CC BY
28
УДК:576 . 32; 611. 83
Г. К. Сухова, А. Д. Ноздрачев
неонатальная интермиттирующая гипоксия и динамика возрастных изменений контроля СEPДEЧH0-C0СУДИСTOЙ функции
Институт физиологии им . И . П . Павлова РАН
Синдром обструктивного апноэ сна является важной медико-биологической проблемой, актуальность которой определяется высокой степенью корреляции указанного вида дыхательных расстройств с гипертонией и сердечной недостаточностью [1, 11]. Связанные с периодическим апноэ хроническая прерывистая, или интермиттирующая, гипоксия и повышенное образование свободных кислородных радикалов являются факторами, вызывающими нарушения регуляции автономного статуса организма [2].
Обструктивное апноэ, гиповентиляционный синдром или апноэ недоношенных особенно часто встречаются в раннем онтогенезе, когда восприимчивость к внешним воздействиям, в том числе и интермиттирующей гипоксии, повышена. Это может вызывать долгосрочные последствия в контроле гемодинамических механизмов взрослых . Однако вопросы постнатального программирования нарушений регуляции сердечнососудистой функции остаются малоизученными. В связи с этим, задачей настоящего исследования было выявление долгосрочных влияний неонатальной интермиттирую-щей гипоксии на реакции сердечного ритма и чувствительность барорефлекса у крыс в возрастные периоды 3-4 и 18-20 месяцев и сравнение этих эффектов . Таким образом, в настоящей работе изучалась роль неонатальной интермиттирующей гипоксии в возрастной динамике изменений функции барорефлекторного контроля частоты сердечных сокращений (ЧСС) .
Методика исследования. Новорожденных крыс Sprague-Dawley в первые 30 дней постнаталь-ной жизни подвергали действию интермиттирующей гипоксии в камерах (Oxycycler, модель A44XO; Bюspheriх, Redfield, NY) . Контрольные крысы находились постоянно в условиях нормоксии . Профиль интермиттирующей гипоксии (О2 8 % и 21 % по 90 с, 12 ч/день, с 7:00 до 19:00) имитировал режим оксигенации/деоксигенации, аналогично наблюдающемуся во время обструктивных апноэ сна [4, 5] и обеспечивался компьютеризированной системой .
Исследования проводили у крыс двух возрастных групп — 3-4 и 18-20 месяцев, в каждую из групп входили крысы, подвергавшиеся неонатальной интермиттирующей гипоксии, и контрольные (8 крыс/группу) Барорефлекторную чувствительность исследовали у анестезированных крыс (нембутал, 50 мг/кг) . Фенилэфрин или нитропруссид натрия в 0,9 % NaCl (1,5 мкг/мин/100г) 1-2 мин вводили в бедренную вену до достижения плато ЧСС . Артериальное давление (АД) измеряли в бедренной артерии с помощью преобразователя давления и усилителя (P23db; Statham Laboratories, Hato Rey, Puerto Rico, или Buxco Electronics, Troy, NY) . Частоту сердечных сокращений определяли тахографом (7Р4Н, Grass Instrument, Quincy, MA) после ее генерирования из сигнала пульсового давления . Аналоговые сигналы оцифровывали (Buxco Electronics, Troy, NY) Анализ барорефлекторной функции включал оценку изменений ЧСС, среднего АД, чувствительности барорефлекса . Зависимость изменения ЧСС от величин
© Г. К. Сухова, А. Д . Ноздрачев, 2008
изменения АД, вызванную введением фенилэфрина и нитронруссида натрия, аппроксимировали сигмоидальной кривой, к среднему прямолинейному участку которой применяли регрессионный анализ [б] Наклон прямой характеризовал чувствительность барореценторной функции на введение вазоактивных веществ . Измеряли суммарный диапазон изменений Чсс нри введении фенилэфрина и нитронруссида натрия . сравнения между группами проводили с помощью ANOVA или t-теста Огьюдента . статистическая достоверность достигалась нри p < 0,05 .
результаты исследования и их обсуждение. Артериальное давление у анестезированных 3-4 месячных крыс (контрольных и крыс носле неонатальной хронической интермиттирующей гипоксии) было 118±3 и 122±4 мм рт. ст. (p > 0,05) и, соответственно, у старых крыс 129 ±4 и 133 ±5 мм рт. ст. (p > 0,05) . У молодых крыс, подвергавшихся интермиттирующей гипоксии в неонатальном периоде, барорефлекторная чувствительность снижалась на 55,б % (p < 0,01) с -0,72±0,03 до -0,32 ±0,04 уд/мин/мм рт. ст. (рис . 1, линии 1 и 2) . У старых крыс барорефлекторная чувствительность составляла соответственно -0,38±0,04 (контрольные крысы) и -0,2б±0,08 уд/мин/рт. ст. (крысы носле гипоксии, рис . 1, линии 3 и 4; p > 0,1) . Эффекты введения вазоактивных веществ показаны в таблице . суммарный диапазон отрицательного и положительного хронотропных эффектов у молодых контрольных крыс составил 8б ± 4 уд/мин, что в 1,9 раза превышало величину у старых контрольных крыс (45±5 уд/мин) . Диапазон изменений сердечного ритма у молодых крыс, подвергавшихся интермиттирующей гипоксии, был меньше (см . табл . 1) на б0,0 % (35±4 уд/мин), а у старых крыс на 41,4 % (17± 3 уд/мин) . Диапазон изменений Чсс у молодых крыс, подвергавшихся неонатальной интермиттирующей гипоксии, был сходен с таковым у старых крыс (табл . 1) .
Полученные в настоящем исследовании, а также описанные ранее результаты [14, 15], поддерживают гипотезу о роли интермиттирующей гипоксии в перинатальном программировании сердечно-сосудистой дисфункции . В условиях нашей экспериментальной модели у молодых крыс после неонатальной интермиттирующей гипоксии барорефлекторная чувствительность и вариабельность сердечного ритма, рассмотренная как суммарный диапазон эффектов Чсс, были сопоставимы с аналогичными показателями старых крыс. Нарушения контроля сердечно-сосудистой функции, вызванные интермиттирующей гипоксией в неонатальном периоде, могли носить перманентный характер и по объему соответствовать изменениям, наступившим в результате естественных возрастных изменений Показана ведущая роль свободных кислородных радикалов в механизмах данных нарушений, вызванных интермиттирующей гипоксией, действие которых проявляется на геномном, клеточном и системном уровнях чувствительностью барорефлекса, или наклонами прямых, ном, клеточном и системном уровнях . у молодых крыс (контрольных и носле ИГ) является дос-
согласно оксидантной теории стресса товерным (p < 0,01) .
А сред . АД, мм . рт. ст.
Рис. 1. Линии регрессии барорефлекторных ответов на введение фенилэфрина и нитропруссида Ка у молодых (3-4 мес . ) и старых (18-20 мес . ) крыс, подвергавшихся интермиттирующей гипоксии в неонатальном периоде
1 — молодые и 3 — старые контрольные крысы;
2 — молодые и 4 — старые крысы после неонатальной интермиттирующей гипоксии (ИГ) . Различие между
изменение артериального давления и диапазон изменения частоты сердечных сокращений при введении фенилэфрина и нитропруссида натрия
Экспериментальные группы Изменения
Среднее давление, мм рт. ст. ЧСС, уд/мин
ФЭ нп ФЭ нп
3-4 мес . (контроль) 47±2* -25±4 -56±4** 30±4
3-4 мес . (ИГ) 26±5 -36±7 -17±3 18±4
18-20 мес . (контроль) 36±5 -28±4 -27±5Т 18±3
18-20 мес . (ИГ) 20±2 -35±2 -6±1 11±3
Примечание. ИГ — интермиттирующая гипоксия, 30 дней; ФЭ — фенилэфрин; НП — нитропрус-сид натрия; ЧСС — частота сердечных сокращений . * p < 0,05 при сравнении эффектов ФЭ на давление у 3-4 мес . крыс контрольной группы с другими группами; ** p < 0,01 при сравнении эффектов НП у 3-4 мес . крыс контрольной группы и после ИГ; т p < 0,01 при сравнении эффектов у старых крыс, контрольных и после ИГ
и старения, показанные изменения могут определяться ускоренными процессами старения механизмов сердечно-сосудистого контроля [7].
Неонатальная интермиттирующая гипоксия не вызывала повышения АД у крыс в возрасте 3-4 или 18-20 месяцев относительно контроля, следовательно, снижение барорефлекторной чувствительности не повлияло на установочные механизмы для среднего давления в покое . Различные звенья барорефлекторного механизма могли быть затронуты интермиттирующей гипоксией . Барорефлекторная дуга включает барорецепторные афференты, центральное звено (барорецепторные терминали в ядре одиночного пучка, баросенситивные нейроны в ядре одиночного пучка, моторные нейроны вагуса), вагусные эфферентные аксоны и сердечные ганглии . Какой из компонентов определяет
дефицит барорефлекторного контроля в условиях неонатальной интермиттирующей гипоксии, не является достаточно изученным . Также остается неясным то, чем определяется предельное изменение функции (барорефлекторной чувствительности) в условиях неонатальной интер-миттирующей гипоксии и каковы компенсаторные механизмы, сохраняющие АД в пределах возрастных норм в условиях измененных механизмов срочного контроля (барорефлекторная чувствительность) . Хроническая ин-термиттирующая гипоксия может вносить изменения в функцию каждого из компонентов барорефлекторного ответа и определять его интегративный показатель
100
80 -
И 60 -
сі
^ 40 -
<
20 -
0
Рис. 2. Диапазон изменений сердечного ритма молодых (3-4 мес . ) и старых (18-20 мес . ) крыс, подвергавшихся интермиттирующей гипоксии в неонатальном периоде Показан суммарный диапазон хронотропных эффектов после введения фенилэфрина и нитропруссида N (1,5 мкг/мин/100 г) у молодых крыс (пустые столбики) и старых крыс (черные столбики); К — контрольные животные, ИГ — крысы после неонатальной гипоксии, (среднее ±ш). * р < 0,001 — различия у молодых контрольных крыс с другими группами; ** р < 0,05 — различие между старыми крысами .
К ИГ К ИГ
Было показано, что у взрослых крыс, подвергавшихся интермиттирующей гипоксии, при электрической стимуляции эфферентных волокон вагуса эффект сохранялся, однако был ниже, чем при стимуляции афферентного аортального нерва [9]. Это предполагает, что нарушения в центральном звене автономной нервной системы вносят существенный вклад в барорефлекторный дефицит. Так, показано, что интермиттирующая гипоксия и оксидантный стресс могут вызывать связанный с дисфункцией Н-метил-Д-аспартат (НМДА) рецепторов апоптоз в нейронах головного мозга новорожденных животных, в том числе в центрах, контролирующих сердечно-сосудистую функцию [10, 12, 16] . У взрослых крыс инъекции L-глютамата в левый nucleus ambiguus после 30 дней действия интермиттирующей гипоксии сопровождались сниженными реакциями ЧСС, что связывалось с потерей нейронов и НМДА рецепторов в этих нейронах [3, 8]. Неонатальные крысы, подвергавшиеся действию интермиттирующей гипоксии в течение 30 дней, имели редуцированное число эфферентных проекций блуждающего нерва к сердцу вместе с уменьшенным числом варикозных окончаний на ганглионарных клетках правого предсердия [14]. Это могло модулирующе влиять на барорефлекторный контроль ЧСС, внося ограничения в проявление отрицательных хронотропных эффектов, и в то же время могло иметь последствия для симпатического контроля сердечно-сосудистой функции . Повторное предъявление интермиттирующей гипоксии индуцировало у крыс повышенную активность симпатического почечного нерва в гипоксические эпизоды ин-термиттирующей гипоксии и в чередующиеся с ними периоды нормоксии [15], указывая на повышенный симпатический хеморефлекс подавленный барорефлекторный контроль симпатической активности, обнаруженный у этих крыс, проявлялся в неспособности регулировать симпато-возбуждающую активность, вызванную нитропруссидом натрия . такие изменения, прослеживающиеся в эффектах парасимпатического и симпатического контроля сердечной деятельности у крыс, подвергавшихся постнатальной интермиттирующей гипоксии, могут влиять на изменение симпато-вагусного баланса в сторону преобладания симпатической активности и определять снижение вариабельности сердечного ритма [2, 13]
Сходство показателей барорефлекторной чувствительности сердечного ритма у молодых крыс, подвергавшихся воздействию интермиттирующей гипоксии, и у старых крыс указывают на ускорение процессов старения механизмов сердечно-сосудистого контроля под влиянием свободных кислородных радикалов и на то, что такие изменения могут быть определены в перинатальный период . Наши данные вместе с данными других авторов показывают возможность долгосрочной модификации ваго-симпатических влияний под воздействием интермиттирующей гипоксии, что может лежать в основе изменений барорефлекторного контроля ЧСС и приводить к повышению риска сердечно-сосудистых дисфункций в молодом возрасте
summary
Soukhova G. K., Nozdrachev A. D. Neonatal intermittent hypoxia and age-related changes in control of cardiovascular function
We used an experimental model of obstructive sleep apnea, where intermittent hypoxia was applied during sleep in neonatal Sprague-Dawley rats, imitating the episodes of apnea. In 3-4 (young) and 18-20 (old) month old rats, sensitivity of baroreflex control of the heart rate and the maximal range of heart rate responses to phenylephrine and sodium nitroprusside administration was evaluated In young rats, exposed to intermittent hypoxia, baroreflex sensitivity was 55 % less than in control ones and did not significantly differ from that in the old rats . Also in the young and old rats exposed to intermittent hypoxia the maximal range of heart rate responses decreased by 60% and 41% respectively, as compared to the corresponding controls, while did not
significantly differ between the hypoxia groups . These findings support the role of neonatal intermittent hypoxia in facilitating the aging of baroreflex mechanisms of heart rate control .
Кеу words: intermittent hypoxia, baroreflex
литература
I. Бреслав И. С., Ноздрачев А. Д. Дыхание . Висцеральные и поведенческие аспекты . СПб . ,
2005 .
2 . Ноздрачев А. Д. Физиология вегетативной нервной системы . Л. , 1983 .
3 . Cheng Z., Zhang H., Soukhova G. K., Gozal D. Morphological changes of nucleus ambiguus (NA) projections to the cardiac ganglia in rats following postnatal intermittent hypoxia (IH) // 33rd Annual Meeting of the Society for the Neurosciences . New Orleans, LA . 2003 . N . 501. 7 .
4 . Fletcher E. C., Lesske J., Qian W., Miller C. C., and Unger T. Repetitive episodic hypoxia causes diurnal elevation of systemic blood pressure in rats // Hypertension. 1992 . ^l. 19. P. 555-561.
5 . Gozal D., Daniel J. M., Dohniach G. P. Behavioral and anatomical correlates of chronic episodic hypoxia during sleep in the rat // J. Neurosci . 2001. Vol . 21. P. 2442-2450.
6 . Kent B. B., Drane J. W., Bluminstein B., and Manning J. W. A mathematical model to assess changes in the baroreceptor reflex // Cardiology. 1972 . Vol . 57 . P. 295-310 .
7 . Kregel K. C., Zhang H. J. An integrated view of oxidative stress in aging: basic mechanisms, functional effects, and pathological considerations // Am J Physiol Regul Int Comp Physiol 2007 Vol 292 P. 18-36 .
8 . Li Y., Yan B., Soukhova G., GozalD., Cheng Z. Cellular loss in the nucleus ambiguous (NA) in F344 rats during aging and following chronic intermittent hypoxia (CIH) // SFN Meeting . Washington, DC . 2005 .
9 . Lin M., Chapleau M. W., Liu R., Gozal D., Cheng Z. Chronic intermittent hypoxia impairs barore-flex control of heart rate despite enhanced heart rate response to vagal stimulation in mice // SFN Meeting, Abstract: 31 2005
10 . Machaalani R., Waters K. A. Increased neuronal cell death after intermittent hypercapnic hypoxia in the developing piglet brainstem // Brain Res. 2003 . Vol. 985 . P127-134 .
II. Nieto F. J., Young T. B., Lind B. K., Shahar E., Samet J. M., Redline S., D 'Agostino R. B., Newman A. B., Lebowitz M. D., Pickering T. G. Association of sleep-disordered breathing, sleep apnea, and hypertension in a large community-based study. Sleep Heart Health Study // JAMA . 2000 . Vol. 283 . P. 1829-1836.
12 . Reeves S. R., Guo S. Z., Brittian K. R., Row B. W., Gozal D. Anatomical changes in selected cardiorespiratory brainstem nuclei following early post-natal chronic intermittent hypoxia // Neurosci . Lett. 2006. Vol. 402. P. 233-237.
13 . Sica A. L., Greenberg H. E., Ruggiero D. A., and ScharfS. M. Chronic-intermittent hypoxia: a model of sympathetic activation in the rat // Respir. Physiol . 2000 . Vol . 121. P. 173-184 .
14 . Soukhova-O’Hare G. K., Roberts A. M., Gozal D. Impaired control of renal sympathetic nerve activity following neonatal intermittent hypoxia // Neurosci . Letters . 2006a. Vol. 399. P. 181-185 .
15 . Soukhova-O’Hare G. K., Cheng Z., Zhang H., Roberts A. M, Gozal D. Postnatal intermittent hypoxia alters baroreflex function in adult rats // Am . J. Physiol . 2006b . Vol . 290 . P. H1157-H1164 .
16 . Xu W., Chi L., Row B. W., Xu R., Ke Y., Xu B., Luo C., Kheirandish L., Gozal D., Liu R. Increased oxidative stress is associated with chronic intermittent hypoxia-mediated brain cortical neuronal cell apoptosis in a mouse model of sleep apnea // Neuroscience. 2004. Vol. 126. P. 313-323 .
