Научная статья на тему 'Сравнительное изучение инотропной и антиаритмической активности флавоноидов - кверцетина, рутина и (+)-катехина'

Сравнительное изучение инотропной и антиаритмической активности флавоноидов - кверцетина, рутина и (+)-катехина Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
869
97
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПАПИЛЛЯРНАЯ МЫШЦА / PAPILLARY MUSCLE / КВЕРЦЕТИН / QUERCETIN / РУТИН / RUTIN / (+)-КАТЕХИН / АРИТМИЯ / ARRHYTHMIA / ИНОТРОПИЯ / (+)-KATECHIN / INOTROPIA

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Хушматов Ш.С., Махмудов Р.Р., Мавлянов С.М.

Цель. Изучение инотропного и антиаритмического действия флавоноидов кверцетина, рутина и (+)-катехина на функциональную активность миокарда крысы. Материал и методы. Механические параметры папиллярной мышцы в изометрическом режиме были зарегистрированы с помощью датчика F30, при стимуляции импульсами длительностью 5-10 мс и амплитудой, превышающей пороговую на ~20%. При установлении механизма действия флавоноидов использован метод ингибиторного анализа взаимодействия изученных соединений с ион-транспортирующими системами и рецепторами сарколеммы кардиомиоцитов. Для изучения антиаритмического действия флавоноидов был использован метод экспериментально аконитин-вызванной аритмии. Результаты. Установлено, что кверцетин и рутин оказывают двухфазный инотропный эффект на сократительную активность папиллярной мышцы крысы, и при этом рутин вызывает значительно слабый положительный инотропный эффект сравнительно с кверцетином. В диапазоне более высоких концентраций кверцетин (100-200 мкМ) и рутин (200-300) вызывают только отрицательный инотропный эффект. В этих условиях значение ЕС 50 для кверцетина и рутина составляло 229 мкМ или pD 2 (-log EC 50)=3,64 и 245,4 мкМ или pD 2 (-log EC)=3,61, соответственно. Обнаружено, что (+)-катехин оказывает только отрицательный инотропный эффект (ЕС 50=45,7 мкМ или pD 2 (-log EC 50)=4,34). При инкубации препаратов мышцы (±)-пропранололом (10 мкМ), блокатором β-адренорецептора, уменьшается положительный инотропный эффект кверцетина и рутина. В экспериментах было обнаружено, что в присутствии блокатора Са 2+ L-канала нифедипина (ЕС ), кверцетин (229 мкМ), рутин (245,4 мкМ) и (+)-катехин (45,7 мкМ) дополнительно снижали амплитуду сократительного ответа миокарда на 41,3±5,4%, 43,6±6,5% и 37,2±4,8%, соответственно, относительно эффекта нифедипина. Выявлено, что изученные флавоноиды через 20-25 минут после добавления в среду инкубации подавляют частоту аритмии, вызванную аконитином (1 мкМ). При этом, наиболее эффективным оказался кверцетин, и в концентрации 100 мкМ уменьшает частоту тахикардии, вызванную аконитином от 264±14 уд./мин до 32±12 уд./мин. Заключение. Анализируя полученные данные, можно предположить, что положительный инотропный эффект кверцетина и рутина может быть связан с их активацией β-адренорецептора, при этом увеличивается [цАМФ] iп и, следовательно, это способствует увеличению [Ca 2+] in в кардимиоцитах. Отрицательное инотропное действие изученных флавоноидов может быть связано с их взаимодействием с Са 2+-каналами сарколеммы кардиомиоцитов. А также антиаритмическое действие изученных флавонодов может быть связано с модуляцией функциональной активности Na + и Са 2+-каналов в кардиомиоцитах.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Хушматов Ш.С., Махмудов Р.Р., Мавлянов С.М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

COMPARISON OF INOTROPIC AND ANTIARRHYTHMIC ACTIVITY OF FLAVONOIDS - QUERCETIN, RUTIN AND (+)-CATECHIN

Aim. Studying of inotropic and antiarrhythmic action of flavonoids quercetin, rutin and (+)-catechin on functional activity of rodent myocardium. Material and methods. Mechanical parameters of papillary muscle in isometric regimen were registered via the sensor F30, in simulation with the impulses 5-10 ms duration and amplitude, higher than threshold for ~20%. For defining of flavonoids action mechanism we used the inhibitory method of the being studied compounds with ion-transporting system and receptors of cardiomyocytes sarcolemma. To study antiarrhythmic action of flavonoids we used the method of experimental acotinin-induced arrhythmia. Results. it is found that quercetin and rutin have biphasic inotropic effect on contractility of rodent papillary muscle, and rutin leads to significantly lower positive inotropic effect than quercetin. in diapason of higher concentrations quercetin (100-200 mcM) and rutin (200-300) lead just to negative inotropic effect. in such conditions the value of ЕС 50 for quercetin and rutin was 229 mcM or pD 2 (-log EC 50)=3,64 and 245,4 mcM or pD 2 (-log EC 50)=3,61 resp. it was found that (+)-catechin shows only negative inotropic effect (ЕС 50=45,7 mcM and pD 2 (-log EC 50)=4,34). in incubation of the muscle with (±)-propranolol (10 mcM), blocker of -adrenoreceptor, there is a decrease of positive inotropic effect of quercetin and rutin. in experiments we found that in presence of Са 2+ L-channel antagonist nifedipine (ЕС ), querctin (229 mcM), rutin (245,4 mcM) and (+)-catechin (45,7 mcM) additionally decreased the amplitude of myocardium contractile response by 41,3±5,4%, 43,6±6,5% and 37,2±4,8%, resp, relatively to nifedipine effect. Revealed, that the studied flavonoids, in 20-25 min after addition to the incubation medium, suppress the rate of arrhythmia, caused by aconitin (1 mcM). Also the most effective was quercetin, and in concentration 100 mcM it decreases the rate of tachycardia, caused by aconitine from от 264±14 bpm to 32±12 bpm. Conclusion. Analyzing the data obtained, it is possible to presume that positive inotropic effect of quercetin and rutin might be related to their activtion of -andrenoreceptors, which causes the increase of [cAMP] and, hence leads to increase of intracellular [Ca 2+] in cardiomyocytes. Negative action of the studied flavonoids might be relevant to their interaction with Са 2+-channels of cardiomyocytes sarcolemma. Also the action of the flavonoids might be related to the production of functional activity modulation of Na + and Са 2+-channels in cardiomyocytes.

Текст научной работы на тему «Сравнительное изучение инотропной и антиаритмической активности флавоноидов - кверцетина, рутина и (+)-катехина»

СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ИНОТРОПНОЙ И АНТИАРИТМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ФЛАВОНОИДОВ - КВЕРЦЕТИНА, РУТИНА И (+)-КАТЕХИНА

Хушматов Ш. С., Махмудов Р. Р., Мавлянов С. М.

Цель. Изучение инотропного и антиаритмического действия флавоноидов — квер-цетина, рутина и (+)-катехина на функциональную активность миокарда крысы. Материал и методы. Механические параметры папиллярной мышцы в изометрическом режиме были зарегистрированы с помощью датчика F30, при стимуляции импульсами длительностью 5-10 мс и амплитудой, превышающей пороговую на ~20%. При установлении механизма действия флавоноидов использован метод ингибиторного анализа взаимодействия изученных соединений с ион-транспортирующими системами и рецепторами сарколеммы кардиомиоцитов. Для изучения антиаритмического действия флавоноидов был использован метод экспериментально аконитин-вызванной аритмии. Результаты. Установлено, что кверцетин и рутин оказывают двухфазный ино-тропный эффект на сократительную активность папиллярной мышцы крысы, и при этом рутин вызывает значительно слабый положительный инотропный эффект сравнительно с кверцетином. В диапазоне более высоких концентраций кверцетин (100-200 мкМ) и рутин (200-300) вызывают только отрицательный инотропный эффект. В этих условиях значение ЕС50 для кверцетина и рутина составляло 229 мкМ или pD2 (-log EC50)=3,64 и 245,4 мкМ или pD2 (-log EC)=3,61, соответственно. Обнаружено, что (+)-катехин оказывает только отрицательный инотропный эффект (ЕС50=45,7 мкМ или pD2 (-log EC50)=4,34). При инкубации препаратов мышцы (±)-пропранололом (10 мкМ), блокатором p-адренорецептора, уменьшается положительный инотропный эффект кверцетина и рутина. В экспериментах было обнаружено, что в присутствии блокатора Са2+^канала — нифедипина (ЕС ), кверцетин (229 мкМ), рутин (245,4 мкМ) и (+)-катехин (45,7 мкМ) дополнительно снижали амплитуду сократительного ответа миокарда на 41,3±5,4%, 43,6±6,5% и 37,2±4,8%, соответственно, относительно эффекта нифедипина. Выявлено, что изученные флавоноиды через 20-25 минут после добавления в среду инкубации подавляют частоту аритмии, вызванную аконитином (1 мкМ). При этом, наиболее эффективным оказался кверцетин, и в концентрации 100 мкМ уменьшает частоту тахикардии, вызванную аконитином от 264±14 уд./мин до 32±12 уд./мин.

Заключение. Анализируя полученные данные, можно предположить, что положительный инотропный эффект кверцетина и рутина может быть связан с их активацией p-адренорецептора, при этом увеличивается [цАМФ]|п и, следовательно, это способствует увеличению [Ca2+] в кардимиоцитах. Отрицательное

инотропное действие изученных флавоноидов может быть связано с их взаимодействием с Са2+-каналами сарколеммы кардиомиоцитов. А также антиаритмическое действие изученных флавонодов может быть связано с модуляцией функциональной активности Na+ и Са2+-каналов в кардиомиоцитах.

Российский кардиологический журнал 2015, 11 (127): 35-41

http://dx.doi.org/10.15829/1560-4071-2015-11-35-41

Ключевые слова: папиллярная мышца, кверцетин, рутин, (+)-катехин, аритмия, инотропия.

Институт биоорганической химии им. академика А. С. Садыкова АН РУз, Ташкент, Узбекистан.

Хушматов Ш. С.* — кандидат биологических наук, с.н.с. лаборатории биофизики клетки, Махмудов Р. Р. — м.н.с. экспериментально-технологической лаборатории, Мавлянов С. М. — д.х.н., профессор, руководитель экспериментально-технологической лаборатории.

*Автор, ответственный за переписку (Corresponding author): khushmatov_sh.s@bk.ru

[Ca2+]in — внутриклеточная концентрация ионов Са2+, [Ca2+]out — внутриклеточная концентрация ионов Са2+, ЕС50 — концентрация, вызывающая эффект на 50%, р-АР — p-адренорецептор, G — гуаниновая регуляторная белковая система (G -белка), АЦ — фермент аденилатциклаза, RyR — рианодиновый рецептор, СПР — саркоплазматический ретикулум, цАМФ — циклический аденозин монофосфат, ПКА — протеинкиназа А, АН РУз — Академия Наук Республики Узбекистан, CIOMS — Международный совет медицинских научных обществ (The Council for International Organizations of Medical Sciences), ДМСО — диметилсульфоксид.

Рукопись получена 19.12.2014 Рецензия получена 30.12.2014 Принята к публикации 12.01.2015

COMPARISON OF INOTROPIC AND ANTIARRHYTHMIC ACTIVITY OF FLAVONOIDS - QUERCETIN, RUTIN AND (+)-CATECHIN

Khushmatov Sh. S., Makhmudov R. R., Mavlyanov S. M.

Aim. Studying of inotropic and antiarrhythmic action of flavonoids — quercetin, rutin and (+)-catechin on functional activity of rodent myocardium. Material and methods. Mechanical parameters of papillary muscle in isometric regimen were registered via the sensor F30, in simulation with the impulses 5-10 ms duration and amplitude, higher than threshold for ~20%. For defining of flavonoids action mechanism we used the inhibitory method of the being studied compounds with ion-transporting system and receptors of cardiomyocytes sarcolemma. To study antiarrhythmic action of flavonoids we used the method of experimental acotinin-induced arrhythmia. Results. It is found that quercetin and rutin have biphasic inotropic effect on contractility of rodent papillary muscle, and rutin leads to significantly lower positive inotropic effect than quercetin. In diapason of higher concentrations quercetin (100-200 mcM) and rutin (200-300) lead just to negative inotropic effect. In such conditions the value of EC50 for quercetin and rutin was 229 mcM or pD2 (-log EC50)=3,64 and 245,4 mcM or pD2 (-log EC50)=3,61 resp. It was found that (+)-catechin shows only negative inotropic effect (EC50=45,7 mcM and pD2 (-log EC50)=4,34). In incubation of the muscle with (±)-propranolol (10 mcM), blocker of -adrenoreceptor, there is a decrease of positive inotropic effect of quercetin and rutin. In experiments we found that in presence of Ca2+L-channel antagonist — nifedipine (EC ), querctin (229 mcM), rutin (245,4 mcM) and (+)-catechin (45,7 mcM) additionally decreased the amplitude of myocardium

contractile response by 41,3±5,4%, 43,6±6,5% and 37,2±4,8%, resp, relatively to nifedipine effect. Revealed, that the studied flavonoids, in 20-25 min after addition to the incubation medium, suppress the rate of arrhythmia, caused by aconitin (1 mcM). Also the most effective was quercetin, and in concentration 100 mcM it decreases the rate of tachycardia, caused by aconitine from ot 264±14 bpm to 32±12 bpm. Conclusion. Analyzing the data obtained, it is possible to presume that positive inotropic effect of quercetin and rutin might be related to their activtion of -andrenoreceptors, which causes the increase of [cAMP] and, hence leads to increase of intracellular [Ca2+] in cardiomyocytes. Negative action of the studied flavonoids might be relevant to their interaction with Ca2+-channels of cardiomyocytes sarcolemma. Also the action of the flavonoids might be related to the production of functional activity modulation of Na+ and Ca2+-channels in cardiomyocytes.

Russ J Cardiol 2015, 11 (127): 35-41

http://dx.doi.org/10.15829/1560-4071-2015-11-35-41

Key words: papillary muscle, quercetin, rutin, (+)-katechin, arrhythmia, inotropia. Institute of Bioorganic Chemistry n.a. acad. A. S. Sadycov SA UR, Tashkent, Uzbekistan.

Средняя Азия, в том числе территория Узбекистана, является одной из богатейших регионов лекарственных растений. Таким образом, в Восточной народной медицине тысячелетиями использовали экстракты многих видов растений для лечения различных заболеваний организма человека. При этом, среди важнейших классов природных соединений, обусловливающих лечебный эффект лекарственных растений, значительное место занимают полифе-нольные соединения, в частности флавоноиды [1-5].

В связи с этим, более подробное изучение механизма фармакологического действия флавоноидов, выделенных из разного рода растений и выявление среди них перспективных для создания эффективных лекарственных средств является актуальной проблемой в фармакологии.

Кверцетин (лат. quercus — дуб) содержится в значительных количествах в листьях растения чая (Camellia sinensis (L.) Kuntze), яблоках (Malus domestica), луке (А1lium — cepa), винограде (Vitis vinifera L.), цитрусовых (Citrinae), в томате (Sohnum lycopеrsicum) и присутствуют в составе генеративных и вегетативных органов многих др. лекарственных растений. Установлено, что в экспериментах в условиях in vitro кверцетин оказывает противовоспалительное, антивирусное, антиаллергическое, антиканцерогенное, гипотензивное действие [6].

Эксперименты на животных показывают, что кверцетин и рутин оказывают положительное действие на патогенез заболеваний сердечно-сосудистой системы [6].

Фармакологические препараты, содержащие кверцетин и рутин, являются антиоксидантами, и их применяли также в лечении инфаркта миокарда. В экспериментах было показано, что гликозид квер-цетина — рутин (quercetin-3-O-beta-D-glucuronide) обладает противовоспалительной активностью [7].

А также препараты, созданные на основе кате-хина, обладают антиканцерогенной, антиоксидант-ной, гипотензивной активностью и препятствуют развитию патологии нервной системы организма человека. Известно, что одним из первых видов растений, из которых были выделены катехины (фла-ван-3-олы) является Индийская акация — катеху (Acacia catechu), при этом слово — катехин происходит от названия этого растения. В Институте биоорганической химии Академии Республики Узбекистан (АН РУз), из растений Zizizphus jujuba (семейства Rhamnaceae), собранных на територии Ташкентской области, были выделены некоторые флавонолы, в том числе (+)-катехин и в лаборатории Фармакологии Института химии растительных веществ АН РУз выявлено, что эти вещества обладают выраженным гипотензивным, мочегонным, гепатозащитным, желчегонным, антиатеросклеротическим и противоги-поксическим действием [1].

Итак, несмотря на многочисленные исследования действие кверцетина, рутина и катехина на экспериментальных животных в условиях in vivo и in vitro, а также многих клинических испытаниях [8], в настоящее время полностью подтверждающих возможность использования как фармацевтического препарата в клинической практике их механизма фармакологического действия считается недостаточным [9].

Поэтому, процесс продолжения экспериментального изучения механизма действия этих флавоноидов является целесообразным. При этом также остаются нерешенными ряд вопросов, связанных с механизмами действия флавоноидов на функциональную активность различных типов ионных каналов кардио-миоцитов. Необходимо установить конкретные механизмы, обеспечивающие кардиопротекторный эффект этих флавоноидов. Вместе с тем, необходимо определить новые подходы при создании кардиопро-текторных и антиаритмических лекарственных препаратов на основе флавоноидов, а также большой интерес представляет установление взаимосвязи между их структурой и фармакологической активностью.

В связи с этим, целью настоящего исследования явилось сравнительное изучение механизма действия флавоноидов — кверцетина (3,3',4',5,7-пентагидрок-сифлавона), его гликозида рутина (3-рамноглюко-зил-3,5,7,3',4'-пентаоксифлавон) и (+)-катехина (рис. 1), на функциональную активность папиллярной мышцы крысы в норме и в условиях аконитин (1 мкМ)-индуцированной аритмии.

Материал и методы

Эксперименты выполнялись в соответствии с "Международными рекомендациями по проведению биомедицинских исследований с использованием животных", принятыми Международным советом медицинских научных обществ (CIOMS) в 1985г. Эксперименты проводились на препаратах папиллярной мышцы (диаметр 0,5-0,8 мм, длина 2-4 мм), выделенных из правого желудочка сердца беспородных белых крыс (150-200 г) и помещенных в специальную камеру, перфузируемую физиологическим раствором Кребса — Хенселайта следующего состава (мМ): NaCl — 118; KCl — 4,7; CaCl2 — 2,5; MgSO4 — 1,2; KH2PO4 — 1,1; глюкоза — 5,5; NaHCO3 — 25, pH 7,4. Растворы оксигенировали карбогеном (О2 — 95%, СО2 — 5%) при поддержании температуры +35±0,5°С с помощью термостата U1 (Болгария). Постоянная перфузия физиологического раствора обеспечивается с помощью перистальтического насоса НП-1М (Россия). Препарат мышцы закрепляли в экспериментальной камере и один конец подсоединяли к штоку датчика натяжения F30 (Hugo Sachs Elektronik, Германия) (рис. 2).

Мышцу раздражали с помощью платиновых электродов и стимулятора ЭСЛ-2 (Россия) импульсами прямоугольной формы частотой 0,1-1 Гц, длительностью 5-10 мс и амплитудой, превышающей пороговую на 20%. После периода стабилизации (60 мин.) находили длину препарата, при которой мышца развивает максимальное изометрическое напряжение (L ), и в этих условиях выполняли все эксперименты. Сигнал с датчика натяжения подавался на усилитель (ТАМ-А, Hugo Sachs Elektronik, Германия) и регистрировался с помощью самописца Line Recorder TZ 4620 (Чехия) и параллельно при помощи цифрового преобразователя (АЦП/ЦАП, Logger Lite 1.4, Vernier Software & Technology, Beaverton, США) в специальном цифровом формате компьютера IBM PC.

В работе использовались следующие фармакологические препараты и реактивы: CaCl2, MgSO4, глюкоза, диметилсульфоксид (ДМСО), нифедипин, (±)-пропронолол гидрохлорид ("Sigma Chemical" (St. Louis, Mo., США). Остальные реактивы — NaCl, KCl, CaCl2, MgSO4, KH2PO4, NaHCO3 — производства России. Все использованные реактивы имеют квалификации "ХЧ" и "ЧДА".

Статистическую обработку результатов исследования проводили с использованием пакета статистических программ OriginPro 7.5 (OriginLab Corporation, США). Данные представлены в виде M±m, где M — среднее, m — стандартная ошибка. Для выявления достоверности изменений до и после влияния алкалоида использовали парный t-критерий Стьюдента. Статистически значимыми считали различия при р<0,01 и р<0,05.

Результаты

В результатах наших экспериментов, эффекты кверцетина на сократительную активность папиллярной мышцы крысы имеют двухфазный характер и, начиная с концентрации 10 мкМ, он вызывал увеличение силы сокращений (16,8±2,8%) (n=3-5), степень которых возрастала с увеличением его концентрации и достигала максимума при 100 мкМ (33,5±5,7% относительно контроля) (рис. 3А, рис. 4).

А также, установлено, что рутин (10-200 мкМ) вызывает значительно слабый положительный ино-тропный эффект сравнительно с эффектом кверце-тина. При этом рутин в концентрациях 100 мкМ вызывал увеличение силы сокращений миокарда на 13,7±7,8% относительно показателя контроля (n=4) (рис. 3Б, рис. 4).

Вместе с тем было обнаружено, что кверцетин при более высоких концентрациях (100-200 мкМ) вызывает только отрицательный инотропный эффект. Аналогично, при концентрациях 200-300 мкМ рутин проявлял только отрицательный инотропный эффект. При этом максимальный отрицательный инотроп-

Отсутствие двойной связи в позиции С(2) и С(3)

III

Катехольная группа в позиции (С)3' и (С)4'

(транс - конфигурация) (С)2, (С)3-двойная ^OH

\

oh

ho

oh

oh oh Oh i

oh oh

Гликозидная группа в позиция (С)3

Рис. 1. Структурные формулы изученных флавоноидов.

Примечание: I. (+)-катехин (2R-3S), при этом в структуре молекулы катехина

в позиции С(2) и С(3) отсутствует двойная связь, в результате чего возникает

2 хиральных центра (транс — конфигурация). II. Кверцетин (3,3',4',5,7-пента-

гидроксифлавон), при этом показаны предполагаемые, наиболее активные

группы молекулы [9]. III. Рутин (2-(3,4-дигидроксифенил)-5,7-дигидрокси-

3-[a-L-рамнопиранозил-(1^■6)-ß-D-глюкопиранозилокси]-4H-хромен-4-он).

Резервуар для физраствора Кребса — Хенселайта

Оксигенация физраствора т™*™^

(95%-O2 и 5%-COj) j Компьютер IBM PC

Экспериментальная камера с препаратом папиллярной мыщцы

Рис. 2. Блок-схема установки для регистрации сократительной активности препарата папиллярной мышцы сердца крысы.

Положительный инотропный эффект (ПИЭ)

С ___________

33,5%

Время (500 мсек.)

(Время, 5 мин.) КВЕРЦЕТИН (10 мкМ)

б К

РУТИН 50 мкМ

100 мкМ

10 мкМ ^ Контроль I

ПИЭ

Ii

s CJ

1 - -t. А-

1 [\[

(Время, 500 мсек.)

Г"

100 мкМ

200 мкМ

3,7%

%

(Время, 5 мин.)

Рис. 3. Инотропный эффект флавоноида кверцетина (А) и рутина (Б) на сократительную активность папиллярной мышцы сердца крысы. Примечание: оригинальная запись сократительных ответов папиллярной мышцы при частоте стимуляции 0,5 Гц (+36±0,5о С), стрелками указан момент добавления кверцетина (10 и 100 мкМ) и рутина (10, 50, 100 и 200 мкМ).

oh

0

150 -|

100

л

8

50

0

**

* **

I

* * л

-- -- -- -- -- -- - ... -- J --

г

-О— Кверцетин "О— Рутин

-л—|—I—I—I—I—I—|—I—I—I—I—I—|—

25 50 75

Концентрация (мкМ)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

100

к 1

0 1

1

о

Контроль

Контроль 100%

25 мкМ 50 мкМ 75 мкМ время время шо мкМ (5 мин.) (500 мсек.)

(+)-КАТЕХИН

Рис. 5. Отрицательный инотропный эффект (+)-катехина на сократительную активность папиллярной мышцы сердца крысы.

Примечание: оригинальная запись сократительных ответов папиллярной мышцы при частоте стимуляции 0,5 Гц (+36±0,5о С), стрелками указан момент добавления (+)-катехина (25, 50, 75 и 100 мкМ).

100 -

Рис. 4. Дозо-зависимое (10-100 мкМ) положительное инотропное действие кверцетина и рутина на сократительную активность папиллярной мышцы сердца крысы.

Примечание: сила сокращения мышцы, выраженная в процентах от максимальной (* — р<0,05, ** — р<0,05), (п=4-5).

ный эффект кверцетина, рутина наблюдался при использовании 300 мкМ и частоте 1 Гц, когда сила сокращения мышцы подавлялась на 63,6±5,2% и 65,5±5,8%, соответственно, относительно контроля. В этих условиях значение ЕС50 (концентрация, вызывающая подавление силы сокращения на 50%) для кверцетина и рутина составляло 229 мкМ или pD2 (-log EC50)=3,64 и 245,4 мкМ или pD2 (-log EC50)=3,61, соответственно (рис. 6).

При исследовании влияния (+)-катехина на сократительную активность папиллярной мышцы сердца крысы было обнаружено, что данный флавоноид проявляет только отрицательный инотропный эффект (рис. 5).

Эффекты (+)-катехина имеют дозозависимый характер (5-300 мкМ) и при концентрации 300 мкМ он вызывал максимальное снижение силы сокращений мышцы на 78,7±5,4% относительно контроля. При этом значение ЕС50 для (+)-катехина составляло 45,7 мкМ или pD2 (-log EC50) =4,34 (рис. 6).

При предварительной инкубации препаратов мыщцы (±)-пропронолол гидрохлоридом (10 мкМ), блокатора p-адренорецептора, значительно уменьшается положительный инотропный эффект изученных флавоноидов (рис. 7).

Установлено, что p-адренергическая стимуляция оказывает положительное инотропное действие на миокард млекопитающих, которое обусловлено в том числе увеличением тока ICa L в кардиомиоци-

W

&

о

О

75 -

50

25 -

0

EC50 =45,7 мкМ

или pD 2(-log EC )=4,34

EC50 =229 мкМ

или pD2(-log EC )=3,64

EC50=245,4 мкМ

или pD2(-log EC )=3,61

Кверцетин Рутин

(+)-Катехин

-6,0

-5,5

-5,0 -4,5 Log (мкМ)

-4,0

-3,5

Рис. 6. Кривые доза-эффект кверцетина, рутина и (+)-катехина. Примечание: по оси ординат — сила сокращения мышцы, выраженная в процентах от максимальной. По оси абсцисс — логарифм концентрации изученных флавоноидов в среде инкубации (мкМ). Стимуляция препарата проводилась с частотой 0,5 Гц. Во всех случаях р<0,05 (п=3-5).

тах. При этом активация р-адренорецепторов кардио-миоцита, связанная с р-рецептором трансмембранной Gs-белок стимулирует фермент аденилатциклазу, что приводит к увеличению цАМФ. В свою очередь, цАМФ активирует протеинкиназу А, которая фосфо-

рилирует клеточные белки, включая Са -каналы

2+

L-типа. Фосфорилирование Са -каналов увеличивает ток 1Са , внутри клетки, повышая высвобождение

2+ L

Са из саркоплазматического ретикулума рианодино-вым рецептором (RyR) и увеличивает сократимость миокарда (положительный инотропный эффект).

А также, фосфорилирование рианодиновых рецепто-

2+

ров RyR приводит к усиленному высвобождению Са из саркоплазматического ретикулума, вызывая перегрузку Са и триггерную активность. Учитывая это и анализируя полученные данные, можно предположить, что положительное инотропное действие квер-цетина и рутина свидетельствует о их влиянии на р-адренорецепторы кардиомиоцитов.

Одной из причин отрицательного инотропного действия большинства фармакологических агентов является вызываемое ими уменьшение концентрации внутриклеточного [Са ] в кардиомиоцитах. Учитывая это, можно предположить, что отрицательное инотропное действие изученных флавоноидов обусловлено снижением [Са ] в результате модификации функции Са -канала сарколеммы. Для проверки возможного взаимодействия кверцетина,

2+

рутина и (+)-катехина с Са -каналами сарколеммы нами было изучено их влияние на эффекты нифеди-пина — специфического блокатора Са -каналов L-типа. При этом в экспериментах было обнаружено, что в присутствии в среде нифедипина в концентрации ЕС50, при которой сила сокращения папиллярной мышцы подавлялась на 50%, кверцетин (229 мкМ), рутин (245,4 мкМ) и (+)-катехин (45,7 мкМ) дополнительно снижали амплитуду сократительного ответа миокарда на 41,3±5,4%, 43,6±6,5% и 37,2±4,8%, соответственно, относительно эффекта нифедипина (рис. 8).

Эти результаты могут свидетельствовать о том, что отрицательное инотропное действие изученных фла-воноидов может быть связано с их взаимодействием с Са -каналами сарколеммы кардиомиоцитов.

В следующей серии экспериментов была изучена антиаритмическая активность исследуемых флавонои-дов на модели аритмии, вызванной аконитином (1 мкМ). Добавление в среду инкубации аконитина (1 мкМ) приводит к усилению базального тонуса мышцы, которое через 15-20 минут сопровождается появлением спонтанных сокращений (без стимуляции) с частотой, в среднем, 145-264 уд./мин. Появление этих спонтанных сокращений объясняется активацией потенциал-зависимых № -каналов, увеличением [№ ] . и [Са ]. и нарушением процессов деполяризации и реполяризации кардиомиоцитов [10].

Как показали наши исследования, изученные флавоноиды (кверцетин, рутин и (+)-катехин) через 20-25 минут после добавления в среду инкубации статистически достоверно подавляют спонтанные сокращения мышцы, вызванные аконитином 1 мкМ. При этом наиболее эффективным оказался кверце-тин, и в концентрации 100 мкМ он уменьшает частоту тахикардии, вызванную аконитином от 264±14 уд./ мин до 32±12 уд./мин (рис. 9).

При этом частота сокращения мышцы в условиях аконитин-индуцированной аритмии выражена в уд./ мин. Базальная стимуляция препарата проводилась с частотой 0,5 Гц (п=3-4).

Таким образом, результаты этих экспериментов убедительно свидетельствуют о том, что изученные флавоноиды (кверцетин, рутин и (+)-катехин) обладают выраженной антиаритмической активностью,

в основе которой, возможно, лежит модификация

+ 2+

транспорта ионов № и Са в кардиомиоцитах.

150-,

125 -

-

3 100 -

S 75-

«

IS 50

25

Контроль Кверцетин Рутин

Пропр.+ Кверцетин

Пропр.+ Рутин

Рис. 7. Влияние (±)-пропранолола гидрохлорида (10 мкМ), блокатора р-адренорецептора, на эффекты кверцетина и рутина на сократительную активность папиллярной мышцы сердца крысы.

Примечание: сила сокращения мышцы, выраженная в процентах от максимальной (* — p<0,01 и ** — p<0,05) (п=4-5). Стимуляция препарата проводилась с частотой 0,5 Гц.

p<0,05

100 -|

w

I &

о

О

80 -

60 -

40 -

20 -

0

p<0,05

____p<0_,_01_____

p<0,05

□ Контроль

□ Нифедипин (ЕС50 )

□ Кверцетин (ЕС50 )+Нифедипин (ЕС50 )

□ Рутин (ЕС 50 )+Нифедипин (ЕС 50)

□ (+)-Кахетин (ЕС 50)+Нифедипин (ЕС 50)

Рис. 8. Сравнительные инотропные эффекты кверцетина, рутина, (+)-катехи-на и нифедипина на сократительную силу изолированной папиллярной мышцы крысы.

Примечание: стимуляция: 0,5 Гц, 7 В, 5 мс, +36±0,5° ^ п=3-5.

Обсуждение

Механизм действия флавоноидов на сердечно-сосудистую систему установлен во многих фармакологических исследованиях. Например, в экспериментах в условиях in vitro показано, что некоторые флавоноиды обладают положительным инотропным эффектом на изолированном сердце эксперименталных животных. При этом, авторы этих работ показали, что эти эффекты флавоноидов связаны с ингибированием фермента фос-фодиэстеразы (3'-5'-цАМФ-фосфодиэстераза) [11].

При этом показано, что увеличение [цАМФ].^ приводит к увеличению I&L тока в течение ПД и приводит к увеличению выпуска Ca от СР, от увеличе-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0

300 -|

250

200-

I 150

&

S3 100 —|

аз

Н О

50

Зг

p<0,01 p<0,05 p<0,05

-i"

0-

□ Контроль (Аконитин 1 мкМ)

□ Кверцетин (200 мкМ)

□ Рутин (200 мкМ)

■ (+)-Кахетин (200 мкМ)

Рис. 9. Антиаритмическая активность кверцетина, рутина и (+)-катехина на аконитин (1 мкМ)-индуцированную аритмию (тахикардия) на миокарде крысы.

Активация

ß-адрено-

рецепторов

[Schussler et al, 1995]г

Блокирование

[Wen-Feng et al., 2006],

Блокирование Ка+-каналов

[WaДace et а1., 2006]

Блокирование Ка+/К+-АТФазы [Umaгova et а1., 1998] а ■ -канал -АТФаза

Блокирование

Л й _*Т7-+ -^"'Ка/К-АТФазы

Иши^ротание 'К повышает

фосфодиэстеразы концентрацию

[№+]щ и активирует Ка+/Са2+-о бменник, который аккумулирует [Са21,п в обмен

" Ка+

+/Са2+-обменник

Сарколемма кардиомиоцита

Рис. 10. Гипотетический механизм инотропного действия изученных флаво-ноидов (кверцетин, рутин и (+)-катехин).

Сокращения: р-АР — р-адренорецептор, 0 — гуаниновая регуляторная белковая система (й8-белка), АЦ — фермент аденилатциклаза, RyR-рианодиновый рецептор, СПР — саркоплазматический ретикулум, цАМФ — циклический аде-нозин монофосфат, ПКА — протеинкиназа А.

ния [Са2].^, в свою очередь, присходит положительный инотропный эффект [12].

Умарова и др. демонстрировали, что флавоноиды, в том числе кверцетин, ингибируют активность N / К -АТФазы [13, 14] сарколеммы. При этом ингиби-рование N /К -АТФазы повышает концентрацию [№ ] и активирует N /Са -обменника, который аккумулирует [Са ] в обмен [Na ] и происходит увеличение силы сокращения миокарда (положительный инотропный эффект).

Установлено, что некоторые флавоноиды, выделенные из растений РагаЬапит huaitingii, в том числе (-)-эпикатехин, увеличивают [Са ] в кардиомиоци-тах, а также положительный инотропный эффект изученных соединений связан с [Са ] и сказано, что флавоноиды являются потенциальными веществами в качестве основы кардиопротекторных лекарственных средств [15].

Schussler и др. демонстрировали, что положительный инотропный эффект некоторых флавоноидов связан с активацией адренорецепторов кардиомио-цитов [11].

Таким образом, полученные данные исследований и анализ литературных данных, опубликованных на основе результатов разных исследований, дали возможность предположить, что положительный инотропный эффект кверцетина и рутина установлен через цАМФ-зависимый механизм.

В экспериментах установлено, что флавоноиды оказывают антиаритмическое действие при условиях аконитин — вызванной модели аритмии у крыс, и в электрофизиологических экспериментах показано, что флавоноиды уменьшают продолжительность ПД через блокирование I [16].

В исследованиях установлено, что флавоноиды, выделенные от Ginkgo biloba и боярышника уменьшают продолжительность реперфузия-вызванной аритмии и автор предполагает, что флавониды являются перспективными агентами при создании фармакологических лекарственных препаратов, обладающих антиаритмическим действием [17].

Флавоноиды обладают противодействующим эффектом на строфантин G-вызванную аритмию, и предположительно этот эффект может быть связан с блокированием Са -канала и модуляцией актив-

2+ L

ности системы Са транспорта внутри клеток [18].

В экспериментах также установлено, что флавоно-иды — кверцетин, катехин и резвератрол блокируют потенциал-зависимый Na -канал и авторы этих работ, предполагали что этот механизм может иметь важное место в антиаритмической и кардиопротек-торной активности этих флавоноидов [19].

Заключение

Существующее исследование показало, что положительный инотропный эффект кверцетина и рутина на папиллярной мышце крысы может быть связан с их активацией ß-адренорецептора, при этом увеличивается концентрация цАМФ и, следовательно, это способствует увеличению [Са ] в кардимиоцитах. А также изученные флавоноды (кверцетин, рутин и (+)-катехин) оказывают антиаритмическое действие на аконитин-вызванную аритмию и при этом этот эффект может быть связан с модуляцией функциональной активности Na и Са -каналов в кардио-миоцитах (рис. 10).

Результаты, полученные в этом экспериментальном исследовании, могут иметь важную информацию при поиске и создании фармакологических лекарств с антиаритмическими свойствами на основе флаво-ноидов, в условиях уменьшения показателя риска от аритмии в форме тахикардии, что позволит получить сведения о структурно-функциональных особенностях их взаимодействия с мишенью.

Са2+1,-канал

Литература

1. Malik A. Catechins and Proanthocyanidins from Zizizphus jujuba and Alhagi sparsifolia. Avtoreferat of Thesis c.ch.n., Tashkent, 1998: 3-18. Russian (Малик А. Катехины и проантоцианидины Zizizphus jujuba и Alhagi sparsifolia. Автореферат дисс. ... к.х.н. Ташкент, 1998: 3-18).

2. Olchowika E, Sciepuka A, Mavlyanov S, et al. Antioxidant capacities of polyphenols from Sumac (Rhus typhina L.) leaves in protection of erythrocytes against oxidative damage. Biomedicine & Preventive Nutrition 2012; 2(2): 99-105a.

3. Olchowik E, Lotkowski K, Mavlyanov S, et al. Stabilization of erythrocyte against oxidative and hypotonic stress by some tannins isolated from sumac (Rhus typhina L.) leaves and grape seeds (Vitis vinifera L.). Cellular & Molecular Biology Letters 2012; 17: 333-348b.

4. Olchowik-Grabarek E, Swiecicka I, et al. Role of structural changes induced in biological membranes by hydrolysable tannins from Sumac leaves (Rhus typhina L.) in their antihemolytic and antibacterial effects. J Membrane Biol 2014: 533-40.

5. Borisov MP, Kataev AA, Mavlyanov SM,et al. Action of hydrolized tannin on native and artificial biological membranes. J Biological membranes 2014; 31(4): 278-87. Russian (Борисова M. П., Катаев А. А., Мавлянов С. М., и др. Действие гидролизуемого танина на нативные и искусственные биологические мембраны. Биологические мембраны 2014; 31(4): 27887).

6. Larson AJ, Symons JD, Jalili T. Therapeutic potential of Quercetin to decrease blood pressure: Review of efficacy and mechanisms. Adv Nutr 2012; 3: 39-46.

7. Kleemann R, Verschuren L, Morrison M, et al. Anti-inflammatory, anti-proliferative and anti-atherosclerotic effects of quercetin in human in vitro and in vivo models. Atherosclerosis 2011; 218: 44-52.

8. Gross M. Flavonoids and cardiovascular disease. Pharm Biology 2004; 42: 21-35.

9. Tarakhovskiy YS, et al. Phlovonoids: biochemistry, biophysics, medicine. Pushino. Synchrobook, 2013. Russian (Тараховский Ю. С. и др. Флавоноиды: биохимия, биофизика, медицина. Пущино: Synchrobook, 2013).

10. Wright SN. Comparison of aconitine-modified human heart (hH1) and rat skeletal (micro 1) muscle Na+ channels: an important role for external Na+ ions. J Physiol 2002; 538: 759-71.

11. Schüssler M, Hölzl J, Fricke U. Myocardial effects of flavonoids from Crataegus species. Arzneim Forschung Drug Res 1995; 45:842-5.

12. Alloatti G, Marcantoni A, Levi R, et al. Phosphoinositide 3-kinase c controls autonomic regulation of the mouse heart through G^-independent downregulation of cAMP level. FEBS Letters 2005; 579: 133-40.

13. Hirano T, Oka K, Akiba M. Effects of synthetic and naturally occurring flavonoids on Na+/ K+-ATPase: aspects of the structure-activity relationship and action mechanism. Life Sci 1989; 45(12): 1111-7.

14. Umarova FT, Khushbactova ZA, Batirov EH, et al. Inhibition of Na+/K+-ATPase by flavonoids and their inotropic effect. Investigation of the structure-activity relationship. Membr Cell Biol 1998; 12: 27-40.

15. Tang JS, Hou YL, Gao H, et al. Polyphenols from Parabariumhuaitingiiand their positive inotropic and anti-myocardial infarction effects in rats. Phytomedicine 2011; 18(7): 544-50.

16. Wen-Feng C, Guo-Fen Q, Yan-Jie L, et al. Flavonoids from Chinese Viscum coloratum: antiarrhythmic efficacy and ionic mechanisms. Phytother Res 2006; 20: 1100-12.

17. Kurcok A. Ischaemia- and reperfusion-induced cardiac injury: effects of two flavonoid containing plant extracts possessing radical scavenging properties. Naunyn-Schmiebergis Arch Pharmacol 1992; 345: R81.

18. Wu JX, Yu GR, Wang BY et al. Effects of Viscum coloratum flavonoids on fast response action potentials of hearts. Zhong guo Yao Li Xue Bao 1994; 15: 169-72.

19. Wallace CH, Baczko I, Jones L, et al. Inhibition of cardiac voltage-gated sodium channels by grape polyphenols. Br J Pharmacol 2006; 149(6): 657-65.

ВНИМАНИЮ АВТОРОВ!

Поскольку журнал переводит свой архив и текущие номера на новую издательскую платформу, просим каждого автора зарегистрировать свои данные на сайтах:

ResearcherID — http://www.researcherid.com/Home.action

ResearcherID позволяет решить проблему распознавания автора в рамках исследований научного сообщества. Каждому члену присваивается уникальный идентификатор, что позволит исследователям управлять списками их публикаций, отслеживать статистику цитирования и индекс Хирша, выявлять потенциальных партнеров для сотрудничества и избежать неверной идентификации автора. В дополнение, ваша информация ResearcherID интегрируется в Web of Science и совместима с ORCID, позволяя вам продемонстрировать публикации от одного аккаунта.

Поиск на ресурсе позволяет найти партнеров для сотрудничества, пересмотреть список публикаций и изучить, как исследование используется по всему миру.

ORCID — http://orcid.org/

ORCID предоставляет постоянный числовой идентификатор, который отличает вас от любого другого исследователя и, благодаря интеграции в ключевые исследования рабочих процессов — таких, как рукопись и предоставление гранта, поддерживает автоматизированные каналы связи между вами и вашей профессиональной деятельностью, гарантируя, что ваша работа признана.

УВАЖАЕМЫЕ АВТОРЫ!

Всем, кто ожидают публикацию в журнале "Кардиоваскулярная терапия и профилактика" и в "Российском кардиологическом журнале" в 2016 году (т.е. имеется подтверждение, что статья принята к печати, но в текущем году не будет опубликована), необходимо сделать подписку на 2016 год на указанный журнал (можно одну на весь авторский коллектив). Подписку можно оформить — http:// roscardio.ru/ru/subscription.html

Издательство журнала не рассылает авторские экземпляры ни в бумажном, ни в электронном виде. По дополнительному запросу авторов мы можем передавать авторские экземпляры через нашу редакцию в ГНИЦ ПМ.

УВАЖАЕМЫЕ АВТОРЫ!

В 2016 году Российский кардиологический журнал принимает для публикации англоязычные статьи —

как оригинальные, так и переводы уже напечатанных статей. Англоязычная часть журнала будет выходить 4 раза в год, размещаться в системе РИНЦ, Scopus и других системах, куда входит журнал. Приглашаем авторов!

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.