CC BY
35
© Коллектив авторов, 2008 УДК 546.48:599.323.4:612.17
влияние кадмия на циркадианные показатели ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА КРЫС
Е.В. Будкевич, А.А. Солдатов, Р.О. Будкевич Ставропольская государственная медицинская академия
Роль ионов металлов для организации биологических ритмов рассматривается в отечественной и зарубежной литературе [3, 5, 8]. Ряд препаратов железа, магния и лития используются как лекарственные препараты, причем последний оказывает выраженные хронобиологические эффекты [5]. Ионы тяжелых металлов оказывают токсическое влияние и в первую очередь на растущий организм [4]. Поскольку кадмий напрямую влияет на изменение суточных ритмов [8, 9], возможно нарушение формирования циркадианной ритмики в онтогенезе при воздействии кадмия. Исходя из этого представлялось интересным в опытах на крысах изучить суточную ритмику показателей вариабельности сердечного ритма у половозрелых крыс-самцов, получавших в пубертатный период хлорид кадмия.
Материал и методы. Эксперименты выполнены в летний период на 54 крысах-самцах линии Вистар в возрастные периоды: пубертата и половой зрелости. С 9 недельного возраста в течение месяца животные опытной группы получали хлорид кадмия с питьевой водой в дозе 50 ppm, в контрольной группе чистую питьевую воду. Животные содержались в клетках (по 6 особей в каждой) в помещениях с искусственным освещением 12С: 12Т (8 ч - 20 ч - свет, 20 ч - 8 ч - темнота). С 15 недельного возраста регистрировали сердечный ритм с использованием программы «Поли-Спектр» (г Иваново). Запись сердечного ритма производилась методом временных серийных срезов. Выделялось 3 группы, в каждой по 18 особей: по 9 в опытной и контрольной группах. В каждой группе 2 раза в сутки через 12 часов регистрировался сердечный ритм. Всего 6 раз за сутки, каждые четыре часа: в 10, 14, 18, 22, 2 и 6 часов. Оценку вариабельности сердечного ритма (ВСР) проводили по показателям: частота сердечных сокращение (ЧСС), вариационный размах (ВР), мода (Мо), амплитуда моды (АМо) и индекс напряжения регуляторных систем (ИН), вегетативный показатель ритма (ВПР), индекс вегетативного равновесия (ИВР) [2]. Полученные данные обрабатывались с использованием описательной статистики Microsoft Ecxel с использованием критерия Стьюдента и программы «Ко-синор-анализа» (программист Батурин М.В.).
Результаты и обсуждение. Контрольные животные. Выявлена динамика суточных колебаний показателей вариабельности сердечного ритма у крыс (табл.). В контрольной группе у крыс максимальное
повышение ЧСС наблюдается 6 часов, а снижение в 14 ч. По данным косинор-анализа циркадианный ритм (ЦР) ЧСС выражен четко с акрофазой в 4,7 и амплитудой 42,6 уд в мин. (табл., рис.). Наибольшие значения Мо зарегистрированы в 14 ч со снижением данного показателя к 6 ч. Акрофаза Мо выявляется в 16,1 ч с амплитудой 0,01с. Суточные изменения АМо характеризуются высокими значениями в темное время суток с максимальным повышением в 6 ч и снижением значений в 14 ч.
Косинор-анализ выявляет ЦР с акрофазой в 2,6 ч и амплитудой 5,5%. Показатели вариационного размаха на хронограммах отличаются высокими значениями в дневные и ранние вечерние часы (с 10 до 22) с максимумом в 18 ч. Снижение ВР отмечается в темное время суток (2 - 6 ч) с минимумом в 6 ч. Результаты косинор-анализа показали наличие акрофазы в 16,4 ч. с амплитудой 0,014 с.
Для комплексной оценки суточной динамики вариабельности сердечного ритма проводили анализ вторичных показателей вариационной пульсометрии. Показатели ИН, ВПР и иВр характеризовались аналогичной суточной динамикой с максимальными значениями показателей в 6 ч, а наименьшее в 22 ч. Ко-синор-анализ подтверждает наличие ЦР для ИН, ВПР и ИВР с акрофазами в темное время суток и хорошо выраженными амплитудами данных показателей.
Следовательно, у контрольных животных присутствуют четко выраженные ЦР всех исследуемых показателей, что свидетельствует о формировании у 15 недельных крыс систем регуляции сердечного ритма как у ночных животных с закономерным изменением показателей, указывающим на активность симпатической нервной системы в ночное время, и на преобладание парасимпатических показателей в дневное время суток [1].
Экспериментальные животные. У животных, получавших в течение месяца хлорид кадмия (экспериментальная группа), по сравнению с контролем обнаруживается достоверное снижение ЧСС в 6 ч, смещение максимального значения на хронограмме и акрофазы к началу темного времени суток. По данным косинор-анализа снижается амплитуда ритма. Динамика суточных изменений Мо характеризуется повышением значения в 6 ч и смещением акрофазы на утренние часы (11,5 ч). Выявлены суточные отличия АМо по сравнению с контролем. Так отмечалось достоверное повышение значений в 6 ч и 14 ч. Обращает на себя внима-
МЕДИЦИНСКИЙ ВЕСТНИК СЕВЕРНОГО КАВКАЗА, № 1, 2008
Таблица
Динамика суточных показателей вариабельности сердечного ритма у крыс (М±т)
Показатели 10-11 ч 14-15 ч 18-19 ч 22-23ч 2-3 ч 6-7 ч
ЧСС I 425±11 374±12 389±12 409±9 438±10 470±8
II 404±12 388±5 392±8 426±10 421±9 383±9****
Мо I 0,146±0,005 0,164±0,006 0,154±0,005 0,149±0,002 0,145±0,003 0,139±0,002
II 0,146±0,004 0,155±0,002 0,149±0,005 0,137±0,006 0,138±0,002 0,156±0,003****
АМо I 92,02±2,87 87,17±2,75 91,70±2,15 97,28±0,71 96,74±1,35 99,89±0,04
II 95,53±1,69 98,52±0,79**** 81,29±7,65 88,56±6,31 85,52±5,92 96,76±0,77****
ВР I 0,077±0,009 0,079±0,009 0,082±0,011 0,080±0,013 0,057±0,006 0,056±0,009
II 0,131±0,015*** 0,054±0,003** 0,100±0,024 0,070±0,008 0,086±0,014 0,066±0,002
ИН I 6115±643 5067±703 5677±651 5236±332 7284±680 8502±755
II 3132±631**** 6073±384 5061±1171 5687±1095 4909±1037 4737±193****
ВПР I 128,2±11,9 108,9±12,9 117,8±12,2 107,4±6,5 148,3±13,0 170,1±15,1
II 64,5±12,2**** 123,0±7,1 108,7±20,6 125,7±19,5 109,5±18,2 97,7±18,2****
ИВР I 1858±209 1646±232 1767±220 1568±101 2115±192 2335±192
II 947±218** 1889±132 1585±372 1607±333 1358±290* 1477±53****
Примечание. I - контрольная группа, II - экспериментальная группа. Статистически значимые различия между группами при * р<0,05; ** р<0,01; *** р<0,002; **** р<0,001.
ние максимум в 14 ч, соответствующий минимальным показателям в контрольной группе (p<0,001), и подтверждающий инверсию суточного ритма. По данным косинор-анализа Цр не достоверен.
Суточные данные ВР у экспериментальных животных по сравнению с контролем отличаются достоверным повышением в 10 ч с последующим падением до минимальных значений в 14 ч. Аналогичные, но менее выраженные, перепады ВР показаны в течение суток с закономерным разрушением ЦР по результатам ко-синор-анализа.
Вторичные показатели вариационной пульсомет-рии (ИН, ВПР и ИВР) характеризовались схожей динамикой суточных колебаний с повышением значений в дневное время и ранние ночные часы, и достоверным понижением по сравнению с контролем в 6 ч и 10 ч. Ко-синор-анализ указывает на отсутствие достоверного ЦР ИН, ВПР и ИВР.
Таким образом, у половозрелых крыс-самцов, получавших в пубертатный период хлорид кадмия, формируется инвертированный ЦР. Так если Мо, указывающий на доминирующее влияние синусового узла, отличается от контроля только в одной точке, а акрофаза смещена на 5 часов, то ВР и АМо, характеризующие центральную регуляцию парасимпатического и симпатического каналов, соответственно, имеют дополнительные флуктуации на хронограммах, и нивелирование ЦР по данным косинор-анализа. Это подтверждается нарушением ЦР у рассчитываемых вторичных показателей, что, по сути, указывает на формирование десинхроноза.
В экспериментах при действии хлорида кадмия в дозе 25 ppm изменяется суточная ритмика пролакти-на, допамина и серотонина в срединном возвышении и гипофизе [9], а также норадреналина в срединном возвышении [8]. Эти изменения сопровождаются нарушением ЦР лютеинизирующего гормона в плазме, хотя средний уровень гормона не меняется. Кадмий повышает амплитуду ночного пика тестостерона и индуцирует появление другого пика в течение светлой фазы (12 ч), повышая средний уровень гормона в плазме [8]. Возможно, кадмий снижает в плазме крови уровень пролактина, соматотропина и адренокор-тикотропного гормона, но это не связано с уровнем
Рис. Косинор-анализ показателей вариабельности сердечного ритма в контрольной (1) и опытной (2) группах.
допамина и накоплением кадмия в мозге [7]. Показано влияние кадмия через перекисную систему организма, поскольку действие кадмия усиливает окисление, за счет влияния на экспрессию генов в гипоталамусе и гипофизе. Этот эффект блокируется воздействием мелатонина, являющегося антиоксидантом [10], который защищает организм от воздействия кадмия [6].
Следовательно, в основе патогенеза выявленной дизритмии может лежать как нарушение циркадианной ритмики гормональной регуляции, так и редокс - баланса.
Заключение. С использование математического анализа сердечного ритма показано нарушение суточной ритмики вегетативной регуляции у половозрелых крыс-самцов, получавших хлорид кадмия в пубертатный период онтогенеза. Это позволяет говорить о формировании десинхроноза у взрослых крыс при воздействии ионов кадмия на организм в критический период онтогенеза. Хронобиологический подход позволяет обнаружить воздействие низких доз кадмия, еще не оказывающих выраженного токсического действия на организм животных.
Литература
1. Арушанян, Э.Б. Хронофармакология / Э.Б. Арушанян.
- Ставрополь, 2000. - 424 с.
2. Бабунц, И.В. Азбука анализа вариабельности сердечного ритма / И.В. Бабунц, Э.М. Мириджанян, Ю.А. Машаех.
- Ставрополь, 2002. - 112 с.
3. Джандарова, Т.И. Роль ионов кальция в организации и
влияние кадмия на циркадианные
ПОКАЗАТЕЛИ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО
РИТМА КРЫС
Е.В. БУДКЕВИЧ, А.А. СОЛДАТОВ, Р.О. БУДКЕВИЧ
В работе рассматривается суточная динамика показателей математического анализа сердечного ритма у половозрелых крыс-самцов, получавших в пубертатный период хлорид кадмия.
Выявлено нарушение циркадианного ритма со смещением акрофаз и появлением дополнительных пиков на хронограммах. Косинор-анализ показал разрушение циркадианной ритмики рассчитываемых вторичных показателей. Это указывает на формировании десинхроноза.
Используемый хронобиологический подход позволяет обнаружить воздействие низких доз кадмия, еще не оказывающих выраженный токсический эффект на организм животных.
Ключевые слова: циркадианные ритмы, вариабельность ритма сердца, кадмий, десинхроноз
перестройке циркадианных ритмов эндокринных функций / Т.И. Джандарова. - Ставрополь, 2002. - 131 с.
4. Ермоленко, ГВ. Особенности функционирования ведущих адаптационных систем и психофизиологический статус подростков, проживающих в условиях химического загрязнения окружающей среды: Автореф. дис. ... канд. биол. наук / ГВ. Ермоленко. - Москва, 2007. - 19 с.
5. Замощина, ТА. Литий и биологические ритмы / Т.А.Замощина // Биоэлементы / Научные труды I международной научно-практической конференции. - Оренбург, 2004. - С. 28-30.
6. Eybl, V. Comparative study of natural antioxidants - curcu-min, resveratrol and melatonin - in cadmium-induced oxidative damage in mice / V. Eybl, D. Kotyzova, J. Koutensky // Toxicology. - 2006. - Vol. 225(2-3). - P. 150-156.
7. Lafuente, A. Oral cadmium exposure throughout puberty does not inhibit secretion of prolactin, GH and ACTH through dopamine metabolism changes in male rat / A. Lafuente, A. Gonzalez-Carracedo, N. Marquez, D. Pazo, A.I. Esquifino // J. Trace Elem. Med. Biol. - 2002. - Vol. 16(4). - P. 249-254.
8. Lafuente, A. Cadmium exposure differentially modifies the circadian patterns of norepinephrine at the median eminence and plasma LH, FSH and testosterone levels / A. Lafuente, A. Gonzalez-Carracedo, A. Romero, P Cano, A.I. Esquifino // Toxicol. Lett. - 2004. - Vol. 146(2). - P. 175-182.
9. Lafuente, A. Toxic effects of cadmium on the regulatory mechanism of dopamine and serotonin on prolactin secretion in adult male rats / A. Lafuente // Toxicol. Lett. - 2005.
- Vol. 155(1). - P. 87-96.
10. Poliandri, A.H. In vivo protective effect of melatonin on cadmium-induced changes in redox balance and gene expression in rat hypothalamus and anterior pituitary / A.H. Poliandri, A.I. Esquifino, P Cano, V. Jimenez, A. Lafuente, D.P Cardinali, B.H. Duvilanski // J. Pineal. Res. - 2006. - Vol. 41(3). - P. 238-246.
INFLUENCE OF THE CADMIUM ON CIRCADIAN
PARAMETERS OF VARIABILITY OF THE HEART
RHYTHM OF RATS
BUDKEVICH E.V., SOLDATOV A.A., BUDKEVICH R.O.
In the study, daily dynamics of parameters of the mathematical analysis of the heart rhythm in puberty rats-males, which received chloride of cadmium in the puberty period, was examined.
Infringement of circadian rhythm with displacement of acro-phasis and occurrence of additional peaks on chronograms is revealed. The Cosinor-analysis has shown destruction of circadian rhythmics of counted secondary parameters. It specifies formation of desynchronosis.
The used chronobiologic approach permits to find out influence of low dozes of cadmium, which is yet not rendering expressed toxic effect on an organism of animals.
Key words: circadian rhythms, variability of a heart rhythm, cadmium, desynchronosis
бо
