EFFECT OF AMITRIPTYLINE HYDROCHLORIDE ON THE ACTIVITY OF ALPHA-1 AND BETA-2 ADRENORECEPTORS IN AN ISOLATED FROG HEART
- Authors: Shubnyakov I.A.1, Zainulin R.A.1, Romanova I.D.1
-
Affiliations:
- Samara University
- Issue: No 1 (18) (2021)
- Pages: 28-33
- Section: Biology
- Published: 20.01.2022
- URL: https://vmuis.ru/smus/article/view/8607
- ID: 8607
Cite item
Full Text
Abstract
The article is dedicated to the study of the effect of amitriptyline hydrochloride on the functioning of α1-adrenoreceptors and β2-adrenoreceptors. Cardiac rate, stroke volume, and volume of the heart per minute were determined in course of the work. In perfusion of amitriptyline hydrochloride, a decrease in the chronotropic and inotropic effects of adrenaline is observed. This effect results from the blockade of α1-adrenoreceptors as well as the attenuation of β2-adrenergic effects on frog’s heart. Possible mechanisms of effect of amitriptyline hydrochloride on adrenergic receptors are presented.
Full Text
Введение
Сердечно-сосудистая система обеспечивает постоянную циркуляцию крови, а также поддержание связанных с ней обменных процессов: газообмен и доставку тканям кислорода и питательных веществ. Сердце представляет собой основной мотор в системе кровотока, который заставляет кровь непрерывно циркулировать в живом организме [1].
Изменение деятельности сердца наблюдается при действии на него ряда биологически активных веществ, которые циркулируют в крови. Катехоламины, среди которых наиболее важными являются адреналин и норадреналин, усиливают распад гликогена, учащают и усиливают ЧСС, улучшают проведение возбуждения по миокарду [2].
Физиологические эффекты адреналина определяются его способностью связываться с адренорецепторами и через них воздействовать на адренореактивные системы клеток сердца [3].
В сердце лягушки преобладающими в миокарде являются -адренорецепторы, тогда как -адренорецепторы у них в предсердиях почти отсутствуют, а в желудочках составляют не более 20% из общего количества -адренорецепторов [4]. Кроме того, в сердце лягушки доказано наличие функциональных -адренергических рецепторов [5, 6].
Изменение содержание адреналина в миокарде сопровождается параллельными изменениями выраженности эффектов, реализуемых через хронотропные адренорецепторы сердца [7].
Амитриптилина гидрохлорид – это трициклический антидепрессант, широко используемый для лечения хронической невропатической боли [8]. Он может привести гибели клеток миокарда с сопутствующим повреждений митохондрий и окислительным стрессом [9].
По сведениям из литературных источников, амитриптилина гидрохлорид способен блокировать альфа-1-адренорецепторы [10] и снижать плотность бетта-адренорецепторов в сердце [11].
В ходе эксперимента мы проверили действительно ли перфузия амитриптилина снижала физиологический эффект адреналина, который реализуется через адренорецепторы сердца лягушки.
Методы исследования
Было поставлено 12 экспериментов на препаратах изолированного по Штраубу сердца лягушки. В работе исследовано влияние адреналина на функциональное состояние сердца до и после его перфузии раствором амитриптилина гидрохлорида в концентрации 10-4 М.
В экспериментах определялись частота сердечных сокращений (ЧСС), ударный объем сердца и рассчитывался минутный объем сердца.
Для более точного определения ударного объема и дозированного заполнения канюли исследуемыми растворами методика была модифицирована, а именно использовалась канюля с градуировкой.
Визуально определяя подъем столба жидкости во время систолы, можно было довольно точно узнать значение данного показателя сердечной деятельности.
В качестве исходного раствора в эксперименте использовали раствор Рингера следующего состава (в г/л): NaCl – 6,5; KCl – 0,2; CaCl – 0,2; NaHCO3 – 0,1.
В эксперименте был использован раствор адреналина и амитриптилина гидрохлорида в концентрации 10-4 М.
Время перфузии амитриптилина гидрохлорида составило 10 минут.
Статистическая обработка
Для статистической обработки и построения графиков использовался программный пакет SigmaPlot 12.5 с использованием однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA).
Все данные представлены как средние значения ± стандартные ошибки.
Статистически значимыми считались изменения со значениями р≤0,05.
Результаты исследования
Проведенный эксперимент продемонстрировал, что после перфузии амитриптилина гидрохлорида, снижается физиологический эффект адреналина на изолированное сердце лягушки.
Объем заполнения градуированной канюли в желудочке сердца |
На рис. 1. показано изменение ударного объема при действии адреналина.
Рис. 1. Изменение ударного объема при действии раствора адреналина до (А) и после (Б) перфузии амитриптилина гидрохлоридом изолированного сердца лягушки при различных объемах заполнения градуированной канюли (в % относительно контроля) * – р<0,05.
Непосредственное применение адреналина продемонстрировало более высокие показатели сердечной деятельности, по сравнению с теми, что были получены после предварительной перфузии изолированного сердца раствором амитриптилина гидрохлорида
Максимальное отклонение при действии адреналина, составило 47,4±18,6% (р<0,05) при пост-нагрузке 378 мкл.
Наибольшее влияние адреналина, после перфузии сердца раствором амитриптилина гидрохлорида, наблюдалось при пост-нагрузке 270 мкл. Изменение составило 37,3±11,1% (р<0,05).
На рис. 2. отражены изменения ЧСС при действии адреналина, до и после перфузии сердца раствором амитриптилина гидрохлорида.
Объем заполнения градуированной канюли в желудочке сердца |
Рис. 2. Изменение частоты сердечных сокращений при действии раствора адреналина до (А) и после (Б) перфузии амитриптилина гидрохлоридом изолированного сердца лягушки при различных объемах заполнения градуированной канюли (в % относительно контроля) * – р<0,05.
Адреналин оказывал выраженный положительный хронотропный эффект на сердце. Максимальное отклонение от контроля составило 48,5±21,3% (р<0,05) при пост-нагрузке 162 мкл. После перфузии сердца раствором амитриптилина гидрохлорида, хронотропный эффект адреналина уменьшался. Наиболее статистически значимое изменение наблюдалось при пост-нагрузке 378 мкл и составило 39,5±15,4% (р<0,05).
На рис. 3. отмечены изменения минутного объема при действии адреналина до и после перфузии сердца раствором амитриптилина гидрохлорида. Непосредственное действие адреналина было более выраженным.
Максимальное отклонение, вызванное действием адреналина гидрохлорида до перфузии сердца раствором амитриптилина гидрохлорида, отмечалось при постнагрузке 378 мкл и составило 54,8±24,3% (р<0,05).
После перфузии сердца амитриптилина гидрохлоридом адреналин вызывал менее выраженное увеличение минутного объема сердца.
Объем заполнения градуированной канюли в желудочке сердца |
Рис. 3. Изменение минутного объема сердца при действии раствора адреналина до (А) и после (Б) перфузии амитриптилина гидрохлоридом изолированного сердца лягушки при различных объемах заполнения градуированной канюли (в % относительно контроля) * – р<0,05.
Наиболее значимое изменение наблюдалось при постнагрузке 378 мкл и составило 38,1±16 % (р<0,05).
Обсуждение результатов
Проведенные эксперименты демонстрируют, что амитриптилина гидрохлорид снижает эффект адреналина, который действует через -адренорецепторы и -адренорецепторы. Из этого следует, что амитриптилин снижает адренергическую активность в изолированном сердце лягушки.
При физиологических (умеренных) концентрациях адреналин, действуя на кардиомиоциты желудочков сердца через -адренорецепторы, оказывает положительное инотропное и хронотропное действие в результате активации каскада реакций, запускаемых в ходе конформации Gs мембранного белка [12, 13].
Изменение конформации мембранного Gs белка приводит к активации аденилатциклазы. Далее происходит образование из аденозинтрифосфата циклического аденозинмонофосфата.
Последний активирует протеинкиназу, которая расщепляет аденозинтрифосфат с высвобождением энергии, активирует процессы окисления глюкозы и расщепления жиров. [12, 13].
В случае ослабления -адренергического эффекта на миокард резервным механизмом для поддержания реактивности миокарда к катехоламинам служит активация -адренорецепторов [14]. Согласно данным многих исследований, их стимуляция ограничивается развитием лишь положительной инотропной реакции [15, 16]. По другим данным, при стимуляции -адренорецепторов наблюдается также положительный хронотропный эффект [17]. При блокаде -адренорецепторов пропранололом в миокарде наблюдается увеличение плотности -адренорецепторов [7].
Амитриптилина гидрохлорид увеличивает потребления кислорода миокардом [18], стимулирует выделение аденозина кардиомиоцитами [19, 20].
Физиологические концентрации аденозина ослабляют индуцированное катехоламинами увеличение содержания циклического аденозинмонофосфата, активацию циклической аденозинмонофосфат-зависимой протеинкиназы, образование фосфорилазы A и сократительные параметры работающего сердца за счет снижения -адренергической активации аденилатциклазы [21].
В литературе сообщалось, что использование амитриптилина гидрохлорида вызывает гипертензию [22, 23, 24]. Механическое растяжение, вызванное высоким кровяным давлением, является исходным фактором, ведущим к гипертрофии сердца [25]. Уменьшение плотности -адренорецепторов отмечено при компенсированной гипертрофии миокарда [26].
Амитриптилин имеет большее сродство к -адренорецепторам. [27]. Классический внутриклеточный сигнальный путь, запускаемый -адренорецепторами, возникает в результате связывания с белками Gq. Затем происходит активация фосфолипазы С , гидролиз фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата, мобилизация кальция внутри клеток [28] .
Амитриптилина гидрохлорид блокируют передачу сигналов от рецептора LPA. Данный рецептор связан с мембраной G-белком, активируя внутриклеточные сигнальные каскады. Из-за структурного сходства с местными анестетиками, можно предположить, что амитриптилина гидрохлорид может действовать сходным образом и ингибировать передачу сигналов, связанных с Gq белками [29].
Заключение
Амитриптилина гидрохлорид снижает физиологический эффект адреналина на изолированное сердце лягушки. Из этого следует, что данный антидепрессант подавляет функциональную активность адренорецепторов в изолированном сердце лягушки.
About the authors
Ilya Alexandrovich Shubnyakov
Samara University
Email: ilyashyb@gmail.com
Undergraduate student of the Biological Faculty
Russian Federation, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye shosse, 34.Ruslan Anasovich Zainulin
Samara University
Author for correspondence.
Email: zajnulin63@inbox.ru
associate professor of the Department of Human and Animal Physiology
Russian Federation, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye shosse, 34.Irina Dmitrievna Romanova
Samara University
Email: romanova_id@mail.ru
associate professor of the Department of Human and Animal Physiology
Russian Federation, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye shosse, 34.References
- Козлов В. И. Анатомия сердечно-сосудистой системы: учебное пособие для студентов медицинских вузов. М.: Практическая медицина, 2013. 192 с.
- Герасименко Д. К. Роль катехоловых аминов в приспособительных реакциях сердечно-сосудистой системы к физическим нагрузкам // Вопросы науки и образования. 2018. № 7. С. 23–25.
- Соколов Е. И., Голобородова И. В., Абросимова К. А. Влияние катехоламинов на формирование коронарного тромбоза при остром инфаркте миокарда // Лечебное дело. 2017. № 3. С. 44–50.
- Stene-Larsen G., Helle K. B. Cardiac 2 adrenoceptor iri the frog // Comp. Biochem. Physiol. 1978. Vol. 60. P. 165–173.
- Identification of alpha1-adrenergic receptors and their involvement in phosphoinositide hydrolysis in the frog heart / A. Lazou , C. Gaitanaki, S. Vaxevanellis, A. Pehtelidou [et al.] // J Exp Zool. 2002. Vol. 293. P. 99–105.
- Pradhan S. The adrenergic receptors in the cardiovascular system of the frog // Indian J. Med. Scl. 1971. Vol. 25. P. 170–174.
- Чинкин, А.С. Соотношение адреналин: норадреналин и альфа-бета-адренорецепторы в миокарде и адренергические хроно – и инотропные реакции при экстремальных состояниях и адаптации // Успехи физиол. наук. 1992. № 3. С. 97–106.
- Клиническая фармакология / под ред. М.К. Кевра. Минск.: Высшая школа. 2015. 576 с.
- Малахова М.Я. Методы биохимической регистрации эндогенной интоксикации // Эфферентная терапия. 1995. № 2. С. 61–64.
- Thanacoody H. K., Thomas S. H. Tricyclic antidepressant poisoning: cardiovascular toxicity. Toxicol. Rev. 2005. Vol. 24. P. 205–214.
- Sethy V. H., Day J. S., Cooper M. M. Dose-dependent down-regulation of beta-adrenergic receptors after chronic intravenous infusion of antidepressants. Prog. Neuropsychopharmacol Biol. Psychiatry. 1988.Vol. 12. P. 673–682.
- Эккерт Р., Рэнделл Д., Огастин Дж. Физиология животных. М.: Мир. 1991. 285 с.
- Hirst G. D., Bramich N. J., Cousins H.M., Edwards F. R. Sympathetic neuroeffector transmission to pacemaker cells of the toad heart: Abstr. Symp. Physiol. Soc. «Diversity and Plast. Autonom. Func», Leeds // J. Physiol. Proc. 1996 Vol. 497. P. 29–39.
- Kunos G. Thyroid hormone – dependent interconversion of myocardial alpha – and beta-adrenoceptors in the rat // Brit. J. Pharmacol. 1977. Vol. 59. P. 177–189.
- Brucker R., Mugge A., Scholz H. Existence and functional role of alpha1-adrenoceptors in the mammalian heart // J. Mol. Cell. Cardiol. 1985. Vol. 17. P. 639–645.
- Mugge A. Alpha-adrenozeptoren an myocard: Vorkommen und functionale Bedeutung // Klin.Wochenschr. 1985. Vol. 63. P. 1087–1097.
- Role of alpha1-adrenoceptor subtypes which mediated positive chronotropy in neonatal rat cardias myocites / H. Kiumura, S. Kawana, N. Kanaya [et al.] // Life Sci. 1994. Vol. 54. P. 451–456.
- Чекмарев Г.В., Долгих В.Т. Механизмы кардиотоксического действия амитриптилина // Общая реаниматология. 2011. № 6. С. 24–27.
- Adenosine and coronary blood flow in conscious dogs during normal physiological stimuli / A. N. Bacchus, S. W. Ely, R. M. Knabb [et al.] // Am J Physiol. 1982. Vol. 243. P. 628–633.
- Duncker D. J., Stubenitsky R., Verdouw P. D. Role of adenosine in the regulation of coronary blood flow in swine at rest and during treadmill exercise // Am J Physiol. 1998. Vol. 275. P. 1663–1672.
- Dobson J. G. Mechanism of adenosine inhibition of catecholamine – induced responses in heart // Circ Res. 1983. Vol. 52. P. 151–160.
- Dunn F. G. Malignant hypertension associated with use of amitriptyline hydrochloride // South Med J. 1982. Vol. 75. P. 1124–1125.
- Rampton D. S. Hypertensive crisis in a patient given sinemet, metoclopramide, and amitriptyline // Br Med J. 1977. Vol. 2. P. 607-608.
- Roberge R. J., Krenzelok E. P. Prolonged coma and loss of brainstem reflexes following amitriptyline overdose // Vet Hum Toxicol. 2001. Vol. 43. P. 42–44.
- The molecular mechanism of cardiac hypertrophy and failure / T Yamazaki, I Komuro, I Shiojima [at al.] // Ann N Y Acad Sci. 1999. Vol. 874. P. 38–48.
- Моисеев В. С. Сердечная недостаточность и достижения генетики // Сердечная недостаточность. 2000. № 4. 121–130.
- Leighton H. J. Quantitative assessment of the pre – and postsynaptic alpha adrenoceptor antagonist potency of amitriptyline // J Pharmacol Exp Ther. 1982. Vol. 220. P. 299–304.
- Akinaga J., Garcia-Sainz J. A., Puro A. S. Updates in the function and regulation of α 1 –adrenoceptors // Br J Pharmacol. 2019. Vol. 176. P. 2343–2357.
- Effects of antidepressants on G protein – coupled receptor signaling and viability in Xenopus laevis oocytes. D. Strümper, M. E Durieux, B. Tröster [et all.] // Anesthesiology 2003. Vol. 99. P. 911–917.
Supplementary files
