Подтверждение валидности разработанной трансляционной модели хронической сердечной
недостаточности у крыс
Цорин И. Б., Барчуков В. В., Ионова Е. О., Столярук В. Н., Вититнова М. Б., Крыжановский С. А.
ГФГБНУ «НИИ фармакологии имени В.В. Закусова», Россия, Москва
Аннотация. В опытах на разработанной нами трансляционной модели хронической постинфарктной сердечной недостаточности методом эхокардиографии показано, что у животных через 90 сут после воспроизведения инфаркта миокарда, по сравнению с ложнооперированными, значимо увеличиваются конечно-систолический и конечно-диастолический размеры левого желудочка сердца (соответственно, с 2,49 ± 0,09 мм на 2-е сут после операции до 3,91 ± 0,17 мм, р = 0,0002, и с 3,56 ± 0,12 до 5,20 ± 0,19 мм, р = 0,0002) и снижается его инотропная функция (р = 0,0046), что свидетельствует о наличии у них моделируемой патологии. Через 5 сут после проведения эхокардиографического исследования в тесте «тредбан - бег до отказа» оценивали толерантность животных к физической нагрузке. Показано, что у крыс через 90 сут после перевязки коронарной артерии переносимость физической нагрузки резко снижается - величина пройдённой ими дистанции составляет 109,21 ± 11,61 м, что в 2,5 раза меньше расстояния, пройденного ложнооперированными животными (р = 0,003) и в 5,3 раза меньше дистанции, преодоленной интактными крысами (р = 0,0001), - что патогномонично для хронической сердечной недостаточности и дополняет данные ранее проведённых морфо-гистологических, биохимических и молекулярных исследований, свидетельствующих о том, что настоящая модель воспроизводит основные клинико-диагностические признаки моделируемой патологии.
Ключевые слова: трансляционная модель; хроническая постинфарктная сердечная недостаточность; передний трансмуральный инфаркт миокарда; эхокардиография; толерантность к физической нагрузке; валидность
Для цитирования:
Цорин И. Б., Барчуков В. В., Ионова Е. О., Столярук В. Н., Вититнова М. Б., Крыжановский С. А. Подтверждение валидности разработанной трансляционной модели хронической сердечной недостаточности у крыс // Фармакокинетика и фармакодинамика. - 2020. - № 2. - С. 11-16. DOI: 10.37489/25877836-2020-2-11-16
Confirmation of validity of the developed translational model of chronic heart failure in rats
Tsorin IB, Barchukov VV, lonova EO, Stolayruk VN, Vititnova MB, Kryzhanovskii S FSBI «Zakusov Institute of Pharmacology», Russia, Moscow
Abstract. The exprimants based on our translational model of chronic post-infarction heart failure within the use of echocardiography showed that in animals after 90 days after the reproduction of the myocardial infarction compared to the sham operated animals there is a significant increase in the end-systolic and end-diastolic sizes of the left ventricle (respectively, from 2.49 ± 0.09 to 3.91 ± 0.17 mm, p = 0.0002, and from 3.56 ± 0.12 to 5.20 ± 0.19 mm, p = 0.0002) and the decrease of its inotropic function that indicates a simulated pathology. 5 days after the echocardiographic study, the animals' exercise tolerance was assessed in the treadmill-run to failure test. It is proved in rats that 90 days after the coronary artery litigation the tolerance of physical activity decreases sharply - the value of the distance covered by them is 109.21 ± 11.61 m, which is 2.5 times less than the distance covered by sham operated animals (p = 0.003) and 5.3 times less than the distance covered by intact rats (p = 0.0001), - which is pathognomonic for chronic heart failure and complements the data of previously conducted morpho-histological, biochemical and molecular studies, indicating that the present model reproduces the main clinical and diagnostic signs of the simulated pathology.
Keywords: translational model; chronic postinfarction heart failure; anterior transmural myocardial infarction; echocardiography; exercise tolerance; validity
For citations:
Tsorin IB, Barchukov VV, Ionova EO, Stolayruk VN, Vititnova MB, Kryzhanovskii SA. Confirmation of validity of the developed translational model of chronic heart failure in rats. Farmakokinetika i farmakodinamika. 2020;(2):11-16. DOI: 10.37489/2587-7836-2020-2-11-16
Введение
Несмотря на успехи в лечении заболеваний сердечнососудистой системы, число больных и летальность от хронической сердечной недостаточности (ХСН) постоянно увеличиваются, что во многом связано с увеличением продолжительности жизни населения, в частности обусловленной снижением больничной летальности от острого инфаркта миокарда [1]. Несмотря на достигнутые в настоящее время весьма существенные успехи кардиофармакологии, в клинике эффективные лекарственные средства для лечения ХСН отсутствуют, о чем свидетельствуют результаты крупных эпидемиологических исследований, согласно
которым в течение 4 лет после постановки диагноза ХСН, а в тяжёлых случаях в течение года, умирает примерно половина больных [2]. В настоящее время единственным эффективным способом лечения де-компенсированной ХСН является пересадка сердца [3]. Естественно, что поиск новых оригинальных кар-диопротективных лекарственных средств для лечения ХСН является актуальной задачей, однако её решение невозможно без использования адекватных экспериментальных моделей этого патологического состояния. Ранее нами была разработана трансляционная модель постинфарктной ХСН у крыс, достаточно полно воспроизводящая основные клинико-диагностические признаки этого заболевания [4]. Было показано, что
11
ФАРМАКОКИНЕТИКА И ФШЩИШИКА
у крыс с передним трансмуральным инфарктом миокарда ХСН, согласно данным эхокардиографии, формируется через 90 сут после одномоментной перевязки передней коронарной артерии. Наличие ХСН было подтверждено результатами морфо-ги-стологических исследований, свидетельствующих о патогномоничных для ХСН застойных явлениях в органах-мишенях (лёгкие, печень), биохимических исследований — значимое увеличение в плазме крови биохимического маркера ХСН натрийуретического пептида, и молекулярных исследований, согласно которым в миокарде левого желудочка сердца выявлена аномальная экспрессия мРНК генов ряда рецепторов и сигнальных белков (в-AR, AT1A-R, V1A-R, Ерас, СаМ и др.), которая влечёт за собой активацию сопряжённых с ними патологических внутриклеточных сигнальных каскадов, ответственных за инициацию гипертрофии и ремоделирования сердца. Вместе с тем, из клиники известно, что одним из основных критериев, определяющих как степень тяжести заболевания, так и эффективность лекарственной терапии является переносимость физической нагрузки [5]. Исходя из этого, для окончательного подтверждения валидности разработанной нами трансляционной модели ХСН было изучено изменение толерантности к физической нагрузке у крыс со сформировавшейся ХСН.
Материалы и методы Животные
Эксперименты выполнены на беспородных белых крысах-самцах массой 160—180 г, полученных из ФГБУН «Научный центр биомедицинских технологий Федерального медико-биологического агентства», филиал «Столбовая». Животные имели ветеринарный сертификат и прошли карантин в виварии ФГБНУ «НИИ фармакологии имени В.В. Закусова». Животных содержали в соответствии с приказом Минздрава России № 199 от 01 апреля 2016 года «Об утверждении правил надлежащей лабораторной практики» и СП 2.2.1.3218-14 «Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, оборудованию и содержанию экспериментально-биологических клиник (вивариев)» от 29 августа 2014 г. № 51. Все эксперименты с животными проводили в соответствии с международными правилами (European Communities Council Directive of November 24,1986 (86/609/EEC)), а также в соответствии с «Правилами работы с животными», утверждёнными биоэтической комиссией ФГБНУ «НИИ фармакологии имени В.В. Закусова».
Эхокардиографические исследования
Наркотизированных животных (кетамин, 100 мг/кг) фиксировали в положении на спине на операционном столике. Измерения проводили в условиях закрытой грудной клетки и спонтанного дыхания в одномерном М- и двухмерном В-модальных режимах при поло-
жении датчика эхокардиографа в парастернальной позиции по длинной оси сердца. В М-модальном режиме оценивали конечно-систолический (КСР) и конечно-диастолический (КДР) размеры левого желудочка сердца, затем по методу Teichholz рассчитывали фракцию выброса (ФВ), фракцию укорочения (ФУ). Оценку показателей проводили, как минимум, по пяти последовательным сердечным циклам. Все измерения выполняли в соответствии с Рекомендациями Американского общества и Европейской ассоциации по эхокардиографии. В работе использовали цифровой ультразвуковой эхокардиограф DP-6600 (Mindray, Китай) с электронным микроконвексным датчиком 65С15ЕА (6,5/8,0 МГц). Оценку состояния внутрисердечной гемодинамики проводили за сутки до лигирования коронарной артерии и на 2- и 90-е сут после воспроизведения инфаркта миокарда.
Для определения референтных величин показателей геометрии и инотропной функции сердца были проанализированы результаты регистрации эхокардио-грамм у 163 интактных крыс-самцов массой 160—250 г.
Оценка толерантности к физической нагрузке
Оценку толерантности животных к физической нагрузке проводили на беговой дорожке LE8700 TredmiU control фирмы Panlab Harvard apparatus (Испания) через 5 сут после последнего эхокардиографического исследования. На пол неподвижной камеры тредбана постоянно подавали электрический ток силой 1,5 мА. Скорость движения беговой дорожки составляла 36 м/мин, воспроизводя, таким образом, высокий уровень физической нагрузки. Критерием оценки толерантности к физической нагрузке являлась дистанция, проходимая животными по тредбану до полного утомления, о котором свидетельствует или переворот животного на спину/бок, или его пребывание на неподвижной части тредбана более 10 с. Пройденную дистанцию (м) рассчитывали с помощью с помощью специальной программы "SEDACOM".
Экспериментальный протокол
Животные были рандомизированы на 3 группы: 1-я — интактные (n = 12), 2-я — ложнооперированные (n = 9) и 3-я (n = 12) — крысы с ХСН. Трансляционную модель ХСН у крыс воспроизводили как описано ранее [4]. Лигирование коронарной артерии осуществляли по методу, предложенному Selye AI [6]. Критерием включения в эксперимент животных 3-й группы было эхокардиографически подтверждённое наличие переднего трансмурального инфаркта миокарда через 2 сут и развитие ХСН через 90 сут после лигирования коронарной артерии.
Статистический анализ
Нормальность распределения выборок проверяли с помощью критерия Шапиро—Уилка, гомогенность дисперсий с помощью критерия Левена. Так как вы-
12
ФШКОШЕТШ И ФШЩШМШ
борки имели распределение, близкое к нормальному, а дисперсии были приблизительно равны, то для определения значимости различий использовали: для эхокардиографических данных — дисперсионный анализ повторных измерений (факторы: время и инфаркт миокарда), для результатов тестирования толерантности к физической нагрузке — однофактор-ный дисперсионный анализ. В обоих случаях дальнейшую обработку проводили с помощью критерия множественных сравнений по Ньюмену—Кейлсу. Полученные результаты выражали в виде средних арифметических и их стандартных ошибок. Критический уровень значимости а = 0,05. Статистическую обработку проводили с помощью программы «Био-стат-2009» (серийный № 1-BsiGf-QeLFS).
Результаты и обсуждение
Эхокардиографические исследования
Интактные и ложнооперированные животные. У ложнооперированных животных (п = 9) на 2-е сут после подведения лигатуры под коронарную артерию не было выявлено существенных изменений ни в геометрии, ни в сократимости левого желудочка сердца по сравнению с исходным уровнем перед операцией. Так, например, величина КСР, соответственно, равнялась 1,67 ± 0,10 мм и 1,59 ± 0,09 мм, а величина ФВ была равна 88,6 ± 1,8 % и 88,4 ± 2,0 % (табл. 1, рис. 1А). В дальнейшем в течение всего периода на-
Таблица 1
Изменения кардиогемодинамики, возникающие в условиях сердечной недостаточности, вызванной экспериментальным инфарктом миокарда у крыс ^ ± т)
Условия Показатель Время после операции, сут
2-е 90-е
Ложнооперированные, П = 9 КСР, мм 1,67 ± 0,10 1,88 ± 0,19 p = 0,619+
КДР, мм 3,55 ± 0,13 3,83 ± 0,22 p = 0,646+
ФУ, % 52,9 ± 1,5 50,9 ± 1,2 p = 0,395+
ФВ, % 88,6 ± 1,8 87,1 ± 1,6 p = 0,726+
ХСН, п = 12 КСР, мм 2,49 ± 0,09 p = 0,0009* 3,91 ± 0,17 p = 0,0001* p = 0,0002+
КДР, мм 3,56 ± 0,12 p = 0,871* 5,20 ± 0,19 p = 0,0001* p = 0,0002+
ФУ, % 30,0 ± 1,3 p = 0,0001* 25,1 ± 0,9 p = 0,0001* p = 0,0097+
ФВ, % 63,9 ± 1,6 p = 0,0001* 55,9 ± 1,4 p = 0,0046* p = 0,0008+
Примечание: достоверность по сравнению * — с ложнооперирован-ными животными; + — со 2-ми сут.
ЯЁЙНИМ
М-САЯБ1АС
м
МПга! Пеаг
1йОГМ » ваэ ►
¡[неагг гаи
||иКГ
пли
[кеч ш ►
Циввоп
0№егг ►
ИДИб 4.33»«
ЕЭУ 290м 3
1У1Ш 6.31»
ЕЙ/ 581М ^
БУ 232» 3
Рв 22«
ЕР 50.2«
Рис. 1. Эхокардиограммы крыс: А — ложнооперирован-ное животное; Б — 2-е сут после воспроизведения переднего трансмурального ИМ; В — 90-е сут после воспроизведения ИМ (животные со сформировавшейся ХСН)
Примечания: КДР — конечно-диастолический размер; КСР — конечно-систолический размер; ПС — передняя стенка; ЗС — задняя стенка левого желудочка сердца
13
ФШШШШ И ФШЩШМШ
Таблица 2
Референтные величины эхокардиографических показателей геометрии и деятельности сердца интактных наркотизированных
(кетамин 100 мг/кг в/б) крыс массой 160—250 г (п = 160)
Показатель Минимум Максимум Медиана Среднее арифметическое Стандартное отклонение
КСР, мм 1,16 2,23 1,75 1,72 0,18
КДР, мм 2,93 4,93 3,62 3,65 0,35
ФУ, % 44,3 68,0 51,9 52,6 4,6
ФВ, % 81,5 94,0 88,0 88,3 3,2
блюдения величины КСР, КДР, ФУ и ФВ существенно не изменялись и к концу эксперимента (через 3 мес.) составляли 1,88 ± 0,19 мм, 3,83 ± 0,22 мм, 50,9 ± 1,2 % и 87,1 ± 1,6 %, соответственно. Во всех случаяхр > 0,05. Величины этих показателей полностью соответствовали диапазону референтных величин для интактных крыс (табл. 2).
Животные с ХСН. У животных этой группы (в эту группу включены только животные с документально подтверждённым передним трансмуральным инфарктом миокарда, п = 12) на 2-е сут после воспроизведения инфаркта миокарда зарегистрированы существенные изменения в геометрии и состоянии систолической функции левого желудочка сердца (табл. 1, рис. 1Б). Так, например, отмечено статистически значимое по сравнению с ложнооперирован-ными животными увеличение КСР (соответственно 2,49 ± 0,09 и 1,67 ± 0,10 мм, р = 0,0009) и уменьшение величины ФВ (соответственно 63,9 ± 1,6 и 88,6 ± 1,8 %, р = 0,0001), тогда как величина КДР у животных этой группы и ложнооперированных крыс практически не различалась (соответственно 3,56 ± 0,12 и 3,55 ± 0,13 мм, р = 0,871). Эти данные дают основание полагать, что у животных уже со 2-х сут начинает формироваться систолическая сердечная недостаточность.
Через 3 мес. после воспроизведения инфаркта миокарда отмечается статистически значимое по сравнению со 2-ми сут снижение ФВ левого желудочка сердца (соответственно 55,9 ± 1,4 и 63,9 ± 1,6 %, р = 0,0008) (табл. 1, рис. 1В). Снижение насосной функции сердца (на 13 % по сравнению со 2-ми сут после операции и на =36% по сравнению с ложнооперированными животными) сопровождается дальнейшим динамическим увеличением КСР и КДР (соответственно, с 2,49 ± 0,09 до 3,91 ± 0,17 мм, р = 0,0002, и с 3,56 ± 0,12 до 5,20 ± 0,19 мм, р = 0,0002), что свидетельствует о развитии к этому сроку дилата-ционной сердечной недостаточности.
Таким образом, результаты динамического эхо-кардиографического исследования свидетельствуют о том, что у животных этой группы к концу 3-го месяца во всех случаях формируется дилатационная постинфарктная сердечная недостаточность.
Тестирование животных на толерантность к физической нагрузке
Интактные и ложнооперированные животные. Как следует из полученных данных, дистанция, пройденная
интактными крысами (группа 1) до полного утомления, равняется 595,08 ± 24,50 м, тогда как таковая, пройденная ложнооперированными животными, приблизительно в 2 раза меньше — 276,47 ± 38,98 м (рис. 2). Различие статистически значимо (р = 0,0001). Несмотря на то, что эхокардиографические характеристики миокарда у интактных и ложнооперированых животных идентичны, такая разница представляется логичной, поскольку у ложноперированных животных при проведении оперативного пособия пересекались межреберные мышцы, что, естественно, снижает экскурсию грудной клетки. Также нельзя исключить и наличие в плевре послеоперационных спаек. По всей видимости, в условиях покоя эта послеоперационная травма не играет существенного значения, однако при интенсивной физической нагрузки снижение экскурсии грудной клетки и/или наличие спаек в плевральной полости создают условия для более быстрого, по сравнению с интактными животными,
Рис. 2. Величина пройденной дистанции (бег на тред-миле, скорость 36 м/мин) интактными, ложнооперированными и животными со сформировавшейся ХСН
Примечания: По оси ординат — дистанция, пройдённая животным до полного утомления в м. Показаны средние арифметические и их стандартные ошибки; * — р < 0,05 по отношению к интактным; # — р < 0,05 по отношению к ложнооперированным крысам. ЛО — ложнооперированные крысы; ХСН — крысы с хронической сердечной недостаточностью
№ 2. 2020
14
! ФШКОШЕТШ И ФШЩШМШ
4ШШ1МС« (»МШВДИМШМ
развития системной гипоксии и, как следствие этого, снижения толерантности к выполняемой нагрузке.
Животные с ХСН. Как следует из полученных данных, у крыс через 90 сут после перевязки коронарной артерии переносимость физической нагрузки резко снижается — величина пройденной ими дистанции составляет 109,21 ± 11,61 м, что в 2,5 раза меньше расстояния, пройдённого ложнооперированными животными (р = 0,003) и в 5,3 меньше дистанции, пре-одолённой интактными крысами (р = 0,0001) (см. рис. 2), что, согласно выше приведённым данным эхокар-диографических исследований, связано с дилатацией левого желудочка сердца и снижением его инотропной функции, что, как хорошо известно, провоцирует венозный застой в лёгких и системную гипоксию.
Заключение
Таким образом, результаты настоящего исследования свидетельствуют о том, что у крыс через 3 мес. после воспроизведения переднего трансмурального ин-
фаркта миокарда толерантность к физической нагрузке значимо снижена по сравнению как с интактными, так и ложнооперированными животными, что позволяет говорить о том, что эти и ранее полученные данные (эхокардиографические, морфо-гистологические, биохимические и молекулярные) свидетельствуют о том, что разработанная нами трансляционная модель ХСН воспроизводит основные клинико-диагностические признаки, патогномоничные для этого заболевания, а сама модель валидна.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ
Конфликт интересов. Исследование не имело спонсорской поддержки. Авторы несут полную ответственность за предоставление окончательной версии рукописи в печать.
Участие авторов. Все авторы принимали участие в разработке концепции статьи и написании рукописи. Окончательная версия рукописи была одобрена всеми авторами.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Цорин Иосиф Борисович
ORCID ГО: 0000-0002-3988-7724 SPIN-код: 4015-3025 д. б. н., в. н. с. лаборатории фармакологического скрининга ФГБНУ «НИИ фармакологии имени В.В. Закусова», Россия, Москва
Tsorin Iosif B.
ORCID ID: 0000-0002-3988-7724 SPIN code: 4015-3025
D. Sci. in Biology, Leading researcher of laboratory of pharmacological screening FSBI «Zakusov Institute of Pharmacology», Russia, Moscow
Барчуков Владимир Валерьевич
ORCID ГО: 0000-0003-4229-3107 SPIN-код: 6743-4280 н. с. лаборатории фармакологического скрининга ФГБНУ «НИИ фармакологии имени В.В. Закусова», Россия, Москва
Barchukov Vladimir V.
ORCID ID: 0000-0003-4229-3107 SPIN code: 6743-4280
Research scientist of laboratory of pharmacological screening FSBI «Zakusov Institute of Pharma-cology», Russia, Moscow
Ионова Екатерина Олеговна
ORCID ГО: 0000-0003-0154-722X SPIN-код: 5042-1952
м. н. с. лаборатории фармакологического скрининга ФГБНУ «НИИ фармакологии имени В.В. Закусова», Россия, Москва
Ionova Ekaterina O.
ORCID ID: 0000-0003-0154-722X SPIN code: 5042-1952
Junior Research Scientist of Laboratory of Pharmacological Screening FSBI «Zakusov Institute of Pharmacology», Russia, Moscow
Столярук Валерий Николаевич
ORCID ГО: 0000-0002-4779-427X к. м. н., с. н. с. лаборатории фармакологического скрининга ФГБНУ «НИИ фармакологии имени В.В. Закусова», Россия, Москва
Stolyaruk Valeriy N.
ORCID ID: 0000-0002-4779-427X
PhD in Medicine, Senior Researcher Scientist of
Laboratory of Pharmacological Screening FSBI
«Zakusov Institute of Pharmacology», Russia,
Moscow
Вититнова Марина Борисовна
ORCID ID: 0000-0002-7407-7516 SPIN-код: 1901-8919 к. б. н., с. н. с. лаборатории фармакологического скрининга ФГБНУ «НИИ фармакологии имени В.В. Закусова», Россия, Москва
Vititnova Marina B.
ORCID ID: 0000-0002-7407-7516 SPIN code: 1901-8919
PhD in Biology, Senior researcher scientist of laboratory of pharmacological screening FSBI «Zakusov Institute of Pharmacology», Russia, Moscow
Крыжановский Сергей Александрович Автор, ответственный за переписку
ORCID ID: 0000-0003-2832-4739 SPIN-код: 6596-4865 д. м. н., Заведующий лабораторией фармакологического скрининга ФГБНУ «НИИ фармакологии имени В.В. Закусова», Россия, Москва
Kryzhanovskii Sergey A. Corresponding author
ORCID ID: 0000-0003-2832-4739 SPIN code: 6596-4865
D. Sci. in Medicine, Head of laboratory of pharmacological screening FSBI «Zakusov Institute of Pharmacology», Russia, Moscow
Литература / References
1. Lloyd-Jones DM, Larson MG, Leip EP, et al. Lifetime risk for developing congestive heart failure the Framingham heart study. Circulation. 2002;106(24):3068-3072. DOI: 10.1161/01.cir.0000039105.49749.6f
2. Ferrero P, Jacovoni A, D'Elia E, et al. Prognostic scores in heart failure — Critical appraisal and practical use. Int J Cardiol. 2015;188:1-9. DOI: 10.1016/j.ijcard.2015.03.154
3. Sánchez-Enrique C, Jorde UP, González-Costello J. Heart transplant and mechanical circulatory support in patients with advanced heart failure. Rev. Esp. Cardiol. (Engl Ed). 2017; 70(5):371-381. DOI: 10.1016/j. rec.2016.12.036
4. Крыжановский С.А., Цорин И.Б., Ионова Е.О., и др. Трансляционная модель хронической сердечной недостаточности у крыс // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. - 2018. — Т. 62. - № 2. - С. 136-148. [Kryzhanovskii SA, Tsorin IB, Ionova EO, et al. Translational model of chronic cardiac failure in rats. Pathological Physiology and Experimental Therapy. 2018;62(2):136-148. (In Russ).] DOI: 10.25557/0031-2991/2018/02/136-148
5. Haykowsky MJ, Brubaker PH, John JM, et al. Determinants of exercise intolerance in elderly heart failure patients with preserved ejection fraction. J. Am. Coll. Cardiol. 2011;58(3): 265-274. DOI: 10.1016/j.jacc.2011.02.055
6. Selye AI, Bajuaz E, Crasso S, Nendell P. Simple technic for surgical occlusion of coronary vessels in the rat. Angiology. 1960;11:398-407.
Статья поступила в июне 2020 г.