Введение к работе
Актуальность работы
В последние десятилетия активно изучается участие эндогенных веществ иммунной природы – цитокинов – в физиологических реакциях, не связанных с активацией специфических защитных систем организма. Так, накоплено множество данных, свидетельствующих о важной роли провоспалительных цитокинов в регуляции сердечной деятельности [Prabhu, 2004]. Для направления исследований влияния соединений иммунной природы применительно к сердцу Л.В. Ковальчук и О.П. Шевченко в 2010 г. ввели термин «кардиоиммунология». В этом аспекте интерлейкины IL-1, IL-1, IL-2, IL-6, IL-13, IL-17, IL-18, а также VEGF представляют наибольший интерес, поскольку именно к этой группе цитокинов на мембране кардиомиоцитов имеются специфические рецепторы (Mehra, Ramgolam et al., 2005; Kamkin, Kiseleva, 2012; van Kimmenade, Januzzi, 2012).
Механоэлектрическая обратная связь (MEF) в сердце является причиной возникновения механоиндуцированных аритмий, нередко заканчивающихся фибрилляцией. Ключевую роль в развитии этого явления играют механоуправляемые ионные каналы (MGCs), активирующиеся растяжением клеток сердца [Kamkin et al., 2000; Kamkin et al., 2003]. Недавние исследования, проведенные под руководством профессора А.Г. Камкина, показали, что оксид азота – низкомолекулярное эндогенное соединение, обладающее широким спектром физиологических эффектов – может модулировать работу MGCs клеток сердца [Казанский и соавт., 2010; Kazanski et al., 2011]. Поскольку в организме продукция NO активируется целым рядом эндогенных регуляторов, в частности, цитокинами, было сделано предположение, что вышеозначенные интерлейкины могут осуществлять регуляцию работы механоуправляемых ионных каналов кардиомиоцитов, предположительно через цепи продукции NO, и, следовательно, могут быть природными регуляторами механоэлектрической обратной связи в сердце, т.е. вызывать или ингибировать аритмии. Исследованию этого вопроса посвящена представленная работа.
Цель работы – изучение роли цитокинов в регуляции механоэлектрической обратной связи в правом предсердии крыс.
Задачи исследования
-
Моделирование пикообразной механоиндуцированной деполяризации кардиомиоцитов правого предсердия крыс, возникающей в ответ на дозированное растяжение ткани.
-
Изучение влияния на биоэлектрическую активность кардиомиоцитов правого предсердия крыс в норме и при дозированном растяжении ткани следующих провоспалительных цитокинов: IL-1, IL-1, IL-2, IL-6, IL-17, IL-18, VEGF.
-
Изучение влияния на биоэлектрическую активность кардиомиоцитов правого предсердия крыс в норме и при дозированном растяжении ткани противоспалительного цитокина IL-13.
-
Оценка возможной физиологической роли цитокинов в регуляции механоэлектрической обратной связи в сердце.
Научная новизна
Впервые в мире на препаратах правого предсердия крыс с использованием микроэлектродной техники было показано, что цитокины могут оказывать влияние на параметры биоэлектрической активности кардиомиоцитов. Провоспалительные цитокины осуществляют эффективную модуляцию механоэлектрической обратной связи в сердце, вызывают изменения APD, которые могут переходить в устойчивые аритмии, если hump-like деполяризация достигает критического уровня. Провоспалительный цитокин IL-13 оказывает разнонаправленное действие на величину APD. Механизм, лежащий в основе кардиотропного влияния цитокинов, может заключаться в изменении активности NO-синтаз и, следовательно, внутриклеточного уровня оксида азота, что модулирует активность механоуправляемых ионных каналов кардиомиоцитов.
Положения, выносимые на защиту
-
Растяжение ткани предсердия вызывает hump-like деполяризацию на уровне APD90 или APD50 фазы реполяризации потенциала действия кардиомиоцитов. Если hump-like деполяризация на уровне APD90 достигает критического уровня, генерируются экстрапотенциалы действия. Нump-like деполяризация, вызванная растяжением, определяется работой механоуправляемых ионных каналов, поскольку блокируется хлоридом гадолиния.
-
В условиях стандартного предрастяжения фрагмента правого предсердия крыс перфузия IL-18 (50 нг/мл) в течение 35 мин вызывает увеличение APD на всех уровнях и не влияет на частоту и силу сокращений. Дискретное растяжение ткани на фоне IL-18 не приводит к возникновению hump-like деполяризации.
-
В условиях стандартного предрастяжения фрагмента правого предсердия крыс перфузия IL-2 (50 нг/мл) в течение 35 мин вызывает увеличение APD на всех уровнях и не влияет на частоту и силу сокращений. IL-2 вызывает возникновение паттернов пароксизмальной тахикардии, переходящих в нормальный ритм. Дискретное растяжение ткани на фоне IL-2 вызывает hump-like деполяризацию, не переходящую в одиночные экстрапотенциалы.
-
В условиях стандартного предрастяжения фрагмента правого предсердия крыс перфузия IL-1 (50 нг/мл) в течение 35 мин вызывает увеличение APD90, частоты следования потенциалов действия и не влияет силу сокращений. IL-1 вызывает возникновение одиночных экстрасистол. Дискретное растяжение ткани на фоне IL-1 приводит к возникновению редких hump-like деполяризаций, учащению ритма и появлению относительно коротких участков тахикардии. Устранение растяжения приводит к нормализации ритма.
-
В условиях стандартного предрастяжения фрагмента правого предсердия крыс перфузия IL-1 (50 нг/мл) в течение 35 мин не вызывает изменения биоэлектрической активности кардиомиоцитов. Дискретное растяжение клеток на фоне IL-1 также не приводит к изменению исследуемых параметров.
-
В условиях стандартного предрастяжения фрагмента правого предсердия крыс перфузия IL-17 (50 нг/мл) в течение 35 мин вызывает увеличение APD на всех уровнях и не влияет на частоту и силу сокращений. Дискретное растяжение ткани на фоне IL-17 вызывает появление редких hump-like деполяризаций, переходящих в одиночные экстрапотенциалы без развития тахикардии.
-
В условиях стандартного предрастяжения фрагмента правого предсердия крыс перфузия IL-6 (50 нг/мл) в течение 35 мин вызывает увеличение APD на всех уровнях и не влияет на частоту и силу сокращений. Дискретное растяжение ткани на фоне
IL-6 вызывает появление редких hump-like деполяризаций, трансформирующихся в одиночные экстрапотенциалы, которые устраняются дополнительным растяжением. После 20 минут перфузии IL-6 происходит возникновение фибрилляции, которая инициируется даже при незначительном растяжении ткани. -
В условиях стандартного предрастяжения фрагмента правого предсердия крыс перфузия VEGF (50 нг/мл) в течение 35 мин вызывает увеличение APD90, и не влияет на частоту и силу сокращений. Дискретное растяжение ткани на фоне VEGF приводит к возникновению редких hump-like деполяризаций, трансформирующихся в одиночные экстрапотенциалы без развития тахикардии.
-
В условиях стандартного предрастяжения фрагмента правого предсердия крыс перфузия IL-13 (50 нг/мл) в течение 35 мин в 48% случаев вызывает уменьшение APD на всех уровнях, а в в 52% случаев - ее увеличение. IL-13 вызывает hump-like деполяризацию. Дискретное растяжение ткани на фоне IL-13 приводит к развитию аритмий. При этом если в отсутствии растяжения под действием IL13 наблюдалось уменьшение APD, то растяжение вызывает выраженное увеличение ритма, подобное пароксизмальной тахикардии. Если же в отсутствии растяжения ткани наблюдалось увеличение APD, то растяжение вызывает множественные экстрасистолы.
-
Цитокины являются эффективными модуляторами работы механоуправляемых ионных каналов. Влияние на работу MGCs, вероятно, осуществляется через регуляцию работы NO-синтаз, что приводит к росту APD90 и возникновению hump-like деполяризации. Можно предположить, что in vivo активация системы цитокинов может быть одной из причин компенсаторного (адаптивного) увеличения сократительной активности ткани миокарда в интервале времени от нескольких минут до нескольких дней.
Практическая значимость результатов
Помимо исключительно теоретического значения полученные данные представляют интерес для практической медицины. Исследования представляют собой научную базу для поиска методов ранней доклинической диагностики аритмий и фибрилляций, а также могут стать основой разработки принципиально новых фармакологических препаратов для лечения этих заболеваний.
Внедрение результатов исследований
Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс и научно-исследовательскую работу кафедры физиологии, а также НИЛ электрофизиологии НИИФПБИ ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И. Пирогова МЗ РФ.
Апробация работы
Диссертация апробирована на объединенной научной конференции кафедры фундаментальной и прикладной физиологии МБФ (с 01.09.2012 – кафедры физиологии МБФ) и НИЛ электрофизиологии НИИФПБИ РНИМУ им. Н.И. Пирогова МЗ РФ 10 октября 2011 года.
Публикации по теме диссертации: по теме опубликовано 4 статьи.
Структура и объем диссертации
Диссертация написана по стандартному принципу и состоит из обзора литературы, описания материалов и методов, изложения полученных результатов с их обсуждением, заключения, выводов и списка цитированной литературы. Диссертация изложена на 179 страницах машинописного текста, включая 41 рисунок, 16 таблиц и список литературы из 386 источников.
