Влияние блокатора триптофангидроксилазы в эмбриональном периоде на насосную функцию сердца крыс в раннем постнатальном онтогенезе

Нейромедиатор серотонин (5-НТ) оказывает морфофункциональное воздействие на клетки и органы-мишени и его роль существенно меняется в онтогенезе. В постнатальном периоде крыс 5-НТ увеличивает силу сокращения миокарда предсердий и желудочков [12]. Доказано, что в местах повреждения сосудов накопление серотонина ведет именно к пролиферации эндотелия, гладкомышечных клеток, что и является важным звеном в патогенезе легочной гипертензии и атеросклероза [1, 4, 7, 8]. По мере прогрессирования заболевания у пациентов с ишемической болезнью сердца повышается концентрация серотонина в плазме крови, а в тромбоцитах происходит ее снижение, что связано с нарушением захвата серотонина мембранными переносчиками [13].

В эмбриональном периоде серотонин выступает в качестве фактора роста и играет важную регулирующую роль в решающий период развития эмбриона, в частности развития сердечно-сосудистой системы. Сердечный морфогенез зависит от миграции, выживаемости и быстрого увеличения клеток нервного гребня, которые регулируются 5-НТ, в основном, через 5-HT2B рецепторы [10, 11]. 5-НТ оказывает сильное сосудосуживающее действие и поддерживает оптимальный маточноплацентарный кровоток [6, 10]. Хроническое введение нейротоксина пара-хлор-фенил-аланина блокирует фермент трип-тофангидроксилазу и приводит к снижению синтеза серотонина [9, 14, 15]. У мышей, у которых отсутствуют 5-НТ2В рецепторы, фиксируется хаотичное располо- жение миоцитов в сердечной мышце, снижение диастолы [10]. У двухнедельных крысят наблюдается самая низкая реакция миокарда желудочков, возрастающая при блокаде адренорецепторов [3]. В эмбриональном периоде хроническое введение пара-хлор-фенилаланина не вызывает изменение силы сокращения миокарда желудочков, увеличивает силу сокращения правого предсердия, а левого – снижение [2].

Мы знаем, что основные показатели насосной функции сердца это ударный объем крови, ЧСС, МОК. Исследование реакции показателей насосной функции сердца на норадреналин у животных с измененным метаболизмом серотонина в эмбриональном периоде развития позволит оценить взаимосвязь норадренергических и серотониновых влияний. Несмотря на то, что серотонин является важнейшей сигнальной молекулой, участвующей в регуляции развития мозга, сердечнососудистой системы и других органов-мишеней, данные о влиянии нарушения метаболизма серотонина на норадренергическую регуляцию показателей функции сердца в эмбриональном периоде практически отсутствуют.

Цель работы: исследование показателей насосной функции сердца (ударного и минутного объема крови и частоты сердечных сокращений), показателей фазовой структуры сердечного цикла и реакции их на норадреналин у крысят 14-дневного возраста с хронической блокадой трипто-фангидроксилазы в эмбриональном периоде.

Материал и методы исследований. Эксперименты по изучению показателей насосной функции сердца проводились у крыс в возрасте 14 дней, весом 2834 г в зимний период. На проведение исследования получено разрешение Этического комитета МЗ Республики Татарстан. Исследование проведено на беременных самках крыс линии Вистар и их потомстве в возрасте 14 дней. Беременным самкам, начиная с 11 дня беременности в течение 10 дней, внутрибрюшинно вводили блокатор синтеза серотонина РСРА (p-chlorophenylalanine; Sigma) в дозе 100 мкг/кг в экспериментальной группе, в кон- трольной – физиологический раствор. Изменения показателей насосной функции сердца исследовали после введения внутрибрюшинно норадреналина (Norepinephrine bitartrate salt; Sigma) в последовательности 0,1 µМ, 1,0 µМ, 10,0 µМ. Объем вводимого раствора для каждой концентрации составил 0,2 мл. Каждую последующую дозу норадреналина вводили через 20 мин после введения предыдущей. Эксперименты по определению сократимости миокарда проводили на аналого-цифровом преобразователе MacLab/4e фирмы AD Instruments, для получения рео-графических сигналов использовали рео-граф 4 РГ-2 М. Результаты анализировали с использованием программ Chart, Claris Works и Igor Pro на компьютере Power Macintosh. Игольчатые электроды крепили под кожей. Регистрация дифференцированной реограммы по методу Кубичека проводилась до введения норадреналина и после введения 1, 2, 3 доз норадреналина в течение 20 минут для каждой дозы. Согласно методике, рассчитаны показатели частоты сердечных сокращений, ударного и минутного объемов крови, а также показатели фазовой структуры сердечного цикла: tu – период изгнания крови из левого желудочка сердца, с; а и в – соответственно время быстрого и медленного изгнания крови, с; а % и в % - время быстрого и медленного изгнания крови, выраженные в процентах от tu. Статистический анализ проведен в соответствии с общепринятыми методами вариационной статистики. Статистическая значимость различий определена по t-критерию Стьюдента.

Результаты исследований. Известно, что основными показателями насосной функции сердца являются ударный объем крови, частота сердечных сокращений, минутный объем кровообращения. Ударный объем крови (УОК, мл) количество крови, выбрасываемое при каждом сокращении сердца, характеризует силу и эффективность сердечных сокращений. У крысят экспериментальной группы УОК статистически значимо выше в сравнении с контрольной группой и составляет 0,045 мл и 0,042 мл соответственно (p<0,05) (Таблица 1).

Таблица 1 – Показатели насосной функции 14-дневных крысят с хронической блокадой триптофангидроксилазы в эмбриональном периоде онтогенеза

Показатель	PCPA	NaCl
ЧСС, уд/мин	451,46±6,01*	400,30±15,09*
УОК, мл	0,045±0,00047*	0,043±0,001*
МОК, мл/мин	19,848±0,83	19,095±1,38
а, сек	0,019±0,001*	0,021±0,001*
в, сек	0,055±0,001*	0,062±0,003*
tu, сек	0,073±0,001*	0,082±0,004*
а, %	25,84±0,92	25,87±1,02
в, %	74,16±0,92	74,13±1,02

Примечание: ЧСС – частота сердечных сокращений; УОК – ударный объем крови; МОК – минутный объем кровообращения; а – время быстрого изгнания крови; в – время медленного изгнания крови; tu – период изгнания крови из левого желудочка сердца; а % – время быстрого изгнания крови, выраженное в процентах от tu; в % – время медленного изгнания крови, выраженное в процентах от tu; PCPA (эксперимент) – животные, родившиеся от самок, которым во время беременности вводили блокатор синтеза серотонина пара-хлор-фенил-аланин, NaCl (контроль) – животные, родившиеся от самок, которым во время беременности вводили физиологический раствор. * – статистически значимые различия контроль-эксперимент (p<0,05).

Частота сердечных сокращений у крыс экспериментальной группы составляет 451,5 уд/мин, что выше по сравнению с контрольной группой, в которой ЧСС равна 400,3 уд/мин (p<0,05). Минутный объем крови у крыс, которые в эмбриональном периоде подвергались воздействию РСРА, значительно выше по сравнению с контролем и составляет 19,8 мл.

Далее нами анализируются показатели фазовой структуры сердечного цикла. Время быстрого изгнания крови (а, сек) у экспериментальных и контрольных крысят составляет, 0,019 сек и 0,021 сек соответственно (p<0,05), что соответствует 25,84 % и 25,87 % от периода изгнания крови из левого желудочка сердца. Время медленного изгнания крови (в, сек) также меньше у крысят экспериментальной группы, чем у контрольной и составляет 0,055 сек и 0,061 сек соответственно (p<0,05). Время быстрого и медленного изгнания крови является частью длительности периода изгнания крови из левого желудочка сердца (tu, сек). У крысят экспериментальной группы этот показатель составляет 0,073 сек, что на 0,009 сек меньше по сравнению с контролем (p<0,05).

Норадреналин в концентрации 0,1 µМ статистически значимо увеличивает УОК у 14-дневных крысят эксперимен- тальной и контрольной групп до 0,049 мл и 0,056 мл соответственно (p<0,05) (Рисунок 1). Максимальная реакция УОК в контрольной группе достигается на норадреналин в дозе 1,0 µМ, а в эксперименте – на норадреналин в концентрации 0,1 µМ.

При введении норадреналина с увеличением ударного объема увеличивается и минутный объем кровообращения, который достигает 20,1 мл/мин и 22,7 мл/мин соответственно. Дальнейшее увеличение концентрации норадреналина у экспериментальной группы крысят приводит к снижению насосной функции сердца до изначальных величин. У крысят контрольной группы максимальное значение УОК и МОК достигается при действии норадреналина в концентрации 1,0 µ М: 0,072 мл и 27,4 мл/м (p<0,05), соответственно. Таким образом, нами показано, что наблюдающийся более высокий ударный объем кровообращения у 14-дневных крысят, в эмбриональном периоде развития которых хронически вводили блокатор триптофан-гидроксилазы, в условиях нарастающей фармакологической нагрузки норадреналином снижается и не способен обеспечить необходимый уровень минутного объема кровообращения по сравнению с контрольными значениями.

Показатели фазовой структуры сер- дечного цикла при введении норадреналина характеризуются тем, что время быстрого и медленного изгнания не претерпевает существенных изменений, и длитель- ность периода изгнания крови из левого желудочка сердца обеих групп крыс достоверно не изменяется (p<0,05) (Рисунок 2).

Рисунок 1 – Влияние норадреналина на показатели ударного объема крови 14-дневных крысят с хронической блокадой триптофангидроксилазы в эмбриональном периоде онтогенеза

_ исх                   0,1                     1                     10

■ РСРА eNaCI        концентрация, мкмоль/л

Рисунок 2 – Изменение длительности периода изгнания крови при введении норадреналина у 14-дневных крысят с хронической блокадой триптофангидроксилазы в эмбриональном периоде онтогенеза

Заключение. Проведенные нами исследования свидетельствуют о том, что у крыс, в эмбриональном периоде которых проводилась хроническая фармакологическая блокада обеих изоформ триптофан-гидроксилазы, наблюдаются более высокие величины частоты сердцебиений, ударного объема и минутного объема крови. Сердце 20-недельных мышей, нокаут-ных по гену tph1, увеличено в размерах на 26 % по сравнению с диким типом мышей. Частота сердцебиений, измеренная по пульсовым колебаниям артериального давления, у нокаутных мышей выше, по сравнению с диким типом. Дилатированное сердце нокаутных мышей работает почти нормально в условиях покоя, но практически не способно адаптироваться к стрессовым ситуациям [5]. Выявлена более высокая чувствительность инотропной функции сердца экспериментальных крысят 14-дневного возраста к норадреналину по сравнению с контрольными животными. Установлено, что у экспериментальных мышей максимальная реакция ударного объема крови наблюдается на норадре- налин в концентрации 0,1 µМ, а при увеличении концентрации до 1,0 µМ и 10 µМ происходит его значительное снижение, в то время как у животных в контроле наблюдается дозозависимое повышение положительной реакции ударного объема крови на норадреналин.

Модель развития в условиях блокады обеих изоформ триптофангидроксила-зы, является важной для понимания взаимосвязи развития нервной и сердечнососудистой систем в эмбриональном периоде онтогенеза. В нашем исследовании создан дефицит серотонина хроническим введением РСРА в дозе 100 мг/кг в течение 10 дней, т.е. блокировали фермент трип-тофангидроксилазу. Установлено, что трехкратное введение РСРА по 150 мг/кг (суммарно 450 мг/кг) привело к снижению концентрации серотонина в плазме крови мышей в 10 раз [15]. В другом исследовании однократное введение РСРА в дозе 300 мг/кг через три дня снижало концентрацию серотонина в гипоталамусе мышей в 5,6 раза [9].

На основании полученных данных установлено, что более высокий ударный объем крови у 14-дневных крысят, в эмбриональном периоде которых наблюдался дефицит центрального и периферического серотонина путем хронического введения блокатора триптофангидроксилазы, в условиях нарастающей фармакологической нагрузки норадреналином снижается и не способен обеспечить нужным уровнем минутного объема кровообращения по сравнению с контрольными значениями.

Резюме

Исследована насосная функция сердца 14-дневных крысят, в эмбриональном периоде развития которых наблюдался дефицит серотонина (5-НТ), создаваемый хроническим введением блокатора синтеза серотонина пара-хлор-фенил-аланина (РСРА). Время быстрого изгнания крови у экспериментальных и контрольных крысят составляет 0,019 сек и 0,021 сек соответственно (p<0,05), что соответствует 25,84 % и 25,87 % от периода изгнания крови из левого желудочка сердца (p>0,05). Время медленного изгнания крови и длительность периода изгнания меньше у крысят экспериментальной группы, чем у контрольной (p<0,05). Максимальное увеличение ударного и минутного объемов крови у крысят экспериментальной группы наблюдается на норадреналин в дозе 0,1 µ М, у контрольной группы – на норадреналин в концентрации 1,0 µ М. У крысят 14 дневного возраста, в эмбриональном периоде развития которых хронически блокировали триптофангидроксилазу, наблюдается увеличение частоты сердечных сокращений, ударного и минутного объемов крови и повышение чувствительности к норадреналину.