CC BY
109
Сер . 3 . 2008 . Вып . 4
ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
УДК 612 .17:615 . 015] . 001. 6
Е. В. Сальников\ А. В. Сидоров1, А. Д. Ноздрачев1, М. М. Фатеев1
вариабельность сердечного ритма у крыс, находящихся в различных состояниях
1 Ярославская государственная медицинская академия
2 Санкт-Петербургский государственный университет
В последнее время анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР) все интенсивнее входит в клиническую практику, и его показатели используются в качестве прогностических критериев течения ряда заболеваний, в том числе и хронической сердечной недостаточности (ХСН) [10, 15]. Вместе с тем физиологические механизмы, лежащие в основе некоторых показателей (особенно спектрального анализа ВСР), до сих пор остаются полностью невыясненными. В комплексном лечении ХСН все больше используются Р-адреноблокаторы [2, 6]. Одним из широко применяемых в клинике при лечении заболеваний сердца является препарат третьего поколения небиволол, являющийся высокоселективным Р-адреноблокатором с вазодилятаторным эффектом за счет активации эндотелиального синтеза оксида азота (N0) [2].
Цель данного исследования — сравнительный анализ показателей ВСР при действии небиволола на наркотизированных и бодрствующих иммобилизированных крыс с экспериментальной ХСН и без таковой .
Материал и методы исследования. Было проведено 3 серии экспериментов на взрослых беспородных белых крысах-самцах массой 180-210 г. В первой серии животных (и = 10), находившихся в состоянии наркоза (нембутал, 40 мг/кг веса внутрибрюшинно), иммобилизировали на спине и регистрировали у них ЭКГ во II стандартном отведении . Затем крысам внутрижелудочно вводили небиволол
0,5 мг/кг в виде раствора объемом 1 мл . При расчете доз препарата для крыс учитывали коэффициент пересчета 5,9 [4]. Через 1 ч у животных, находившихся в прежних условиях опыта (наркоз + иммобилизация), вновь регистрировали ЭКГ.
Вторую и третью серии экспериментов проводили на бодрствующих животных, во время регистрации ЭКГ иммобилизированных на спине При этом во второй серии опытов были задействованы интактные животные (без ХСН), а в третьей — крысы с индуцированной ХСН .
Интактных крыс во 2-й серии экспериментов разделили на 2 группы: одним (и = 20) внутрижелудочно вводили 1 мл физраствора, а другим (и = 10) — небиволол 0,5 мг/кг в виде раствора объемом
1 мл . Через 1 ч у крыс обеих групп регистрировали ЭКГ.
Для третьей серии опытов у животным моделировали ХСН по методике Н . Н . Пятницкого и Ю . А . Блинкова [5] в нашей модификации [7] путем двукратного введения силиконового масла в плевральную полость крыс: вначале по 1,5 мл масла на 100 г веса крысы и через 30 дней еще по 1,0 мл/100 г веса в плевральную полость каждого животного Крыс с ХСН разделили на 2 группы: одним (и = 20) с 31 по 100 день эксперимента ежесуточно внутрижелудочно вводили 1 мл физраствора; другим (и = 14) аналогичным образом вводили небиволол 0,5 мг/кг в виде раствора объемом 1 мл . По окончании указанного периода регистрировали ЭКГ Возраст всех животных в момент регистрации ЭКГ был одинаковый
Для регистрации ЭКГ использовалась двухканальная электрофизиологическая установка (г Санкт-Петербург) связанная через АЦП (Ь-САКС Е-440, г Москва) с компьютером ІВМ РС «РеПшт II» . Частота
© Е . В . Сальников, А. В . Сидоров, А. Д . Ноздрачев, М . М . Фатеев, 2008
дискретизации — 4,0 кГц . ЭКГ записывалось во II стандартном отведении в течение 4 мин в программе L-GRAPH, поставляемой вместе с АЦП . Просмотр ЭКГ и первичная обработка ее проводилась с помощью программы RRMatch, а окончательный расчет показателей ВСР и их графическое отображение в программе CRGraph . Эти программы были специально разработаны для исследования ВСР у лабораторных животных (Лаборатория цифровой обработки сигналов и изображений Ярославского государственного университета, зав — М л Мячин) При оценивании спектра кардиоинтервалограммы был применен алгоритм, основанный на использовании быстрого преобразования Фурье и окна Хана [12] . Для увеличения статистической устойчивости спектра оценивание производилось путем усреднения спектров мощности перекрывающихся реализаций [12].
При анализе ВСР использовались следующие показатели [1]: временной анализ: ЧСС — частота сердечных сокращений (уд/мин), SDNN — стандартное отклонение нормальных NN интервалов (нормальных интервалов ЛЛ) (мс), CV — коэффициент вариации (%), RMSSD — квадратный корень из суммы квадратов разности величин последовательных пар интервалов NN (мс); геометрический анализ: МхСМп — вариационный размах (мс), Мо - мода (мс), АМо — амплитуда моды (%), SI — стресс индекс (усл . ед . ), Е1^—площадь скаттерограммы (мс2), Е1А — соотношение ширины к длине скаттерограммы (%); спектральный анализ: LF — мощность волн низкой частоты (мс2), ОТ — мощность волн высокой частоты (мс2), ТР — общая мощность спектра (мс2), LF% — относительное значение мощности волн низкой частоты, ОТ% — относительное значение мощности волн высокой частоты и LF/HF — индекс вагосимпатического взаимодействия (усл . ед . ) . При расчете геометрических показателей шаг гистограммы составлял 2 мс В литературе нет единого мнения о частотных диапазонах медленных и быстрых волн спектрального анализа [9, 11, 13, 14]. Поэтому диапазоны медленных и высокочастотных волн выбраны нами, исходя из спектрального анализа всех полученных данных, и чтобы избежать типичных ошибок [8] . У наркотизированных крыс диапазон LF составлял 0,02-0,15 Гц, ОТ — 0,15-2,0 Гц, а у бодрствующих стрессированных животных 0,02-0,75 и 0,75-3,0 Гц соответственно .
Все данные обработаны в программе «Statistica 6 . 0» . Рассчитывали среднюю арифметическую, среднее квадратичное отклонение, ошибку средней арифметической и Г-критерий Стьюдента . Различия считали достоверными прир < 0,05 . Данные в таблице представлены в виде М±т.
результаты исследования и их обсуждение. В результате экспериментов было установлено, что у наркотизированных крыс под действием небиволола ЧСС достоверно уменьшалась в среднем в 1,3 раза, Б! — в 3,5 раза, а ЛМББС, МхСМп, Мо, Е1^, ОТ и ТР увеличивались соответственно в 1,8; 1,7; 1,3; 2,8; 3,6 и 2,8 раза по сравнению с исходным состоянием (см . табл . 1) . Индекс LF/HF уменьшался более чем в 2 раза (р > 0,05) . Эти данные свидетельствуют о повышении вариабельности сердечного ритма и увеличении тонуса парасимпатического отдела автономной нервной системы (АНС), что практически полностью согласуется с данными, полученными в исследованиях других авторов на крысах в свободном поведении при действии таких Р-адреноблокаторов, как пропранолол и атенолол [9, 11, 14] .
Действие же небиволола на ВСР бодрствующих интактных животных, находящихся в состоянии иммобилизации, несколько отличалось от вышеописанного Наряду с достоверным и качественно одинаковым изменением тех же показателей, как и у наркотизированных крыс (ЧСС в 1,2 раза, ЛМББС в 1,5, МхСМп в 1,7, Мо в 1,2, E11Sq в 2,8, ЭТ в 2,1 и ТР в 2,4 раза), происходило также значимое увеличение БСКЫ в среднем в 1,7 раза, СУ — в 1,4 и LF — в 2,6, а АМо уменьшилась в 1,5 раза по сравнению с контрольной группой, получавшей физраствор (см . табл . 1) . Индекс LF/HF практически не изменился Следовательно, при стрессе у крыс кроме обычного увеличения тонуса парасимпатического отдела АНС, включаются еще дополнительные, скорее всего, нервно-гуморальные механизмы [1], которые нашли свое отражение в увеличение мощности диапазона LF.
У животных с экспериментальной ХСН (контрольная группа с физраствором) наблюдалось достоверное уменьшение ЧСС по сравнению с интактными бодрствующими крысами
Влияние небиволола на показатели вариабельности сердечного ритма у крыс
Показатель Наркотизированные крысы Бодрствующие крысы
Интактные животные Интактные животные Животные с ХСН
Исходное состояние Небиволол Физраствор (контроль) Небиволол Физраствор (контроль) Небиволол
ЧСС (уд/мин) 397±12,4 308+21,9++ 493+4,3 419+10,9*** 456+4,4*** 435+5 7***х
вБШТ (мс) 2,42±0,610 3,67±0,679 1,55+0,067 2,65+0,355*** 2,02+0,147** 2,14+0,235**
СУ (%) 1,31±0,320 1,32±0,308 1,27+0,055 1,82+0,218*** 1,53+0,108* 1,55+0,169
ИУБЭБ (мс) 1,26±0,114 2,29+0,301++ 1,40+0,059 2,05+0,210*** 1,67+0,103* 1,64+0,098
МхОМп (мс) 11,1=1=1,86 18,5+2,35+ 9,2+0,39 15,2+1,84*** 13,1+0,96*** 12,9+1,04***
Мо (мс) 152,3±5,01 201,6±13,83++ 122,4+1,04 144,2+3,83*** 132,4+1,33*** 138,6+1,88***х
АМо (%) 41,7±5,61 28,6+4,04 49,1+1,49 33,6+2,84*** 45,7+1,93 39,1+2,39**
(усл. ед) 14250±3535 4053+1468+ 25360+1819 9291+1549*** 16958+1649** 12311+1443***
EllSq (мс2) 83,0±26,15 228,1+46,33+ 56,0+3,99 156,3+41,92*** 97,5+13,18** 94,2+15,72**
ЕИАв (%) 41,1±7,30 40,0+5,99 55,0+2,65 44,8+3,73 49,7+2,61 47,2+4,68
(мс2) 0,18±0,047 0,34+0,103 0,27+0,036 0,71+0,241** 0,58+0,110** 0,43+0,094
ОТ (мс2) 0,17±0,029 0,61+0,182+ 0,23+0,021 0,48+0,082** 0,27+0,032 0,22+0,027#
ТР (мс2) 0,34±0,064 0,95+0,256+ 0,50+0,050 1,19+0,280*** 0,85+0,135** 0,65+0,109
(%) 49,4±6,45 35,1+5,17 48,6+2,51 50,4+7,42 61,3+2,56*** 60,2+4,69*
ОТ (%) 50,6±6,45 64,9+5,17 51,4+2,51 49,6+7,42 38,7+2,56*** 39,8+4,69*
ЬР/ОТ (усл. ед) 1,37±0,409 0,61+0,126 1,25+0,128 1,53+0,461 2,06+0,203*** 2,08+0,394*
Примечание. «++» — р< 0,01, «+» —р< 0,05 —по сравнению с исходным состоянием; *** — р< 0,001, ** —_р < 0,01, * — р< 0,05 —по сравнению с бодрствующим интакгным контролем (без небиволола);х — р<0,05 — по сравнению с контрольной группой ХСН (не получавшей небиволол); # — _р < 0,01 — по сравнению с бодрствующими интактными крысами, получавшими небиволол.
в среднем в 1,1 раза (см табл 1), что согласуется с собственными ранее полученными данными по моделированию ХСН у крыс [7] и с клиническими исследованиями [3] . Кроме того, достоверные изменения временных и геометрических показателей по сравнению с ин-тактными животными (увеличение БСКЫ в 1,3 раза, СУ в 1,2, ЛМББС в 1,2, МхСМп в 1,4, Мо в 1,1, E11Sq в 1,7 и уменьшение БТ в 1,5) указывают на то, что экспериментальная ХСН сопровождается увеличением тонуса парасимпатического отдела АНС, компенсирующего развившуюся патологию Спектральный же анализ показал, что у крыс с ХСН по сравнению с интактными животными достоверно увеличивалась мощность длинноволнового диапазона LF (в 2,1 раза), общая мощность спектра ТР (в 1,7 раза), а мощность коротковолнового диапазона ЭТ не изменялась . Соответственно возрастала доля LF% (в 1,3 раза) и индекс LF/HF (в 1,7 раза) . Подобные изменения, по-видимому, отражают активацию при ХСН различных гормонально-медиаторных систем, что, в том числе сказывается и на изменении сердечного ритма
У животных с ХСН, пролеченных небивололом, наблюдается возвращение значений показателей ВСР (СУ, ЛМББС, LF, ЭТ и ТР) к таковым у интактных крыс (см. табл. 1) . Происходило достоверное урежение ЧСС на 5 % по отношению к контрольной группе с ХСН без лечения. Остальные же параметры ВСР (ЧСС, БСКЫ, МхСМп, Мо, LF%, HF%, LF/HF) практически не изменялись на фоне лечения и соответствовали показателям группы с ХСН, не получавшей лечение . Таким образом, при ХСН Р-адреноблокатор выравнивал взаимоотношение между симпатическим и парасимпатическим отделами АНС, приближая его к таковым у интактных животных при сохранении преобладающей активности парасимпатического отдела
Необходимо отметить, что у бодрствующих крыс (и интактных, и с ХСН) неби-волол способствовал достоверному уменьшению АМо, соответственно в 1,5 и 1,3 раза по сравнению с контрольными группами, не получавшими препарат, что свидетельствует о снижении тонуса симпатического отдела АНС на фоне действия препарата. У наркотизированных крыс качественно схожее изменение величины АМо носило характер тенденции
Сравнительный анализ ВСР у бодрствующих интактных животных, находящихся под воздействием небиволола в состоянии кратковременного иммобилизационного стресса, и крысами с ХСН, пролеченным этим же Р-адреноблокатором при тех же условиях регистрации ЭКГ, выявил достоверные отличия лишь в мощности коротковолнового диапазона HF. Она больше в среднем в 2,2 раза у интактных животных (р < 0,01) . Следовательно, в отсутствие кардиальной патологии, сопровождающейся изменением чувствительности рецепторов кардиомиоцитов, блокада адренергических структур сопровождается более выраженной активацией парасимпатических влияний на сердце
Таким образом, результаты анализа ВСР у крыс, находящихся при различных состояниях показали, что для получения наиболее полной картины управления ритмом сердца необходимо изучение в совокупности показателей временного, геометрического и спектрального анализов . Так, в наших опытах картина изменения ВСР под действием небиволола у наркотизированных животных полностью соответствовала данным других исследователей, изучавших влияние Р-адреноблокаторов [9, 11, 14] . Но действие этого препарата на бодрствующих стрессированных животных было несколько иным . Результаты спектрального анализа свидетельствовали о том, что, наряду с увеличением мощности диапазона HF, еще больше увеличивается мощность диапазона LF (мощность LF, хотя и в меньшей степени, но возрастает также у крыс с индуцированной ХСН в контрольной группе) Исходя только из спектрального анализа, можно сделать ошибочный вывод о повышении тонуса симпатического
отдела АНС, но данные временного и геометрического анализов свидетельствуют об обратном . Поэтому, мы предполагаем, что в условиях иммобилизационного стресса увеличение мощности LF, скорее всего, отражает рост влияния на регуляцию сердечного ритма высших отделов ЦНС (гипоталамического и, возможно, коркового) и/или активацию различных нейро-гуморальных механизмов, ответственных за реализацию стресс-реакции.
summary
Sal'nikov E. V., Sidorov A. V., Nozdrachov A. D., Fateev M. M. Heart rate variability in rats under different conditions.
The comparative analysis of heart rate variability (HRV) in narcotized and awake immobilized rats, with induced chronic heart failure (CHF) and also on the background of nebivolol under these conditions was performed. Changes in HRV parameters on the background of nebivolol in narcotized rats conform the earlier described date of numerous experiments with P-adrenoblockers . In awake immobilized rats (icl . those with CHF) it has been revealed that classical interpretation of temporal, geometrical and spectral analysis of HRV is not enough for the explanation of changes occurred in pathology and under action of nebivolol . Our findings allow us to suppose that in case of immobilization-associated stress increase in LF power, most likely, reflects the enhance of the highest central influences or/and activation of various neuro-hormonal systems that are involved in realization of stress-reaction
Key words: heart rate variability, nebivolol, immobilization, chronic heart failure .
литература
I. Баевский Р. М. Анализ вариабельности сердечного ритма в космической медицине // Физиология человека . 2002. Т 28, № 2 . С . 70-82 .
2 . Горбунов В. В., Алексеев С. А., Зайцев Д. Н. Влияние бета-адреноблокатора третьего поколения —небивалола на вариабельность ритма сердца у больных нестабильной стенокардией // Рос . кардиол . журн. 2001. № 6 . С . 35-40 .
3 . Гуревич М. А., Санина Н. П., Хохлова Т. Ф., Бувальцев В. И. Оценка клинико-гемодинамического действия небиволола у больных с хронической сердечной недостаточностью // Рос . кардиол . журн . 2001. № 2 . С . 38-41.
4 Гуськова Т. А. оценка безопасности лекарственных средств на стадии доклинического изучения // Хим. -фарм. журн. 1990 . № 7. С .10-15 .
5 . Пятницкий Н. Н., Блинков Ю. А. К вопросу о моделировании недостаточности правого сердца // Кардиология . 1970 . № 1. С . 143-144 .
6 . Сыркин А. Л., Полтавская М. Г., Шумилова К. М., Иванов Г. Г., Чургунова Л. Ю., ШеяновМ. В., Гаврильева С. А. Влияние метопролола CR/XL на постинфарктное ремоделирование и нарушения ритма сердца у больных с хронической сердечной недостаточностью // Кардиология . 2003 . № 6 . С . 48-53 .
7 . Федоров В. Н., Ноздрачев А. Д., Сальников Е. В., Сидоров А. В., Яльцев А. В., Фатеев М. М. Динамическая модель тотальной хронической сердечной недостаточности у крыс // Вестн . С . -Петерб . ун-та. 2006 . Сер. 3 . Вып. 2 . С . 103-107.
8 . Хаютин В. М., Лукошкова Е. В. Колебания частоты сердцебиений: спектральный анализ // Рос . физиол . журн . им . И . М. Сеченова. 1999 . Т 85, № 7 . С . 893-909.
9 . Beckers F., Verheyden B., Ramaekers D., Ewyngheolauw B., Aubert A. Effects of autonomic blockade on non-linear cardiovascular variability indices in rats // Clin. Exp . Pharmacol. Physiol. 2006 . Vol. 33 . P. 431-439 .
10. MalikM., Hnatkova K., Camm A. J. Predictive power of depressed heart rate variability and increased heart rate in post infarction patients with reduced left ventricular ejection fraction // J. Am . Coll . Cardiol . 1997. Vol . 29 . P. 175A .
II. Pereira de SouzaNetoE., CustaudM.-A., SomodyL., Gharib C. Assessment of autonomic cardiovascular indices in non-stationary data in rats // Compar. Biochem . Physiol . Part A . 2001. Vol . 128 . P. 105-115 .
12. Pollock D. A handbook of time-series analysis, signal processing and dynamics London,
1999
13. Sanyal S. N., Arita M., Ono K. Inhomogeneous derangement of cardiac autonomic nerve control in diabetic rats // J . Circ . 2002. Vol . 66 . P. 283-288 .
14. Sun T.-B., Yang C. C.H., Lai C.-J., Kuo T. B. J. Time course of cardiovascular neural regulation during programmed 20-sec apnea in rats // Crit. Care Med . 2006 . Vol . 34 . P. 765-770 .
15. Varonesckas G., Zemaityte D. Autonomic heart rate control and QT interval during night sleep stages in coronary disease patients with congestive heart failure // Eur. Heart J. 1999. Vol . 20 . P. 201-208 .
