Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

ВЛИЯНИЕ ПРОПРАНОЛОЛА, АМИОДАРОНА И ВЕРАПАМИЛА НА ФУНКЦИОНАЛЬНУЮ АКТИВНОСТЬ РЕЦЕПТОРОВ ЦНС, СОПРЯЖЕННЫХ С ИОННЫМИ КАНАЛАМИ

Туровая А.Ю. 2 Уваров А.В. 2 Галенко-Ярошевский П.А. 2 Духанин А.C. 1 Каде А.Х. 2
1 ГБОУ ВПО «Национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова» Минздрава России
2 ГБОУ ВПО «Кубанский государственный медицинский университет» Минздрава Росси
В результате изучения влияния антиаритмических препаратов II, III и IV классов (пропранолола, амиодарона и верапамила) на функциональную активность мембранных рецепторов ЦНС, сопряженных с ионными каналами, выявлено, что верапамил лимитирует повышение уровня Ca2+ в синаптосомах вентролатерального отдела продолговатого мозга, опосредованное активацией 5-HT3-типа рецепторов серотонина и NMDA-типа рецепторов глутамата. Амиодарон уменьшает подъем уровня Ca2+ и Na+ в синаптосомах, связанный со стимуляцией NMDA типа рецепторов глутамата. Пропранолол не оказывает статистически значимого действия на исследуемые типы рецепторов. Влияние изученных препаратов на функциональную активность рецепторов, сопряженных с ионными каналами, может реализовываться в условиях in vivo преимущественно в виде купирующего центрального антиаритмического действия. Подобный эффект определяется блокадой ионных токов по каналам для ионов Ca2+ и Na+. По результатам наших исследований такое свойство наиболее характерно для верапамила.
пропранолол
амиодарон
верапамил
центральные антиаритмические эффекты
5-HT3-рецепторы серотонина
ГАМКA-рецепторы
NMDA-рецепторы глутамата
P2X-пуриновые рецепторы
1. Туровая А.Ю., Каде А.Х., Галенко-Ярошевский П.А. Влияние некоторых антиаритмиков на центральные механизмы симпатической регуляции сердечного ритма у кошек // Бюл. экспер. биол. – 2001. – Приложение 2. – С. 89–93.
2. Каде А.Х., Туровая А.Ю., Галенко-Ярошевский П.А., Уваров А.В., Губарева Е.А., Романова Е.И. Влияние пропранолола, амиодарона и верапамила на нарушения сердечного ритма центрального генеза// Фундаментальные исследования. – 2010. – № 1– С. 51–56.
3. Туровая А.Ю., Галенко-Ярошевский П.А., Каде А.Х., Уваров А.В., Кигурадзе М.И., Хвития Н.Г., Татулашвили Д.Р. Влияние верапамила и амиодарона на состояние симпатико-адреналовой системы и соотношение возбуждающих и тормозных аминокислот в продолговатом мозге крыс// Бюл. экспер. биол. – 2005. – Т. 139, № 6. – С. 632–634.
4. Туровая А.Ю., Кигурадзе М.И., Галенко-Ярошевский П.А., Каде А.Х., Уваров А.В., Татулашвили Д.Р., Сукоян Г.В. Cостояние симпатико-адреналовой системы и соотношения нейроактивных аминокислот в продолговатом мозге крыс под влиянием неселективных β-адреноблокаторов// Бюл. экспер. биол. – 2005. – Т.139, № 5. – С. 525–527.
5. Галенко-Ярошевский А.П. Туровая А.Ю., Городжая Г.Г. Влияние РУ-353 на содержание биогенных аминов, ацетилхолина и активность ацетилхолинэстеразы в миокарде и различных отделах головного мозга крыс// Бюл. экспер. биол. – 2002. – Приложение 2. – С. 58–62.
6. Pankratov Y, Lalo U, Krishtal OA, Verkhratsky A P2X receptors and synaptic plasticity. // Neuroscience. 2009 Jan 12;158(1):137–48.
7. Moult P.R. Neuronal glutamate and GABAA receptor function in health and disease. // Biochem Soc Trans. 2009 Dec;37(Pt 6):1317–22.
8. Kalia L.V., Kalia S.K., Salter M.W. NMDA receptors in clinical neurology: excitatory times ahead // Lancet Neurol. 2008 Aug;7(8):742–55.
9. Dunkley P.R., Jarvie P.E., Robinson P.J. A rapid Percoll gradient procedure for preparation of synaptosomes // Nat Protoc. 2008;3(11):1718–28.
10. Smith T.L. Regulation of intrasynaptosomal free calcium concentrations: studies with the fluorescent indicator, fluo-3 // Neurochem Int. 1990;16(1):89–94.
11. Galván E., Sitges M. Characterization of the participation of sodium channels on the rise in Na + induced by 4-aminopyridine (4-AP) in synaptosomes // Neurochem Res. – 2004 Feb;29(2):347–55.
12. Minta A., Kao J.P.Y., Tsien R.Y. // J. Biol. Chem. – 1989. – Vol. 264. – P. 8171–8178.
13. Hayashi H., Satoh H., Noda N., Terada H. et al. // Am.J.Physiol. – 1994. – V. 266, № 2 Pt 1. – C. 416-C422.
14. Engblom A.C., Akerman K.E. Determination of the intracellular free chloride concentration in rat brain synaptoneurosomes using a chloride-sensitive fluorescent indicator. //Biochim Biophys Acta. 1993 Dec 12;1153(2):262–6.
15. Griffin H.D., Hawthorne J.N. Calcium-activated hydrolysis of phosphatidyl-myo-inositol 4-phosphate and phosphatidyl-myo-inositol 4,5-bisphosphate in guinea-pig synaptosomes. // Biochem J. 1978 Nov 15;176(2):541–52.

Проведенные ранее исследования центральных симпатоингибирующих свойств у антиаритмиков II, III и IV классов – пропранолола, амиодарона и верапамила ‒ выявили способность данных препаратов оказывать различной степени выраженности превентивное либо купирующее действие при аритмиях, индуцированных химической и электростимуляцией симпатоактивирующего центра продолговатого мозга кошек [1,2], а также подавлять выработку возбуждающих и увеличивать содержание тормозных нейроаминокислот в этой области мозга [3, 4, 5].

Учитывая полученные данные, представляло интерес исследовать влияние вышеназванных антиаритмиков на основные рецепторные системы, принимающие участие в центральных механизмах регуляции сердечного ритма. К ним относятся два различных семейства рецепторных систем, отличающихся по механизмам передачи внеклеточного сигнала с плазматической мембраны нейронов и формирования клеточного ответа. Одно из семейств мембранных рецепторов нейромедиаторов/нейромодуляторов ЦНС объединяет рецепторы, встроенные в плазматические мембраны нейронов, которые одновременно являются ионными каналами. Активацию таких рецепторов можно оценить по изменению содержания ионов кальция, натрия, хлора в синаптосомальных везикулах, образованных плазматическими мембранами. К ним относятся 5-HT3-тип рецепторов серотонина и P2X-пуриновые рецепторы, ГАМКA-тип рецепторов ГАМК- и NMDA-тип рецепторов глутамата.

Активность 5-HT3-типа рецепторов серотонина и P2X-пуриновых рецепторов опосредована открытием кальциевого канала и последующим повышением внутриклеточного/синаптосомального уровня свободных ионов кальция ([Са2 + ]вн) [6]. Активность ГАМКA типа рецепторов ГАМК определяется током ионов хлора через ионофор, входящий в состав ГАМК-бензодиазепинового комплекса [7]. Активация NMDA-типа рецепторов глутамата сопровождается открытием катионового канала и поступлением ионов кальция и натрия из внеклеточного пространства в синаптосомы [8].

Другое семейство мембранных рецепторов нейромедиаторов/нейромодуляторов ЦНС представлено рецепторами, локализованными в плазматических мембранах нейронов, работа которых сопряжена с активацией G-белков.

Целью исследования явилось сравнительное изучение влияния антиаритмиков различных классов – пропранолола (II), амиодарона (III) и верапамила (IV) ‒ на функциональную активность рецепторов, сопряженных с ионными каналами (5-HT3-тип рецепторов серотонина, ГАМКA-тип рецепторов ГАМК, NMDA-тип рецепторов глутамата и P2X-пуриновые рецепторы).

Материалы и методы исследования

Везикулы плазматических мембран – синаптосомы – из вентролатеральных отделов продолговатого мозга (ВЛПМ) кошек получали методом дифференциального центрифугирования в градиенте перколла [9]. Для оценки изменений внутриклеточной концентрации свободных ионов кальция и натрия использовали специфические флуоресцентные индикаторы Fluo-3 и SBFI. Процедуры нагружения синаптосом флуоресцентными зондами, расчет концентрации ионов в везикулах проводили по методикам, описанным в работах [10, 11]. Конечная концентрация зондов во внутривезикулярной среде составляла 5–7 мкМ. Концентрацию везикулярного ионизированного кальция ([Са2+]вн) рассчитывали по формуле [12]:

[Са2+ ]вн = Кd×(Fmax – F530)/(F530 – Fmin),

где F530 - интенсивность флуоресценции образца при 530 нм; Fmax – флуоресценция в условиях насыщения зонда кальцием, определяемая после внесения 30 мкМ дигитонина и 1 мМ СaCl2; Fmin - интенсивность флуоресценции при нулевой (в присутствии 5 мМ ЭДТА и 5 мкМ А23187) концентрации кальция; Кd - равновесная константа диссоциации комплекса Fluo-Ca, равная 0,42 мкМ. Перед измерением включения Са2 + пробы преинкубировали при 37° в течение 30 мин – времени, достаточного для достижения равновесия в системе «среда-везикулы». Для вычисления количества Са2+, накопленного в везикулах, в предварительных экспериментах был определен внутривезикулярный объем (W), который составил 92 мкл/мг белка.

Для перерасчета интенсивности флуоресценции зонда SBFI в [Na + ]вн выполняли процедуру калибровки как описано в работе [13]. Концентрацию ионов натрия в везикулах рассчитывали по формуле

[Na+]цит = Kd×k×(R – Rmin)/(Rmax – R),

где R – отношение флуоресценции при длинах возбуждающего света 340 нм (F340) и 380 нм (F380); Rmin и Rmax – то же при нулевой и насыщающей концентрации [Na+]цит (150 mM); k – отношение интенсивности флуоресценции при 380 нм для свободного и связанного зонда (2,1 ± 0,1); Kd – равновесная константа диссоциации комплекса зонд-Na, равная 20,8 ± 1,4 мМ [13].

Определение изменений содержания ионов хлора ([Cl-]вн) в изолированных синаптосомах основано на использовании флуоресцентного индикатора Cl-, 6-метокси-N-этилхинолина йодида (MEQ). Условия нагружения зондом, проведения калибровочной процедуры как в работе [14]. Флуоресценция образца везикул в среде, не содержащей хлор ([Cl–]о = 0 мМ), была максимальной (Fmax). Минимальное значение флуоресценции (Fmin) определяли после инкубации везикул в течение 10 мин в присутствии 150 мМ KSCN и 25 мкМ валиномицина. Анион KSCN- вытесняет Cl– из комплекса с красителем, валиномицин служит в качестве ионофора, переносящего KSCN– через плазматическую мембрану в везикулы. Для определения величины константы Штерна‒Волмера экспериментальные данные представляли в координатах Fo/FCl–; [Cl–], где Fo = Fmax – Fmin, FCl– – значение флуоресценции при заданной концентрации ионов хлора в среде ([Cl–]). Везикулярную концентрацию хлора в опытных образцах рассчитывали на основании построенной калибровочной кривой, подставляя экспериментальное значение флуоресценции образцов.

Активацию рецепторов осуществляли путем внесения в суспензию синаптосом, выделенных из вентролатеральных отделов продолговатого мозга, селективных агонистов соответствующих типов рецепторов. Для оценки специфичности выявленных изменений в качестве контроля использовали избирательные антагонисты/ингибиторы изученных в работе рецепторных систем (табл.1).

Расчет доверительных интервалов экспериментальных значений и оценку достоверности различий между ними проводили с помощью параметрического t-критерия Стьюдента при уровне значимости, равном 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

Влияние антиаритмических препаратов пропранолола, амиодарона и верапамила на функциональную активность 5-HT3-типа рецепторов серотонина оценивали по их действию на Са-ответ синаптосом, индуцированный селективным лигандом 5-HT3-рецепторов хлорфенил-бигуанидом. Добавление к суспензии синапотосом хлорфенил-бигуанида в конечной концентрации 0,1 мкМ приводило к статистически достоверному трехкратному увеличению концентрации свободных ионов кальция. Базальная [Са2+]вн в контрольных пробах составила 84 ± 9 нМ. Избирательный антагонист 5-HT3-типа рецепторов серотонина ондансетрон (1,0 мкМ) полностью устранял эффект селективного агониста хлорфенил-бигуанида. Результаты сравнительного анализа действия пропранолола, амиодарона и верапамила на Са-ответ синаптосом приведены на рис. 1. Видно, что в этих услових только верапамил проявил способность статически значимо уменьшать подъем уровня кальция, опосредованный активацией 5-HT3-типа рецепторов серотонина.

Таблица 1

Использованные в работе специфические лиганды различных типов рецепторов

Тип рецептора

Агонист

Антагонист

5-HT3

Хлорфенил-бигуанид

Ондансетрон

ГАМКA

Мусцимол

Блокатор хлор-ионофора пикротоксин

NMDA

N-метил-D-аспартат

CGS 19755 (мемантин)

P2X

АТФ

 

pic_78.wmf

Рис. 1. Влияние верапамила 10 мкМ (1), пропранолола 30 мкМ (2) и амиодарона 20 мкМ (3) на Са-ответ, вызванный агонистом 5-HT3 типа рецепторов серотонина хлорфенил-бигуанидом (А). * – отмечены достоверные изменения (p < 0,05)

Действие пропранолола, амиодарона и верапамила на функциональную активность ГАМКA-типа рецепторов ГАМК исследовали по их влиянию на изменения концентрации Сl– в синаптосомах, вызванные специфическим лигандом этих рецепторов мусцимолом. Внесение в суспензию синапотосом мусцимола в конечной концентрации 10 мкМ приводило к повышению концентрации свободных ионов хлора до максимального значения 36 мМ. [Сl–]вн в контрольных пробах в отсутствие индуктора составляла 14 ± 4 мМ. Блокатор хлорного ионофора пикротоксин (50 мкМ) подавлял стимулирующий эффект мусцимола. При изучении действия пропранолола, амиодарона и верапамила на Сl-ответ синаптосом достоверных изменений отмечено не было (рис. 2).

Исследование влияния изучаемых антиаритмиков на функциональную активность NMDA типа рецепторов глутамата включало определение их действия на содержание в синаптосомах свободных ионов Na+ и Са2+. Избирательный лиганд этого типа рецепторов N-метил-D-аспартат (3 мкМ) достоверно увеличивал базальные значения концентрации катионов в 2,8 и 1,5 раза соответственно. Сравнительное изучение влияния препаратов на Са- и Na-ответы синаптосом показали, что верапамил и амиодарон значимо уменьшают выраженность Са-ответа на N-метил-D-аспартат (рис. 3). Только в присутствии амиодарона достоверно снижается Na-ответ синаптосом, вызванный активацией NMDA типа рецепторов глутамата (рис. 4). Действие пропранолола на этой модели не зарегистрировано.

pic_79.wmf

Рис. 2. Влияние верапамила 10 мкМ (1), пропранолола 30 мкМ (2) и амиодарона 20 мкМ (3) на Сl-ответ, вызванный агонистом ГАМКA-типа рецепторов ГАМК мусцимолом (А)

pic_80.wmf

Рис. 3. Влияние верапамила 10 мкМ (1), пропранолола 30 мкМ (2) и амиодарона 20 мкМ (3) на Са-ответ, вызванный агонистом NMDA-типа рецепторов глутамата N-метил-D-аспартатом (А). * – отмечены достоверные изменения (p < 0,05)

pic_81.wmf

Рис. 4. Влияние верапамила 10 мкМ (1), пропранолола 30 мкМ (2) и амиодарона 20 мкМ (3) на Nа-ответ, вызванный агонистом NMDA-типа рецепторов глутамата N-метил-D-аспартатом (А). * – отмечены достоверные изменения (p < 0,05)

Эффекты пропранолола, амиодарона и верапамила в отношении функциональной активности P2X пуриновых рецепторов изучали по их влиянию на изменения концентрации Са2+ в синаптосомах, индуцированные 30 мкМ АТФ. Из данных, приведенных на рис. 5, видно, что все изученные соединения достоверно не изменяли Са-ответ синаптосом. Вероятно, этот тип рецепторов не участвует в реализации фармакологического действия указанных препаратов на активность симпатоактивирующего центра продолговатого мозга.

pic_82.wmf

Рис. 5. Влияние верапамила 10 мкМ (1), пропранолола 30 мкМ (2) и амиодарона 20 мкМ (3) на Са-ответ, вызванный агонистом P2X-пуриновых рецепторов 30 мкМ АТФ (АТФ). Базальный уровень [Са2+]вн в контроле (К) составлял 95 ± 9 нМ

Заключение

Полученные данные свидетельствуют о вовлечении различных типов мембранных рецепторов нейромедиаторов/нейромодуляторов ЦНС, сопряженных с ионными каналами, в реализацию центрального действия антиаритмических препаратов амиодарона и верапамила (табл. 2).

Таблица 2

Влияние исследованных антиаритмических препаратов на функциональную активность различных типов рецепторов синаптосом ВЛПМ

Антиаритмик

Тип рецепторов, сопряженных с ионными каналами

5-HT3

ГАМКА

NMDA

P2X

Верапамил

+

 

+

 

Амиодарон

   

+

 

Пропранолол

       

В то же время трудно предположить, что все описанные эффекты этих препаратов обусловлены их прямым взаимодействием с узнающими сайтами рецепторов. Не обладая прямым аффинитетом к NMDA-рецепторам глутамата и 5-HT3-типа рецепторам серотонина, антиаритмические соединения могут оказывать на них модифицирующее/аллостерическое действие, усиливая или ослабляя их способность к связыванию [15]. В свете современных представлений о веществах нового типа, не относящихся к прямым агонистам рецепторов, механизм действия изученных антиаритмических препаратов можно представить как эффект модулятора, аллостерически потенцирующего рецептор лиганда и активатора ионных каналов.

Можно полагать, что под влиянием антиаритмиков происходят конформационные изменения мембранных рецепторов нейромедиаторов/нейромодуляторов, сопряженных с ионными каналами.

Выводы

В результате изучения влияния антиаритмических препаратов пропранолола, амиодарона и верапамила на функциональную активность рецепторов, сопряженных с ионными каналами, выявлено, что антиаритмик IV класса верапамил лимитирует повышение уровня Ca2+ в синаптосомах вентролатерального отдела продолговатого мозга, опосредованное активацией 5-HT3-типа рецепторов серотонина и NMDA-типа рецепторов глутамата.

Амиодарон (III класс) уменьшает подъем уровня Ca2+ и Na+ в синаптосомах, связанный со стимуляцией NMDA-типа рецепторов глутамата.

Пропранолол (II класс) не оказывает статистически значимого действия на исследуемые типы рецепторов.

Влияние изученных антиаритмических препаратов на функциональную активность рецепторов, сопряженных с ионными каналами, может реализовываться в условиях in vivo преимущественно в виде купирующего действия. Подобный эффект определяется блокадой ионных токов по каналам для катионов (Ca2 + и Na +). По результатам наших исследований такое свойство наиболее характерно для антиаритмического средства IV класса верапамила.

Рецензенты:

Макляков Ю.С., д.м.н., профессор, зав. кафедрой фармакологии и клинической фармакологии, ГБОУ ВПО РостГМУ Минздрава России, г. Ростов-на-Дону;

Быков И.М., д.м.н., профессор, зав. кафедрой фундаментальной и клинической биохимии, ГБОУ ВПО КубГМУ Минздрава России, г. Краснодар.

Работа поступила в редакцию 19.12.2013.


Библиографическая ссылка

Туровая А.Ю., Уваров А.В., Галенко-Ярошевский П.А., Духанин А.C., Каде А.Х. ВЛИЯНИЕ ПРОПРАНОЛОЛА, АМИОДАРОНА И ВЕРАПАМИЛА НА ФУНКЦИОНАЛЬНУЮ АКТИВНОСТЬ РЕЦЕПТОРОВ ЦНС, СОПРЯЖЕННЫХ С ИОННЫМИ КАНАЛАМИ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 12-2. – С. 344-349;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=33332 (дата обращения: 28.10.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074