CHANGES IN THE SEROTONIN METABOLISM IN THE EMBRYONIC PERIOD INFLUENCE ON CARDIAC INOTROPIC FUNCTION IN POSTNATAL ONTOGENESIS

Недорезова Р.С.¹, Гарипов Т.В.², Афлятумова Г.Н.³, Волгина А.В.⁴, Билалова Д.Ф.⁵, Чибирева М.Д.⁶, Нигматуллина Р.Р.⁷

¹Аспирант, ² Доктор биологических наук, Казанская государственная академия ветеринарной медицины; ³Аспирант, ⁴Студент, ⁵Студент, ⁶Студент, ⁷Доктор биологических наук, Казанский государственный медицинский университет

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 15-04-08597, 15-44-02266

ИЗМЕНЕНИЕ МЕТАБОЛИЗМА СЕРОТОНИНА В ЭМБРИОНАЛЬНОМ ПЕРИОДЕ ВЛИЯЕТ НА ИНОТРОПНУЮ ФУНКЦИЮ СЕРДЦА В ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ

Аннотация

В статье рассмотрено влияние блокады синтеза серотонина (РСРА) и хронического введения серотонина (5-НТ) в эмбриональном периоде онтогенеза крысят на амплитудно-временные параметры сокращения предсердий и желудочков сердца в постнатальном онтогенезе у 14-дневных животных. РСРА повышает, а 5-НТ снижает сократимость различных отделов сердца. Следовательно, необходимо свести к минимуму воздействие на метаболизм серотонина в эмбриональном периоде развития в связи с влиянием на инотропную функцию сердца в постнатальном онтогенезе.

Ключевые слова: блокада синтеза серотонина, п-хлор-фенил-аланин, инотропная функция предсердий и желудочков, эмбриональный и постнатальный онтогенез, крыса.

Nedorezova R.S.¹, Garipov T.V.², Afljatumova G.N.³, Volgina A.V.⁴, Bilalova D.F.⁵, Chibireva M.D.⁶, Nigmatullina R.R.⁷

¹Postgraduate Student, ²Doctor of  biological Sciences, Kazan State Academy of  Veterinary Medicine; ³Postgraduate Student, ⁴Student, ⁵Student, ⁶Student, ⁷Doctor of Biological Sciences, Kazan State Medical University

CHANGES IN THE SEROTONIN METABOLISM IN THE EMBRYONIC PERIOD INFLUENCE ON CARDIAC INOTROPIC FUNCTION IN POSTNATAL ONTOGENESIS

Abstract

The article considers influence of the blockade of serotonin synthesis (РСРА) and chronic administration of serotonin (5-HT) in the embryonic period of ontogenesis of rats on the amplitude and temporal parameters of atrial and ventricular contraction in postnatal ontogenesis in 14-day-old animals. PCPA increases and 5-HT decreases contractility of different parts of the heart. Therefore, it is necessary to minimize the impact on the metabolism of serotonin in the embryonic period of ontogenesis in connection with the inotropic effect on heart function in postnatal ontogenesis.

Keywords: blockade of serotonin synthesis, p-chloro-phenyl-alanine, inotropic function of the atria and ventricles, embryonic and postnatal ontogenesis, rat.

Введение

Нейрогормон серотонин (5-гидрокситриптамин – 5-НТ) синтезируется в ЦНС и на периферии с помощью ферментов триптофангидроксилазы и декарбоксилазы ароматических L-аминокислот. Триптофангидроксилаза кодируется двумя изоформами - trh1, trh 2, которые экспрессируются в APUD-системе и в ЦНС соответственно [4;17]. Неселективным блокатором обоих видов триптофангидроксилазы является нейротоксин РСРА (пара-хлор-фенил-аланин). Влияние 5-НТ на клетки и органы-мишени качественно меняется в онтогенезе. У взрослых крыс 5-НТ изменяет функции органов, являясь медиатором в мозге и гормоном на периферии [6; 15], однако в эмбриональном периоде проявляется его необратимое морфогенетическое влияние [3; 10]. Фермент триптофангидроксилаза имеется в кардиомиоцитах, что свидетельствует о синтезе 5-НТ [14]. Периферический 5-НТ участвует в тромбообразовании, регуляции сосудистого тонуса и артериального давления [16], частоты и силы сердечных сокращений [1; 7; 12; 13; 18]. Серотонинергическая система является звеном патогенеза атеросклероза, артериальной и легочной гипертензии, ишемической болезни сердца, фибрилляции предсердий, сердечной недостаточности [5; 8]. Возможно, что дилятационная и гипертрофическая кардиомиопатия возникают в результатом генетических нарушений в серотонинергической системе [11]. Серотониновый рецептор второго типа (5-НТ2в) участвует в развитии сердца в эмбриональном периоде [11]. В постнатальном онтогенезе крыс 5-НТ увеличивает силу сокращения миокарда правых предсердия и желудочка, причем реакции выше у взрослых крыс по сравнению с новорожденными [13]. У крысят в 14-дневном возрасте наблюдается самая низкая реакция миокарда желудочков на 5-HT, которая при блокаде адренорецепторов возрастает. В предсердиях  14-дневных крыс агонист 5-НТ₂-рецепторов вызывает  положительный люзитропный эффект, уменьшая длительность расслабления [2].

Несмотря на то, что 5-HT относится к важнейшим сигнальным молекулам, участвующим в регуляции развития мозга, сердечно-сосудистой системы и ряда других органов-мишеней, до сих пор практически отсутствуют данные о влиянии нарушенного метаболизма 5-HT в эмбриональном периоде развития на инотропную функцию различных отделов сердца в постнатальном онтогенезе.

Цель: изучение влияния дефицита и избытка 5-HT в эмбриональном периоде онтогенеза на инотропную функцию миокарда крыс в 14-дневном возрасте.

Методика. На проведение исследования получено разрешение Этического комитета МЗ Республики Татарстан. Исследование проведено на беременных  самках крыс линии Вистар и их потомстве в возрасте 14 дней. Беременным самкам, начиная с 11 дня беременности в течение 10 дней, внутрибрюшинно вводили: 1 группа - блокатор синтеза серотонина РСРА (p-chlorophenylalanine; Sigma) в дозе 100 мкг/кг; 2 группа - 5-HT (Serotonin hydrochloride, 99%, Alfa Aesar) в дозе 50 мкг/кг; 3 группа - (контроль) - физиологический раствор. У потомства каждой группы в возрасте 14 дней проводили исследование инотропной функции миокарда.

Определение сократимости миокарда. Эксперименты проводились на установке Power Lab (ADInstruments), датчик силы  MLT 050/D (ADInstruments). У наркотизированных  уретаном (800 мг/кг, Sigma, USA) крыс  вынимали сердце, препарировали полоски миокарда длиной 2-3 мм и  диаметром 0,8-1,0 мм, полное описание методики [1,2]. Амплитудно-временные параметры сокращения:  силу, длительность сокращения и расслабления предсердий и желудочков рассчитывали по [9]. Статистический метод. Результаты исследования статистически обработаны на персональном компьютере с использованием программ  «Microsoft Office Eхсеl 2003» и «Statistica» 6.0. Результаты представлены в виде М±m. Достоверность различий оценивалась по методу Манна-Уитни и Уилкоксона. Различия считали статистически достоверными при р<0,05.

Результаты

Хроническое введение РСРА в эмбриональном периоде не вызывает изменений силы сокращения миокарда левого (ЛЖ) и правого желудочков (ПЖ), увеличивает ее в правом предсердии (ПП) и снижает в левом предсердии (ЛП) у крысят 14-дневного возраста (табл. 1). Хроническое введение 5-НТ в эмбриональном периоде существенно уменьшает силу сокращения миокарда ЛП и ПЖ 14-дневных крыс (табл. 1).

Выразив показатели силы сокращения у животных с блокадой синтеза 5-НТ и его хроническим введением в % от величины у контрольных животных, выявили, что происходит увеличение силы сокращения ПП на 64% и уменьшение в ЛП и ПЖ на 66% и 43% соответственно. У крысят 14-дневного возраста, которые в эмбриональном периоде подвергались воздействию 5-НТ, наблюдается значимое снижение силы сокращения ЛП и ПЖ.

Таблица 1 - Показатели инотропной функции сердца у крыс 14-дневного возраста с хроническим введением РСРА и серотонина в эмбриональном периоде онтогенеза

Примечание: * - статистически значимые различия по сравнению с контролем. Контроль – беременным самкам хронически вводили физиологический раствор; РСРА – беременным самкам хронически вводили пара-хлор-фенил-аланин; 5-НТ - беременным самкам хронически вводили серотонин.

Введение РСРА в эмбриональном периоде привело к существенному увеличению длительности сокращения ЛЖ на 0,02 сек (p<0,05) и ЛП на 0,05 сек (p<0,05) у крысят 14-дневного возраста (табл. 1). Хроническое введение 5-НТ в эмбриональном периоде увеличивает длительность сокращения ПП на 0,06 сек (p<0,05) (табл. 1).

Выразив показатели длительности сокращения у животных с блокадой синтеза 5-НТ и его хроническим введением в % от величины у контрольных животных, выявили, что происходит статистически значимое увеличение длительности сокращения ЛП на 22%,  ЛЖ  на 4%. У крысят 14-дневного возраста с хроническим введением 5-НТ в эмбриональном периоде выявлено увеличение на 17% длительности сокращения ПП.

Важным показателем инотропной функции миокарда является длительность расслабления (t min). Нами выявлено, что данный показатель статистически значимо увеличен в левом желудочке у крысят, подвергнутых воздействию РСРА (табл. 1). У крысят с хроническим воздействием 5-НТ в эмбриональном периоде не наблюдается изменений длительности расслабления.

Следовательно, как избыток, так и недостаток циркулирующего в крови 5-НТ в эмбриональном периоде онтогенеза отражаются на силе сокращения различных отделов сердца в постнатальном онтогенезе у 14-дневных крысят. Следует отметить, что у крысят сила сокращения миокарда ЛЖ не изменяется в зависимости от концентрации циркулирующего 5-НТ в крови в эмбриональном периоде развития.

Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о том, что у крысят 14-дневного возраста, в эмбриональном периоде развития которых наблюдался дефицит 5-НТ, создаваемый хроническим введением нейротоксина РСРА, происходят существенные изменения показателей инотропной функции сердца. В частности наблюдается  увеличение силы сокращения ЛП и ПП, увеличение длительности сокращения в ЛЖ и ЛП, длительности расслабления в ЛЖ.

У крысят 14-дневного возраста, в эмбриональном периоде развития которых наблюдался избыток циркулирующего серотонина, происходит существенное снижение силы сокращения ЛП и ПЖ, увеличение длительности сокращения ПП.

Литература

1. Ahmetzjanov V.F ., Jakupova A.F., Nigmatullina R.R ., Vozrostnye osobennosti inotropnogo vlyaniya serotonina na miokard krysy // Kazanskyi medicinskyi zhurnal.-2010.-T.91,№4-S..467-471.
2. Ahmetzjanov V.F ., Nigmatullina R.R., Ahmetzyanova A.F, Latfullin I.A.. Polozhitel’noe inotropnoe deystvie serotonina na serdce v postnatal’nom ontogeneze krys // Arhiv klynicheskoy I jeksperemental’noy mediciny.-2004.-T.13,№1-2.-C.22-25.
3. AzmitiaC., Frankfurt M., Davila M., Whitaker-Azmitia P.M., Zhou F.C. Plasticity of fetal and adult CNS serotonergic neurons: role of growth-regulatory factors // Ann N Y Acad Sci.-1990.-Vol.600.-P.343-363.
4. Cote F., Fligny C., Mallet J., Vodjdani G. Abnormal cardiac activity in mice in the absence of peripheral serotonin synthesis // J Soc Biol.--Vol.198.-№1.-P.7-17.
5. FrishmanH., Grewall P. Serotonin and the heart //Ann Med.-2000.-Vol.32.-№3.-P.195-209.
6. Fuller R.W., Clemens J.A. Role of serotonin in the hypothalamic regulation of pituitary function //Adv Exp Med Biol.-1981.-V.133.-P.431-444.
7. Kaumann A.J. Some aspects of heart beta adrenoreceptor function// Cardiovasc. Drugs Ther. – 1991. – Vol. 5. – P. 549-560.
8. KaumannJ., Sanders L. 5-Hydroxytryptamine causes rate-dependent arrhythmias through 5-HT4 receptors in human atrium: facilitation by chronic beta-adrenoceptor blockade//Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol.-1994.-Vol.349.-№4.-P.331-337.
9. Läer S., Remmers F., Scholz H., Stein B., Müller F.U., Neumann J. Receptor mechanisms involved in the 5-HT-induced inotropic action in the rat isolated atrium // Br J Pharmacol.--Vol.123.-№6.-P.1182-1188.
10. LauderM. Neurotransmitters as growth regulatory signals: role of receptors and second messengers// Trends Neurosci.-1993.-Vol.16.-№6.-P.233-240.
11. NebigilG., Choi D.S., Dierich A., Hickel P., Le Meur M., Messaddeq N., Launay J.M., Maroteaux L. Serotonin 2B receptor is required for heart development// Proc Natl Acad Sci U S A.-2000.-Vol.15.-№97(17).-P.9508-9513.
12. Nigmatullina R.R., Kirillova V.V., Jourjikiya R.K., Mukhamedyarov M.A., Kudrin V.S., Klodt P.M., Palotas A.. Disrupted serotonergic and sympatho-adrenal systems in patients with chronic heart failure may serve as new therapeutic targets and novel biomarkers to assess severity, progression, and response to treatment//J.Cardiology.-2009.-Vol.113.-P.277-286.
13. Nigmatullina R.R., Ahmetzjanov V.F., Ahmetzyanova A.F. Inotropnye jeffekty serotonina na serdce v postnatal’nom ontogeneze krys v usloviyah blokady adrenoreceptorov // Rossiyskyi fiziologicheskyi zhurnal imeny Sechenova-2004/-T/-90,№ 8 –S.445-446.
14. Ponicke K., Gergs U., Buchwalow I.B., Hauptmann S., Neumann J. On the presence of serotonin in mammalian cardiomyocytes// Mol Cell Biochem. --Vol.365.-№1-2.-P.301-312.
15. Ugriumov M.V. Developing brain as an endocrine organ: a paradoxical reality// Neurochem Res. – 2010. – Vol. 35. – 837-850.
16. VanhoutteM. Serotonin and the vascular wal// Int J Cardiol.-1987.-Vol.14.-№2.-P.189-203.
17. Walther D.J., Peter J.U., Bashammakh S., Hortnagl H., Voits M., Fink H., Bader M. Synthesis of serotonin by a second tryptophan hydroxylase isoform//-2003.-Vol.3.-№299.-P.5603:5676.
18. Yusuf S., Islam S., Chow C.K., Rangarajan S. et al. Use of secondary prevention drugs for cardiovascular disease in the community in high-income, middle-income, and low-income countries (the PURE Study): a prospective epidemiological survey//-2011.-Vol.1.-№378 (9798).-P.1231-1243.