CC BY
9УДК 612.13/17.08:614.878
В.Н. Власов*
КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ СВЯЗИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ КАК КРИТЕРИИ ХИМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ
Тольяттинский государственный университет
Исследованы корреляционные связи физиологических, биохимических и морфометрических показателей сердечно-сосудистой системы лабораторных животных (крыс) различного возраста. Выявлена взаимосвязь исследованных показателей у животных различного возраста. Результаты создают основу ускоренного нормирования химических веществ, обладающих геронтогенным действием на сердечно-сосудистую систему.
Ключевые слова: ускоренное старение, опасность химических веществ, экспериментальные животные.
Введение. Известно, что взаимосвязь отдельных физиологических функций организма, биохимических цепей основных видов обмена веществ и общих защитных механизмов является основой формирования гомеостаза. Независимо от характера действия любого химического соединения указанные процессы будут вовлекаться в патогенез интоксикаций. Химические соединения способствуют развитию общих патологических процессов, лежащих в основе заболеваний сердца и сосудов. Поэтому особенно актуальна разработка критериев опасности развития отдаленных последствий химических воздействий на сердце и сосуды в эксперименте на животных, что позволяет своевременно внедрить в практику здравоохранения гигиенические регламенты [7, 8, 11].
В связи с отсутствием у большинства лабораторных животных нозологических форм сердечно-сосудистой патологии (характерной для человека) увеличивается теоретическая и практическая значимость разработки экспериментальных моделей. Анализ признаков естественного геронтогенеза целостного организма и отдельных его систем (в том числе сердечно-сосудистой системы) под действием химических соединений открывает реальные перспективы разработки таких моделей, что обусловлено близостью многих физиологических, биохимических и морфологических признаков состояния сердечно-сосудистой системы в динамике естественного старения и атерогенеза. Ускоренное старение сердечно-сосудистой системы при действии химического фактора подтверждено при нормировании большого количества химических соединений [4, 8, 9].
Ранее [3] нами были разработаны критерии биологического возраста экспериментальных
* фрагмент диссертационной работы
животных для целей гигиенического нормирования. В развитии и совершенствовании этих критериев были изучены корреляционные связи между зависимыми от возраста показателями старения животных, которые могут явиться новым видом биомаркера старения. Регистрация этих дополнительных биомаркеров не требует материальных затрат, но позволяет получить новую информацию о характере взаимоотношений изучаемых параметров.
Цель исследования — дальнейшее совершенствование и поиск новых критериально значимых биомаркеров естественного старения сердечно-сосудистой системы у лабораторных животных.
Материалы и методы исследования. Для решения поставленных задач использовано 420 белых крыс, приобретенных в питомнике РАМН и содержащихся в виварии НИИ гигиены и экологии Самарского государственного медицинского университета на стандартном пищевом рационе. Начиная с 4-х месячного возраста (до момента их естественной гибели) у животных обоего пола изучали показатели, связанные с деятельностью сердечно-сосудистой системы. Анализ данных литературы [4, 7, 8, 11], проведённые нами ранее исследования [2, 3] позволили обосновать и использовать следующие зависимые от возраста показатели. Физиологические показатели: частота сердечных сокращений (ЧСС) и комплекс РЯ8Т на ЭКГ. Биохимические показатели: активность глюкозо-6-фосфат-дегидро-геназы (Г6ФД) [6] и фруктозодифосфатальдола-зы (ФДФ) [5] в цитоплазматической фракции миокарда; содержание гексозаминов (ГА) в миокарде [12] и оксипролина (ОП) [13] в стенке аорты и в миокарде. Морфологические показатели включали в себя измерение на поперечном срезе аорты толщины мышечного слоя и эластических волокон. Используя тестовую окулярную
сетку [1], в препаратах миокарда определяли соотношение соединительная ткань/кардиомио-циты (СТ/КМ).
Статистическая группа состояла из 30 особей. Время наблюдения составило 28 месяцев естественного старения. Забой животных проводили в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных», утвержденных Минздравом СССР. Результаты обрабатывали методами математической статистики, использовали регрессионно-корреляционный анализ пакета программам Excel Windows.
Результаты и обсуждение. Изучение характера связей (с помощью парного корреляционного анализа индивидуальных вариант) и их изменения в процессе естественного старения животных показало как исчезновение этих связей, так и их сохранение. Корреляционные связи показателей при естественном старении крыс представлены в табл.
У крыс обоего пола до 16-ти месяцев между ЧСС и активностью Г6ФД в миокарде имелась сильной степени линейная связь. Аналогичный характер связи до одного года имел место между ЧСС и активностью ФДФ в миокарде животных и между ЧСС и комплексом QRST на ЭКГ. До 8-ми месяцев имела место сильной степени линейная связь между комплексом QRST на ЭКГ и активностью Г6ФД в миокарде. Несомненно, сильная корреляционная связь «ЧСС/Г6ФД», «ЧСС/ФДФ» у животных обоего пола до 12-16-ти месяцев свидетельствует о значимости механизмов, их поддерживающих. По-видимому, утрату этих корреляционных связей у животных обоего пола в «старших возрастных группах» можно расценивать как биомаркер старения.
Учитывая, что взаимосвязь ЧСС и активности Г6ФД и ФДФ в миокарде сохраняется более длительный промежуток времени, то, скорее всего ЧСС (показатель, характеризующий деятельность сердца) лучше, чем комплекс QRST на ЭКГ (показатель, характеризующий желудочковую часть систолы) отражает взаимодействие физиологических и биохимических процессов происходящих в миокарде естественно стареющих животных в «начальном периоде» их жизни.
Анализ корреляционных связей биохимических показателей (табл.) показал, что во всех возрастных группах у животных обоего пола наблюдается положительная корреляционная связь между ОП миокарда и ГА миокарда, между ОП миокарда и соотношением СТ/КМ левого желудочка сердца и между ГА миокарда и
соотношение СТ/КМ левого желудочка сердца. Высокая устойчивая корреляционная связь «ОП/ГА» миокарда подтверждает рекомендации некоторых авторов [10] рассчитывать соотношение ГА/ОП для определения биологического возраста животных. Сильной степени линейная корреляционная связь между ОП миокарда и соотношением СТ/КМ левого желудочка сердца у животных обоего пола, несомненно, свидетельствует о «взаимозаменяемости» морфометриче-ского метода определения объёмных фракций соединительной ткани в миокарде левого желудочка сердца и биохимического метода определения ОП в нём. Замена более трудоёмкого мор-фометрического метода определения соотношения СТ/КМ менее трудоёмким биохимическим методом определения ОП в миокарде позволит экономить материальные и трудовые ресурсы при гигиеническом нормировании химических веществ обладающих способностью влиять на процессы естественного старения.
Наличие прямой корреляционной связи между ОП миокарда и ОП аорты у животных обоего пола и одинакового возраста (4, 8, 12, 24 и 28 месяцев) свидетельствует о взаимосвязи процессов увеличения количества соединительнотканных белков (по ОП) в миокарде и аорте у естественно стареющих животных. Это также может свидетельствовать и о некоторой «взаимозаменяемости» этих биохимических методов.
Анализ корреляционных связей морфологических показателей (табл. 1) показал что, у крыс обоего пола на всех сроках наблюдения величина эластических волокон аорты корреляционно связана с ОП аорты. До двадцати месяцев толщина мышечных волокон аорты корреляционно связана с ОП аорты. До восьми месяцев между величиной мышечных и эластических волокон имеется корреляционная зависимость. Высокая корреляционная связь между величиной эластических волокон аорты и ОП аорты на всех сроках наблюдения подтверждает её значимость для «естественно стареющих» животных. Так же как и у крыс-самцов у крыс-самок до 8-ми месяцев имело место сильной степени линейная связь между величинами мышечных и эластических волокон аорты, причём она сохранилась не только в 16 месяцев, но и в 20 месяцев.
Устойчивая корреляционная связь между ОП аорты и толщиной мышечных и эластических волокон аорты подчеркивает тесную взаимосвязь прироста соединительнотканных белков в стенке аорты с мышечными и, особенно, с эластическими волокнами.
Таблица
Динамика изменений коэффициентов корреляции показателей сердечно-сосудистой системы у крыс (п = 30)
Показатель Пол Возраст, месяцы
4 8 12 16 20 24 28
«ЧСС/Г6ФД» миокарда самцы 0,63** 0,58** 0 7** 0,59** 0,2 0,15 0,24
самки 0,51** 0,47* 0,65** 0,54** 0,09 0,22 0,09
«ЧСС/ФДФ» миокарда самцы 0,51** 0,54** 0,52** 0,1 0,19 0,24 0,04
самки 0,65** 0,54* 0,47** 0,04 0,06 0,12 0,02
«ЧСС/комплекс QRST на ЭКГ» самцы 0,69** 0,61** 0,56** 0,12 0,31 0,21 0,16
самки 0,52** 0,59** 0,64** 0,3 0,21 0,11 0,08
«Комплекс QRST на ЭКГ/Г6ФД» миокарда самцы 0 у** 0,56** 0,13 0,25 0,05 0,21 0,1
самки 0,56** 0,73** 0,33 0,2 0,1 0,25 0,22
«ОП/ГА» миокарда самцы 0,43* 0,5** 0,6** 0,66** 0,54** 0,57** 0,6**
самки 0,54** 0,48** 0,54** 0,48** 0,69** 0,62** 0,53**
«ОП миокарда/ОП аорты» самцы 0,39* 0,36* 0,68** 0,2 0,1 0,47** 0,5**
самки 0,47** 0,41* 0,49** 0,1 0,21 0,72** 0,39*
«ОП миокарда/соотношение СТ/КМ» самцы 0,49** 0,51** 0,44* 0,52** 0,45* 0,61** 0,48**
самки 0,51** 0,5** 0,55** 0,52** 0,57** 0,49** 0,57**
«ГА миокарда/соотношение СТ/КМ» самцы 0,42* 0,54** 0,5** 0,39* 0,52** 0,5** 0,47**
самки 0,47** 0,66** 0,54** 0,58** 0,62** 0,55** 0,6**
«ОП аорты/мышечные волокна аорты» самцы 0,5** 0,53** 0,57** 0,47** 0,52** 0,14 0,09
самки 0,59** 0,6** 0,49** 0,46** 0,61** 0,12 0,1
«ОП аорты/эластические волокна аорты» самцы 0,67** 0,57** 0,53** 0,54** 0,55** 0,56** 0 7**
самки 0,69** 0,59** 0,65* 0,6** 0,48** 0,49** 0,52**
«Мышечные волокна/эластические волокна» самцы 0,62** 0,55** 0,23 0 7** 0,3 0,29 0,3
самки 0,78** 0,66** 0,22 0,4* 0,69* 0,23 0,34
Примечание: * — p < 0,05; ** — p < 0,01
Выявленная корреляционная связь между морфологическими (величина эластических и мышечных волокон аорты) и биохимическими (ОП аорты) показателями, характеризующими аорту у животных обоего пола, подтверждает значимость механизмов, поддерживающих их равновесие и постоянство при естественном старении животных. Получены свидетельства о возможной «взаимозаменяемости» применённых морфометрических (в первую очередь величины эластических волокон аорты) и биохимических (ОП аорты) методов, характеризующих аорту экспериментальных животных.
Ранее [4] на крысах-самцах популяции Ви-стар показана высокая прогностическая значимость показателей, характеризующих скорость геронтогенеза сердечно-сосудистой системы, для ОП аорты и соотношения СТ/КМ левого желудочка сердца, что подтвердилось и в наших исследованиях. Вместе с тем, нами установлено, что морфологический показатель соотношение СТ/КМ левого желудочка сердца у животных обоего пола вполне можно заменить менее трудоемким методом определения ОП миокарда тем более, что нами была установлена его высокая информативность и значимость [3].
Таким образом, изменения характера корреляционных связей между биологически связанными показателями («ЧСС/Г6ФД», «ЧСС/ФДФ») могут использоваться как биомаркеры старения для крыс. Устойчивые корреляционные связи «ОП/ГА» миокарда, «ОП миокарда/соотношение СТ/КМ», «ГА миокарда/соотношение СТ/КМ» и «ОП аорты/эластические волокна аорты» у животных обоего пола во всех возрастных периодах подчеркивают значимость и информативность при гигиеническом нормировании химических веществ влияющих на естественные процессы геронтогенеза следующих показателей: ОП миокарда, ГА миокарда, ОП аорты, соотношение СТ/КМ левого желудочка сердца и толщина эластических волокон аорты.
Заключение. Старение — необратимый процесс, поэтому устойчивые критерии геронтоге-неза могут служить основой системы прогнозирования безопасных уровней воздействия химических соединений. Наибольшую прогностическую значимость в комплексе показателей, характеризующих геронтогенез сердечно-сосудистой системы, имеют показатели состава соединительной ткани миокарда (ОП и ГА миокарда), аорты (ОП аорты и толщина эластических
волокон) и морфометрии миокарда (соотношение СТ/КМ). Это позволяет использовать их в качестве надежных критериев гигиенического нормирования химических веществ в объектах окружающей среды. Вместе с тем, на основании наших исследований можно рекомендовать заменить морфометрический метод определения соотношения СТ/КМ на биохимическое определение ОП миокарда, а морфометрическое определение толщины эластических волокон аорты на биохимическое определение ОП аорты. Эти замены основываются на высокой положительной корреляционной связи между ОП миокарда и соотношением СТ/КМ, толщиной эластических волокон аорты и ОП аорты, что и позволяет предложить такую замену.
Учитывая полученные результаты, считаем целесообразным длительность восстановительного периода уменьшить с 9—12 месяцев, как того требуют действующие методические рекомендации [7], до одного месяца, то есть до периода восстановления, рекомендованного «Методическими указаниями к постановке исследований для обоснования санитарных стандартов вредных веществ в воздухе рабочей зоны».
Полученные результаты создают основу ускоренного нормирования химических веществ, обладающих геронтогенным действием на сердечно-сосудистую систему.
Список литературы
1. Автандилов Г.Г. Введение в количественную патологическую морфологию. — М.: Медицина, 1980. — 240 с.
2. Власов В.Н. Изучение изолированного и со-четанного действия ксилола и общей вибрации на сердечно-сосудистую систему (экспериментальное исследование): Автореф. дис. ... канд. — М, 1989. - 24 с.
3. Власов В.Н. Показатели старения сердца и сосудов как критерии опасности химических веществ // Токсиколог. вестник, 2005. — № 5. — С. 27-31.
4. Гродецкая Н.С. Анализ значимости признаков старения сердца и сосудов при гигиеническом
нормировании промышленных соединений (экспериментальное исследование опасности развития отдаленных эффектов на сердечно-сосудистую систему): Автореф. дис.... д-ра. — М, 1989. — 49с.
5. Кулганек В., Клашка В. Упрощенное определение альдолазной активности в сыворотке крови // Вопросы медицинской химии, 1961. — Т. 7. — № 4. — С. 434-436.
6. Методы биохимических исследований (ли-пидный и энергетический обмен): Учебное пособие / Под ред. М.И. Прохоровой. — Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1982. — 272 с.
7. Методические рекомендации по оценке отдаленных последствий влияния химических соединений на сердечно-сосудистую систему в эксперименте с целью гигиенического нормирования // Проблемы промышленной токсикологии. — М.: СЭВ, 1982. — С. 52-58.
8. Саноцкий И.В., Фоменко В.Н. Отдаленные последствия влияния химических соединений на организм. — М.: Медицина, 1979. — 232 с.
9. Саноцкий И.В., Гродецкая Н.С. Ускоренное старение организма — интегральный итог химического стресса // Токсиколог. вестник, 1997. — № 6. — С. 8-12.
10. Слуцкий Л.И. Биохимия нормальной и патологически измененной соединительной ткани. — М.: Медицина, 1968. — 375 с.
11. Ускоренная оценка действия химических соединений на сердечно-сосудистую систему в эксперименте с целью гигиенического нормирования: Методические указания / МЗ СССР; Сост.: И.В. Саноцкий, Н.С.Гродецкая, И.М. Трахтенберг и др. — М., 1988. — 16 с.
12. Gatt R., Berman E. A rapid procedure for the estimation of amino sugars on a micro scale // Analyt. Biochem, 1966. — V. 15. — № 1. — P. 167-171.
13. Stegemann H. Mikrobestimmung von Hydroxy-prolin mit Chloramin-T undp-Dimethylaminobenzal-dehyd// Hoppe. — Seylers Z. Physiol. Chem., 1958. — Bd. 311. — S. 41—45.
Переработанный экземпляр статьи поступил в редакцию 23.06.09.
V.N. Vlasov
CORRELATION LINKS BETWEEN INDICATORS OF THE CARDIO-VASCULAR SYSTEM
AS CRITERIA OF CHEMICAL HAZARD
Tolyatti State University
Correlation links between physiological, biochemical and morphometric indicators of the cardio-vascular system in laboratory animals (rats) of different age were investigated. The relationship between these indicators in animals of different age was found out. The outcome of the investigation creates a basis for an accelerated regulation of chemicals producing a gerontogenic effect on the cardio-vascular system.
