The effect of combined impact of simulated microgravity and ionizing radiation on the development of experimental myocardial infarction in rats for two weeks
Authors: Лебедева М.А. , Медведева Ю.С. , Баранов М.В. , Арутюнян А.В. , Карганов М.Ю. 
Published: February 2024

В течение космических миссий на живой организм действует большое количество новых стрессоров, ранее не встречавшихся на Земле. Ионизирующее космическое излучение (ИИ) и микрогравитацию считают основными факторами космического полета (КП), влияющими на весь организм в целом и вызывающими усиление работы компенсаторно-приспособительных механизмов, сдвиги в системе гомеостаза, что, в конечном итоге, может приводить к долгосрочным структурно-функциональным изменениям, возникновению заболеваний, в том числе и в сердечно-сосудистой системе. Модель изопротеренолового инфаркта миокарда (ИМ) у крыс позволяет индуцировать повреждения сердечной мышцы, аналогичные тем, которые наблюдаются у человека. Комплекс изопротеренол-индуцированных нарушений приводит к прогрессирующей дисфункции миокарда и в дальнейшем – к хронической сердечной недостаточности. Цель: Оценить влияние моделированных факторов космического полета (ИИ и микрогравитация) в двух комбинациях на развитие экспериментального ИМ у крыс в течение двух недель. Методы: Двухнедельное антиортостатическое вывешивание (АОВ), однократное острое гамма-облучение (γ) в дозе 2 Гр, ЭКГ, лазерная корреляционная спектроскопия, экспериментальный ИМ, измерение массы тела и сердца крыс. Результаты. На снижение массы тела в течение двух недель наблюдений в большей степени повлияло АОВ. Анализ характеристик PQRST комплекса выявил увеличение амплитуд следующих зубцов: P2 в группах γ+ИМ и γ+АОВ+ИМ, R1 в группах АОВ+γ+ИМ и γ+АОВ+ИМ на следующие сутки, а также T2 через 1 и 2 недели после последней инъекции изопротеренола. Через 2 недели в группе АОВ+γ+ИМ наблюдали повышение амплитуды R2, увеличение продолжительности интервала QTc в группах γ+ИМ и γ+АОВ+ИМ, снижение ЧСС у всех опытных групп. В группе крыс γ+АОВ+ИМ регистрировали более высокий процент встречаемости аритмий, в γ+ИМ – отрицательного зубца Q. Анализ спектральных характеристик вариабельности сердечного ритма (ВСР) показал увеличение относительного вклада VLF% диапазона во всех опытных группах в первые сутки наблюдений и смещение вегетативного баланса в сторону симпатикотонии в группе γ+АОВ+ИМ, а через неделю обнаружили лишь некоторое повышение процентного вклада LF и снижение HF волн. Наибольшие изменения сывороточного гомеостаза присутствовали в группах γ+ИМ и γ+АОВ+ИМ: увеличение процентного вклада в светорассеяние частиц радиусом 20–28 нм. В группе АОВ+γ+ИМ был увеличен процент частиц большего гидродинамического радиуса в диапазоне 67–122 нм. Заключение: Действие моделируемых факторов КП играло основную роль в снижении прироста массы тела в опытных группах и вызывало специфические для каждой комбинации сдвиги сывороточного гомеостаза и электрофизиологические изменения. В зависимости от последовательности факторов КП было обнаружено, что изменения спектральных показателей ВСР, удлинение интервала QTc и частота нарушений ритма были более выражены в группе γ+АОВ+ИМ, в группе АОВ+γ+ИМ более длительно сохранялось повышение амплитуды зубца R2. Зафиксированное увеличение амплитудных характеристик зубцов P, R, T в группах крыс с сочетанным воздействием моделированной микрогравитации, ионизирующего излучения и последующего ИМ может быть следствием более значительных изменений электрической проводимости и проявлений гипертрофии миокарда по сравнению с группой ИМ.

During space missions, a large number of new stressors, not previously encountered on Earth, act on a living organism. Ionizing cosmic radiation (IR) and microgravity are considered to be the main factors of space flight (SF), affecting the entire organism as a whole and causing an increase of compensatory and adaptive mechanisms, shifts in the homeostasis system, which ultimately can lead to long-term structural and functional changes, the occurrence of diseases, including those in the cardiovascular system. The rat model of isoproterenol myocardial infarction (MI) allows inducing heart damage similar to that observed in humans. The complex of isoproterenol-induced disorders leads to progressive myocardial dysfunction and to chronic heart failure later. Purpose: To evaluate the influence of simulated factors of space flight (IR and microgravity) in two combinations on the development of experimental MI in rats for two weeks. Methods: Two-week hindlimb unloading (HU), single acute gamma irradiation (γ) at a dose of 2 Gy, ECG, laser correlation spectroscopy, experimental MI, measurement of body and heart weight of rats. Results: The decrease in body weight during 2 weeks of observation was more influenced by HU. Analysis of the characteristics of the PQRST complex revealed an increase in the amplitude of the following waves: P2 in the groups γ+MI and γ+HU+MI, R1 in the groups HU+γ+MI and γ+HU+MI groups on the next day, as well as T2 1 and 2 weeks after the last injection of isoproterenol. After 2 weeks in the HU+γ+MI group an increase in R2 wave amplitude, an increase in the duration of the QTc interval in the groups γ+MI and γ+HU+MI, and a decrease in heart rate in all experimental groups were observed. A higher percentage of arrhythmias were recorded in the γ+HU+MI group, a negative Q wave was recorded in the γ+MI group. Analysis of the spectral characteristics of heart rate variability (HRV) showed an increase in VLF% waves in all experimental groups on the first day of observations and a shift in the autonomic balance towards sympathicotonia in the group γ+HU+MI, and a week later only a slight increase in the percentage contribution of LF and a decrease of HF waves were found. The greatest changes in serum homeostasis were present in the γ+MI and γ+HU+MI groups: an increase in the percentage contribution to the light scattering of particles with a radius of 20-28 nm. In the HU+γ+MI group, the percentage of particles with a larger hydrodynamic radius in the range of 67-122 nm was increased. Conclusion: The effects of the simulated SP factors played a major role in reducing body weight gain in the experimental groups, caused shifts in serum homeostasis specific to each combination and electrophysiological changes. Depending on the sequence of SP factors was found that changes in the spectral parameters of HRV, prolongation of the QTc and the frequency of rhythm disturbances were more pronounced in the γ+HU+MI group, and in the HU+γ+MI group the increase in R2 wave amplitude persisted for a longer period. The recorded increase in the amplitude characteristics of the P, R, T waves in groups of rats with combined exposure to simulated microgravity and ionizing radiation followed by MI may be a consequence of more significant changes in electrical conductivity and manifestations of myocardial hypertrophy compared to the MI group.