БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
УДК 557.3,■611.018
СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В МИОКАРДЕ ГИПЕРТЕНЗИВНЫХ КРЫС ЛИНИИ SHR, ВЫЗВАННЫЕ ФОТОННЫМ ОБЛУЧЕНИЕМ
2008 г. И.М. Санталова, Н.М. Захарова*, Р.Н. Храмов, И.В. Краев*, А.Н. Мурашев**, А.С. Аверин*, Л.И. Фахранурова
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142290, ПущиноМосковской области; *Институт биофизики клетки РАН, 142290, Пущино Московской области;
**
Филиал Института биоорганической xимии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 142290, Пущино
Московской области
E-mail: dma@rambler.ru Поступила в p едакцию 24.08.07 г. После доработки 27.03.08 г.
Гипертензивных кр ыс линии 8ИЯ облучали о р анжево-красным светом с помощью фотонной светодиодной матрицы Коробова с максимумом излучения 612 нм ежедневно по 1 ч в течение 13 дней. После курса облучения у крыс обнаружили значительное улучшение ритмоионотропных характеристик папиллярной мышцы сердца. Морфологический анализ показал наличие интенсивной перестройки в клетках миокарда, в пер вую очередь в структур е саркоплазматического р етикулума, относительная площадь котор ого увеличилась более чем в два раза. По-видимому, фотонная терапия гипертензивных крыс ведет к нормализации кальциевого гомеостаза в миоцитах и улучшает кальцийтранспортирующие функции ретикулума. Мы полагаем, что нормализация структурных и физиологических показателей миокарда гипертензивных кр ыс обусловлена, вероятно^ увеличением буферной емкости саркоплазматического ретикулума, а также активацией Са -АТФазы ретикулума. Выявленные кроме того качественные и количественные изменения в соотношениях капилляров, миофибрилл и митохондрий в миоцитах указывают на развитие адаптивно-компенсаторных процессов, ведущих к активизации биосинтетических процессов и возр а станию энергетического потенциала сердечной мышцы, также увеличивающих ее функциональные возможности.
Ключевые слова: оранжево-красный свет, ритмоионотропные характеристики миокарда, регуляция кальциевого гомеостаза, саркоплазматический ретикулум.
В течение нескольких десятков лет в пр ак-тической медицине используется лечение светом в красной и инфракрасной областях при различных заболеваниях, включая заболевания сердца. Из данных литературы известно, что низкоинтенсивное лазерное облучение оказывает кардиопротекторный эффект [1-3], в частности, усиливает адаптацию миокарда к последующей ишемии [4] и восстанавливает ритмо-инотропные отношения в миокарде [5]. Вместе с тем многие аспекты фототерапии до сих пор не получили убедительного объяснения. Перспективным объектом для таких исследований является сердце гипертензивных крыс линии SHR ^ontaneously ШреЛе^гуе Rats), хроническое повышение давления у которых вызы-
Сокращения: ПМ - папиллярная мышца, CP - саркоплазматический ретикулум, ВДМ - время достижения максимума сокращения, ВР - время расслабления.
вает гипертрофию миокардиальной ткани, обусловленную нарушением кальциевого гомеоста-за [6,7]. Установлено, что характеристики сокращения сердечной мышцы крыс косвенно свидетельствуют об эффективности работы саркоплазматического р етикулума, регулир ующего уровень ионов кальция в миоцитах и таким образом участвующего в цикле сокращение-расслабление [8]. Поэтому в задачи данной работы входило изучение функциональных ритмоино-тропных характеристик, а также структурных изменений в сердечной мышце гипертензивных крыс, вызванных оранжево-красным фотонным излучением.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В экспериментах были использованы гипер-тензивные крысы, самцы линии SHR, и нор-мотензивные Wystar Kyoto (WKY) в возрасте 4 мес, массой 300 - 350 г. Животные были
2
(а)
1 мН
(б)
1 мН
(В)
1 мН
(г)
1 мН
50 мс
Рис. 1. Изометрические сокращения ПМ сердца крыс опытной и контрольных групп: 1 - одиночное сокращение на базовой частоте 0,3 Гц; 2 - первое сокращение после паузы 60 секунд (потенциация паузой). (а) - Нормотензивные крысы линии ШКУ пассивный контроль; (б) - гипертензивные крысы линии БИЯ пассивный контроль; (в) - гипертензивные крысы линии БИЯ ложнооблученные; (г) -гипертензивные крысы линии БИЯ, облученные оранжево-красным светом
получены и содержались в питомнике корпуса Биомедицинских исследований Филиала ИБХ РАН. Протокол исследований был утвержден комиссией по биоэтике. Животные были разделены на четыр е группы: 1 гр уппа - пассивный контроль I - нормотензивные крысы линии ШКУ (п = 5); 2 группа - пассивный контроль II - гипертензивные крысы линии БИЯ (п = 3), 3 группа - опытные облученные крысы БИЯ+ (п = 6) и 4 группа - контрольные ложнооблученные БИЯ- (п = 6). Опытных животных облучали тотально в стандартной клетке в свободном поведении с помощью фотонной светодиодной матрицы Коробова с максимумом излучения 612 нм при плотности мощности
излучения 0,4 мВт/см2 ежедневно по 1 ч в течение 13 дней. При этом доза облучения составляла 1,44 Дж/см2 в день, что находится в диапазоне терапевтических доз, используемых в медицинской практике [6,7]. Контрольных, ложнооблученных животных помещали в те же экспериментальные условия, но фотонная матрица упаковывалась в светонепроницаемый пластик, чтобы световой облученности животные не получали. После курса облучения крыс выводили из опыта методом декапитации под легким эфирным нар козом. Выделенную из пр а-вого желудочка миокарда папиллярную мышцу (ПМ) помещали в термостатируемую (30 ± 1°С) пр оточную камеру с физиологическим раствором (рИ 7,4). Раствор оксигенировали карбо-геном: О2 (95%) и СО2 (5%). Выделение папиллярной мышцы, стимуляцию и измерение амплитуды сокращения в изометрическом режиме проводили по ранее описанной методике [9]. Регистрировали изометрические сокращения ПМ всех групп животных на базовой частоте стимуляции 0,3 Гц. Измеряли следующие пар а-метры сокращения: силу изометрического сокращения, вр емя достижения максимума сокр а-щения (ВДМ), вр емя полурасслабления (ВР50) и время 95% уровня расслабления (ВР95). Эффект воздействия «потенциация паузой» (ПП) оценивали как величину отношения амплитуды пер вого после 60-секундной паузы сокращения к амплитуде базового сокр ащения в процентах.
Для гистологического и электронно-микроскопического изучения выделяли ткани из суб-эндокардиального отдела левого желудочка миокарда. Полученные образцы обрабатывали по общепринятой методике и заливали в эпон-812. Полутонкие срезы, ориентированные попер ечно, окрашивали гематоксилином и эозином. На светооптическом уровне с помощью микроскопа Ки-2Е определяли количество капилляров, распределенных на единице площади ср еза миокарда и относительную площадь пучков мышечных волокон. Ультратонкие ср езы, ориентированные поперечно, изготавливали на ультратоме ЬКБ-3 и контрастир овали уранил-ацетатом и цитратом свинца. Срезы просматривали в электронном микро скопе 1ЕОЬ 1010 пр и увеличении 10000. В процессе ультрастр ук-турного анализа основное внимание уделяли изменениям в структуре саркоплазматического ретикулума (СР). Измеряли также следующие параметры: относительную площадь миофиб-рилл; относительную площадь митохондрий; соотношение общей площади митохондрий к миофибриллам.
Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью программы Мюго-80Й Ехсе1. Оценку достоверности результатов пр оводили по критерию Стьюдента.
С ТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ
881
Таблица 1. Характеристики изометрических сокращений папиллярной мышцы нормотензивных и гипертензивных крыс (М ± т)
Группа живот- СС, ПП, ВДМ, ВР50, ВР95,
ных мН % мс мс мс
WKY пассивный контроль 1,7 ± 0,3 118 ± 9 112 ± 7 58 ± 6 117 ± 9
БИЯ пассивный контроль 2,7 ± 0,4 99 ± 1 127 ± 41* 73 ± 21* 151 ± 51*
БИЯ-
ложно 2,6 ± 0,3 100 ± 2 126 ± 32* 74 ± 22* 153 ± 32*
облученные
БИЯ+ облученные 2,3 ± 0,3 110 ± 6 118 ± 2 69 ± 1 138 ± 4
Примечания: *- Уровень значимости р < 0,05; 1 - сравнение значений в группах крыс БИЯ и БИЯ+; 2 - сравнение значений в группах крыс БИЯ- и 8ИЯ+. СС - сила сокращения; ПП - потенциация паузой; ВДМ -время достижения максимума сокращения; ВР50 время полурасслабления; ВР95 - время расслабления до уровня 95%.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Кинетические параметры, измеренные для папилляр ной мышцы всех групп животных, представлены в табл. 1. Видно, что у гипер-тензивных крыс линии БИЯ сила изометрического сокр ащения ПМ была на 30% выше, чем у нормотензивных животных WKY, что, по мнению ряда авторов, объясняется нарушением кальциевого гомеостаза в клетке [6,10]. Время достижения максимума сокращения и время расслабления, связанные со временем развития пр оцесса сокр ащения папиллярной мышцы и вр еменем ее расслабления у крыс линии БИЯ, также имели большую величину по сравнению с такими же характеристиками у нор мотензивных крыс в ср еднем на 10 - 30%, что, вероятно, обусловлено нар ушением работы саркоплазма-тического ретикулума в миоцитах. Однако после курса облучения крыс БИЯ+ эти временные параметр ы достовер но снижались и приближались к параметрам, характеризующим здоровых животных.
Эффект потенциации паузой у нормотензивных крыс WKY выражался в увеличении сокращения ПМ на 18 ± 9% по отношению к базовой величине (100%) сокращения (табл. 1, рис. 1а, кривая 2). У гипертензивных крыс БИЯ этот эффект не был выражен (табл. 1, рис. 1б, кривая 2) и составлял в ср еднем 100 ± 2% к базовой величине сокращения (рис. 1в, кривая 1), что свидетельствует об уменьшении буферной емко сти сар коплазматического ретикулума кардиомиоцитов по ср авнению со здоровыми животными - нормотензивными WKY. Ложное облучение гипертензивных крыс не внесло изменений в эти характеристики (рис. 1в, кривая 2). Потенцирующий эффект паузой у
гипертензивных крыс, подвергнутых облучению оранжево-красным светом, был явно выражен и со ставил 110 ± 6% (табл. 1, рис. 1г, кривая 2), что ср авнимо с эффектом потенциации паузой, обнаруженным у нормотензивных крыс. Эти данные качественно отражают улучшение работы сар коплазматического р етикулума облученных кр ыс [11].
Данные, полученные в результате морфологического анализа, показали, что у гипертен-зивных крыс линии БИЯ имеются значительные отличия в структуре сердечной мышцы по сра
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.