Стресс представляет собой комплекс адаптационных реакций, направленных на восстановление гомеостаза организма. Однако, достигая определенного уровня, приспособительные реакции могут приобретать повреждающий характер и быть составной частью практически любого патологического процесса [7]. Одним из механизмов его реализации является накопление внутриклеточного кальция, которое не только усиливает сокращение мышечных клеток, митохондриальное энергообразование и синтез белка, но в условиях избытка вызывает кардиотоксический эффект [5], включающий в себя кальциевую триаду (контрактуру миофибрилл, нарушения функции митохондрий, перегруженных кальцием, активацию миофибриллярных протеаз и митохондриальных фосфолипаз). Другим механизмом может быть активация процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ), липаз и детергентного действия жирных кислот [5].
Указанные биохимические изменения приводят в итоге к нарушению функционального состояния сердца, проявляющегося снижением скорости сокращения и расслабления миокарда, ударного и минутного объемов и уменьшением функциональных резервов [6].
В ранее проведенных исследованиях показано, что циклический аналог ГАМК - РГПУ-207 ((4-фенил-2-пирролидон-1-ил)-уксусной кислоты, рацетам) обладает мембранотропным действием, блокирует кальциевые каналы [2], ограничивает процессы ПОЛ и активирует антиоксидантные ферменты в условиях экспериментальной ишемии миокарда [1]. В этой связи представлялось целесообразным изучение влияния соединения РГПУ-207 на функциональные резервы сердца стрессированных животных.
Материалы и методы
Эксперименты выполнены на белых беспородных крысах-самцах массой 250-300 г. Животные были получены из ФГУП «Питомник лабораторных животных Рапполово» (Ленинградская область) и содержались в условиях вивария ВолгГМУ. Уход за ними осуществлялся согласно рекомендациям национального стандарта Российской Федерации ГОСТ Р-53434-2009 «Принципы надлежащей лабораторной практики», международным рекомендациям «Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях» [The European Convention, 1986].
Стресс моделировался подвешиванием крыс за дорсальную шейную кожную складку на 24 часа [3]. В работе использовались функциональные тесты: нагрузка объемом (внутривенное (в/в) болюсное введение 0,9%-ного раствора NaCl, из расчета 0,3 мл на 100 г массы животного), проба на адренореактивность (в/в введение адреналина в разведении 10-7 г/л 0,1 мл/100 г массы животного) и изометрическая нагрузка (окклюзия восходящей части дуги аорты на 30 сек) [9]. Животные были разделены на 8 групп: 1 - группа позитивного контроля (интактные животные) (n=8), которым вводили физиологический раствор в объеме 0,2 мл/100 г массы; 2 - группа негативного контроля (n=8), стрессированные животные, получавшие физ. р-р (0,2 мл/на 100 г массы); 3 - опытная группа (n=8), интактные животные, которым вводили соединение РГПУ-207 (субстанция получена на кафедре органической химии Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена (Санкт-Петербург, Россия)) в дозе 9,4 мг/кг; 4 - опытная группа (n=8), интактные животные, получавшие препарат сравнения фенибут (субстанция получена на кафедре органической химии Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена (Санкт-Петербург, Россия)) в дозе 25 мг/кг; 5 – опытная группа (n=8), интактные животные, которым вводили препарат сравнения пирацетам (ОАО «ДАЛЬХИМФАРМ», Россия) в дозе 400 мг/кг; 6 - опытная группа (n=8), стрессированные животные, получавшие соединение РГПУ-207 в дозе 9,4 мг/кг; 7 - опытная группа (n=8), стрессированные животные, которым вводили препарат сравнения фенибут в дозе 25 мг/кг; 8 – опытная группа (n=8), стрессированные животные, получавшие препарат сравнения пирацетам в дозе 400 мг/кг. Исследуемое соединение и препараты сравнения вводились внутрибрюшинно за 30 минут до и сразу после стрессирования. В работе использовалась максимально эффективная доза соединения РГПУ-207, оказывающая кардиопротекторное действие в условиях ишемии [1]. Согласно данным литературы, фенибут и пирацетам в названных дозах оказывают наиболее выраженное кардио- и церебропротекторное действие [5; 6; 8].
Для исследования изменений кардиодинамики всем группам животных проводилась следующая оперативная подготовка: после перевода на искусственную вентиляцию легких осуществлялась торакотомия, затем перикардотомия. Через верхушку сердца в левый желудочек вводился катетер, соединенный с датчиком давления (Biopac systems, США). С помощью интерфейсного универсального модуля UIM100C полиграфа MP150 (Biopac systems, США) на базе программы AcqKnowledge 4 регистрировались скорость сокращения (+dР/dt) (мм рт. ст./сек), скорость расслабления (-dР/dt) (мм рт.ст./сек) миокарда, левожелудочковое давление (ЛЖД) (мм рт. ст.) и частота сердечных сокращений (ЧСС) (уд/мин). Максимальная интенсивность функционирования структур (МИФС) определялась расчетным способом ((ЛЖД ср х ЧССср)/(масса левого желудочка+1/3 межжелудочковой перегородки)) (мм рт. ст./мг*мин).
Статистическую обработку результатов проводили в пакете программ Statistica 6.0 с предварительной проверкой выборок на нормальность распределения по критерию Шапиро-Уилка. Достоверность различий оценивали по t-критерию Стьюдента, критерию Ньюмена-Кейлса. Статистически достоверными различия считали при значимости р<0,05.
Результаты
У интактных самцов, получавших соединение РГПУ-207, в условиях нагрузки объемом прирост показателей был в среднем в 1,8 раза (р<0,05) выше по сравнению с таковыми животных группы позитивного контроля. При введении пирацетама и фенибута наблюдалось менее выраженное увеличение исследуемых параметров (табл. 1).
У животных, подвергшихся стрессорному воздействию, прирост сократимости миокарда (+dР/dt, -dР/dt), ЛЖД и ЧСС на 10-й секунде при проведении нагрузки объемом был в среднем в 2,3 раза (р<0,05) ниже показателей крыс интактной группы. У стрессированных самцов, получавших соединение РГПУ-207 и препарат сравнения фенибут, прирост скоростей сокращения и расслабления миокарда, ЛЖД и ЧСС в 3,5 (р<0,05) и 2,5 раза (р<0,05) соответственно превышал таковые животных группы негативного контроля. Пирацетам способствовал увеличению прироста +dР/dt и -dР/dt в 2,5 раза (р<0,05) по сравнению с показателями животных контрольной группой, изменения ЧСС и ЛЖД были статистически недостоверны (табл. 1).
Введение интактным животным соединения РГПУ-207, фенибута и пирацетама не влияло на прирост +dP/dt, -dPр/dt, ЛЖД и ЧСС при стимуляции адренорецепторов сердца (табл. 2). В группе стрессированных крыс прирост исследуемых показателей был более чем в два раза ниже по сравнению с таковым интактных животных контрольной группы. У животных, подвергшихся стрессорному воздействию и получавших соединение РГПУ-207, фенибут и пирацетам, при адреностимуляции прирост +dP/dt, -dPр/dt, ЛЖД и ЧСС был в среднем в 2,3; 2,2 и 1,6 раза (р<0,05) выше относительно показателей стрессированных крыс контрольной группы (табл. 2).
Соединение РГПУ-207 и препараты сравнения фенибут и пирацетам не оказывали существенного влияния на прирост исследуемых показателей на 5-й и 30-й секунде окклюзии восходящей части дуги аорты (табл. 3, 4). В группе стрессированных животных в условиях изометрической нагрузки прирост +dP/dt, -dPр/dt, ЛЖД ,ЧСС и МИФС снизился в два раза (р<0,05) по сравнению с таковым интактных животных контрольной группы. У стрессированных самцов, получавших соединение РГПУ-207, фенибут и пирацетам, на 5-й секунде изометрической нагрузки прирост исследуемых показателей был в два раза больше (р<0,05) такового животных группы негативного контроля (табл. 3, 4). У стрессированных животных контрольной группы прирост +dP/dt, -dPр/dt, ЛЖД ,ЧСС и МИФС на 30-й секунде был в среднем в 5,5 раза (р<0,05) ниже, чем у самцов группы позитивного контроля. На фоне введения соединения РГПУ-207, фенибута и пирацетама в условиях острого стрессорного воздействия прирост исследуемых показателей был в 6; 8 и 6,5 раза (р<0,05) соответственно больше, чем у стрессированных животных контрольной группы (табл. 3, 4).
Таблица 1
Влияние аналогов ГАМК на показатели кардиодинамики в условиях нагрузки объемом (M ± m)
Группы животных |
+dР/dt, мм рт. ст./с |
-dР/dt, мм рт. ст./с |
ЛЖД, мм рт. ст. |
ЧСС, уд/мин |
||||
Исходные данные |
Через 10 с после нагрузки |
Исходные данные |
Через 10 с после нагрузки |
Исходные данные |
Через 10 с после нагрузки |
Исходные данные |
Через 10 с после нагрузки |
|
Позитивный контроль (интактные) (n=8) |
5451,3±263,6 |
6917,6±464,0 (27,0±6,3) |
-2837,6±175,3 |
-4043,2±283,6 (42,2±4,3) |
87,0±4,7 |
106,6±5,0 (23,1±3,4) |
235,1±21,8 |
317,3±24,0 (36,5±5,2) |
Интактная группа + РГПУ-207 (n=8) |
6099,8±923,5 |
9467,3±1377,8^ (55,8±6,6) |
-4625,5±823,6 |
-7698,0±1380,6^ (65,6±5,6) |
94,9±7,1 |
141,7±10,9^ (49,5±6,2) |
261,9±25,4 |
419,6±45,7^ (60,1±7,2) |
Интактная группа + фенибут (n=8) |
5166,5±648,7 |
7039,8±711,1 (38,9±5,4) |
-3168,2±483,9 |
-4756,2±752,8 (49,9±5,4) |
97,4±5,8 |
121,5±5,3 (26,2±5,7) |
231,9±16,2 |
323,2±26,6 (39,3±6,8) |
Интактная группа + пирацетам (n=8) |
6415,4±523,7 |
8469,4±825,9 (32,4±6,7) |
-4102,8±500,1 |
-5936,7±794,6 (44,6±5,8) |
98,8±7,0 |
121,0±9,2 (22,8±5,2) |
260,0±25,2 |
339,7±31,1 (33,4±7,2) |
Негативный контроль (стресс + физ. р-р) (n=8) |
7794,7±805,7 |
8557,9±820,8* (10,3±1,9) |
-5618,8±583,6 |
-6938,9±707,0* (23,8±2,1) |
106,9±7,4 |
120,3±7,3* (13,0±2,2) |
309,2±15,9 |
343,9±13,4* (12,1±3,7) |
Стресс + РГПУ-207 (n=8) |
5049,4±636,8 |
7555,0±973,3# (49,4±4,4) |
-3576,0±477,7 |
-5596,1±608,1# (61,2±11,7) |
85,5±5,1 |
123,0±9,0# (43,7±6,3) |
245,9±10,6 |
383,3±14,9# (57,8±9,2) |
Стресс + фенибут (n=8) |
6142,1±503,7 |
7688,2±723,8# (24,3±2,7) |
-3696,6±364,5 |
-5543,3±480,8# (53,0±10,0) |
98,0±5,6 |
128,9±7,3# (32,1±4,6) |
235,5±16,2 |
329,8±26,4# (40,3±5,5) |
Стресс + пирацетам (n=8) |
6004,2±675,7 |
7628,7±826,2# (27,9±2,5) |
-4265,1±575,4 |
-6420,1±770,9# (55,6±9,4) |
91,7±5,3 |
115,1±8,0 (25,2±4,6) |
264,4±20,1 |
333,6±19,3 (27,7±5,0) |
Примечание: в скобках % прироста по отношению к исходным данным.
Изменения достоверны:
* - относительно интактных животных контрольной группы по t-критерию Стьюдента;
^ - по критерию Ньюмена-Кейлса; р<0,05;
# - относительно стрессированных животных контрольной группы по критерию Ньюмена-Кейлса; р<0,05.
Таблица 2
Влияние аналогов ГАМК на показатели кардиодинамики в условиях стимуляции адренорецепторов сердца (M ± m)
Группы животных |
+dР/dt, мм рт. ст./с |
-dР/dt, мм рт. ст./с |
ЛЖД, мм рт. ст. |
ЧСС, уд/мин |
||||
Исходные данные |
Через 10 с после нагрузки |
Исходные данные |
Через 10 с после нагрузки |
Исходные данные |
Через 10 с после нагрузки |
Исходные данные |
Через 10 с после нагрузки |
|
Позитивный контроль (интактные) (n=8) |
5606,3±421,7 |
11245,0±710,5 (105,5±14,1) |
-3793,1±254,7 |
-9907,2±785,7 (159,6±4,7) |
95,3±5,3 |
155,0±8,5 (64,3±9,8) |
254,8±22,4 |
508,4±29,2 (104,3±11,4) |
Интактная группа + РГПУ-207 (n=8) |
4824,8±804,9 |
9742,3±1363,6 (110,5±9,4) |
-3004,9±445,2 |
-7989,2±1269,3 (163,5±5,7) |
88,7±3,3 |
147,6±6,9 (66,1±2,5) |
202,9±18,7 |
433,2±38,6 (114,3±5,1) |
Интактная группа + фенибут (n=8) |
4794,2±541,0 |
10030,0±1360,2 (106,0±9,4) |
-3324,5±264,0 |
-8713,8±870,6 (159,5±9,2) |
93,8±6,3 |
162,4±7,0 (75,5±6,3) |
229,7±10,0 |
466,4±16,1 (105,5±11,2) |
Интактная группа + пирацетам (n=8) |
5784,2±580,9 |
11289,2±1101,5 (96,6±5,3) |
-3553,3±384,3 |
-7766,7±711,4 (122,5±7,4) |
93,7±7,0 |
151,0±12,4 (63,6±13,5) |
234,5±11,7 |
422,7±24,2 (79,9±3,6) |
Негативный контроль (стресс + физ. р-р) (n=8) |
7730,0±805,7 |
11834,7±820,8* (57,5±9,4) |
-5888,7±634,4 |
-8765,7±825,2* (51,5±8,5) |
111,3±5,4 |
152,4±8,8* (36,9±4,6) |
317,7±21,0 |
447,5±30,4* (42,3±7,8) |
Стресс + РГПУ-207 (n=8) |
5233,0±893,4 |
10713,9±1574,5# (110,7±12,6) |
-3178,7±289,7 |
-8092,7±637,4# (129,8±15,0) |
96,4±6,3 |
161,8±8,5# (69,1±4,4) |
238,1±10,9 |
511,5±22,6# (116,6±11,0) |
Стресс + фенибут (n=8) |
4781,2±503,7 |
10002,8±723,8# (109,3±10,7) |
-3488,1±205,3 |
-9138,4±635,2# (161,6±9,8) |
80,5±2,8 |
142,0±5,1# (77,2±7,0) |
282,7±20,7 |
557,7±51,1 (97,0±10,1) |
Стресс + пирацетам (n=8) |
5962,5±798,2 |
11304,5±1361,8# (92,9±9,6) |
-4465,5±546,0 |
-8944,6±931,5# (105,0±9,9) |
96,2±5,2 |
151,5±9,1# (58,0±6,3) |
274,0±16,5 |
456,7±28,2# (67,0±5,1) |
Примечание: в скобках % прироста по отношению к исходным данным.
Изменения достоверны:
* - относительно интактных животных контрольной группы по t-критерию Стьюдента;
# - относительно стрессированных животных контрольной группы по критерию Ньюмена-Кейлса; р<0,05.
Таблица 3
Влияние аналогов ГАМК на показатели кардиодинамики в условиях изометрической нагрузки (M ± m)
Группы животных |
+dР/dt, мм рт. ст./с |
-dР/dt, мм рт. ст./с |
ЛЖД, мм рт. ст. |
||||||
Исходные данные |
Через 5 с после нагрузки |
Через 10 с после нагрузки |
Исходные данные |
Через 5 с после нагрузки |
Через 10 с после нагрузки |
Исходные данные |
Через 5 с после нагрузки |
Через 10 с после нагрузки |
|
Позитивный контроль (интактные) (n=8) |
4839,3±511,8 |
9129,4±1133,1 (87,6±18,1) |
5854,7±558,5 (19,5±2,0) |
-2779,8±420,5 |
-5782,5±705,3 (119,6±19,71) |
-4144,1±576,5 (52,4±6,1) |
92,6±5,5 |
175,0±10,5 (92,7±14,6) |
134,1±6,1 (47,3±8,9) |
Интактная группа + РГПУ-207 (n=8) |
4937,5±705,1 |
8994,3±1195,1 (88,4±14,2) |
6712,3±1101,8^ (35,1±9,3) |
-2974,8±608,6 |
-6725,3±1141,0 (122,2±10,5) |
-4746,1±902,5 (55,2±13,6) |
89,5±7,7 |
169,5±14,2 (93,2±11,0) |
136,3±11,9 (55,4±9,6) |
Интактная группа + фенибут (n=8) |
3576,3±309,0 |
7294,5±899,2 (87,9±7,7) |
5880,4±734,3 (53,8±11,6) |
-2576,6±145,7 |
-6013,2±546,3 (132,0±12,5) |
-4138,1±322,7 (61,5±11,0) |
88,1±6,7 |
176,5±11,9 (102,6±8,7) |
132,4±12,7 (51,6±10,9) |
Интактная группа + пирацетам (n=8) |
4538,4±422,0 |
8645,9±886,8 (90,7±7,8) |
6271,6±662,0 (38,9±8,7) |
-3186,2±327,1 |
-6383,8±647,9 (102,43±14,64) |
-4630,0±395,1 (47,2±7,0) |
93,9±5,9 |
187,6±10,4 (101,7±9,2) |
142,4±2,9 (55,4±9,3) |
Негативный контроль (стресс + физ. р-р) (n=8) |
6148,7±10,0 |
9112,5±21,4* (41,1±11,1) |
7015,4±19,8* (6,1±3,3) |
-4470,7±409,3 |
-6621,3±343,0* (53,8±11,5) |
-4745,9±299,3* (8,2±4,5) |
119,8±5,3 |
175,3±17,2* (47,3±14,0) |
122,2±5,5* (3,2±5,7) |
Стресс + РГПУ-207 (n=8) |
5054,1±524,3 |
9120,1±928,8# (86,1±9,5) |
6704,4±775,3# (35,3±6,1) |
-3246,0±311,3 |
-6857,2±749,6# (122,9±10,3) |
-4661,5±538,6# (50,2±3,4) |
98,4±7,6 |
187,9±14,9# (92,0±9,6) |
153,2±14,3# (54,9±5,1) |
Стресс + фенибут (n=8) |
4642,4±402,4 |
9286,5±962,5# (86,2±6,9) |
7540,0±723,8# (51,7±4,9) |
-3815,8±472,9 |
-8910,9±899,3# (133,9±5,6) |
-6025,7±513,5# (60,6±8,3) |
96,8±3,2 |
196,0±6,5# (103,3±7,0) |
149,9±6,4# (55,5±6,9) |
Стресс + пирацетам (n=8) |
4991,7±690,0 |
9659,6±1131,8# (99,3±10,1) |
6697,5±755,9# (38,4±6,4) |
-3354,3±452,3 |
-6428,5±709,4# (96,5±8,9) |
-4726,6±564,4# (45,7±12,1) |
95,9±5,7 |
192,4±10,2# (102,8±10,6) |
146,9±7,5# (54,1±5,2) |
Примечание: в скобках % прироста по отношению к исходным данным.
Изменения достоверны:
* - относительно интактных животных контрольной группы по t-критерию Стьюдента;
^ - по критерию Ньюмена-Кейлса; р<0,05;
# - относительно стрессированных животных контрольной группы по критерию Ньюмена-Кейлса; р<0,05.
Таблица 4
Влияние аналогов ГАМК на показатели кардиодинамики в условиях изометрической нагрузки (M ±m)
Группы животных |
ЧСС, уд/мин |
МИФС, мм рт. ст./ мг*мин |
||||
Исходные данные |
Через 5 с после нагрузки |
Через 10 с после нагрузки |
Исходные данные |
Через 5 с после нагрузки |
Через 10 с после нагрузки |
|
Позитивный контроль (интактные) (n=8) |
277,1±22,6 |
473,8±24,9 (75, 5±8,7) |
378,2±32,1 (36,4±4,1) |
47,2±5,0 |
154,4±14,1 (238,7±31,1) |
94,4±10,0 (102,4±16,7) |
Интактная группа + РГПУ-207 (n=8) |
265,8±18,0 |
462,3±21,8 (75,9±6,1) |
392,8±26,3 (48,0±3,3) |
47,5±6,7 |
154,1±17,1 (240,6±24,6) |
107,4±15,7 (129,0±12,4) |
Интактная группа + фенибут (n=8) |
291,6±11,8 |
515,9±28,0 (76,8±5,2) |
411,0±33,6 (40,0±7,6) |
49,4±3,3 |
175,2±12,4 (258,2±18,2) |
106,1±15,6 (114,3±24,0) |
Интактная группа + пирацетам (n=8) |
277,6±17,5 |
460,3±23,4 (67,9±8,2) |
370,5±20,5 (34,5±4,7) |
48,5±4,5 |
161,5±14,7 (241,4±26,3) |
98,4±6,6 (111,4±19,3) |
Негативный контроль (стресс + физ. р-р) (n=8) |
349,9±24,4 |
470,3±31,4* (38,3±13,0) |
371,6±23,2* (7,6±5,3) |
84,8±10,0 |
165,4±21,4* (114,5±39,7) |
90,2±8,1* (12,9±9,6) |
Стресс + РГПУ-207 (n=8) |
285,1±16,4 |
491,6±19,5# (74,2±6,8) |
416,0±14,7 (47,7±6,1) |
59,9±6,7 |
198,4±20,4# (235,1±22,1) |
136,5±14,0 (129,9±13,2) |
Стресс + фенибут (n=8) |
343,5±16,2 |
599,7±41,4# (75,4±10,9) |
447,7±26,7 (31,5±8,7) |
69,7±6,3 |
243,8±21,2# (255,2±23,9) |
139,6±12,8 (107,3±20,0) |
Стресс + пирацетам (n=8) |
284,5±25,8 |
458,4±32,1# (63,8±7,0) |
374,1±29,9# (32,5±3,5) |
57,9±8,5 |
185,8±19,6# (234,4±26,341) |
115,7±13,6# (104,6±9,6) |
Примечание: в скобках % прироста по отношению к исходным данным.
Изменения достоверны:
* - относительно интактных животных контрольной группы по t-критерию Стьюдента;
# - относительно стрессированных животных контрольной группы по критерию Ньюмена-Кейлса; р<0,05.
Обсуждение результатов
При 24-часовом стрессорном воздействии происходит истощение функциональных резервов сердца, на что указывает снижение в два раза прироста показателей +dР/dt, -dР/dt, ЧСС, ЛЖД и МИФС при проведении нагрузочных проб у группы негативного контроля по сравнению с интактной группой животных. Циклическое производное ГАМК - соединение РГПУ-207, и препараты сравнения фенибут и пирацетам увеличивают прирост исследуемых показателей при проведении нагрузки объемом, стимуляции адренорецепторов сердца и максимальной изометрической нагрузки. Возможно, это связано с ограничением процессов ПОЛ [1], предотвращением их повреждающего действия на мембранные структуры и сохранением функции кардиомиоцитов. Показано, что пирацетам ограничивает окислительный стресс, снижает митохондриальную дисфункцию, восстанавливает мембранный потенциал и синтез АТФ в клетках [10], обладает мембрано- и цитопротекторным действием в условиях эмоционального стресса у животных, что подтверждается отсутствием изменений морфологии субклеточных структур кардиомиоцитов и очагов деструкции и фиброза миокарда [4]. Кроме того, пирацетам и фенибут способствуют сохранению энергетического резерва в кардиомиоцитах стрессированных крыс [6], что обеспечивает поддержание инотропной функции сердца.
Вывод
Таким образом, новое производное ГАМК – соединение РГПУ-207 – обладает выраженным кардиопротекторным действием в условиях острого иммобилизационно-болевого стрессорного воздействия. По названной активности исследуемое соединение сопоставимо с препаратами сравнения фенибутом и пирацетамом.