Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИМПЕДАНС ТЕЛА НОРМОТЕНЗИВНЫХ И ГИПЕРТЕНЗИВНЫХ СТАРЕЮЩИХ КРЫС

Коломеец Н.Л. 2 Рощевская И.М. 1, 2
1 Сыктывкарский государственный университет им. П. Сорокина
2 ФГБУН Коми «Научный центр Уральского отделения РАН»
Показатели биоимпеданса изучены у крыс, находящихся в фазе прогрессивного (4 мес.) и регрессивного (24 мес. у Вистар и 18 мес. у НИСАГ) роста. Выявлено значительное увеличение абсолютного значения реактивного сопротивления и тенденция к увеличению амплитуды биоэлектрического импеданса тела у стареющих крыс нормотензивной линии Вистар по сравнению с четырехмесячными крысами той же линии, связанные с изменениями физиологического состояния организма при старении, уменьшением содержания воды в тканях. У стареющих крыс гипертензивной линии НИСАГ по сравнению с крысами нормотензивной линии Вистар более старшего возраста выявлена тенденция увеличения амплитуды и активного сопротивления биоэлектрического импеданса при всех частотах тока, свидетельствующая о большей выраженности возрастных изменений.
старение
биоимпедансный анализ
гипертензия
1. Lakatta E.G. Cardiovascular Regulatory Mechanisms in Advanced Age // Physiol Rev. - 1993. - Vol. 73, № 2. - P. 413-467.
2. Все признаки метаболического синдрома у гипертензивной линии крыс НИСАГ ассоциируются с повышенной активностью факторов транскрипции PPAR, LXR, PXR и CAR в печени / Е.Н. Пивоварова [и др.] // Биомедицинская химия. - 2011. - Т. 57, вып. 4. - С. 435-445.
3. Metabolic syndrome markers in wistar rats of different ages / A.C. Ghezzi [et al.] // Diabetology & Metabolic Syndrome. - 2012. - Vol. 4, № 1. - P. 16-22.
4. Estimation of prevalence of sarcopenia by using a new bioelectrical impedance analysis in Chinese community-dwelling elderly people / H. Wang [et al.] // BMC Geriatr. - 2016. - Vol. 16. - Р. 216-224.
5. Smith D.L. Precision and accuracy of bioimpedance spectroscopy for determination of in vivo body composition in rats / D.L. Smith, M.S. Johnson, T.R. Nady // Int. J. Body Compos. Res. - 2009. - Vol. 7, № 1. - P. 21-26.
6. Коломеец Н.Л. Электрическое сопротивление легких и межреберных мышц у крыс с артериальной гипертензией / Н.Л. Коломеец, И.М. Рощевская // Практическая медицина. - 2017. - № 2. - С. 50-55.
7. Западнюк И.П. Лабораторные животные. Разведение, содержание, использование в эксперименте / И.П. Западнюк, В.И. Западнюк, Е.А. Захария. - Киев: Наукова думка, 1974. - С. 23–24.
8. Коростышевская И.М. Возрастные структурно-функциональные особенности миоэндокринных клеток сердца у крыс в норме и при наследственной гипертензии / И.М. Коростышевская, В.Ф. Максимов // Онтогенез. - 2013. - Т. 44, № 2. - С. 77-90.
9. Цветков А.А. Биоимпедансные методы контроля системной гемодинамики. – М.: Слово, 2010. - 330 с.
10. Диагностические возможности неинвазивной биоимпедансометрии / Ю.В. Торнуев [и др.] // Фундаментальные исследования. - 2014. - № 10-4. - С. 782-788.
11. Mechanical and physiologic modifiers and bioelectrical impedance spectrum determinants of body composition / W.C. Chumlea [et al.] // Am. J. Clin. Nutr. – 1996. – Vol. 64 (suppl). – Р. 4l3S-422S.
12. Davenport A. Does peritoneal dialysate affect body composition assessments using multi-frequency bioimpedance in peritoneal dialysis patients? // Eur. J. Clin. Nutr. - 2013. - Vol. 67, № 2. - Р. 223-225.
13. Электрический импеданс биологических тканей / Ю.В. Торнуев, Р.Г. Хачатрян, А.П. Хачатрян и др. - М.: Изд-во ВЗПИ, 1990. - 155 с.
14. Изучение ионных, молекулярных и клеточных механизмов формирования электрического импеданса в биологических жидкостях и тканях / А.Л. Зуев [и др.] // Вестник Пермского научного центра. - 2014. - Т. 2. - С. 69-78.
15. Возрастная инверсия показателей электрического импеданса надпочечников при генетически детерминированных нарушениях метаболизма / Ю.В. Торнуев [и др.] // Фундаментальные исследования. - 2012. - № 5. - С. 203-206.

У стареющих крыс линии Вистар выявлены структурные и функциональные изменения сердечно-сосудистой системы [1], представляющие модель старения человека. У крыс гипертензивной линии НИСАГ выявлены характерные для метаболического синдрома дислипидемия, повышенное содержание глюкозы в крови и увеличенная масса тела по сравнению с нормотензивными крысами линии WAG [2]. Признаки метаболического синдрома наблюдали и у двенадцатимесячных крыс линии Вистар [3].

Изменение морфологических и физиологических показателей тела приводит к изменению его электрического биоимпеданса. Показана приемлемость использования биоимпедансного анализа для исследования состава тела пожилых людей [4]. Разработана процедура биоимпедансного анализа у животных для оценки состава тела [5]. Ранее нами было показано, что у молодых крыс при артериальной гипертензии происходит уменьшение электрического сопротивления легких и межреберных мышц [6].

Цель работы – выявить изменения параметров биоэлектрического импеданса тела нормотензивных и гипертензивных крыс при старении.

Материалы и методы исследования

Показатели биоимпеданса изучены у крыс, находящихся в фазе прогрессивного (4 мес.) и регрессивного (24 мес. и 18 мес.) роста. Эксперименты проведены на самцах крыс нормотензивной линии Вистар (Рапполово, Санкт-Петербург; 4 мес., n=14, масса тела 322,3±44,4 г; 24 мес, n=11, масса тела 348,0±52,8 г), и гипертензивной линии НИСАГ с наследственной стресс-индуцированной артериальной гипертензией (Институт цитологии и генетики СО РАН; 18 мес., n=9, масса тела 308,1±43,7 г) под золетиловым наркозом (3.5 мг / 100 г веса тела внутримышечно), лежащих на животе.

Биоэлектрический импеданс регистрировали при помощи анализатора физических свойств материалов и веществ 126094W (Solartron Analytical, Великобритания). Измерения биоэлектрического импеданса тела выполняли тетраполярным методом в диапазоне частот 150-10 кГц синусоидального тока. Электроды размещали согласно рекомендациям [5], предложенным для оценки объемов жидкости, состава тела у крысы. Для измерения импеданса использовали игольчатые электроды из нержавеющей стали, установленные подкожно по срединной линии тела. Измеряющие электроды размещали между ушами и посередине подвздошного гребня. Токовый электрод на голове располагали краниальнее, на расстоянии 1 см от измеряющего электрода, второй – каудальнее, в основании хвоста. Расстояние между измеряющими электродами составляло 11±1 см у четырехмесячных крыс линии Вистар, 12±1 см и 12±1 см – у стареющих крыс нормотензивной (24 мес.) и гипертензивной (18 мес.) линий соответственно.

Измеряли длину тела без хвоста (L) у крыс в сантиметрах. Индекс массы тела вычисляли как отношение массы тела (г) к квадрату длины тела L (см2). Массу тела крыс определяли с помощью лабораторных электронных весов Acom JW-1 (Корея, точность 0,05 г). Артериальное давление у крыс измеряли на хвостовой артерии (СДК-1, ГУАП, Санкт-Петербург).

Сравнивали значения биоэлектрического импеданса всего тела крыс: активное (R), реактивное сопротивление (Im), амплитуду биоэлектрического импеданса при всех частотах. При сравнении показателей биоэлектрического импеданса были выбраны выборки с отсутствием значимых различий в индексе массы тела (0,568±0,033 г/см2 у четырехмесячных крыс Вистар, 0,530±0,069 г/см2 у стареющих крыс Вистар и 0,519±0,052 г/см2 у стареющих крыс НИСАГ).

Нормальность распределения значений проверяли по критерию Шапиро-Уилка. Параметрические признаки представлены в виде среднее ± стандартное отклонение. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез в данном исследовании принят равным ρ≤0,05. Значимость различий параметрических данных оценивали критерием Стьюдента для независимых выборок. В качестве меры (центральной) тенденции выбрали выборочное среднее.

Результаты

Систолическое давление у стареющих гипертензивных крыс линии НИСАГ (166,9±30,9 мм рт. ст.) в хвостовой артерии значимо выше, чем у стареющих крыс линии Вистар (123,6±23,9 мм рт. ст.). У крыс линии Вистар разных возрастных групп систолическое давление значимо не различалось.

У стареющих крыс нормотензивной и гипертензивной линий значимых различий в показателях биоэлектрического импеданса тела выявлено не было. Наблюдалась тенденция к повышению амплитуды, активного сопротивления биоэлектрического импеданса тела при всех частотах тока у стареющих крыс линии НИСАГ в сравнении со стареющими крысами линии Вистар (рис. 1).

У крыс линии Вистар двух возрастных групп значимо отличалось реактивное электрическое сопротивление биоэлектрического импеданса тела при частотах синусоидального тока 50 кГц (Im4мес=-37,2±3,9 Ом и Im24мес=-43,7±6,2 Ом; ρ=0,004) и 10 кГц (Im4мес=-21,3±4,9 Ом и Im24мес=-28,3±4,8 Ом; ρ=0,002) (рис. 2). Наблюдается тенденция повышения амплитуды биоэлектрического импеданса тела у стареющих крыс линии Вистар в сравнении с четырехмесячными крысами той же линии (рис. 1).

Рис. 1. Амплитуда биоэлектрического импеданса тела крыс линии Вистар и НИСАГ разного возраста

Рис. 2. Реактивное сопротивление биоэлектрического импеданса тела крыс линии Вистар двух возрастных групп;

* – значимое различие между стареющими и четырехмесячными крысами по критерию Стьюдента при ρ<0,05

Обсуждение

У белых нормотензивных крыс старше 19 месяцев происходят выраженные старческие изменения функций клеток, тканей, органов, гематологических, биохимических показателей. По мере старения организма животных уменьшается содержание воды в тканях, особенно ее внутриклеточной фракции [7]. У стареющих (двухлетних) крыс Вистар в сравнении с животными молодого и среднего возраста наблюдали умеренную гипертрофию левого желудочка с увеличением относительного объема элементов соединительной ткани, снижение коронарного потока (при измерении в изолированном сердце), отсутствие артериальной гипертензии [1].

Крысы гипертензивной линии НИСАГ приобретают физиологические и поведенческие признаки глубокой старости к годовалому сроку. У 13-месячных НИСАГ наблюдали тяжелую гипертензию, расширенные полости сердца, дряблый миокард [8].

У обследованных нами стареющих гипертензивных животных систолическое артериальное давление было существенно выше, чем у молодых и стареющих нормотензивных крыс. У стареющих нормотензивных животных систолическое артериальное давление значимо не отличалось по сравнению с молодыми крысами той же линии.

При пропускании переменного тока через ткани организма основная часть тока пойдет по кровеносным сосудам (с меньшим сопротивлением), меньшая часть пойдет по мышечным тканям, паренхиме органов [9].

Электрический импеданс тканей на низких частотах определяется особенностями структуры органа, уровнем кровоснабжения и содержанием проводящей жидкости в межклеточных пространствах, «плотностью упаковки» структурных элементов в единице объема. Высокочастотная составляющая электрического импеданса связана с внутриклеточными процессами и активацией метаболизма [10].

При оценке объемного кровотока обычно используют измерения электрического импеданса на частотах 40-100 кГц, при увеличении объемов крови и интерстициальной жидкости электропроводность растет на любых частотах. Жировая ткань имеет более низкую электрическую проводимость в сравнении с мышцами и кровеносными сосудами, высокочастотное поле от электродов проходит через внеклеточную и внутриклеточную среду, позволяя оценить свободную от жира массу тела. При увеличении объема непроводящих тканей (в частности, жировых) электропроводность не изменяется на высоких и низких частотах; при увеличении объема клеточных тканей электропроводность на низких частотах не изменяется, на высоких - увеличивается [9].

Выявлены значимые корреляционные связи между показателями электрического импеданса всего тела, сегментов тела человека с гемоглобином, гематокритом, натрием, калием, креатинином, осмотическим давлением крови [11].

Нами показано, что у стареющих крыс нормотензивной линии амплитуда и абсолютное значение реактивного сопротивления биоэлектрического импеданса тела при низких частотах значимо выше значений у четырехмесячных крыс. Одновременное повышение амплитуды и абсолютного значения реактивного сопротивления наблюдают при выведении жидкости из организма [12]. Реактивная составляющая импеданса повышается при новообразованиях на ранних стадиях превращения нормальных клеток в раковые [13]. Емкостное сопротивление тканей, крови и других биологических жидкостей повышается у больных с повышенным содержанием общего холестерина [14]. При старении изменяется структура и функция клеточных и внутриклеточных мембран, степень гидрофильности и вязкости липидов, потеря жидкости тканями, что способствует снижению их электропроводности [15].

Увеличение абсолютного значения реактивного сопротивления и тенденция к увеличению амплитуды биоэлектрического импеданса тела у стареющих крыс линии Вистар в сравнении с молодыми крысами той же линии связано с уменьшением содержания воды, структурными и функциональными изменениями в тканях при старении.

У стареющих крыс гипертензивной линии в сравнении со стареющими крысами нормотензивной линии Вистар наблюдалась тенденция повышения амплитуды и активного сопротивления биоэлектрического импеданса при всех частотах. У больных по мере нарастания «тяжести сердечной недостаточности» вначале имеет место изменение электропроводящих свойств, вызванное увеличением клеточной и внеклеточной гидратации, и в последующем – внеклеточной дегидратации [10].

Большие показатели биоэлектрического импеданса тела стареющих крыс гипертензивной линии свидетельствуют о меньшей степени гидратации в сравнении со стареющими нормотензивными крысами.

Вывод

Выявленное значительное увеличение абсолютного значения реактивного сопротивления и тенденция к увеличению амплитуды биоэлектрического импеданса тела у стареющих крыс линии Вистар в сравнении с молодыми связано с изменениями физиологического состояния организма при старении, уменьшением содержания воды в тканях. У стареющих крыс гипертензивной линии в сравнении с крысами нормотензивной линии более старшего возраста выявлена тенденция увеличения амплитуды и активного сопротивления биоэлектрического импеданса при всех частотах переменного тока, свидетельствуя о большей выраженности возрастных изменений.

Работа выполнена при финансовой поддержке комплексной программы развития УрО РАН «Формирование электрической активности сердца при артериальной гипертензии в процессе старения» № 15-5-4-9.


Библиографическая ссылка

Коломеец Н.Л., Рощевская И.М. БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИМПЕДАНС ТЕЛА НОРМОТЕНЗИВНЫХ И ГИПЕРТЕНЗИВНЫХ СТАРЕЮЩИХ КРЫС // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=27227 (дата обращения: 27.09.2020).


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074