Серотонин и катехоламины в регуляции инотропной функции миокарда при диастолической и систолической сердечной недостаточности

В последние десятилетия широко обсуждается роль серотонина (5-НТ) в регуляции функций сердечно-сосудистой системы. Серотонин влияет на инотропную функцию миокарда [26], тонус сосудов [25]. Обсуждается роль серотониновой системы как звена в патогенезе атеросклероза, артериальной гипертензии [65, 214], легочной гипертензии [15]. У пациентов с ишемической болезнью сердца выявлено повышение концентрации серотонина в крови [164], увеличение захвата 5-НТ в тромбоциты [164, 217] мембранным переносчиком серотонина. Однако отсутствуют данные о концентрации серотонина в крови, его влиянии на инотропную функцию миокарда при диастолической, систолической сердечной недостаточности. Не показано наличие и функциональное значение мембранного переносчика серотонина в миокарде людей с хронической сердечной недостаточностью (ХСН).

В последние годы уделяется повышенное внимание хронической сердечной недостаточности, что связано с неуклонным ростом числа случаев этого заболевания, высоким уровнем смертности, госпитализации, а также стоимостью лечения декомпенсированных больных [4]. В последние десятилетия общепринятой гипотезой прогрессирования сердечной недостаточности является нейрогормональная модель, согласно которой активируется симпатоадреналовая система [90] и ренин-ангиотензин-альдостероновая система [177]. Активация симпатоадреналовой системы сопровождается повышением концентрации катехоламинов [162], ДОФА [148, 200] в плазме крови у пациентов с ХСН. Несмотря на очевидные успехи, достигнутые за последние десятилетия в лечении пациентов с ХСНприем Ь-адреноблокаторов [83], ингибиторов ангиотензинпревращающего фермента [99] (степень доказанности А), она продолжает оставаться заболеванием с прогрессивным характером течения. При ХСН в миокарде происходят морфо-функциональные изменения, включающие диастолическую дисфункцию (ДД), систолическую дисфункцию (СД). Диастола чаще является более ранней и уязвимой мишенью, так как энергоемкость инактивации кальция значительно превышает энергозатраты на его доставку к миофиламентам. Диастолическая дисфункция связана с нарушением расслабления миокарда вследствие повышения его жесткости за счет роста интерстиция. Гипертрофия миокарда также способствует развитию диастолической дисфункции. Систолическая дисфункция характеризуется снижением сократительной способности миокарда. Поскольку современные классификации ХСН, основанные на клинических проявлениях заболевания, не всегда полностью отражают тяжесть морфо-функциональных изменений сердца, перспективным представляется изучение состояния симпатоадреналовой системы в крови людей в зависимости от морфо-функциональных изменений сердца.

На сегодняшний день известно два типа серотониновых рецепторов, мРНК которых выявлены в миокарде человека — 5-НТ2 В [184] и 5-НТ4 [31]. У мутантных по 5-НТ2 В рецепторам мышей наблюдается беспорядочное расположение миоцитов в сердце, дилатация левого желудочка, снижение диастолической функции сердца [144]. У крыс с ХСН увеличивается экспрессия мРНК 5-НТ2 В и 5-НТ4 рецепторов [188]. 5-НТ4 рецепторы опосредуют положительный хронотропный [77] и инотропный эффекты серотонина в миокарде предсердий и желудочков [25]. При ХСН положительный инотропный эффект, реализуемый через 5-НТ4 рецепторы, усиливается [188]. Однако наличие 5-НТ2 В рецепторов и их роль в регуляции инотропной функции миокарда пациентов при диастолической, систолической сердечной недостаточности не установлены.

Серотониновые и адренорецепторы имеют сходные внутриклеточные пути: 5-НТ4 рецепторы и (3-АР активируют аденилатциклазный внутриклеточный каскадный путь, тогда как 5-НТ2 рецепторы и ai-APфосфатидилинозитольный [112, 117]. Доказано, что регулярное применение адреноблокаторов для лечения сердечно-сосудистых заболеваний приводит к компенсаторному увеличению количества 5-НТ4 рецепторов на мембране кардиомиоцитов. Наблюдается двухкратный прирост силы сокращения миокарда больных, длительно получавших адреноблокаторы, в ответ на серотонин [16, 179]. В связи с этим важным представляется изучение взаимосвязи между концентрациями серотонина и катехоламинов в крови и влиянием серотонина и адреналина на инотропную функцию миокарда пациентов с диастолической, систолической сердечной недостаточностью.

Цель исследования.

Изучение роли серотонина и катехоламинов в регуляции инотропной функции миокарда при диастолической, систолической сердечной недостаточно сти.

Задачи исследования.

1. Изучить влияние серотонина на инотропную функцию миокарда правого предсердия и правого желудочка десимпатизированных крыс.

2. Выявить наличие 5-НТ2 В рецепторов и мембранного переносчика серотонина в миокарде ушка правого предсердия пациентов с диастолической, систолической сердечной недостаточностью.

3. Определить концентрации серотонина, его метаболита 5-ГИУК, ДОФА и катехоламинов в крови у пациентов при диастолической, систолической сердечной недостаточности.

4. Изучить влияние серотонина, агониста 5-НТ2 В рецепторов, адреналина на инотропную функцию миокарда ушка правого предсердия пациентов с диастолической, систолической сердечной недостаточностью.

Объект исследования.

Эксперименты по моделированию ХСН выполнены на 44 крысах. В группу больных с ХСН вошли 56 пациентов в возрасте от 46 до 61 года (54 мужчины и 2 женщины) с ХСН I-III функционального класса по классификации Нью-Йоркской ассоциации сердца (NYHA), осложнившей течение ишемической болезни сердца, гипертонической болезни и пороков сердца. Группу контроля по определению концентраций исследуемых веществ в крови составили люди в возрасте от 39 до 61 года (10 мужчин и 2 женщины), не имеющие сердечно-сосудистых заболеваний по анамнезу и данным эхокардиографического исследования.

Методы исследования.

Для получения результатов исследования и их обработки были использованы методы: высокоэффективная жидкостная хроматография с электрохимической детекцией для определения концентрации серотонина и его метаболита в плазме крови и тромбоцитах, катехоламинов, их предшественников в плазме кровиметод определения инотропной функции миокарда на серотонин, адреналин, агонист 5-НТ2 В рецепторов (ш-СРР hydrochloride) — иммуногистохимический метод для выявления 5-НТ2 В рецепторов и мембранного переносчика серотонина в препаратах миокардастатистический метод.

Научная новизна полученных результатов.

Выявлено увеличение концентрации серотонина в плазме крови и в тромбоцитах у пациентов с ХСН. Наибольшая концентрация серотонина в тромбоцитах выявлена в группе с ДД. В группах ДД+ГЛЖ и ДД+СД повышена концентрация метаболита серотонина — 5-ГИУК. Увеличенная концентрация серотонина в крови в группах с ДД и ДД+ГЛЖ сопровождается активацией медиаторного звена симпатоадреналовой системы. Максимальная концентрация норадреналина в крови наблюдается при ДД+ГЛЖ. В ' группе ДД+СД на фоне снижения концентрации норадреналина в крови концентрация серотонина остается высокой. Выявлена прямая положительная взаимосвязь между концентрацией норадреналина и толщиной межжелудочковой перегородки, толщиной задне-боковой стенки левого желудочка.

С нарастанием морфо-функциональных изменений миокарда при ХСН увеличивается количество корреляционных связей между концентрациями в крови серотонина, 5-ГИУК, катехоламинов, ДОФА. Прогрессировать ХСН характеризуется увеличением взаимосвязи с концентрациями серотонина в тромбоцитах и 5-ГИУК.

Впервые выявлено, что при фармакологической десимпатизации крыс реакция силы сокращения миокарда правого предсердия и правого желудочка на серотонин выше по сравнению с контрольными животными.

Установлена взаимосвязь морфо-функциональных изменений сердца и преобладания влияний адреналина или серотонина на силу сокращения миокарда правого предсердия. При ДД+ГЛЖ реакция силы сокращения миокарда на серотонин выше, чем на адреналин и реализуется через 5-НТ2 В рецепторы в отличие от групп ДД и ДД+СД, где реакция силы сокращения миокарда на серотонин ниже, чем на адреналин, и агонист 5-НТ2 В рецепторов вызывает отрицательный инотропный эффект. Иммуногистохимическим методом показано наличие 5-НТ2 В рецепторов и мембранного переносчика серотонина в миокарде ушка правого предсердия пациентов с хронической сердечной недостаточностью.

Практическая значимость полученных результатов.

Выявленный положительный инотропный эффект серотонина, превалирующий над эффектом адреналина у пациентов с ДД+ГЛЖ, свидетельствует о значимости влияния серотонина в регуляции инотропной функции миокарда в условиях сниженной реакции на адреналин и о возможности применения препаратов серотонина в качестве инотропных в условиях отсутствия эффекта от стандартно используемой терапии.

Обнаруженный положительный инотропный эффект агониста 5-НТ2 В рецепторов у пациентов с ДД+ГЛЖ, отрицательный инотропный эффект в группах ДД и ДД+СД, свидетельствует о значимости 5-НТ2 В рецептора при ГЛЖ. Поскольку данный рецептор связан с Gq-бeлкoм, гиперстимуляция которого приводит к апоптозу кардиомиоцитов, то можно предложить проведение исследований для использования блокаторов 5-НТ2 В рецепторов у больных с ГЛЖ для предотвращения гибели кардиомиоцитов.

Высокая концентрация серотонина в плазме крови и в тромбоцитах у больных с ХСН повышает риск тромбозов и спазма сосудов. В связи с этим для предотвращения указанных осложнений возникает возможность использования ингибиторов 5-НТ2 рецепторов, которые на сегодняшний день в условиях стационаров Российской Федерации не используются.

Выявленное нами наличие мембранного переносчика серотонина в миокарде при увеличении концентрации серотонина в тромбоцитах у пациентов с ХСН увеличивает риск развития инфаркта миокарда. В связи с этим необходимо рассмотреть назначение ингибиторов обратного захвата серотонина в условиях стационаров.

Выявленная взаимосвязь между активностью САС и морфо-функциональными изменениями сердца заставляет задуматься о необходимости учитывать данные изменения морфологии миокарда при назначении Р-адреноблокаторов. Пациенты с ДД+ГЛЖ имеют самую высокую концентрацию НА, А в плазме крови по сравнению с группами ДД и ДД+СД, но при этом самую низкую реакцию силы сокращения на адреналин, что свидетельствует о возможной десенситизации или снижении количества адренорецепторов в миокарде у этих больных.

Выявленные корреляции между нейрогормональным состоянием организма и морфо-функциональными изменениями миокарда больных с ХСН позволяют предложить использование определения этих показателей в крови для диагностики тяжести патологического процесса в сердце и для оценки эффективности проводимого лечения.

Внедрение результатов работы в практику.

Результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе при чтении лекций и проведении семинаров на кафедрах нормальной физиологии, факультетской терапии и кардиологии Казанского государственного медицинского университета. На основе проведенных исследований внедрено применение ингибиторов обратного захвата серотонина у больных с хронической сердечной недостаточностью для снижения риска развития инфаркта миокарда в практической работе кардиологического отделения Межрегионального клинико-диагностического центра Республики Татарстан.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Увеличение концентрации серотонина и 5-ГИУК в плазме крови или серотонина в тромбоцитах у пациентов с ХСН зависят от наличия диастолической и систолической дисфункций сердца. С нарастанием морфо-функциональных изменений сердца при ХСН увеличивается взаимосвязь концентраций серотонина, 5-ГИУК в плазме крови, серотонина в тромбоцитах с катехоламинами в плазме крови.

2. При диастолической и сочетанной диастолической и систолической дисфункциях положительный инотропный эффект адреналина выше, чем серотонина. У пациентов с ХСН, имеющих диастолическую дисфункцию с гипертрофией левого желудочка, положительный инотропный эффект серотонина выше, чем адреналина и реализуется через 5-НТ2 В рецепторы.

Личный вклад соискателя.

Диссертант участвовал в планировании, постановке цели и задач исследования. Подбор и анализ литературы, организация забора исследуемого материала (препаратов миокарда и крови) проводились непосредственно соискателем. Проведение экспериментов по определению сократимости миокарда, их компьютерная обработка, иммуногистохимические исследования, создание базы данных, статистическая обработка полученного материала проводились непосредственно соискателем. Клиническое и инструментальное обследование исследуемой группы пациентов проводилось при участии соискателя.

Основные положения диссертации отражены в 19-ти научных работах написанных автором, в том числе 3 работы опубликованы в ведущих научных рецензируемых журналах, определенных высшей аттестационной комиссией. Общий объем публикаций составляет 2,6 усл. печатных листа, в том числе авторский вклад — 2,1 усл. печатных листа.

Апробация работы.

Основные положения работы доложены на 9-й международной Пущинской школе-конференции молодых ученых (Пущино, 2005) — Всероссийской научной конференции «Физиология сердца» (Казань, 2005) — 79-ой Всероссийской студенческой научной конференции, посвященной.

1000-летию Казани (Казань, 2005) — Девятой Всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2006) — Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современная кардиология: наука и практика» (Санкт-Петербург, 2007) — XXXV-м Международном конгрессе по электрокардиологии (Санкт-Петербург, 2008) — IV конференции Украинского общества нейронаук с международным участием, посвященной 100-летию со дня рождения академика НАН Украины Ф. М. Серкова (Донецк, Украина, 2008) — Европейском фармакологическом конгрессе (Манчестер, Великобритания, 2008).

Исследования, проведенные в рамках диссертационной работы, поддержаны грантами РФФИ № 04−04−49 055, № 07−04−1 350, грантами Ведущей научной школы НШ — 4520.2006.4, Роснауки 08.120.02/014.

Структура диссертации, её объем.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов собственных исследований, их обсуждения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, включающего 223 источников, из которых 28 отечественных и 195 на иностранном языке. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, иллюстрирована 23 рисунками, 10 таблицами.

ВЫВОДЫ.

1. У десимпатизированных крыс положительная инотропная реакция миокарда правого предсердия и правого желудочка на серотонин выше по сравнению с контрольными животными.

2. Миокард ушка правого предсердия пациентов с ХСН иммунопозитивен к 5-НТ2 В рецепторам и мембранному переносчику серотонина.

3. Концентрация серотонина в плазме крови и тромбоцитах у людей с ХСН выше по сравнению с контролем. Наибольшая концентрация серотонина в тромбоцитах выявлена в группе с диастолической дисфункцией. Концентрация 5-ГИУК в плазме крови увеличена при диастолической дисфункции с гипертрофией левого желудочка и в группе с сочетанной диастолической и систолической дисфункциями.

4. У пациентов с ХСН отмечается повышение концентрации ДОФА в плазме крови по сравнению с контролем. В группе с сочетанной диастолической и систолической дисфункциями концентрация дофамина в плазме крови снижена. Концентрация норадреналина в плазме крови при диастолической дисфункции и диастолической дисфункции с гипертрофией левого желудочка выше, чем в контроле. Наибольший уровень норадреналина наблюдается у пациентов при наличии гипертрофии левого желудочка.

5. С нарастанием морфо-функциональных изменений сердца у пациентов с ХСН увеличивается взаимосвязь между концентрациями катехоламинов, ДОФА, серотонина, 5-ГИУК в плазме крови, серотонина в тромбоцитах.

6. У пациентов с диастолической дисфункцией, сочетанной диастолической и систолической дисфункциями положительный инотропный и люзитропный эффекты адреналина выше, чем серотонина. Однако, у пациентов с диастолической дисфункцией и гипертрофией левого желудочка положительное инотропное, люзитропное действие серотонина на миокард выше, чем адреналина и реализуется через 5-НТ2 В рецепторы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Таким образом, при хронической сердечной недостаточности происходит активация не только симпатоадреналовой системы, что подтверждение нашим исследованием, но и существенное увеличение концентрации серотонина в плазме крови и в тромбоцитах. Серотонин плазмы крови, связываясь с рецепторами, оказывает положительное инотропное действие на миокард ушка правого предсердия пациентов с хронической сердечной недостаточностью. Выявленное нами иммуногистохимическим методом наличие мембранного переносчика серотонина в миокарде ушка правого предсердия этих пациентов свидетельствует о том, что циркулирующий серотонин может захватываться внутрь кардиомиоцитов, регулируя внеклеточную концентрацию серотонина, чувствительность серотониновых рецепторов и экспрессию генов [112].

Показано, что у пациентов с диастолической дисфункцией и гипертрофией левого желудочка в условиях сниженной реакции силы сокращения миокарда на адреналин на фоне выявленной наибольшей концентрации катехоламинов в крови, положительный инотропный эффект серотонина максимальный и преобладает над эффектом адреналина по сравнению с другими группами. Более того нами впервые показано, что положительный инотропный эффект серотонина на миокард ушка правого предсердия в данной группе реализуется через 5-НТ2 В рецепторы, участвующие в механизмах развития гипертрофии левого желудочка [144]. Вероятно, у пациентов с диастолической дисфункцией и гипертрофией левого желудочка активация серотониновой регуляции сердца служит компенсаторным механизмом поддержания сократимости миокарда в условиях снижения реактивности миокарда на адреналин. В подтверждение данной гипотезы нами выявлено увеличение реакции силы сокращения миокарда правого предсердия и правого желудочка десимпатизированных крыс на серотонин, имеющих компенсаторное увеличение концентрации катехоламинов из гипертрофированных надпочечников. Полученные данные свидетельствуют о наличии взаимосвязи между адренергической и серотониновой регуляциями инотропной функции сердца. С нарастанием морфо-функциональных изменений сердца при ХСН увеличивается взаимосвязь концентраций серотонина, 5-ГИУК в плазме крови, серотонина в тромбоцитах с катехоламинами в плазме крови.

Выявленные изменения в метаболизме серотонина наряду с катехоламинами при диастолической и систолической сердечной недостаточностях позволяют предложить использование определения этих показателей в крови для диагностики тяжести патологического процесса в сердце и для оценки эффективности проводимого лечения.