Особенности изменений вариабельности сердечного ритма при блокаде и стимуляции холинергических структур у крыс Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 612.172.2

ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЙ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА ПРИ БЛОКАДЕ И СТИМУЛЯЦИИ ХОЛИНЕРГИЧЕСКИХ СТРУКТУР У КРЫС

© 2014 Е.В. Курьянова, Ю.Д. Жукова, Н.А. Горст

Астраханский государственный университет

Поступила в редакцию 11.12.2014

Введение скополамина в дозе 2 мг/кг массы тела вызывает снижение мощности ОТ и LF-волн вариабельности сердечного ритма и рост частоты сердцебиений у самок крыс. В стрессовых условиях на фоне М-холиноблокады и у самцов, и у самок сначала нарастает мощность LF-волн, а к завершению стресса значительно повышается мощность LF и VLF-колебаний. Потенцирование холинергических влияний с помощью галантамина (2 мг/кг м.т.) сопровождается усилением VLF-волн в покое у особей обоих полов. В состоянии стресса на фоне галантамина лавинообразно повышается мощность НР и LF-волн, позже - еще и VLF-волн, однако это характерно только для самцов крыс. Предполагается участие не только периферических, но и центральных холинергических структур в формировании волн вариабельности сердечного ритма.

Ключевые слова: вариабельность сердечного ритма, спектральный анализ, М-холинорецептор, скопо-ламин, холинергическая система, галантамин, стресс

Методы анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР) имеют широкое применение в клинике и экспериментальной биологии и медицине. Высокочастотные волны спектра ВСР трактуются как показатель активности парасимпатических влияний, а медленные волны рассматриваются как индикатор симпатических влияний. Однако до сих пор эти трактовки не получили однозначного экспериментального подтверждения [1, 7, 10]. Причина заключается в том, что большинство авторов связывают вариабельность кардиоинтервалов только с периферическими медиаторными процессами и не учитывают влияние уровней ЦНС на активность вегетативной нервной системы.

Цель работы: анализ эффектов блокады и стимуляции преимущественно центральных хо-линореактивных структур в формировании ВСР у крыс в условиях спокойного бодрствования и острого стресса.

Материал и методы исследования. Эксперименты проведены на самцах и самках нелинейных крыс 3,5-4 месячного возраста при соблюдении «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к приказу Министерства

Курьянова Евгения Владимировна, доктор биологических наук, профессор кафедры физиологии и морфологии человека и животных. E-mail: fyzevk@rambler. ru

Жукова Юлия Дмитриевна, магистрант Горст Нина Александровна, доктор биологических наук, профессор кафедры физиологии и морфологии человека и животных. E-mail: [email protected]

здравоохранения СССР от 12.08.1977 г. №755). Блокаду М-холинорецепторов (М-ХР) вызывали скополамином (СК) («Sigma», Германия) в дозе 2 мг/кг массы тела внутрибрюшинно с учетом данных [9]. Стимуляцию активности центральных холинергических структур моделировали введением блокатора ацетилхолинэстеразы -галантамина (ГЛ) («Sigma», Германия) в дозе 2 мг/кг массы тела внутрибрюшинно [8]. Все препараты вводили в утренние часы. Контрольные животные получали физиологический раствор из расчета 0,1 мл/100 г м.т. в том же режиме, что опытные - препараты. Животные каждой группы подвергалась острому стрессу (ОС) длительностью 1 час по ранее описанной методике [5], сочетающей иммобилизацию крыс в плексигласовом пенале с электрокожным раздражением хвоста по стохастической схеме.

ЭКГ регистрировали у бодрствующих животных на аппаратно-программном комплексе «Варикард» («Рамена», Россия) по методике [3, 4]. Данные обрабатывали в компьютерной программе «ИСКИМ 6» («Рамена», Россия) на отрезках ЭКГ из 350 интервалов R-R. Рассчитывали ЧСР, индекс напряжения на основе формулы Баевского [1] при ширине класса гистограммы 7,8 мс: ИН=(50/7,8)*(АМо/ (2*Мо*ДХ))*1000; абсолютную мощность волн в диапазонах: HF (0,9-3,5 Гц), LF (0,32-0,9 Гц), VLF (0,17-0,32 Гц), относительную мощность волн, индекс централизации IC (IC= (LF+VLF)/HF). ВСР анализировали до начала

введения, через 10 мин после введения СК и через 1 ч после введения ГЛ, а также на 15-й и 60-й минутах острого стресса. Математическую обработку результатов проводили в программе 81ай8йса 6.0. с применением 1-теста Стьюдента. Достоверными считали различия при р<0,05.

Результаты исследования и их обсуждение. Согласно полученным данным (табл. 1) введение физиологического раствора привело к росту напряженности и снижению централизации управления ритмом сердца (р<0,05) в связи с тенденцией к ослаблению мощности медленных волн, уменьшением их доли в спектре и повышением доли НР-колебаний (р<0,05). Введение СК не оказало существенного влияния на ЧСР и параметры ВСР самцов крыс. 1С после введения СК по сравнению с контролем остался высоким (р<0,01), как и доля медленных волн LF и "УЬР (р<0,05) в спектре ВСР. После введения ГЛ у самцов крыс обнаружилось усиление "ЬР-волн (р<0,05), соответственно, их абсолютная и относительная мощность оказалась выше, чем у контрольных животных (р<0,05). Введение физиологического раствора вызвало некоторое

снижение общей вариабельности СР самок, что проявилось в росте ИН (р<0,05), но волновая структура спектра ВСР и 1С существенно не изменились (табл. 1).

После введения СК у самок крыс резко повысились ЧСР (на 23%, р<0,001) и ИН (почти в 3 раза, р<0,001) (табл. 1). Рост напряженности ритма сердца был связан со снижением мощности НР- и ЬР-волн (в 3,9 и 3,3 раза соответственно, р<0,001). Соответственно, в спектре ВСР доминирующими стали "ЬР-волны (45,5%, р<0,1). Введение ГЛ, напротив, вызвало снижение ИН (р<0,05), что было обусловлено повышением вариабельности кардиоинтервалов в "УЬР-диапазоне (почти в 4 раза, р<0,01), в меньшей мере - в ЬР-диапазоне (р<0,1), в то время как НР-волны проявили тенденцию к снижению. В спектре ВСР более 50% стали составлять "УЬР-волны, вклад НР-колебаний стал заметно меньше, чем в исходном состоянии (р<0,001). 1С у самок, получивших ГЛ, увеличился в 3,8 раза (р<0,01) и стал самым высоким всех обследованных групп (р<0,05).

Таблица 1. Изменения вариабельности сердечного ритма самцов и самок нелинейных крыс после введения блокатора и стимулятора холинергических структур (М±т)

Показатели ВСР Самцы Самки

группы (П) до введения после введения группы (П) до введения после введения

ЧСР, уд/мин К (6) 302,5±3,7 301,5±7,5 К (6) 330,5±6,8 349,3±7,7

СК (6) 315,3±7,6 318,8±6,1 СК (6) 329,7±8,2 408± 11,9 ***, лл

ГЛ (6) 298,8±4,8 288,7±4,4 ГЛ (6) 331,0±8,2 320,8±9,3

ИН, отн.ед. К (6) 22,3±2,6 36,3±9,3 * К (6) 39,0±3,6 53,2±5,1 *

СК (6) 37,4±6,3 31,9±2,4 СК (6) 48,3±3,4 142±27,2 ***, АА

ГЛ (6) 23,2±3,3 32,1±5,2 ГЛ (6) 26,9±3,8 15,1±1,8 *, ааа

НР, мс2 К (6) 7,8±1,5 12,5±4,8 К (6) 4,2±1,0 2,9±0,8

СК (6) 6,1±1,0 6,3±1,8 СК (6) 4,3±0,6 1,1±0,1 ***, л

ГЛ (6) 7,2±1,0 6,9±1,2 ГЛ (6) 9,8±2,6 5,6±0,9 А

ЬР, мс2 К (6) 7,7±1,9 5,2±2,6 К (6) 3,3±0,6 3,1±0,6

СК (6) 6,9±1,0 5,6±0,9 СК (6) 2,7±0,3 0,8±0,2 ***, лл

ГЛ (6) 7,7±2,8 4,8±1,0 ГЛ (6) 6,4±1,4 11,1±2,1 аа

УЬР, 2 мс К (6) 5,4±1,1 2,5±0,9 К (6) 4,5±0,7 3,9±1,2

СК (6) 4,7±0,5 3,7±0,9 СК (6) 3,4±0,7 2,7±0,9

ГЛ (6) 3,2±0,5 6,3±1,2 *, А ГЛ (6) 5,3±0,5 20,2±3,5 **, ллл

1С, отн.ед. К (6) 1,8±0,4 0,7±0,2 * К (6) 2,5±0,5 3,3±0,9

СК (6) 2,6±0,5 2,9±0,5 лл СК (6) 2,5±0,6 3,8±0,9

ГЛ (6) 1,4±0,2 1,4±0,2 л ГЛ (6) 1,8±0,2 7,0±1,3 **, л

Примечание: К - контроль (введение физиологического раствора), СК - скополамин, ГЛ - галантамин; *, **, *** - р<0,05, р<0,01, р<0,001 - по сравнению с состоянием до введения препарата; л, лл, ллл - р<0,05, р<0,01, р<0,001 - по сравнению контролем

Таким образом, блокада М-ХР скопола-мином в основном изменила ВСР у самок крыс, снизив мощность НР и ЬР-волн и вызвав резкий рост напряженности ритма сердца. Стимуляция холинореактивных структур путем блокады аце-тилхолинэстеразы галантамином привела к

росту абсолютной и относительной мощности "УЬР, и тоже, преимущественно у самок.

В ситуации острого стресса у самцов крыс прирост ЧСР составил 30-38% от исходной (р<0,001) (табл. 2). Рост напряженности СР оказался значимым к 60-й мин стресса, обусловлен

снижением НБ-волн и слабыми флуктуациями мощности медленных волн. 1С имел тенденцию к росту. У самцов, получивших СК, рост ЧСР при ОС достигал 17-25% от исходной (р<0,001), но ЧСР не превышала 400 уд/мин (табл. 2). ИН повышался только в начале стресса (р<0,05). Мощность волн нарастала: в начале стресса - в ИБ- и LF-диапазонах, к завершению стресса - во всех диапазонах, особенно в LF (в 4,7 раза, р<0,05) и ""ЬБ (в 3,3 раза, р<0,01). У самцов,

В ходе острого стресса у самок контрольной группы рост ЧСР составил 6-17% от исходной (р<0,01, р<0,05). Прослеживался тренд к увеличению ИН, особенно в начале стресса. Мощность волн ВСР оставалась низкой, только к 60-й мин произошло усиление LF-колебаний (р<0,05). Самки крыс, получавшие СК, имели высокие значения ЧСР и ИН к моменту начала ОС (табл. 2). Дальнейшего увеличения этих показателей при стрессировании не наблюдалось. На 60-й мин они даже снизились: ЧСР на 10% (р<0,05), ИН почти вдвое (р<0,01). Причина такой динамики интегрального показателя - ИН -в быстром нарастании мощности медленных колебаний: в LF-диапазоне в 1,5-5,7 раза (р<0,05 -р<0,001), в ""ЬБ-диапазоне к 60-й мин в 3 раза (р<0,05). При этом снижению ИН соответствовало двукратное повышение 1С (р<0,001). У самок, получавших ГЛ, стресс-индуцированный рост ЧСР и ИН был отмечен лишь на 15-й мин

получавших ГЛ, стрессорная тахикардия достигала 20-27% от исходной ЧСР (р<0,001). Отсутствие изменений ИН было связано с усилением вариабельности СР: на 15-й мин стресса - в диапазонах НБ (в 3,9 раза, р<0,001) и LF (в 7,5 раз, р<0,01), на 60-й мин стресса - во всех диапазонах, особенно ""ЬБ (в 2,7 раза, р<0,01) и LF (в 3,5 раза, р<0,01). Соответственно, 1С значительно повысился (р<0,05).

(на 11%, р<0,01 и в 2,9 раза, р<0,05 соответственно). НБ-волны проявили небольшой тренд к снижению, но основной вклад в усиление ригидности ритма сердца внесло быстрое ослабление УЬБ-волн (в 2,2-3,3 раза, р<0,01), которые были у самок группы ГЛ самыми мощными. Нужно отметить, что наиболее резкое падение вариабельности ритма произошло к 15 мин стресса, но уже к 60-й мин вариабельность частично восстановилась в виде усилившихся LF-колебаний и в некоторой мере ""ЬБ-волн.

Отметим, что скополамин, как и атропин, является блокатором мускариновых холино-рецепторов (М-ХР) и оказывает эффекты на периферии и в ЦНС [2, 6], поэтому некоторые авторы причисляют его к центральным мускари-новым антагонистам [9]. Изменения ВСР у самок крыс после введения СК согласуется с представлениями о парасимпатической природе НБ-волн и частично парасимпатической природе LF-

Таблица 2. Изменения вариабельности сердечного ритма самцов и самок крыс с блокадой и стимуляцией холинергических структур в динамикеострого стресса(М±т)

По- гРУп- Самцы Самки

каз. ВСР пы до ОС 15 мин 60 мин до ОС 15 мин 60 мин

К (6) 302±7,5 418±16,5 *** 394±21,8 *** 349±7,7 410±16,0*** 370±14,2*

ЧСР, уд/мин СК (6) 305±6,5 384±16,9 *** ЛЛ 358±20,0 ***,л 391±9,1 386±18,6 350±15,1*

ГЛ (6) 287±3,4 365±10,7 *** ЛЛЛ 345±12,9 *** ЛЛЛ 321±9,3 358±6,2 **,лл 349±4,9

ИН, отн.ед. К (6) 36,3±9,3 42,8±6,9 54,7±13,6 * 53,2±5,1 79,7±22,0 69,8±20,9

СК (6) 29,8±2,7 50,8±14,3 ** 34,2±10,0 лл 63,5±9,4 68,7±12,2 30,5±3,2**

ГЛ (6) 23,1±4,4 17,7±3,4 ллл 22,5±5,7 ллл 15,1±1,8 43,9±10,1 * 27,5±6,4

^ мс К (6) 12,5±4,8 5,2±1,1 5,1±1,2 2,9±0,8 3,0±0,6 3,0±0,5

СК (6) 3,9±0,6 10,3±4,0 7,7±1,5 * 2,5±0,5 2,1±0,4 3,3±0,7

ГЛ (6) 4,6±0,3 18 1±3 4*** лл 7,6±0,9* 5,9±0,6 3,9±0,7 4,6±0,9

мс К (6) 5,2±2,6 5,8±2,5 4,8±1,9 3,1±0,6 4,6±1,4 7,7±1,7 *

СК (6) 2,9±0,5 6,2±1,3* 14,0±4,3* 1,9±0,3 3,0±0,9* 10,9±3,4***

ГЛ (6) 2,8±0,3 21,0±4,9**,лл 9,7±1,6**, л 8,3±1,2 8,5±3,1л 14,9±2,7л

УЬБ, мс2 К (6) 2,5±0,9 3,3±1,5 3,1±0,6 3,9±1,2 3,2±1,4 4,3±2,0

СК (6) 3,6±0,7 3,3±1,2 11,9±2,0**,лл 2,5±0,4 2,7±1,0 7,5±1,3*

ГЛ (6) 7,1±0,9 11,7±2,3л 19 1±3 4** ллл 18,1±1,7 4,9±1,2** 8,1±2,4*

1С, К (6) 0,7±0,2 1,9±0,9 1,8±0,6 3,3±0,9 2,3±0,4 3,5±1,3

отн.ед. СК (6) 2,2±0,4 1,8±0,2 3,8±0,8 3,4±0,6 3,7±0,5 7,6±0,9 **

ГЛ (6) 2,2±0,3 2,2±0,3 3,4±0,4 * 5,2±0,5 3,6±0,7 5,6±0,9

Примечание: К - контроль (введение физиологического раствора), СК -скополамин, ГЛ - галантамин; *, **, *** _ р<0,05, р<0,01, р<0,001 - по сравнению с состоянием до введения препарата; л, лл, ллл - р<0,05, р<0,01, р<0,001 - по сравнению контролем

волн [10, 12]. Эффекты блокады АХЭ могут быть Н- и М-холиномиметическими, в том числе в виде урежения ЧСР [2, 6]. Однако в нашем опыте значительного изменения ЧСР не обнаружено, но вариабельность кардиоинтервалов у самцов и, особенно, самок выросла в "ЬР-диа-пазоне. Такой эффект может быть результатом стимулирующего действия стволовых холинер-гических центров на выше лежащие структуры ЦНС, либо изменения дофаминовой медиации мозга посредством усиления Н-холинергической передачи в присутствии галантамина [2]. Интересно, что изменения ВСР при блокаде и стимуляции холинергической передачи в большей мере проявились у самок крыс. Эти обусловлено влиянием половых гормонов на медиаторные процессы и вегетативную нервную систему [11].

В ситуации острого стресса у животных обеих экспериментальных групп тахикардия оказалась слабее, чем у контрольных крыс. Есть данные, что блокада М-ХР снижает активирующие влияния холинергических нейронов ретикулярной формации ствола мозга на гипоталами-ческие центры, отвечающие за развитие стресс-реакции [2]. Немалую роль играет и рост вариабельности кардиоинтервалов, которая умеренно повышается сначала в ЬР-диапазоне, а затем сильно проявляется также и в "ЬР-диапазоне. Рост вариабельности ритма при стрессе происходил также у самцов, получавших галантамин. Но он захватывал НР и ЬР-диапазоны и развивался уже в начале стресса, хотя в дальнейшем повышалась мощность "ЬР-волн. Сходство стресс-индуцированной динамики ВСР у крыс, получавших блокатор М-ХР и блокатор АХЭ дает основание предполагать, что в основе может лежать общий механизм в виде потенцирования Н-холинореактивности структур нервной системы. По еще неопубликованным данным, комбинация М-холиноблокады и Н-холинобло-кады (введением высоких доз гексаметона) резко снижает вариабельность и нивелирует рост мощности волн ВСР при стрессе. Следовательно, в формировании волн спектра ВСР могут участвовать не только периферические, но и центральные холинергические структуры.

Выводы:

1. Введение веществ, воздействующих на центральные и периферические холинергические системы, оказывает большее влияние на ВСР особей женского, нежели мужского пола, причем блокада М-холинорецепторов приводит к снижению мощности НР и ЬР-волн, а блокада ацетилхолинэстеразы приводит к усилению УЬР-волн.

2. На фоне блокады М-холинорецепторов и блокады АХЭ стрессорная реакция протекает

при ЧСР менее 400 уд/мин и росте вариабельности кардиоинтервалов. В условиях введения скополамина у крыс обоих полов в начале стресса усиливаются LF-волны, а к завершению значительно нарастает мощность как LF, так и VLF-волн ВСР. При введении галантамина только у самцов крыс в начале стресса резко нарастает мощность HF и LF-волн, к 60-й минуте в наибольшей мере усиливаются VLF-волны.

3. Результаты работы свидетельствуют о том, что центральные и периферические холинер-гические регуляторные системы принимают участие в формировании не только высокочастотных, но и медленных LF- и VLF-волн ВСР.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 14-04-00912)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Баевский, Р.М. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем: методические рекомендации / Р.М. Баевский, Г.Г. Иванов, Л.В. Чирейкин и др. // Вестник аритмологии. 2001. №24. С. 1-23.

2. Белова, Е.И. Основы нейрофармакологии. - М.,

2006. 176 с.

3. Курьянова, Е.В. К вопросу о применении спектральных и статистических параметров вариабельности сердечного ритма для оценки нейровегета-тивного состояния организма в эксперименте // Бюлл. СО РАМН. 2009. Т. 140, №6. С. 30-37.

4. Курьянова, Е.В. Особенности типов регуляции сердечного ритма нелинейных крыс при длительном приеме а-токоферола // Известия Самарского научного центра РАН. 2011. Т.13, №1(7). С. 1729-1733.

5. Курьянова, Е.В. Основные типы стресс-индуцированных изменений вариабельности сердечного ритма и интенсивности свободноради-кальных процессов у нелинейных крыс в условиях острого напряжения // Бюллетень СО РАМН. 2011. Т. 31, №5. С. 47-55.

6. Машковский, М.Д. Лекарственные средства. - М.,

2007. 1206 с.

7. Сергеева, О.В. Влияние адреноблокаторов на медленные (LF) волны ритма сердца у кроликов / О.В. Сергеева, И.А. Акимова, И.С. Антонов и др. // Бюллетень эксп. биол. и медицины. 2014. Т. 157, №3. С. 268-271.

8. Чалковская, Л.Н. Роль М- и Н-холинергических систем в восстановлении двигательных функций после удаления моторной зоны коры мозга у кошек / Л.Н. Чалковская, Н.А. Лосев // Журнал высш. нервн. деятельности им. И.П. Павлова. 1984. Т. 34, №6. С. 1066-1071.

9. Юдин, МА. Исследование переносимости блокато-ров центральных мускариновых рецепторов / МА. Юдин, В.Н. Быков, А.С. Никифоров и др. // Эксп. и клннич. фармакология. 2013. Т. 76, №11. С.19-22.

10. Billman, G.E. The LF/HF ratio does not accurately measure cardiac sympatho-vagal balance // Front Physiol. 2013. V. 4. P. 26.

11. Dart, A.M. Gender, sex hormones and autonomic nervous control of the cardiovascular system / A.M. Dart, X.-J. Du, B.A. Kingwell // Cardiovasc. Res. 2002. V.53, No. 3. P. 678-687.

12. Elghozi, J.L. Sympathetic control of short-term heart rate variability and its pharmacological modulation / J.L. Elghozi, C. Julien // Fundam. Clin. Pharmacol. 2007. V. 21. P. 337-347.

FEATURES OF CHANGES THE HEART RATE VARIABILITY AT BLOCKADE AND STIMULATION OF CHOLINERGIC STRUCTURES AT RATS

© 2014 E.V. Kuryanova, Yu.D. Zhukova, N.A. Gorst

Astrakhan State University

The scopolamine introduction in a doze of weight of 2 mg / kg of b.w.) causes decrease in capacity HF and LF-waves of heart rate variability and growth of heart rate frequency (HRF) at female rats. In stress on background of M-cholinoblockade capacity of LF-waves all over again accrues at male and female, and to end of stress capacity LF and VLF-fluctuations considerably raises. Galanthamine (2 mg / kg of b.w.) promotes strengthening of VLF-waves at male and female rats in rest. In stress on a background galantamine the capacity of HF- and LF-waves, later - also VLF-waves avalanche raises, however it is typical only for male rats. We assume the participation not only peripheral, but also central cholinergic structures in formation of heart rate variability-waves.

Key words: heart rate variability, spectral analysis, M-cholinoreceptor, scopolamine, cholinergic system, galanthamine, stress

Evgeniya Kuryanova, Doctor of Biology, Professor at the

Department of Human and Animals Physiology and

Morphology. E-mail: [email protected]

Yuliya Zhukova, Undergraduate Student

Nina Gorst, Doctor of Biology, Professor at the Department

of Human and Animals Physiology and Morphology. E-mail:

nagorst@mail. ru