INFLUENCE OF POTASSIUM TAURINATE ON THE ACTIVITY OF THE ISOLATED FROG HEART

Full Text

Заболевания сердечно-сосудистой си- препаратов является тауринат калия. Спектр стемы являются самыми распространенными действия таурината калия обусловлен его ме- в мире. Ими страдают около 3,5% населения таболической природой и регулирующим земного шара. Занимая первое место среди воздействием этого соединения на функцио- причин потери трудоспособности и смертно- нальное состояние органов и систем орга- сти больных, они служат причинами более низма, а также различные виды обмена ве- трети летальных исходов, поэтому изучению ществ. Большое число сообщений свидетель- работы сердца посвящено большое количе- ствует о перспективности применения таури- ство исследований. ната калия в профилактике лечении ряда сер- Сбои в сердечной деятельности влекут дечно-сосудистых заболеваний, однако, сооб- за собой серьёзные последствия для всего ор- щения о возможности его применения у сер- ганизма в целом. Вот почему столь важным дечных больных не систематизированы, не является глубокое теоретическое осмысление выработаны единые взгляды на целесообраз- как собственно физиологических процессов, ность включения таурината калия в комплекс протекающих в миокарде, и их изменений лечебных мероприятий у данного контин- под влиянием различных фармакологических гента пациентов [1]. препаратов, так и возможностей целенаправ- ленного управления этими процессами. Условия и методы исследования Несмотря на то, что на сегодняшний Эксперименты были выполнены на 6 день проведено множество исследований по препаратах изолированного по Штраубу изучению тауриновых производных на орга- сердца лягушки. Градуированная канюля, за- низм, влияние на функционирование сердца фиксированная в луковице аорты, содержала таурината калия не известно. раствор Рингера (NaCl - 6,5 г/л; KCl - 0,2 г/л; Поиск лекарственных средств, способ- CaCl2 - 0,2 г/л; NaHCO3 - 0,3 г/л). ствующих улучшению метаболических про- Необходимый объём вводимого веще- цессов в миокарде является перспективным ства вносили шприцом, ориентируясь на направлением фармакологии. Одним из таких шкалу канюли. Исследовалось влияние © Самкаева С. В., Зайнулин Р. А., Романова И. Д., 2019. Самкаева Светлана Васильевна (bsamkaev@mail.ru), магистрант биологического факультета; Зайнулин Руслан Анасович (zajnulin63@inbox.ru), доцент; Романова Ирина Дмитриевна (romanova_id@mail.ru), доцент кафедры физиологии человека и животных Самарского университета, 443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, 34. Вестник молодых учёных и специалистов Самарского университета. 2019. № 1 (14) 101 -8 -6 таурината калия в концентрациях 10 М, 10 изолированного сердца лягушки была следую- -4 М и 10 М по сравнению с действием рас- щая. Препарат вызывал уменьшение частоты твора Рингера (контроль). Для определения сердечных сокращений, а также увеличение зависимости сердечного выброса от вели- ударного и минутного объемов сердца. На рис. чины пост-нагрузки и соблюдения закона 1-2 представлены механокардиограммы, полу- Франка-Старлинга градуированная канюля ченные в экспериментах. последовательно заполнялась следующими По динамике изменений механокардио- объемами раствора препарата: 0 мл, 0,054 мл, грамм мы судили о кардиотропных свойствах 0,108 мл, 0,162 мл, 0,216 мл, 0,270 мл и 0,324 исследуемого соединения. По сравнению с кон- мл. Для предотвращения подсыхания наруж- тролем, в качестве которого использовался рас- ной поверхности сердца и с целью обеспече- твор Рингера для холоднокровных, наблюда- ния физиологических условий его деятельно- лись следующие процентные изменения. сти сердце периодически орошалось раство- На рис. 3 видно изменение частоты сер- ром Рингера для холоднокровных. дечных сокращений. В концентрациях от -8 -4 Полученные данные обрабатывались 10 М до 10 М раствор таурината калия вы- статистически с помощью программного па- зывал отрицательный хронотропный эффект. кета SigmaPlot 11.0 с использованием парного При использовании раствора таурината -8 t-теста, и были представлены как средние зна- калия в концентрации 10 М, статистически чения ± стандартизированные ошибки. Для значимые изменения наблюдались при пост- построения графиков использовалась та же нагрузках 54 мкл, 216 мкл, 270 мкл и соста- программа. Статистически значимыми счита- вили 25,7±9,6 % (р<0,05), 32,8±12,4 % лись изменения со значениями р≤0,05. (р<0,05), 51,1±16,8 % (р<0,01) соответ- ственно.При использовании раствора таури- -6 Результаты исследования ната калия в концентрации 10 М, статисти- В результате проведенных исследований чески значимые изменения наблюдались при было установлено, что тауринат калия оказы- постнагрузках 0 мкл, 108 мкл, 162 мкл, 216 вает выраженное влияние на функциональное мкл и составили 44,7±16,2 % (р<0,05), состояние сердца лягушки. Общая тенденция 45,3±18,2 % (р<0,05), 90,4±29,1 % (р<0,01), влияния исследуемого вещества на препарат 97,5±29,9 % (р<0,01) соответственно. Рис. 1. Механокардиограмма в условиях перфузии раствором Рингера изолированного сердца лягушки (постнагрузка 54 мкл) 102 Биология -4 Рис. 2. Механокардиограмма при действии раствора таурината калия 10 М на изолированное сердце лягушки (постнагрузка 54 мкл) Рис. 3. Изменения частоты сердечных сокращений при действии таурината калия на изолированное сердце лягушки: * - р < 0,05; ** - p < 0,01 Вестник молодых учёных и специалистов Самарского университета. 2019. № 1 (14) 103 При использовании раствора таурината При использовании раствора таурината -4 -4 калия в концентрации 10 М, статистически калия в концентрации 10 М, статистически значимые изменения наблюдались при пост- значимые изменения наблюдались при пост- нагрузках 0 мкл, 108 мкл, 162 мкл, 216 мкл и нагрузках 54 мкл, 216 мкл, 270 мкл и соста- составили 93,3±37,4 % (р<0,05), 140,2±36,05 % вили 45,6±37,8 % (р<0,005), 154,8±126,2 % (р<0,001), 118,5±53,7 % (р<0,005), 165,3±49,1 % (р<0,005), 187,7±62,7 % (р<0,001) соответ- (р<0,001) соответственно. ственно. На приведённой ниже гистограмме Изменение величины минутного объ- (рис. 4) видно, что отклонения ударного объ- ёма представляет собой интегральный пока- ёма под действием таурината калия, который затель, так как это совокупность изменений вызвал положительный инотропный эффект, ударного объема и частоты сердечных сокра- статистически значимы при всех концентра- щений. На рис. 5 видно, что отклонения ми- циях, но не при всех постнагрузках. нутного объема при действии исследуемого При использовании раствора таурината вещества статистически значимы при всех -8 калия в концентрации 10 М, статистически концентрациях, но не при всех постнагруз- значимые изменения наблюдались при пост- ках. нагрузках 0 мкл, 216 мкл, 324 мкл и составили При использовании раствора таурината -8 58,2±23,4 % (р<0,005), 89,05±27,4 % калия в концентрации 10 М, статистически (р<0,001), 108,8±44,05 % (р<0,005) соответ- значимые изменения наблюдались при пост- ственно. нагрузках 216 мкл, 270 мкл и составили При использовании раствора таурината 64,05±27,1 % (р<0,005), 30,5±11,5% (р<0,005) -6 калия в концентрации 10 М, статистически соответственно. значимые изменения наблюдались при пост- При использовании раствора таурината -6 нагрузках 54 мкл, 162 мкл, 216 мкл, 324 мкл калия в концентрации 10 М, статистически и составили 38,3±14,35 % (р<0,005), значимые изменения наблюдались при пост- 109,6±51,5 % (р<0,005), 167,6±47,6 % нагрузках 162 мкл, 216 мкл и составили (р<0,001), 192,5±74,6 % (р<0,005) соответ- 21,7±8,35 % (р<0,005), 108,3±32,5 % (р<0,005) ственно. соответственно. Рис. 4. Изменения ударного объёма сердца при действии таурината калия на изолированное сердце лягушки: * - р < 0,05; ** - p < 0,01 104 Биология Рис. 5. Изменения минутного объёма сердца при действии таурината калия на изолированное сердце лягушки: * - р < 0,05; ** - p < 0,01 Рис. 6. Изменение ударного объёма при перфузии препарата -8 изолированного сердца лягушки 10 М раствором таурината калия При использовании раствора таурината время диастолы, тем сильнее сокращение -4 калия в концентрации 10 М, статистически миокарда в последующую систолу (рис. 6-8). значимые изменения наблюдались при пост- Результаты проведенных исследований нагрузках 108 мкл, 216 мкл, 270 мкл и соста- показали, что тауринат калия оказывает выра- вили 31,2±13,1 % (р<0,005), 104,5±40,05 % женное влияние на функциональное состоя- (р<0,005), 146,3±59,5 % (р<0,005) соответ- ние сердца, а именно на частоту сердечных ственно. сокращений, ударный объем и минутный На гистограммах, где показаны измене- объем сердца (рис. 1-8). Выраженное и стати- ния в абсолютных величинах, видно, что во стически значимое влияние на сердечную де- всех опытах соблюдался закон Франка-Стар- ятельность раствор оказал во всех концентра- -8 -4 линга: чем больше величина постнагрузки во циях (10 -10 М). Вестник молодых учёных и специалистов Самарского университета. 2019. № 1 (14) 105 Рис. 7. Изменение ударного объёма при перфузии препарата -6 изолированного сердца лягушки 10 М раствором таурината калия Рис. 8. Изменение ударного объёма при перфузии препарата -4 изолированного сердца лягушки 10 М раствором таурината калия Обсуждение результатов ного сердца лягушки (рис. 3-5). Как видно из Проведенные нами в модельных экспе- рисунков, исследуемое вещество оказывает риментах исследования позволили опреде- выраженное отрицательное хронотропное лить влияние таурината калия на основные (уменьшение частоты сердечных сокраще- параметры сердечной деятельности, а также ний) влияние, а также положительный ино- сравнить характер их действия. тропное (увеличение ударного объема Наше исследование включало в себя се- сердца) влияние на препарат изолированного рию из 6 экспериментов. Были исследованы сердца лягушки. эффекты препарата на силу и частоту сокра- На рисунке 3 показаны изменения ча- щений изолированного сердца лягушки. стоты сердечных сокращений. В эксперимен- В экспериментах было продемонстри- тах достоверно выявлен отрицательный хро- ровано прямое влияние препарата на частоту нотропный эффект. Как видно из рисунка, и силу сердечных сокращений изолирован- при увеличении концентрации препарата 106 Биология данный эффект становится более выражен- еще более, то генераторный потенциал разви- ным. вается настолько медленно, что мембраны си- Нормализация проницаемости клеток нусового узла теряют способность развивать для ионов калия связана с несколькими меха- потенциал действия (аккомодация мем- низмами: стимуляцией компенсаторного браны). Наступает остановка сердца. Повы- + транспорта К в клетки из среды и удержива- шение проницаемости для калия под влия- + нием таурина обусловливает более быстрый нием эндогенного К за счет взаимодействия таурина с плазматической мембраной. процесс восстановления потенциала покоя Согласно современным взглядам, мем- мембраны (реполяризацию) [2]. брана несет в покое определенный электриче- Согласно данным исследований 2011 ский заряд, обусловленный перераспределе- года, у пациентов, страдающих сердечно-со- нием ионов калия. Концентрация калия в покое судистыми заболеваниями, отмечено поло- много выше внутри клетки, чем снаружи. Для жительное влияние месячного курса лечения натрия, наоборот, концентрация снаружи таурином на параметры объема и сократимо- клетки велика, а внутри - мала. Концентрация сти миокарда [3]. ионов натрия внутри клетки остается постоян- ной благодаря активному удалению его из Заключение клетки натриевым насосом. Калий же прони- Таким образом, тауринат калия оказы- кает на поверхность клетки, поэтому наружная вает выраженное отрицательное хронотроп- поверхность клетки получает избыток положи- ное и положительное инотропное влияние на тельных зарядов, внутренняя - отрицатель- препарат изолированного сердца лягушки. ных. Чем больше катионов калия выйдет из Эффективная концентрация таурината клетки, тем выше оказывается заряд ее мем- калия, при которой отмечалось достоверное браны, и наоборот - при замедлении выхода изменение исследуемых параметров сердеч- калия потенциал мембраны снижается. Прямые ной деятельности, а именно частоты сердеч- измерения потенциала покоя показали, что он ных сокращений, ударного объема и минут- -4 равен в миокарде желудочков и предсердий ного объема сердца, составила 10 М. приблизительно 90 мв, в синусовом узле 70 мв. При тестировании раствора таурината -8 -6 -4 Если по какой-либо причине потенциал мем- калия в концентрациях 10 М, 10 М и 10 М браны снизится до 50 мв, резко меняются свой- закон Франка-Старлинга не нарушается. ства мембраны и она пропускает внутрь клетки значительное количество ионов натрия. Тогда Благодарности внутри клетки превалируют положительные Авторы выражают благодарность док- ионы и мембранный потенциал меняет свой тору химических наук, профессору кафедры знак. Перезарядка (деполяризация) мембраны неорганической химии Самарского универси- вызывает возникновение потенциала действия. тета Петру Петровичу Пурыгину за препарат, После сокращения восстанавливаются концен- предоставленный для исследований. трации калия и натрия, свойственные состоя- нию покоя (реполяризация). Литература Нормальный механизм автоматизма в 1. Beneficial effects of taurine on serum li- сердце основан на спонтанном уменьшении pids in overweight or obese non-diabetic sub- потенциала синусового узла до -50 мв (гене- jects / M. Zhang, L. F. Bi, X. L. Su [et al.] // раторный потенциал). Это происходит в си- Amino Acids. 2004. Vol. 26(3). P. 267-271. нусовом узле посредством особого метаболи- 2. Механизм действия таурина. Ионный ческого процесса, основанного на снижении обмен в кардиомиоцитах под действием тау- проницаемости мембраны для калия. Таурин, рина // Medicalplanet. URL: http://medical- напротив, специфически увеличивает прони- planet.su/cardiology (дата обращения: + 05.06.2017). цаемость для К мембраны синусового узла, + 3. Таурин в лечении сахарного диабета. тем самым повышая выход К и препятствуя развитию генераторного потенциала. По- Все о лекарствах. URL: http://www.reme- этому частота сердечных сокращений падает. dium.ru/pda/ doctor/detail.php?ID=46502& Если же концентрацию таурина увеличить PAGEN_1=2 (дата обращения: 05.06.2017). Вестник молодых учёных и специалистов Самарского университета. 2019. № 1 (14) 107

About the authors

Svetlana Vasilevna Samkaeva

Samara University

Email: bsamkaev@mail.ru
Russia, Samara

Ruslan Anasovich Zaynulin

Samara University

Email: zajnulin63@inbox.ru
Russia, Samara

Irina Dmitrievna Romanova

Samara University

Email: romanova_id@mail.ru
Russia, Samara

References

Supplementary files