Актуальность. Неконтролируемый поток Ca2+ является одной из главных причин смерти клетки при ишемии и других патологических состояниях миокарда. Ишемия изолированного сердца и его последующая реперфузия вызывают 10- кратное увеличение уровня кальция в кардиомиоцитах. Ионы кальция в избытке проникают через сарколемму кардиомиоцитов, накапливаясь в саркоплазматическом ретикулуме и митохондриях. Кальциевая перегрузка кардиомиоцитов ведет к замедлению процесса расслабления сердца (реперфузионная контрактура), что неизбежно сопровождается уменьшением диастолического объема сердца и снижением сердечного выброса.Одной из моделей этого патологического процесса является так называемый «кальциевый парадокс». Его моделируют реперфузией сердца Сa2+ содержащим раствором после непродолжительного удаления Сa2+ из внеклеточной среде вызывает глубокое повреждение миокарда, вызываемое поступлением Сa2+через систему Na+ -Сa2+ обмена.
Цель исследования. Оценить влияниетрансмембранного градиента Na+ на изолированное сердце крысы в условиях развития «кальциевого парадокса».
Материалы и методы. Эксперименты проводились на изолированных сердцах белых крыс линии Вистар, перфузированных по методу Лангендорфа оксигенированным (100% О2) раствором.следующего состава (в мМ): NaCl-140; NаН2РО4- 0,1; КС1- 3; трис-ОН- 2 (рН=7,4); глюкозы-11; СаСl2 -2. Данный вариант опытов использовался как контроль. Для моделирования повреждений сердца при «кальциевом парадоксе» сердце перфузировали бескальциевой средой, содержащей 0,5 ммоль/л ЭДТА и NaCl (140 ммоль/л) в течение 10 минут. Затем через сердце пропускали исходный раствор (реперфузия), содержащий в своем составе 2,0 ммоль/л СаСI2и NaCl в количестве 140 ммоль/л. Во второй серии опытов применяли раствор, в котором одновременно с удалением Са2+ из перфузионной среды понижали уровень NaCl до 80 ммоль/л. Осмотическое давление сохраняли добавлением сахарозы. Реперфузию сердца проводили раствором, содержащим в своем составе исходную концентрацию NaCl - 140 ммоль/л и СаСI2. 2,0 ммоль/л В третьей серии опытов применяли раствор, в котором одновременно с удалением Са2+ из перфузионной среды повышали уровень NaCl до 200 ммоль/л.Реперфузию сердца также проводили раствором, содержащим в своем составе исходную концентрацию NaCl - 140 ммоль/л и СаСI2. 2,0 ммоль/л Содержание в ткани адениннуклеотидов измеряли энзиматически после замораживания сердец в жидком азоте [2], а креатина и фосфокреатина по Eggleton&Eggleton. Повреждение сарколеммы кардиомиоцитов оценивали по интенсивности выхода из сердца миоглобина в оттекающий перфузионный раствор.
Результаты. В условиях развития «кальциевого парадокса» вызываемого реперфузией изолированного сердца крысы Са2+ - содержащим раствором (2 ммоль/л) после 10 минут перфузии бескальциевой средой наблюдалось снижение содержания адениннуклеотидов, креатина и фосфокреатина в ткани сердца. Кроме того, в оттекающем от сердца перфузионном растворе значительно увеличивалось количество миоглобина. Полученные результаты указывают на то, что кальциевая перегрузка кардиомиоцитов приводит к повреждению клеток миокарда при «кальциевом парадоксе». С целью оценки влияния трансмембранного градиента Na+ на состояние сердца в условиях «кальциевого парадокса» во второй серии опытов перфузию сердца осуществляли раствором с концентрацией NaСI ниже нормальных значений (80 ммоль/л). При этом осмотическое давление сохраняли путем добавления соответствующего количества сахарозы. В этих опытах было установлено еще более значительное уменьшение концентрации адениннкулеотидов, фосфокреатина и креатина в ткани миокарда. Возрастала интенсивность потери миоглобина в оттекающий раствор, что указывает на тяжѐлое и необратимое повреждение кардиомиоцитов. В третьей серии опытов перфузию сердца осуществляли бескальциевым раствором с повышенной концентрацией ионов натрия (200 ммоль/л). В данных условиях опыта повреждения миокарда во время развития «кальциевого парадокса» происходили существенно слабее. При этом уровень адениннуклеотидов, креатина и фосфокреатина сохранялся на уровне контроля. Интенсивность выхода миоглобина в оттекающий от сердца раствор снижался в 2,5 раза по сравнению с опытами второй серии. Известно, что гипонатриевая среда способна уменьшать активность Na+ - насоса [4]. Соответственно, возрастает внутриклеточная концентрация Nа + . Во время восстановления прежней концентрации Са2+ при моделировании «кальциевого парадокса» происходит Nа + - зависимое поступление Са2+ внутрь кардиомиоцитов (Nа-Са обмен), сопровождаемое повреждением миокарда. Напротив, высокий трансмембранный градиент Na+ эффективно защищает сердце от «кальциевого парадокса». По-видимому, повышение концентрации Na+ активирует Na+ , K+ -АТФазу и уменьшает, тем самым, уровень Nа + внутри кардиомиоцитов [4].Для проверки данного предположения о важной роли Na+ , K+ -АТФазы в наблюдаемых явлениях, нами были проведены эксперименты с использованием строфантина - специфического ингибитора Na+ , K+ -насоса. Эксперименты показали, что строфантин (50 мкмоль/л) существенно увеличивает выход миоглобина, снижает уровень АТФ, АДФ, фосфокреатина и креатина в миокарде в условиях моделирования «кальциевом парадокса». Следовательно, повышение внеклеточной концентрации Na+ до 200 ммоль/л активируя Na+ , К+ -АТФазу ослабляет накопление Nа + в сердце и поступление Сa2+ через систему Na+ -Сa2+ обмена. В результате уменьшается повреждение кардиомиоцитов при «кальциевом парадоксе». Оставалось, однако, неясным, влияет ли гипернатриевая среда на исход развития «кальциевого парадокса». Для исключения возможного воздействия осмотического давления на сердце, были проведены эксперименты, в которых осмотическое давление перфузионного раствора, не содержащего кальций, было увеличено путем добавления сахарозы. Было установлено, что растворы с сахарозой, имеющие осмотическое давление, равное таковому в гипернатриевой среде, не ослабляют интенсивность повреждения миокарда при развитии «кальциевого парадокса». Следовательно, гипернатриевый компонент внеклеточной среды не влияет на процесс развития «кальциевого парадокса» в сердечной мышце.
Выводы: Снижение трансмембранного градиента Na+ путѐм уменьшения его внеклеточной концентрации до 80 ммоль/л (при сохранении физиологического осмотического давления) усиливает повреждения в сердце при «кальциевом парадоксе». Увеличение трансмембранного градиента Na+ путем увеличения NaCl во внеклеточной среде до 200 ммоль/л ослабляет развитие «кальциевого парадокса». Гипернатриевый компонент внеклеточной среды не влияет на процесс развития «кальциевого парадокса» в сердечной мышце. Блокирование Na+ , K + -АТФазы строфантином G полностью ослабляет защитное действие высокой внеклеточной концентрации ионов натрия при «кальциевом парадоксе».
Список литературы
- Bhojani I.H. The effect of bathing sodium ions upon intracellular sodium activity in calciumfree media and the calcium paradox / Bhojani I.H., Chapman R.A. // Journal of Molecular and Cellular Cardiology. – 1990 – 22. – 507522. – 0022-2828 «кальциевом парадоксе». Chapman R.A. The calcium paradox of the heart / Chapman R.A., Tunstall J. // Progress in Biophysics and Molecular Biology. – 1987 – 50. – 67-96. – 0079-6107. [3]. Povlsen J.A. Frequent biomarker analysis in the isolated perfused heart reveals two distinct phases of reperfusion injury / Povlsen
- J.A., Lofgren B., Dalgas C., Jespersen N.R., Johnsen J., Botker H.E. // International Journal of Cardiology. – 2014 – 171. – 9-14. – 0167-5273. [4]. Кужман М.И., Алабовский В.В., Олейников О.Д. Предупреждение фибрилляции желудочков сердца путѐм активирования Na+ , K + -АТФазы в эксперименте // Вестн. Акад. Мед.наук СССР. 1984. № 3. С. 35-41.