INFLUENCE OF MAGNESIUM TAURINATE ON THE ACTIVITY OF THE INSULATED FROG HEART

Full Text

Сбои в сердечной деятельности влекут за собой серьёзные последствия для всего организма в целом. Для лечения сердечно-сосудистых заболеваний применяются различные лекарственные препараты и постоянно осуществляется разработка новых. Одним из возможных кандидатов на роль такого препарата является тауринат магния, модельное исследование которого на изолированном сердце ранее не проводилось.

Ионы магния способны предупреждать или устранять спазм гладких мышц, причем магний с кальцием конкурирует на одних и тех же каналах мембраны мышечных клеток. Этот химический элемент тесно связан не только с обменом кальция, но и калия. Способствуя фиксации калия в клетках, магний обеспечивает нормальное функционирование клеточных мембран и участвует в поддержании нормальной температуры тела [1]. У 90% больных, перенесших инфаркт миокарда, в организме обнаружен дефицит магния [2]. Причинами такого дефицита могут быть употребление алкоголя, гипертермия и прием диуретических препаратов. Особое значение имеет магний в функционировании нервной ткани и проводящей системы сердца. Хорошая обеспеченность организма соединениями магния способствует лучшему противодействию организма стрессовым ситуациям и депрессии.

Изометрическое сокращение сердца зависит от антагонизма магния и натрия. Так, контрактура желудочка сердца лягушки, вызванная калием, возрастает с увеличением концентрации магния или с уменьшением концентрации натрия при неизменном содержании магния. Отсутствие калия или замена натрия вызывает накопление магния в миокарде с увеличением амплитуды его сокращений. Избыток калия и кальция вызывает аритмию в нормальном и пораженном инфарктом сердце, что связано с выходом продуктов обмена (калия) в здоровую зону из пораженной.

Внутривенное введение хлористого магния (0,12 – 0,15 г/кг) лягушкам замедляет ритм сердечной деятельности (увеличивается время комплекса QRS, повышается вольтаж R, Р и S). Иногда при этом возникает экстрасистолия и синоатриовентрикулярная блокада, и в течение 3 – 5 минут понижается кровяное давление [3].

Таурин (α-аминоэтансульфоновую кислоту) можно обнаружить в клетках всех органов млекопитающих. Следует отметить, что 28% от общего содержания таурина в организме приходится на сердечную мышцу, где его концентрация в 2 – 2,6 раза превышает содержание всех свободных α – аминокислот. Это указывает на участие таурина в метаболизме самого миокарда. При различных сердечных патологиях уровень эндогенного таурина в сердце значительно увеличивается [1]. В норме же изменить концентрацию таурина не удается при варьировании экспериментальных условий: содержании животных на диете с отсутствием таурина, дефиците витамина В₆, добавлении избытка таурина или его предшественников в пищу [4]. Очевидно, что таурин необходим организму в строго определенных концентрациях для регулирования важных функций миокарда.

Четких представлений о биохимических механизмах влияния таурина на миокард до настоящего времени нет. Анализ терапевтического влияния таурина на сердце показал, что он вызывает инотропные эффекты в норме и нормализует сократительную деятельность миокарда при некоторых патологических состояниях. Так, было показано положительное инотропное влияние таурина на миокард крысы [5], потенцирование таурином инотропного действия оубаина на сердце крысы и морской свинки [6], а также потенцирование инотропного эффекта строфантина на предсердия морской свинки [7]. Таурин повышает частоту сердечных сокращений у лягушки и кролика [8], вызывает временное понижение артериального давления у крыс [9] и кошек [10] и стойкое - у спонтанно гипертензивных крыс [9]. Можно заметить, что многие физиологические эффекты таурина известны очень давно и в настоящее время во многих странах перешли к клиническим испытаниям таурина и его производных. Показаниями к использованию таурина как фармакологического препарата могут являться разнообразные патологические состояния сердца и ЦНС. Особый интерес вызывают магниевые соли тауриновой кислоты.

Условия и методы исследования

В целях исключения сложных и многообразных регулирующих влияний, имеющих место в целостном организме и могущих повлиять на чистоту эксперимента, исследования, влияния таурината магния на функциональное состояние сердца проводились на модели, в качестве которой использовался препарат изолированного по Штраубу сердца лягушки.

В экспериментах определялись следующие показатели сердечной деятельности: частота сердечных сокращений (определялась визуально по секундомеру), ударный объем, минутный объем сердца.

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.

Исследование включало в себя серию из 6 экспериментов. Были изучены эффекты таурината магния на силу и частоту сокращений изолированного сердца лягушки. В опытах использовались растворы в концентрациях: 10^-8 М, 10^-6 М и 10^-4 М. В контрольных экспериментах сердечную канюлю заполняли раствором Рингера.

Для определения зависимости сердечного выброса от величины пост-нагрузки и проявления закона Франка - Старлинга градуированная канюля последовательно заполнялась следующими объемами исследуемых растворов: 54 мкл, 108 мкл, 162 мкл, 216 мкл, 270 мкл, 324 мкл, (0, 5, 10, 15, 20, 25 делений шкалы соответственно).

Для поддержания физиологических условий функционирования сердца, а именно с целью предотвращения подсыхания его наружной поверхности, сердце периодически орошалось раствором Рингера для холоднокровных.

Полученные данные обрабатывали статистически с применением критерия Стьюдента. Все данные представлены как средние значения ± стандартные ошибки. Для построения графиков был использован программный пакет Sigma Plot. Статистически значимыми считались изменения со значениями: * – р<0,05; ** – р<0,01; *** – р<0,001 в сравнении с контролем.

 

Результаты и их обсуждение

Изучение влияния таурината магния на основные параметры сердечной деятельности показало увеличение частоты сердечных сокращений, а также ударного и минутного объёмов сердца по сравнению с контролем.

В исследовании было установлено, что хронотропный эффект имел положительный характер (рис. 1). Статистически значимые изменения были выявлены только при использовании раствора препарата в концентрации 10^-4 М.

Наиболее выраженные изменения частоты сердечных сокращений наблюдали при использовании раствора препарата в концентрации 10^-4 М. Статистически значимые изменения наблюдались при пост-нагрузках 54 мкл, 108 мкл, 162 мкл, 216 мкл, 270 мкл, 324 мкл и составили соответственно 30,6±3,9% (р < 0,01), 30,6±2,27% (р < 0,05), 23,62±3,38% (р < 0,01), 46,78±2,52% (р < 0,05), 43,89±3,48% (р < 0,01), 44,46±3,77% (р < 0,01). Максимальное отклонение от контрольного значения наблюдалось при пост-нагрузке 216 мкл.

 

Рис. 1. Изменение частоты сердечных сокращений при перфузии раствором таурината магния изолированного сердца лягушки

* – р<0,05; ** – р<0,01 в сравнении с контролем

Выявлены изменения ударного объема (рис. 2), указывающие на его увеличение. Наиболее выраженное изменение ударного объема наблюдалось при использовании препарата в концентрации 10^-4 М.

Статистически значимые изменения были выявлены для концентрации препарата 10^-4 М при всех пост-нагрузках: 54 мкл, 108 мкл, 162 мкл, 216 мкл, 270 мкл, 324 мкл. Отклонения составили 24,04±3,9% (р < 0,01), 22,75±4,3% (р < 0,01), 26,21±3,6% (р < 0,01), 25,83±5% (р < 0,001), 28,15±6,25% (р < 0,001) и 29,06±20,7% (р < 0,001) соответственно.

 

 

Рис. 2. Изменение ударного объема при перфузии раствором таурината магния изолированного сердца лягушки

* – р<0,05; ** – р<0,01;*** – p<0,001 в сравнении с контролем

Изменение величины минутного объема сердца представляет собой совокупность изменений ударного объема и частоты сердечных сокращений.

В ходе эксперимента происходило увеличение минутного объема сердца (рис. 3). Наиболее значимые изменения были выявлены для концентрации таурината магния 10^-4 М.

Статистически значимые отклонения при концентрации таурината магния 10^-4 М наблюдались при пост-нагрузках 54 мкл, 108 мкл, 162 мкл, 216 мкл, 270 мкл и 324 мкл и составили 48,94±2,85% (р < 0,05), 67,34±2,7% (р < 0,05), 57,69±3,9% (р < 0,01), 77,25±2,7% (р < 0,01), 64,81±4,4% (р < 0,01), 324 мкл 70,93±5% (р < 0,001) соответственно.

Рис. 3. Изменение минутного объема сердца при префузии раствором таурината магния изолированного сердца лягушки

* – р<0,05; ** – р<0,01;*** – p<0,001 в сравнении с контролем

При этом было доказано, что закон Франка-Старлинга соблюдался во всех опытах: чем больше величина пост-нагрузки во время диастолы, тем сильнее сокращение миокарда в последующую систолу.

Механизм полученных нами экспериментальных данных, возможно, заключается в том, что соединения магния способны предупреждать или устранять спазм гладких мышц, Способствуя фиксации ионов калия в клетках, они обеспечивают нормальное функционирование клеточных мембран [1]. В частности, сульфат магния оказывает сосудорасширяющее, седативное и противосудорожное действие, улучшает капиллярное кровообращение. Соединения магния также часто используют в качестве антиаритмических препаратов.

Таурин обладает антиаритмическим эффектом при токсических дозах катехоламинов. Исходя из этого, можно предположить, что возможными посредниками действия тауриновой кислоты в сердце при аритмиях могут являться циклические аминокислоты. Таурин оказывает влияние на их концентрацию в сердце при физической нагрузке и покое [6].

Изучение влияния таурина на аденилатциклазу при условиях блокады α- и β-адренорецепторов позволило предположить, что таурин может конкурировать с катехоламинами за места связывания на β-адренорецепторах, что само по себе должно приводить к уменьшению эффектов катехоламинов и, соответственно, к снижению концентрации цАМФ [6].

Таурин влияет на содержание ионов магния и кальция в клетках и действует на сократительную функцию миокарда. Таурин в одних условиях уменьшает, а в других - увеличивает внутриклеточный уровень кальция и магния, а сами эффекты таурина на сокращение проявляются при различных отклонениях от нормального ритма сердца и при сдвигах внутриклеточных и внеклеточных концентраций катионов металлов. Очевидно, таурин затрагивает процессы, в которых ионы магния играют роль регулятора.

 

Заключение

Таким образом, в данном исследовании было продемонстрировано, что тауринат магния оказывает положительное хронотропное и инотропное влияние на сердце и вызывает увеличение его минутного объема. Наиболее выраженные изменения наблюдались при использовании раствора препарата в концентрации 10^-4 М. Нарушения закона Франка-Старлинга тауринат магния в исследованных концентрациях не вызывал.

About the authors

Yuliya S. Kholkina

Samara University

Author for correspondence.
Email: nice.holkina@mail.ru

Student of the Department of Human and Animal Physiology

Russian Federation, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye Shosse, 34.

Ruslan A. Zainulin

Samara University

Email: zajnulin63@inbox.ru

PhD in Biological Sciences, assistant professor

443086, Russia, Samara, Moskovskoye Shosse, 34.

Irina D. Romanova

Samara University

Email: romanova_id@mail.ru

PhD in Biological Sciences, assistant professor

Russian Federation, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye Shosse, 34

References

Supplementary files