Регистрация поглощения ионов кальция изолированным сердцем крысы позволяет оценить работу систему Nа+-Ca2+ обмена в изолированном сердце крысы.
В настоящее время установлена важная роль Nа+-Ca2+ обмена в развитии патологий сердца. Например, в возникновении сердечной недостаточности, гипертрофии миокарда, последствий гипоксии и ишемии сердца.
Последнее время активно изучаются способы воздействия на натрий-кальциевый обмен при сердечных заболеваниях. Было установлено, что ряд лекарственных препаратов, влияя на процесс Nа+-Ca2+ обмена способны ослаблять нарушения обмена веществ и физиологического состояния сердечной мышцы. Следует, однако, отметить, что исследования, посвященные изучению влияния веществ на систему натрий-кальциевого обмена в целостном миокарде пока единичны. В связи с вышеизложенным возникла идея использовать методику регистрации поглощения ионов кальция миокардом для оценки кардиотоксичности некоторых лекарственных препаратов.
Цель работы: оценить возможность использования методики регистрации поглощения ионов кальция изолированным сердцем крысы для определения кардиотоксичности некоторых лекарственных препаратов.
Материалы и методы. Эксперименты проводились на изолированных сердцах белых крыс линии Wistar, перфузированных по методу Лангендорфа, оксигенированным (t = 370 С) раствором Рингера-Локка (мМ): NaC1-140, NаНСО3 – 2,0; КС1- 5,0; трис-ОН (рН = 7,4)- 5; СаС12 - 0,6, глюкозы-11.
Концентрацию Са2+ в оттекающем от сердца перфузионном растворе непрерывно измеряли в течение всего периода опыта. С помощью перистальтического насоса перфузионный раствор смешивали с металлоиндикатором на Са2+ – Арсеназо-III. Образовавшийся окрашенный продукт реакции пропускали через проточную кварцевую микрокювету, помещенную в регистрационный блок спектрофотометра СФ-46. Интенсивность окраски определяли при длине волны 660 нм.
Инициацию натрий-зависимого поглощения Са2+ изолированным сердцем крысы осуществляли путем замены 140 ммоль/л хлорида натрия на 140 ммоль/л хлорида аммония.
Гипонатриевый перфузионный раствор пропускали через сердце в течение 5 минут. Были изучены вещества: хлорид никеля (0,5 ммоль/л); верапамил (10 мкмоль/л); доксорубицин (4 мкмоль/л); новатрон (4 мкмоль/л); ноотропил (1 мкмоль/л); кордарон (10мкмоль/л).
Исследуемые вещества добавляли в растворы содержащие хлорид натрия и в растворы его не содержащие. Выбор концентраций изучаемых веществ определялся данными, полученных из литературных источников.
Результаты исследований обработаны методом вариационной статистики. В работе обсуждаются данные, в которых показатель р < 0,05.
Результаты и их обсуждения. Проведенные исследования показали, что активирование натрий-кальциевого обмена путем снижения внеклеточной концентрации хлорида натрия и заменой его на хлорид аммония сопровождается интенсивным поглощением ионов кальция изолированным сердцем из перфузионной среды. Максимальная скорость поглощения составила 75,6 нмоль/мин.г сырого веса ткани. Максимальное количество кальция за пять минут перфузии безнатриевой средой составило 274 нмоль/ г (табл.1).
Добавление в перфузионные растворы специфического ингибитора Nа+-Ca2+ обмена – хлорида никеля (0,5 мМ) значительно ослабляло накопление кальция изолированным сердцем крысы (табл.1). Таким образом, отсутствие реакции сердца на уменьшение трансмембранного градиента натрия в присутствии ионов никеля указывает на непосредственное участие в этом процессе системы Nа+-Ca2+ обмена.
Таблица 1
Влияние лекарственных веществ на процесс Nа-Са2+ обмена в изолированном сердце крысы
|
препарат |
скорость поглощения Са2+ (нмоль/мин-г) |
количество поглощенного Са2+ за 5 минут (нмоль/г) |
|
контроль (n=22) |
75,6 +7,8 |
274 +34 |
|
хлорид никеля (0,5 ммоль/л) (n=8) |
8 + 1,3 р<0,001 |
40 + 6,7 р<0,001 |
|
верапамил (10 мкмоль/л) (n=8) |
17,7+1,6 р <0,001 |
66,2 +6,3 р<0,001 |
|
ноотропил (1 мкмоль/л) (n=5) |
17,6 + 2,2 р <0,001 |
71,7 +10 р<0,01 |
|
доксорубицин (4 мкмоль/л) (n=10) |
9 + 2.7 р <0,001 |
36.3 +12.2 р<0,001 |
|
новотрон (4 мкмоль/л) (n=5) |
70 ± 15,3 р > 0,5 |
250,4 ± 59,2 р > 0,5 |
|
кордарон (10 мкмоль/л) (n=10) |
63 ± 12,2 р > 0,5 |
214 ± 35 р > 0,5 |
Известно, что верапамил обладает свойством влиять на поступление Са2+ внутрь клеток миокарда.
Проведенные нами исследования показали, что в концентрации, примерно соответствующей концентрации в крови, верапамил в четыре раза ослабляет интенсивность поглощения Ca2+ сердечной мышцей, снижая скорость его транспорта во время натрий-зависимого обмена по сравнению с контролем (табл. 1).
Среди лекарственных средств, активно взаимодействующих с мембранами клеток является ноотропил (пирацетам). Этот препарат обладает широким спектром действия на обменные процессы, в особенности на биоэнергетику тканей.
В этой связи было изучено влияние ноотропила на процесс Nа+-Ca2+ обмена в сердце крыс. При этом была установлена довольно большая чувствительность сердечной мышцы к изучаемому препарату. В присутствии ноотропила аккумуляция Ca2+ во время натрий-кальциевого обмена понижалась примерно в 4 раза (табл.1).
Одним из главных побочных эффектов широко применяемого в онкологической практике цитостатика - доксорубицина является его значительная кардиотоксичность.
Предполагается, что в основе его токсического проявления лежит его способность угнетать выход Са2+ из саркоплазматического ретикулума во время сокращения мышцы. Имеются также косвенные данные о его влиянии на процесс Nа+-Ca2+ обмена. В этих опытах влияние доксорубицина изучали на изолированных кардиомиоцитах или на полосках мышц в концентрациях от 5 до 10 мкмоль/л.
Исследования показали, что в концентрации 4 мкмоль/л доксорубицин в 8 раз ослабляет ответную реакцию миокарда на снижение натрия во внеклеточной среде (табл.1).
В этой связи было интересно сравнить его влияние на Nа+-Ca2+ обмен с другим противоопухолевым препаратом, обладающим слабым токсическим действием на сердечную мышцу. Таким свойством обладает цитостатик – новатрон. Согласно инструкции по применению новатрона, могут наблюдаться изменения ЭКГ и аритмии только при его передозировке.
Проведенные нами исследования показали слабое влияние новотрона на процесс Nа+-Ca2+ обмена в сердце крысы (табл.1).
Небольшие отклонения от контроля оказались недостоверными. Согласно полученным результатам можно предположить, что цитостатическое действие препарата обусловлено иным механизмом, не связанным с его влиянием на систему Nа+-Ca2+ обмена.
В следующих экспериментах было изучено влияние антиаритмического средства – кордарона. Согласно литературным данным этот препарат в опытах на изолированных кардиомиоцитах в концентрациях 7-50 мкмоль/л обладает свойством ослаблять зависимый от натрия поток Ca2+ в изолированных клетках миокарда
Следует при этом отметить, что в работах этой же группы авторов не удалось отметить явления ингибирования Nа+-Ca2+ обмена при введении кордарона подопытным животным in vivo.
Проведенные нами исследования на изолированных сердцах крыс показали, что кордарон в концентрации 10 мкмоль/л не снижает аккумуляцию Ca2+, при активировании Nа+-Ca2+ обмена (табл.1).
Отсутствие эффекта можно объяснить свойством препарата влиять на ионообменник с внутренней стороны сарколеммы кардиомиоцитов. Об этом качестве лекарственного средства предполагали в своих исследованиях цитируемые выше авторы работ.
Выводы: Исследования показали, что используемая модель регистрации поглощения кальция изолированным сердцем позволяет проводить оценку влияния лекарственных препаратов на работу сердечной мышцы.
Изучение состояния системы Nа+-Ca2+ обмена при воздействии известных лекарственных кардиотропных препаратов можно проводить на целом, интактном сердце животных. При этом используемая нами модель исследования дает возможность соотносить эффекты изучаемых лекарственных средств с физиологическим состоянием сердца в реальном масштабе времени.
Установлено, что ряд лекарственных веществ, обладающих определенной кардиотоксичностью, существенно ослабляют зависимый от натрия транспорт кальция в сердечной мышце. В этой связи токсичность некоторых кардиотропных средств можно обьяснить с позиций понимания роли Nа+-Ca2+ обмена в эдектромеханическом сопряженим миокарда, в котором этот процесс играет ключевую роль.