АД – на 83,0 ± ± 1,7 мм рт. ст., то есть на 18 мм рт. ст. больше. На дозу 1 мкг/кг НА увеличивал ПД в артериях конечности на 94 ± 1,7 мм рт. ст., а АД – на 121,0 ± 2 мм рт. ст., то есть на 27 мм рт. ст. больше. При дальнейшем увеличении дозы отмечалась та же закономерность, АД сильнее возбуждал прессорные α-адренорецепторы артерий. На дозу 30 мкг/кг норадреналин увеличивал ПД в артериях конечности на 167 ± 4,5 мм рт. ст., а адреналин – на 216 ± 3,7 мм рт. ст., то есть на 49 мм рт. ст. больше.

Электростимуляция мышц (ФРМГ) моделировала мышечную работу, что приводило к увеличению кровотока в работающих мышцах

• [6]. Этот механизм перераспределения кровотока называется функциональной рабочей мышечной гиперемией (ФРМГ), в иностранных публикациях он называется симпатолизисом [6]. Изучение реактивности адренорецепторов артерий при ФРМГ в наших опытах показало значительное уменьшение прессорной реакции ПД на НА иАД. Но прессорное действие АД при ФРМГ на все 8 доз было также больше, чем у НА.

Так, на дозу 0,5 мкг/кг НА увеличивал ПД в артериях конечности при ФРМГ на 3 ± 0,12 мм рт. ст., а АД – на 5 ± 0,2 мм рт. ст., то есть на 2 мм рт. ст. больше (см. таблицу, рис. 2). На дозу 1 мкг/кг НА увеличивал ПД в артериях конечности при ФРМГ на 6 ± 0,14 мм рт. ст., а АД – на 10,5 ± 0,24 мм рт. ст., то есть на 4,5 мм рт. ст. больше. При дальнейшем увеличении дозы отмечалась та же закономерность, адреналин сильнее возбуждал прессорные α-адренорецепторы артерий при ФРМГ. На дозу 30 мкг/кг НА увеличивал ПД в артериях конечности при ФРМГ на 88 ± 1,7 мм рт. ст., а АД – на 133 ± 2,9 мм рт. ст., то есть на 45 мм рт. ст. больше (см. рис. 2).

Рис. 1. Динамика повышения перфузионного давления в бедренной артерии при введении 8 доз норадреналина (S1) и адреналина (S3) в микрограммах на килограмм массы тела (Y) в контрольных группах. Ось абсцисс: доза норадреналина и адреналина (мкг/кг). Ось ординат: изменение перфузионного давления (мм рт. ст.) в ответ на введение норадреналина и адреналина. Примечание: * – статистически значимые различия (p ≤ 0,01) между изменениями перфузионного давления на адреналин при введении восьми доз норадреналина

Fig. 1. Increases in perfusion pressure in the femoral artery following administration of 8 doses of norepinephrine (S1) and epinephrine (S3) (mcg/kg) in the control groups. X-axis: NE and EP doses (mcg/kg). Y-axis: changes in perfusion pressure (mmHg) in response to NE and EP. Note: *– statistically significant differences (p < 0.01) between the pressor effects of EP and NE across all doses

Рис. 2. Динамика повышения перфузионного давления в бедренной артерии при введении 8 доз норадреналина (S2) и адреналина (S4) в (мкг/кг) при функциональной рабочей мышечной гиперемии. Ось абсцисс: доза норадреналина и адреналина (мкг/кг). Ось ординат: изменение перфузионного давления (мм рт. ст.) в ответ на введение норадреналина и адреналина. Примечание: * – статистически значимые различия (p ≤ 0,01) между изменениями перфузионного давления на адреналин при введении восьми доз норадреналина

Fig. 2 . Increases in perfusion pressure in the femoral artery following administration of 8 doses of norepinephrine (S2) and epinephrine (S4) (mcg/kg) during exercise hyperemia . X-axis: NE and EP doses (mcg/kg). Y-axis: changes in perfusion pressure (mmHg).) in response to NE and EP. Note: * – statistically significant differences (p < 0.01) between the pressor effects of EP and NE across all doses

Анализ результатов опытов в двойных обратных координатах Лайниувера – Берка (рис. 3) позволил сделать заключение, что при ФРМГ у адренорецепторов артерий к норадреналину уменьшается только чувствительность с 1/К = 1,2 ± 0,038 1/мкг кг в контроле до 1/К = 0,035 ± 0,006 1/мкг кг при ФРМГ в 34,28 раза.

Количество активных адренорецепторов к НА не изменяется до и после ФРМГ и составило Рм = 172 ± 4,9 мм рт. ст. Результаты опытов в двойных обратных координатах Лайниувера – Берка показало, что при ФРМГ у адренорецепторов артерий к АД уменьшается чувствительность с 1/К = 1,2 ± 0,04 1/мкг кг в контроле до 1/К = 0,049 ± 0,002 1/мкг кг при ФРМГ в 24,48 раз. Количество активных адренорецепторов (Рм), реагирующих с АД, не изменяется до и после ФРМГ и составило Рм = 222 ± 6,7 мм рт. ст. Значит, чувствительность (1/К) α-адренорецепторов артерий к НА при ФРМГ более эффективно уменьшается в 34,28 раза, а у АД – лишь в 24,48 раза.

В публикации N.M. Fletcher и C.L. Mur-rant [7] показано, что ФРМГ происходит и на уровне артериол 12 мкм, когда при электростимуляции мышц при 8–15 В, частоте 4–20 Гц диаметр артериол у хомяка увеличивается до 24 мкм. В нашей работе ФРМГ при электростимуляции мышц достигалась тоже при 10 В, 5 Гц. Но авторы не проводили сравнительный анализ между НА и АД при ФРМГ, как мы.

В литературе показаны различные эффекты действия НА и АД на организм. Так, в работе [17] у поросят была вызвана фибрилляция желудочков и остановка сердца, после чего их реанимировали. Концентрация АД составила при этом стрессе 7264 пг/мл (7,2 мкг/кг) против 1648 пг/мл в контроле, а НА при стрессе – 3021 пг/мл (3 мкг/кг) против 1626 пг/мл в контроле. В нашей работе применялись концентрации гораздо шире – от 0,5 до 30 мкг/кг НА

isi

NORADRENALINE CONTROL

(50 mmHg) 0.02 ■

0.10.05  0

(30 mcg, kg) (20 mcg kg

(100 mm Hg)

\o.oi ■

0.005j

1Ж=0,049\ /

Рм=222 mm Hg 1 Pm= 0.0045 1/K= 0,049

K= 20.4 mcg kg (TD50%)

/piUSCLE

HYPEREMIA I [adrenalineJ

ADRENALINE CONTROL

1mm Hg

(25 mm Hg)0.04

0.03

1/Pm

1/мм.рт.ст.

Рм=172 mm Hg 1 Pm= 0,0058 1/K= 0,035

K=28,5 mcg kg (TD 50%)

Доза 1/мкг кг

Dose 1 mcg. kg

//0.5

(2 mcg kg )

Pm=172 mm Hg 1/Pm= 0,0058 1 K= 12

K= 0,833 mcg kg (TD 50%)

Pm= 222 mm Hg 1/Pm= 0,0045 1. K= 1,2

K= 0,833 mcg kg (TD 50%)

MUSCLE

HYPEREMIA

NORADRENALINE

Рис. 3. Увеличение перфузионного давления в бедренной артерии в 4 сериях опытов на кроликах на 8 доз норадреналина и адреналина до и на фоне функциональной рабочей мышечной гиперемии (ФРМГ) в двойных обратных координатах Лайниувера – Берка. НА контроль (S1), АД контроль (S3), НА при ФРМГ (S2), АД при ФРМГ (S4). Ось абсцисс: доза НА и АД в обратной величине 1/(мкг/кг).

Ось ординат: перфузионное давление в обратной величине 1/(мм рт. ст.)

Fig. 3. Increase in femoral artery perfusion pressure in four series of rabbit experiments with eight doses of norepinephrine and epinephrine before and during exercise hyperemia, plotted in Lineweaver – Burk double-reciprocal coordinates. NE control (S1), EP control (S2), NE during EH (S3), EP during EH (S4).

X-Axis: NE and EP reciprocal doses (1/(μg/kg)). Y-Axis: reciprocal perfusion pressure (1/mmHg)

и АД, что перекрывало диапазон концентраций НА и АД нормы и выраженного стресса. В нашей работе проводился анализ действия НА и АД при ФРМГ, что не делали эти исследователи. В работе [14] показана различная роль НА и АД, после обезглавливания крыс уровень адреналина в плазме крови увеличивается в 80 раз, а норадреналина – в 8 раз.

D.S. Goldstein [8] приводит данные, что когда крыс иммобилизуют, уровень АД в артериальной плазме резко возрастает примерно в 40 раз, а уровень НА в плазме повышается в 6 раз, а у животных геморрагический шок сопровождается повышением уровня адреналина в плазме в 10–30 раз. В работе [18] указано, что физиологические концентрации (1–5 нг/мл, 1–5 мкг/кг) АД и НА меняют реактивность микробов. T. Pałka и соавт. [16] показали, что у спортсменов после тренировки концентрация норадреналина возрастает от 500 пг/мл до 1200 пг/мл, что соответствует 1,2 нг/мл (1,2 мкг/кг). В нашей работе применялись близ- кие к этой концентрации 1 мкг/кг, 2 мкг/кг, что говорит об актуальности нашей работы и выбранных нами доз НА и АД для моделирования напряженности стресса.

В научных трудах ряда исследователей [2, 9, 10, 21] показано, что ФРМГ (симпато-лизис) снижает реактивность с α-адреноре-цепторов артериальных сосудов. Данное наблюдение согласуется с результатами нашего исследования. Однако, в отличие от нашего исследования, эти авторы не проводили сравнительного анализа между норадреналином и адреналином, а также не определяли чувствительность и количество α-адренорецепторов к воздействию НА и АД.

Заключение. Исследование показало, что адреналин сильнее сужает артерии при функциональной рабочей мышечной гиперемии (ФРМГ) во всех дозах. Норадреналин обеспечивает больший кровоток в работающих мышцах за счет снижения чувствительности α-адре-норецепторов артерий, чем адреналин.