Возрастные особенности сократительной активности миокарда крыс при блокаде токов активируемых гиперполяризацией

ВЕСТНИК ТГГПУ. 2008. №4

УДК 611.12

ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СОКРАТИТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ МИОКАРДА КРЫС ПРИ БЛОКАДЕ ТОКОВ АКТИВИРУЕМЫХ ГИПЕРПОЛЯРИЗАЦИЕЙ

© Т.Л.Зефиров, Н.И.Зиятдинова, А.М.Сергеева

В экспериментах in vitro изучалась сократительная активность полосок миокарда предсердий и желудочков крыс разного возраста на фоне блокады неселективных катионных токов, активируемых гиперполяризацией (Ih, If). Добавление селективного блокатора токов, активируемых гиперполяризацией - ZD7288 в перфузируемый раствор вызывало увеличение силы сокращений миокарда предсердий и желудочков крыс 1-но, 6-ти, 8-ми и 20-ти недельного возраста. Исключение составляла реакция сократительной активности миокарда предсердий и желудочков трехнедельных крысят. Блокада Ih приводила у них к противоположной реакции, а именно, к уменьшению сократительной активности миокарда, как предсердий, так и желудочков.

Ключевые слова: сердце, инотропия, токи активируемые гиперполяризацией, онтогенез, крыса

Введение

В настоящее время значительное внимание в изучении физиологии сердца уделяется исследованию неселективных катионных входящих токов, активируемых при гиперполяризации [1, 2,

3, 4]. Показано их доминирующее значение в реализации фазы спонтанной диастолической деполяризации потенциала действия атипичных кардиомиоцитов [5, 6, 7]. В клетках синуснопредсердного узла они обозначаются как If и в современной литературе получили название "пейсмекерные токи" или "смешные" ("funny") токи [8]. Неселективные катионные токи, активируемые при гиперполяризации (Ih) были обнаружены также и в изолированных интракарди-альных нейронах [9]. Интенсивно изучаются механизмы модуляции активности данных токов в норме и патологии [10, 11, 12]. В последние годы было показано наличие If не только в клетках проводящей системы сердца, но и в рабочих кар-диомиоцитах [13]. В связи с этим возникла идея о возможном участии токов, активируемых гиперполяризацией в реализации не только хроно-тропной, но и инотропной функции сердца. В наших исследованиях было показано, наличие существенных возрастных особенностей хроно-тропной реакции сердца крыс на блокаду If in vivo [14, 15]. Целью настоящего исследования являлось изучение влияния блокады токов активируемых при гиперполяризации на возрастные особенности сократительной активности миокарда крыс.

Методика исследования

Работа выполнена на 35 крысах 1-но, 3-х, 6-ти, 8-ми и 20-ти недельного возраста. Для наркоза использовали 25% раствор уретана, который

вводили интраперитониально в дозе 1000 мг/кг массы животного. Изолированное сердце помещалось в ванночку с рабочим раствором, к которой подсоединялись два электрода - стимулятора и в соответствии с анатомическим строением сердца вырезались полоски миокарда из правого предсердия и правого желудочка длиной 2-3 мм и диаметром 0,8-1,0 мм. Препарат помещали вертикально в резервуар V = 20 мл, оксигенированный карбогеном (97% O2 и 3% CO2) рабочий раствор при комнатной температуре. Верхний конец препарата прикреплялся к нержавеющему стержню, соединенному с измерителем напряжения, нижний конец к резиновому блоку. Препарат стимулировался электрическим сигналом через 2 серебряных электрода (с помощью стимулятора ЭСЛ-2 (Россия) с частотой 6 стимулов в минуту, амплитудой сигнала 10 mV, продолжительность стимула 5 мс). После погружения препарата в резервуар следовал период проработки в течение 40-60 минут, в ходе которого мышечным волокнам постепенно придавалось оптимальное напряжение. Оптимальным напряжением считалась такая точка растяжения препарата, после преодоления которой начиналось снижение силы сокращения препарата. По окончанию проработки 5 минут регистрировались исходные параметры сокращения, затем 21 минуту с добавлением в рабочий раствор специфического блокатора Н-каналов ZD7288 с концентраций 0,2ц, моль/л. Силу сокращения (F) выражали в граммах (g). Обработка полученных результатов проводилась с помощью программы Chart 5, на установке Power Lab (AD Instruments, Австралия), с применением пакета программ Statgraphics.

Статистическая обработка и определение достоверности различий, результатов исследова-

ний по критерию Стьюдента и Вулькоксона осуществлялись в редакторе Microsoft Excel.

Результаты исследования

В экспериментальной группе взрослых 20 недельных животных исходная амплитуда сокращения изолированного миокарда правого предсердия составляла 0,1553 8±0,06318 g, После добавления в раствор блокатора If наблюдалось постепенное увеличение амплитуды сокращения миокарда предсердий. В ходе 1-й минуты блокады токов, активируемых при гиперполяризации, амплитуда сокращения желудочков увеличилась на 4% (Р<0,05). В течение 3-й минуты опыта амплитуда ответа возросла по сравнению с исходной величиной на 11% (Р<0,01). К 10-й минуте амплитуда сокращений увеличилась от исходной величины на 30% (Р<0,01). На 20-й минуте наблюдений был зарегистрирован рост амплитуды сокращений на 39% от исходной величины (Р<0,01). Максимальное увеличение амплитуды сокращения составило 41% (Р<0,05) (Рис.1). Исходная амплитуда сокращения изолированного миокарда правого желудочка составляла 0,26393±0,07362 g. В течение 10-ти минуты амплитуда увеличилась от исходной величины на 7%. На 15-й минуте эксперимента наблюдалось повышение амплитуды сокращений на 11% (Р<0,05). В течение последующего времени наблюдалось дальнейшее плавное увеличение амплитуды сокращений полосок миокарда правого желудочка и к концу наблюдений был зарегистрирован рост силы сокращений на 14% (Р<0,05) (Рис.2).

В следующей серии экспериментов проводилось изучение сократимости полосок миокарда крысят 1-но недельного возраста, не имеющих симпатической иннервации сердца. Исходная сила сокращений полосок миокарда правого предсердия 7-ми дневных крыс составляла 0,05705±0,02559 g. На 1-й минуте после блокады If наблюдалось увеличение амплитуды сокращений на 3% от исходного значения (Р<0,05). На 5й минуте эксперимента сила сокращений полосок миокарда правого предсердия увеличивалась на 14%. К 10-й минуте сила сокращений возрастала на 24% (Р<0,05), а на 15-й минуте - до 32% (Р<0,01) (Рис.1). При регистрации исходных параметров сокращения изолированного миокарда правого желудочка 1-но недельных крыс сила сокращений составляла 0,03522±0,00716 g. К 5-й минуте наблюдений она увеличивалась на 4% (Р<0,05) от исходного значения. В дальнейшем продолжался плавный рост силы сокращений в ответ на блокаду If и к 20-й минуте, амплитуда

сокращений превышала исходную величину на 12% (Р<0,01) (Рис.2).

В третьей серии экспериментов исследовалась сократимость миокарда 3-х недельных крысят. В данном возрасте начинает функционировать симпатическая иннервация сердца данного вида животных. Исходная величина амплитуды сокращения изолированного миокарда правого предсердия 21-но дневных крыс составляла 0,25584±0,13657 g. При добавлении в перфузи-руемый раствор блокатора К 2Б7288 наблюдалось снижение амплитуды ответа на 1% по сравнению с исходной величиной. К 5-й минуте наблюдений амплитуды сокращений снижалась на 3% (Р<0,05). На 15-й минутах эксперимента регистрировалось дальнейшее уменьшение амплитуды сокращений на 8% от исходной величины (Р<0,05). К концу эксперимента уменьшение сократительного ответа составляло 12% (Р<0,05) (Рис.1). Исходная амплитуда сокращения изолированного миокарда правого желудочка 3-х недельных крыс равнялась 0,08809±0,01848 g. После добавления блокатора Ш наблюдалось постепенное снижение амплитуды сокращений в ходе эксперимента. К 3-й минуте амплитуда сокращений снижалась на 3% (Р<0,01), к 12-й минуте - на 9% (Р<0,05). В конце наблюдений снижение амплитуды сокращений от исходной величины составило 15% (Р<0,01) (Рис.2).

До момента введения специфического блока-тора Н-каналов 2Б7288 исходная амплитуда сокращения изолированного миокарда правого предсердия 6-ти недельных крысят (пубертатный период развития) имела значение 0,0216±0,0054 g. С первой минуты по 10-ю включительно наблюдалось постепенное повышение амплитуды сокращения. В течение 1-й и 5-й минут регистрировалось увеличение амплитуды сокращения от исходного значения на 1% и 5% соответственно, к 10 минуте - на 8%. В течении заключительной 21-й минуты исследования амплитуда ответа от исходной величины увеличилась на 12% (Рис.1). Исходная амплитуда сокращения изолированно миокарда правого желудочка 6-ти недельных крысят составляла 0,0988±0,0661 g. На 1-й минуте наблюдения увеличение амплитуды ответа произошло на 1%, на 5-й минуте - 9%. К 10-й минуте эксперимента произошло увеличение амплитуды ответа на 15%. В ходе 20-й и 21-й минут эксперимента регистрировался постепенный рост амплитуды ответа по сравнению с исходной величиной на 18% и 21% соответственно (Р<0,01) (Рис.2).

Исходная амплитуда сокращения изолированного миокарда правого предсердия 8-ми недельных крыс (пубертатного период развития) до

БИОЛОГИЯ

введения блокатора Ih имела значение

0,2328±0,05197 g. На 1-й минуте после добавления ZD 7288 в перфузируемый раствор наблюдалось повышение амплитуды сокращений на 2% по сравнению с исходным значением, на 5-й минуте эксперимента амплитуда ответа повышалась на 8% (Р<0,05) по сравнению с исходной величиной, на 10-й минуте - на 16% (Р<0,05). Максимальное увеличение амплитуды сокращений наблюдалось на 16-й минуте проведения эксперимента и составляло 35% (Р<0,05) (Рис.1). До блокады If амплитуда сокращения изолированных полосок миокарда правого желудочка 8ми недельных крыс составляла 0,10738±0,0092 g. К 10-й минуте эксперимента произошло увеличение амплитуды сокращений на 13% (Р<0,05), к 15-й минуте наблюдений амплитуда возросла на 18% (Р<0,05). Максимальное увеличение силы сокращений (20 минута эксперимента) составило 23% (Р<0,05) (Рис.2).

Полученные результаты свидетельствуют об участии токов, активируемых при гиперполяризации в регуляции сократительной активности миокарда предсердий и желудочков крыс. Эксперименты in vitro показали, что блокада данных токов ведет к увеличению сократительной активности миокарда, как предсердий, так и желудочков 1-но, 6-ти, 8-ми и 20-ти недельных крысят. Возрастные особенности реакции рабочего миокарда предсердий и желудочков 3-недельных животных, при блокаде If была противоположной, что может быть связано с формированием симпатической иннервации сердца в данном периоде постнатального онтогенеза. Ранее, в наших экспериментах in vivo нами было показано наличие существенных возрастных особенностей хро-нотропной реакции сердца при блокаде If данной возрастной группы [14, 15].

150 п-------------------------------

г1” ^ ГЪ гП гП ГП п"

^ Пэффекг

„III II 111111111

1 нед 3 нед 6 нед 8 нед 20 нед возрасг

Рис.1. Возрастные особенности изменения амплитуды сокращения миокарда предсердий при блокаде К

исх эффект

1 неделя 100 132**

3 неделя 100 88*

6 неделя 100 112

8 неделя 100 135*

20 неделя 100 141*

150

0 —I—1_1-----1-1-1--------1—1—1——I—L

1 нед 3 нед 6 нед 8 нед 20 нед

воэрасг

Рис.2. Возрастные особенности изменения амплитуды сокращения миокарда желудочков при блокаде К

исх эффект

1 неделя 100 112**

3 неделя 100 85**

6 неделя 100 121**

8 неделя 100 123*

20 неделя 100 114*

* * * * * * * * * *

1. Зефиров Т.Л., Зиятдинова Н.И., Гайнуллин А.А., Зефиров А.Л. Блокада каналов, активируемых гиперполяризацией, изменяет эффект стимуляции Р-адренорецепторов // Бюлл. эксп. биол. и мед. -2002. - №5. - С.492-495.

2. Зиятдинова Н.И., Гиниатуллин Р. А., Святова Н.В., Зефиров Т.Л. Блокада гиперполяризационных токов оказывает дозозависимый эффект на сердечный ритм // Бюлл. эксп. биол. и мед. - 2001. - №3. - С.256-259.

3. DiFrancesco D. Cardiac pacemaker I(f) current and its inhibition by heart rate-reducing. Curr Med Res Opin. 2005 Jul; 21(7): 1115 - 22.

4. Robinson RB, Brink PR, Cohen IS, Rosen MR. I(f) and the biological pacemaker. Pharmacol Res. 2006 May; 53(5): 407 - 15.

5. Bucchi A, Tognati A, Milanesi R, Baruscotti M, DiFrancesco D. Properties of ivabradine-induced block of HCN1 and HCN4 pacemaker channels. J Physiol. 2006 Apr 15; 572(Pt 2): 335 - 46.

6. Cohen IS, Robinson RB. Pacemaker current and automatic rhythms: toward a molecular understanding. Handb Exp Pharmacol. 2006; (171): 41 - 71.

7. DiFrancesco D. Funny channels in the control of cardiac rhythm and mode of action of selective blockers. Pharmacol Res. 2006 May; 53(5): 399 - 406.

8. DiFrancesco D. Serious workings of the funny current. Prog Biophys Mol Biol. 2006 Jan-Apr; 90(1-3): 13 - 25.

9. Hogg, R.C., A.A. Harper, and D.J. Adams. Developmental changes in hiperpolarization-activated currents Ih and IK(IR) in isolated rat intracardiac neurons. J. Neurophysiol 86: 312 - 320, 2001.

10. Зиятдинова Н.И., Зефиров Т.Л. Парасимпатическая нервная система модулирует эффект блокады каналов, активируемых гиперполяризацией // Бюлл. эксп. биол. и мед. - 2002. - №1. - С.11-13.

11. Зиятдинова Н.И., Зефиров А. Л., Ситдиков Ф.Г., Зефиров Т.Л. Вегетативный контроль сердечной деятельности включает модуляцию каналов, ак-

тивируемых при гиперполяризации in vivo // Росс. 14

Физиол. ж. им. Сеченова. - Т.89 - №2. - 2003. -С.154-160.

12. Milanesi R, Baruscotti M, Gnecchi-Ruscone T,

DiFrancesco D. Familial sinus bradycardia associated 15 with a mutation in the cardiac pacemaker channel. N Engl J Med. 2006 Jan 12; 354(2): 151 - 7.

13. Cerbai E, Mugelli A. I(f) in non-pacemaker cells: role and pharmacological implications. Pharmacol Res. 2006 May; 53(5): 416 - 23.

AGE-RELATED PECULIARITIES OF CONTRACTILE ACTIVITY OF RAT’S MYOCARDIUM DURING THE BLOCKADE OF HUPERPOLARIZATION-ACTIVATED CURRENTS

T.L.Zefirov, N.I.Ziyatdinova, A.M.Sergeeva

Contractile activity of atrial and ventricular myocardial strips isolated from rats of various age was examined under conditions of blockade of non-selective hyperpolarization-activated cation currents. The addition of ZD7288, a blocker of non-selective hyperpolarization-activated cation currents, to the perfusion solution increased the contraction force of atrial and ventricular strips in 1-, 6-, 8- and 20-week rats, but produced an opposite effect on contractile activity of atrial and ventricular strips in 3-week rats.

Key words: heart, inotropy, hyperpolarization-activated cation currents, ontogenesis, rat

Зефиров Тимур Львович - доктор медицинских наук, профессор кафедры анатомии и физиологии Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета Зиятдинова Нафиса Ильгизовна - кандидат биологических наук, доцент кафедры биоэкологии Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета Сергеева Анна - аспирант кафедры анатомии и физиологии Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета

E-mail: zefirovtl@mail.ru

. Зефиров Т.Л. Святова КВ., Зиятдинова H.K Ш-вый взгляд на механизмы возрастных изменений сердечного ритма // Бюлл. эксп. биол. и мед. -2001. - №6. - С.612-616.

. Зефиров Т.Л., Зиятдинова КИ., Зефиров А.Л. Влияние блокирования ионных токов активируемых гиперполяризацией Ih на вегетативную регуляцию сердца у крыс: возрастные особенности // Neurophysiologia. - 2003. - 35 (6). - Р.455-462.