ИЗУЧЕНИЕ СОКРАТИТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ МИОКАРДА В УСЛОВИЯХ МОДУЛЯЦИИ ВНУТРИКЛЕТОЧНОГО ТРАНСПОРТА ИОНОВ КАЛЬЦИЯ АМИОДАРОНОМ
|
Список использованных сокращений 4
Введение 5
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1 Электрофизиологические свойства сердечной мышцы 8
1.1.1 Потенциал покоя 8
1.1.2 Потенциал действия 9
1.1.3 Свойства автоматии, проводимости и сократимости 12
1.1.4 Рефрактерность миокарда 14
1.2 Электромеханическое сопряжение в кардиомиоцитах 15
1.2.1 Роль саркоплазматического ретикулума в регуляции
сократительной активности миокарда 17
1.3 Ритмоионотропные свойства сердечной мышцы 19
1.3.1 Зависимость «сила стимула - сила сокращения» 19
1.3.2 Зависимость «частота - сила» 20
1.3.3 Зависимость «длина - сила» 20
1.3.4 Зависимость «скорость - сила» 20
1.4 Электрофизиологические эффекты амиодарона 21
1.5 Влияние верапамила на функциональную активность медленных
кальциевых каналов L-типа 22
1.6 Влияние кофеина на функциональную активность
саркоплазматического ретикулума 23
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Приготовление изолированных мышечных препаратов 25
2.2 Моделирование ритмоинотропных зависимостей перфузируемых
мышечных препаратов сердца крысы 26
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Влияние амиодарона на цикл сокращение - расслабление папиллярных мышц крысы 30
3.2 Влияние амиодарона на тетаническое сокращение и посттетаническую
инотропную реакцию папиллярных мышц крысы 31
3.2.1 Влияние амиодарона на тетаническое сокращение и
посттетаническую инотропную реакцию папиллярных мышц крысы 32
3.2.2 Действие амиодарона на тетаническое сокращение и
постетаническую инотропную реакцию папиллярных мышц крысы в условиях ингибирования Ca2+ - каналов плазматической мембраны верапамилом 33
3.3 Влияние периодов покоя на амплитуду сокращения папиллярных
мышц крыс 36
3.3.1 Влияние амиодарона на механическую реституцию
папиллярных мышц крыс 36
3.3.2 Действие амиодарона на тетаническое сокращение и
постетаническую инотропную реакцию папиллярных мышц крысы в условиях ингибирования Ca2+ - каналов плазматической мембраны верапамилом 38
3.3.3 Влияние амиодарона на механическую реституцию папиллярных
мышц крыс в условиях ингибирования Ca2+ - АТФазы кофеином 41
3.4 Влияние амиодарона на сокращение папиллярной мышцы крысы
после длительной паузы 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45
ВЫВОДЫ 47
Список использованной литературы 48
Введение 5
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1 Электрофизиологические свойства сердечной мышцы 8
1.1.1 Потенциал покоя 8
1.1.2 Потенциал действия 9
1.1.3 Свойства автоматии, проводимости и сократимости 12
1.1.4 Рефрактерность миокарда 14
1.2 Электромеханическое сопряжение в кардиомиоцитах 15
1.2.1 Роль саркоплазматического ретикулума в регуляции
сократительной активности миокарда 17
1.3 Ритмоионотропные свойства сердечной мышцы 19
1.3.1 Зависимость «сила стимула - сила сокращения» 19
1.3.2 Зависимость «частота - сила» 20
1.3.3 Зависимость «длина - сила» 20
1.3.4 Зависимость «скорость - сила» 20
1.4 Электрофизиологические эффекты амиодарона 21
1.5 Влияние верапамила на функциональную активность медленных
кальциевых каналов L-типа 22
1.6 Влияние кофеина на функциональную активность
саркоплазматического ретикулума 23
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Приготовление изолированных мышечных препаратов 25
2.2 Моделирование ритмоинотропных зависимостей перфузируемых
мышечных препаратов сердца крысы 26
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Влияние амиодарона на цикл сокращение - расслабление папиллярных мышц крысы 30
3.2 Влияние амиодарона на тетаническое сокращение и посттетаническую
инотропную реакцию папиллярных мышц крысы 31
3.2.1 Влияние амиодарона на тетаническое сокращение и
посттетаническую инотропную реакцию папиллярных мышц крысы 32
3.2.2 Действие амиодарона на тетаническое сокращение и
постетаническую инотропную реакцию папиллярных мышц крысы в условиях ингибирования Ca2+ - каналов плазматической мембраны верапамилом 33
3.3 Влияние периодов покоя на амплитуду сокращения папиллярных
мышц крыс 36
3.3.1 Влияние амиодарона на механическую реституцию
папиллярных мышц крыс 36
3.3.2 Действие амиодарона на тетаническое сокращение и
постетаническую инотропную реакцию папиллярных мышц крысы в условиях ингибирования Ca2+ - каналов плазматической мембраны верапамилом 38
3.3.3 Влияние амиодарона на механическую реституцию папиллярных
мышц крыс в условиях ингибирования Ca2+ - АТФазы кофеином 41
3.4 Влияние амиодарона на сокращение папиллярной мышцы крысы
после длительной паузы 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45
ВЫВОДЫ 47
Список использованной литературы 48
Изучение механизмов, поддерживающих нормальную сократительную активность миокарда, является одной из актуальных проблем физиологии, так как многие вопросы в этой области остаются пока открытыми. Известно, что ключевую роль в сократительной активности кардиомиоцитов играет внутриклеточный транспорт ионов Са2+ (Рубцов А. М., 2000). Многими исследователями подтверждено, что огромную роль в регуляции внутриклеточного транспорта ионов кальция играет саркоплазматический ретикулум клеток сердца (Сперелакис Н., 1988). Однако механизмы,
обеспечивающие его функциональную активность, изучены не достаточно.
Особое внимание обращают на то, что в ритмически сокращающейся сердечной мышце должен поддерживаться баланс между количеством вошедшего в клетки Са2+, его количества в СПР-пуле и количеством выводимого наружу Са2+. Любое отклонение от константной
последовательности стимуляции миокарда, вызванное действием какого- либо ионотропного фактора, приводит к временному изменению внутриклеточных потоков кальция, что отражается в динамике параметров сократительных ответов (Капелько В. И., 1987). Нарушение
внутриклеточного гомеостаза ионов кальция может быть причиной возникновения аритмий.
Са2+-каналы СПР обеспечивают массированный выброс кальция из ретикулума, который участвуют в процессе сокращения. В мышечных клетках кальций связывается с тропонином С, что приводит к активации актомиозиновой АТФазы и сокращению. Для расслабления необходимо удалить кальций из цитоплазмы, снова аккумулировав его в полостях саркоплазматического ретикулума или выведя из клетки в окружающую среду. За удаление кальция из цитоплазмы при расслаблении отвечает специальный фермент - встроенная в мембраны продолговатых трубочек СПР - Са2+-АТФаза. Мышечное сокращение становится возможным потому, что из саркоплазматического ретикулума через Са2+-каналы за короткое время выбрасывается большое количество Са2+, достаточное для взаимодействия с регуляторными Са2+-связывающими белками и активации сократительного аппарата. Благодаря хорошему развитию сети мембран СПР и высокому содержанию в них белка Са2+-АТФазы весь освободившийся кальций также очень быстро полностью удаляется из цитоплазмы (Рубцов А. М., 2000).
Функциональную активность саркоплазматического ретикулума можно изучить с помощью электрофизиологических тестов, которые позволяют сделать выводы о внутриклеточных процессах, протекающих в клетке во время сокращения.
В настоящее время наиболее эффективным антиаритмическим средством лечения желудочковых и наджелудочковых аритмий является амиодарон. Его относят к III классу антиаритмических препаратов, основной эффект которого связан с блокадой калиевых каналов. Известно его влияние на ионные токи сарколеммы кардиомиоцитов. Вместе с тем, не все эффекты амиодарона можно объяснить вышеперечисленными механизмами. Так как одним из факторов возникновения аритмий является перегрузка ионами кальция, то нам представилось интересным изучить влияние амиодарона на внутриклеточный гомеостаз кальция. Нами сделано предположение, что применение амиодарона влияет на процессы электромеханического сопряжения. Ключевым звеном электромеханического сопряжения является саркоплазматический ретикулум (СПР), который поддерживает внутриклеточный баланс ионов кальция (Рубцов А. М., 2000). Особенность организации электромеханического сопряжения определяет зависимость между частотой и силой сокращения сердечной мышцы. Поэтому, при исследовании функциональной активности СПР в кардиомиоцитах используют методические приемы, основанные на анализе зависимости частота-сила.
Целью нашей работы являлось изучение сократительной активности миокарда крыс в условиях модуляции внутриклеточного транспорта ионов кальция амиодароном.
В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:
1. Изучить изменение цикла сокращение-расслабление папиллярных мышц крысы на фоне действия амиодарона;
2. Оценить эффект действия амиодарона на тетаническое сокращение и посттетаническую инотропную реакцию папиллярных мышц крысы;
3. Исследовать влияние амиодарона на контрактильный ответ папиллярных мышц крыс при воздействии периодами покоя;
4. Оценить инотропную реакцию папиллярных мышц крыс на длительный период покоя на фоне действия амиодарона;
Работа была выполнена в лаборатории молекулярно-клеточной патологии и генодиагностики НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН под руководством кандидата биологических наук, научного сотрудника Кондратьевой Дины Степановны.
обеспечивающие его функциональную активность, изучены не достаточно.
Особое внимание обращают на то, что в ритмически сокращающейся сердечной мышце должен поддерживаться баланс между количеством вошедшего в клетки Са2+, его количества в СПР-пуле и количеством выводимого наружу Са2+. Любое отклонение от константной
последовательности стимуляции миокарда, вызванное действием какого- либо ионотропного фактора, приводит к временному изменению внутриклеточных потоков кальция, что отражается в динамике параметров сократительных ответов (Капелько В. И., 1987). Нарушение
внутриклеточного гомеостаза ионов кальция может быть причиной возникновения аритмий.
Са2+-каналы СПР обеспечивают массированный выброс кальция из ретикулума, который участвуют в процессе сокращения. В мышечных клетках кальций связывается с тропонином С, что приводит к активации актомиозиновой АТФазы и сокращению. Для расслабления необходимо удалить кальций из цитоплазмы, снова аккумулировав его в полостях саркоплазматического ретикулума или выведя из клетки в окружающую среду. За удаление кальция из цитоплазмы при расслаблении отвечает специальный фермент - встроенная в мембраны продолговатых трубочек СПР - Са2+-АТФаза. Мышечное сокращение становится возможным потому, что из саркоплазматического ретикулума через Са2+-каналы за короткое время выбрасывается большое количество Са2+, достаточное для взаимодействия с регуляторными Са2+-связывающими белками и активации сократительного аппарата. Благодаря хорошему развитию сети мембран СПР и высокому содержанию в них белка Са2+-АТФазы весь освободившийся кальций также очень быстро полностью удаляется из цитоплазмы (Рубцов А. М., 2000).
Функциональную активность саркоплазматического ретикулума можно изучить с помощью электрофизиологических тестов, которые позволяют сделать выводы о внутриклеточных процессах, протекающих в клетке во время сокращения.
В настоящее время наиболее эффективным антиаритмическим средством лечения желудочковых и наджелудочковых аритмий является амиодарон. Его относят к III классу антиаритмических препаратов, основной эффект которого связан с блокадой калиевых каналов. Известно его влияние на ионные токи сарколеммы кардиомиоцитов. Вместе с тем, не все эффекты амиодарона можно объяснить вышеперечисленными механизмами. Так как одним из факторов возникновения аритмий является перегрузка ионами кальция, то нам представилось интересным изучить влияние амиодарона на внутриклеточный гомеостаз кальция. Нами сделано предположение, что применение амиодарона влияет на процессы электромеханического сопряжения. Ключевым звеном электромеханического сопряжения является саркоплазматический ретикулум (СПР), который поддерживает внутриклеточный баланс ионов кальция (Рубцов А. М., 2000). Особенность организации электромеханического сопряжения определяет зависимость между частотой и силой сокращения сердечной мышцы. Поэтому, при исследовании функциональной активности СПР в кардиомиоцитах используют методические приемы, основанные на анализе зависимости частота-сила.
Целью нашей работы являлось изучение сократительной активности миокарда крыс в условиях модуляции внутриклеточного транспорта ионов кальция амиодароном.
В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:
1. Изучить изменение цикла сокращение-расслабление папиллярных мышц крысы на фоне действия амиодарона;
2. Оценить эффект действия амиодарона на тетаническое сокращение и посттетаническую инотропную реакцию папиллярных мышц крысы;
3. Исследовать влияние амиодарона на контрактильный ответ папиллярных мышц крыс при воздействии периодами покоя;
4. Оценить инотропную реакцию папиллярных мышц крыс на длительный период покоя на фоне действия амиодарона;
Работа была выполнена в лаборатории молекулярно-клеточной патологии и генодиагностики НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН под руководством кандидата биологических наук, научного сотрудника Кондратьевой Дины Степановны.
Антиаритмический препарат III класса амиодарон известен своим эффектом на ионные токи внешней мембраны кардиомиоцитов. Мы сделали предположение, что он может оказывать влияние на внутриклеточный транспорт ионов кальция.
В результате проведенных экспериментов было обнаружено, амиодарон уменьшает амплитуду регулярного сокращения мышцы и увеличивает длительность цикла сокращение - расслабление. Этот эффект обуславливается блокированием кальциевых каналов плазматической мембраны, а увеличение продолжительности цикла сокращение - расслабление происходит за счет блокады К+-каналов плазматической мембраны и продления ПД.
Пик тетанических сокращений, которые были вызваны ингибированием Са2+-АТФазы кофеином, на фоне действия амиодарона не превышал контрольных значений. Действуя амиодароном на тетаническое сокращение и посттетаническую инотропную реакцию папиллярных мышц крысы в условиях ингибирования Са2+-каналов плазматической мембраны верапамилом, мы пронаблюдали понижение тетанического пика. Это доказывает, что верапамил действительно блокирует Са2+-каналы плазматической мембраны. Полученные результаты позволяют сказать о том, что влияние амиодарона на уровень ионов кальция, поступающего в кардиомиоциты, незначительно.
Амплитуда первого сокращения после периодов покоя на фоне действия амиодарона достоверно повышалась по сравнению с контрольными значениями. Полученные данные позволяют говорить о том, что этот препарат оказывает влияние на функциональное состояние СПР, увеличивая его кальций-аккумулирующую активность.
Наше предположение, что влияние амиодарона на эффект периодов покоя связан с воздействием на функциональную активность СПР, мы подтвердили в исследовании с использованием кофеина. Предварительная обработка папиллярных мышц кофеином полностью отменяла эффект потенциации, наблюдаемый при обработке мышц амиодароном. Это свидетельствует о том, что амиодарон способствует повышению кальций- аккумулирующей активности СПР.
Как мы уже отмечали, функция СПР связана с захватом ионов кальция, удержания, или связывания внутри депо, и освобождения Са2+ из СПР. В нашем эксперименте мы выяснили, что амиодарон оказывает не только влияние на ионные каналы плазматической мембраны, но и на внутриклеточный транспорт клеток сердца.
В результате проведенных экспериментов было обнаружено, амиодарон уменьшает амплитуду регулярного сокращения мышцы и увеличивает длительность цикла сокращение - расслабление. Этот эффект обуславливается блокированием кальциевых каналов плазматической мембраны, а увеличение продолжительности цикла сокращение - расслабление происходит за счет блокады К+-каналов плазматической мембраны и продления ПД.
Пик тетанических сокращений, которые были вызваны ингибированием Са2+-АТФазы кофеином, на фоне действия амиодарона не превышал контрольных значений. Действуя амиодароном на тетаническое сокращение и посттетаническую инотропную реакцию папиллярных мышц крысы в условиях ингибирования Са2+-каналов плазматической мембраны верапамилом, мы пронаблюдали понижение тетанического пика. Это доказывает, что верапамил действительно блокирует Са2+-каналы плазматической мембраны. Полученные результаты позволяют сказать о том, что влияние амиодарона на уровень ионов кальция, поступающего в кардиомиоциты, незначительно.
Амплитуда первого сокращения после периодов покоя на фоне действия амиодарона достоверно повышалась по сравнению с контрольными значениями. Полученные данные позволяют говорить о том, что этот препарат оказывает влияние на функциональное состояние СПР, увеличивая его кальций-аккумулирующую активность.
Наше предположение, что влияние амиодарона на эффект периодов покоя связан с воздействием на функциональную активность СПР, мы подтвердили в исследовании с использованием кофеина. Предварительная обработка папиллярных мышц кофеином полностью отменяла эффект потенциации, наблюдаемый при обработке мышц амиодароном. Это свидетельствует о том, что амиодарон способствует повышению кальций- аккумулирующей активности СПР.
Как мы уже отмечали, функция СПР связана с захватом ионов кальция, удержания, или связывания внутри депо, и освобождения Са2+ из СПР. В нашем эксперименте мы выяснили, что амиодарон оказывает не только влияние на ионные каналы плазматической мембраны, но и на внутриклеточный транспорт клеток сердца.
