Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Монич В.А. 1 Баврина А.П. 1 Малиновская С.Л. 1 Яковлева Е.И. 1

---

1 ГБОУ ВПО НижГМА Минздрава России

В экспериментах на беспородных белых крысах исследованы эффекты последовательного воздействия γ-излучением и низкоинтенсивным широкополосным красным светом на электрическую активность сердца крыс и на микроструктуру миокарда. Установлено положительное влияние низкоинтенсивного красного света на ряд показателей ЭКГ. Показана коррекция таких показателей, как QT и QTc, а также нормализация напряжения зубцов R и Т. Нормализация параметров ЭКГ сопровождались альтерацией микроструктуры мышечных волокон миокарда в контрольной группе животных по сравнению с опытной. Проведенное исследование показало, что экспонирование широкополосным красным светом проекционной области сердца крыс, подвергнутых воздействию γ-излучения, способствовало нормализации показателей электрической активности миокарда, а также снижало проявления лучевой болезни на суб- и клеточном уровнях.

Статья в формате PDF

736 KB

ЭКГ

ионизирующие излучения

красный свет

ультраструктура миокарда

1. Баврина А.П. Коррекция нарушений работы сердца крыс при воздействии низкоинтенсивным красным светом после моделирования асфиксии / А.П. Баврина, В.А. Монич, Е.А. Дружинин, С.Л. Нестеров // Медицинский академический журнал. – 2010. – Т.10, №.5. – С.44.

2. Ванюков Д.А. Радиационно-индуцированная болезнь сердца // Российский семейный врач. – 2010. – Т.14, №4. – С.33-37.

3. Саркисов Д.С., Перов Ю.Л. Микроскопическая техника: руководство. – М.: Медицина, 1996. – 544 с.

4. Ярмоненко С.П., Вайнсон А.А. Радиобиология человека и животных. – М.: Высш. Шк, 2004. – 549 с.

5. Heidenreich P. A. Radiation induced heart disease: systemic disorders in heart disease / P.A. Heidenreich, J.R. Kapoor // Heart.- 2009. №95.- Р. 252–258.

6. Mason M.G. Nitric oxide inhibition of respiration involves both competitive (heme) and noncompetitive (copper) binding to cytochrome c oxidase / M.G. Mason, P. Nicholls, M.T. Wilson, C.E. Cooper // Proc. Natl. Acad. Sci. USA.- 2006. №103.- Р.708–713.

7. Monich V. Low-power light and isolated rat hearts after ischemia of myocardium / V. Monich, O. Drugova, V. Lazukin, A. Bavrina // Journal of Photochemistry and Photobiology.- 2011. №105.- Р.21–24.

8. Moriyama Y. In vivo effects of low level lazer therapy on inducible nitric oxide synthase / Y. Moriyama, J. Nguyen, M. Akens, E.H. Moriyama, L. Lilge // Lasers Surg. Med.- 2009. №41.- Р.227-231.

9. Ytrehus K. The ischemic heart-experimental models // Pharmacol. Res.- 2000. №42.- Р.193-203.

10. Zhang R. Near infrared light protects cardiomyocytes from hypoxia and reoxygenation injury by a nitric oxide dependent mechanism / R. Zhang, Y. Mio, P.F. Pratt, N. Lohr, D.C. Warltier, H.T. Whelan, D. Zhu, E.R. Jacobs, M. Medhora, M. Bienengraeber // J. Mol. Cell. Cardiol.- 2009. №46.- Р.4-14.

Исследование влияния ионизирующей радиации на сердечно-сосудистую систему остается актуальной проблемой физиологии, радиобиологии и медицины. Сердце до недавнего времени рассматривали как радиорезистентный орган, основываясь главным образом на результатах гистологических исследований. Однако, впоследствии, с помощью электронно-микроскопического метода были обнаружены непосредственные и отдаленные изменения миокарда после локального облучения 5-10 Гр. При этом основную роль играло нарушение циркуляции вследствие облитерации капилляров [4]. В результате лучевой терапии может развиваться комплекс клинически значимых поражений тканей сердца – радиационно-индуцированная болезнь сердца [5], которая является существенным фактором ухудшения качества жизни и увеличения риска смертности [2]. В связи с этим актуальным представляется поиск эффективных радиопротекторов, способных снизить неблагоприятные последствия радиационного поражения сердца.

Цель исследования: изучение влияния широкополосного красного света на электрическую активность сердца и ультраструктуру миокарда крыс при развитии лучевой болезни.

Материалы и методы. Исследования проводились на беспородных белых крысах массой 180-250 грамм, которые были разделены на 4 группы. Первую группу (контроль) составили 14 крыс, получивших гамма-облучение проекционной области сердца с дозой 9 Гр. Облучение проводилось на установке «Луч-1» (энергия гамма-квантов, получаемых при распаде кобальта 60, имела два пика: 1,17 и 1,33 МэВ). Вторую группу (опыт) составили 10 крыс, также получивших локальную дозу облучения 9 Гр, но впоследствии проекционная область сердца которых была экспонирована низкоинтенсивным красным светом в течение 20 минут. Взятие образцов тканей миокарда у опытной и контрольной групп проводилось в день сеанса радиационного воздействия. В третью группу (хронический контроль) вошли 10 крыс, также получивших локальное облучение области сердца, но не подвергавшихся воздействию широкополосного красного света. Забор материала у данной группы производился на четвертые сутки, после развития радиационного поражения. Четвертую группу (хронический опыт) составили 10 крыс, получивших ту же дозу γ-излучения, но впоследствии ежедневно, в течение четырёх дней облучавшихся низкоинтенсивным красным светом. Время каждой экспозиции составляло 20 минут. Интенсивность света в зоне светового пятна была равна 5 мВт/см2. В эксперименте использовался широкополосный свет сверх яркого светодиода с максимумом спектрального диапазона 630 нм и шириной на полувысоте 20 нм. При прохождении через грудину интенсивность света снижалась на 20%. Забор материала у четвертой группы (хронический опыт) также производился на четвертые сутки. Кроме того, была выделена интактная группа животных, не подвергавшихся воздействию ни γ-излучением, ни светом. Запись электрокардиограммы производилась с помощью ветеринарного электрокардиографа Полиспектр-8/В. Обработка данных выполнялась с помощью программы Нейрософт.

Электрическую активность сердца оценивалась по следующим параметрам: частота сердечных сокращений (ЧСС, уд./мин), максимальное обнаруженное расстояние между двумя следующими друг за другом QRS-комплексами (RRmax, мс), минимальное расстояние между двумя следующими друг за другом QRS-комплексами (RRmin, мс), среднее расстояние между QRS-комплексами (RRср, мс), длительность Q-волны (Q, мс), длительность R-волны (R, мс), интервал PR (мс), длительность QRS-комплекса (QRS, мс), интервал QT (мс), нормализованный интервал QTc, вычисляемый по формуле Базетта (QTc, мс), электрическая ось сердца (ось QRS), напряженность зубцов Q, R, S и T (мВ).

Для электронно-микроскопического исследования иссекалась сердечную ткань, которая фиксировалась в 2,5 % растворе глютарового альдегида на фосфатном буфере (рН=7,4) с последующей дофикацией 1 % раствором осмиевой кислоты, обезвоживанием в спиртах возрастающей концентрации с дальнейшей заливкой в смесь эпона с аралдитом [3]. Ультратонкие срезы готовились на ультратоме Leica UC7 и просматривались на трансмиссионном электронном микроскопе Morgagni 268D фирмы FEI. Морфометрия выполнялась с помощью программы AnalySIS.

Для статистической обработки результатов использовался пакет прикладных программ SPSS Statistics. Для определения различий между исследуемыми группами использовался t-критерий Стьюдента. Достоверными считались различия при р≤0,05. Результаты представлялись в виде М±σ, где М – среднее значение, а σ – среднее квадратичное отклонение.

Результаты и их обсуждение. Анализ ЭКГ, полученных при облучении лабораторных животных ионизирующей радиацией, показал, что статистически значимые различия между группами наблюдались по QT- и QTc- интервалам (p≤0,05), отражающим процессы деполяризации и последующей реполяризации желудочков. Результаты по данным параметрам для всех групп лабораторных животных представлены в таблице 1.

Таблица 1

Показатели QT и QTc в четырех исследуемых группах в сравнении с нормой

Примечание: * - статистически значимые различия (р ≤ 0,05) между нормой и контролем;

** - статистически значимые различия (р ≤ 0,05) между нормой и хроническим контролем;

*** - статистически значимые различия (р ≤ 0,05) между контролем и опытом;

**** - статистически значимые различия (р ≤ 0,05) между контролем и хроническим опытом;

***** - статистически значимые различия (р ≤ 0,05) между хроническим контролем и хроническим опытом.

Исходя из данных таблицы 1, можно сделать вывод о постепенном увеличении QT- и QTc- интервалов после облучения миокарда γ-излучением, что свидетельствует об увеличении механической систолы. Этот эффект достигает максимума на четвёртый день после облучения (хронический контроль). Статистически значимые различия между группами наблюдались также при сравнении напряжения зубцов R и Т (см. таблицу 2). Изменения напряжения зубцов ЭКГ и длительности интервалов можно связать с процессом развития ишемии миокарда, спровоцированным оксидативным стрессом после воздействия ионизирующим излучением. Для синтеза АТФ необходим кислород, поэтому в ходе развития ишемии миокарда в первую очередь начинает страдать процесс реполяризации, и происходит изменение зубца Т. Нарушение реполяризации желудочков ведет к нарушениям метаболизма миокарда, острой его дистрофии и к наступлению кислородной недостаточности. Отклонение зубца Т от нормы обычно сопровождается удлинением интервала QT. Снижение напряжения зубцов Т в контрольной серии (см. таблицу 2) можно связать с появлением отрицательных значений зубцов, свидетельствующих о развитии ишемии миокарда уже на первые сутки после воздействия ионизирующим излучением. В группе «хронический контроль» наблюдалось достоверное увеличение напряжения Т-зубцов, что говорит о нарастании ишемии миокарда, которая развивалась в течение четырёх суток после воздействия ионизирующим излучением.

Последовательное воздействие низкоинтенсивным красным светом обеспечивало восстановление изучаемых характеристик ЭКГ до уровней, которые наблюдались в интактной группе (см. таблицы 1 и 2, данные для интактной группы и хронического опыта). Таким образом, спровоцированная гамма-излучением ишемия миокарда носила обратимый характер.

Таблица 2

Напряжения зубцов R и Т в четырех исследуемых группах в сравнении с нормой

Примечания к данной таблице аналогичны примечаниям к таблице 1.

Электронно-микроскопическое исследование мышцы сердца животных контрольной группы показало наличие внутриклеточного отёка кардиомиоцитов от слабой до сильной степени. В участках просветления саркоплазмы митохондрии были набухшие, с деструкцией и дезориентацией крист, с просветлением и вымыванием матрикса, наличием в них вакуолей и в ряде случаев с нарушением целостности наружной мембраны (табл.3). Наблюдались также стаз, плазматизации капилляров с агрегацией и уменьшением аморфного осмиофильного материала (плазматических белков), присутствие в просвете их пузырей, мембранных структур вплоть до закрытия отдельных сосудов (Рис. 1а).

Таблица 3

Площадь митохондрий кардиомиоцитов

Примечание: * - статистически значимые различия (р ≤ 0,05).

Исследование ультраструктуры миокарда животных группы «опыт» показало, что воздействие широкополосным красным светом способствовало уменьшению отёчности кардиомиоцитов и появлению значительного количества гранул гликогена (Рис.1б). В образцах группы «хронический опыт» наблюдалось уменьшение нарушений субмикроскопической структуры кардиомиоцитов по сравнению с контрольной группой. Для образцов этой группы была характерна гиперплазия митохондрий, что, по-видимому, связано с энергодефицитом, вызванным облучением, и является адаптивной реакцией организма (Рис.1в,г). Отметим, что несомненным признаком адаптации к гипоксии является увеличение массы митохондрий в тканях; появление новой популяции мелких митохондрий с набором фер­ментов, позволяющих им работать в этом новом ре­жиме, при долговременной адаптации.

Полученные результаты подтверждают литературные данные о том, что воздействие ионизирующей радиации на область сердца лабораторного животного приводит к патологическим изменениям кардиомиоцитов, а также к изменениям электрической активности сердца. Однако эти процессы оказались обратимыми при облучении образцов широкополосным красным светом в последовательном режиме.

Рис. 1. Ультраструктура миокарда крыс

а) контрольной группы: вакуолизация саркоплазмы, фрагментация и набухание ядра, сокращение миофибрилл, набухание митохондрий, в просвете капилляра уменьшенное содержание аморфного осмиофильного материала, везикулярный эндотелий, очаговое набухание базального слоя;

б) опытной группы: небольшое расширение саркоплазматического ретикулума, в просвете к обычная кровь;

в) хронической опытной группы: гиперплазия митохондрий, в просвете капилляра эритроцит и плазма;

г) хронической опытной группы: ядро с хорошо выраженным ядрышком.

В – вакуоль, К – капилляр, МХ – митохондрия, Э – эритроцит, Я – ядро.

Наблюдавшиеся эффекты можно объяснить на основе имеющихся в настоящее время представлений о механизмах фотобиологического действия красного света. Активные формы кислорода, являющиеся продуктами радиолиза в живых тканях, вызывают оксидативный стресс и, как следствие, накопление продуктов перекисного окисления липидов, белков, модификацию активности ферментов антиоксидантной защиты и других биологически значимых молекул. Подобные эффекты можно наблюдать не только при воздействии ионизирующими излучениями, но и спровоцировать в миокарде после наложения экспериментальной ишемии и возобновлении перфузии [9], а также при наложении асфиксии [1]. В работах [7] было экспериментально показано, что последствия оксидативного стресса могут быть полностью или частично компенсированы действием низкоинтенсивного красного света. При этом наблюдалось и восстановление сократительной активности мышцы изолированного сердца. В основе подобных эффектов, которые часто обозначают термином фотобиомодифицикация, находятся несколько фотохимических реакций. К ним относятся происходящие под действием красного света высвобождение окиси азота, связанной с цитохром с-оксидазой [10], модификация дыхательной цепи живой клетки, изменение активности супероксиддисмутазы и NO-синтазы [8] и другие. Каждая из этих реакций способна оказать существенное влияние на функциональную активность миокарда и, соответственно, на структуру ЭКГ. Например, окись азота, синтезируемая, митохондриальной NO-синтазой, ингибирует дыхание вследствие образования связи с цитохром с-оксидазой [6]. Фотолиз этих молекулярных комплексов приводит к выходу свободной окиси азота и к реактивации переносчиков электронов в дыхательной цепи. В конечном итоге происходит восстановление процессов дыхания и активация синтеза молекул АТФ. Кроме того, высвобождаемая окись азота, которая отвечает за расслабление гладких мышц сосудов, их расширение (вазодилатацию) и предотвращает агрегацию тромбоцитов и адгезию нейтрофилов к эндотелию, может способствовать увеличению просвета сосудов коронарной системы и улучшению микроциркуляции. Эти процессы, в свою очередь, обеспечивают снижение уровня процессов перекисного окисления липидов, окислительной модификации белков, изменение микроструктуры кардиомицитов и электрической активности сердца.

Заключение. Проведенное исследование показало, что экспонирование широкополосным красным светом проекционной области сердца крыс, подвергнутых воздействию γ-излучения, способствовало нормализации показателей электрической активности миокарда, а также снижало проявления лучевой болезни на суб- и клеточном уровнях.

10. Zhang R. Near infrared light protects cardiomyocytes from hypoxia and reoxygenation injury by a nitric oxide dependent mechanism / R. Zhang, Y. Mio, P.F. Pratt, N. Lohr, D.C. Warltier, H.T. Whelan, D. Zhu, E.R. Jacobs, M. Medhora, M. Bienengraeber // J. Mol. Cell. Cardiol.- 2009. №46.- Р.4-14.

Рецензенты:

Корягин А.С., д.б.н., проф. кафедры биохимии и физиологии Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, г. Нижний Новгород;

Плескова С.Н., д.б.н., в.н.с. лаборатории биохимии и молекулярной биологии Томского государственного университета, г. Томск.

Библиографическая ссылка