3 курс / Патологическая физиология / АКТИН_МИОЗИНОВОЕ_ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ_В_МИОКАРДЕ_В_НОРМЕ_И_ПРИ_ХРОНИЧЕСКОЙ

Известно, что патологическая гипертрофия сердца, обусловленная перегрузкой давлением или объемом, связана с адаптационными изменениями в экспрессии тяжелых цепей миозина – увеличением содержания β-ТЦМ и,

соответственно, уменьшением количества α-ТЦМ. Данное смещение в экспрессии от α- к β-ТЦМ наиболее заметно при патологической гипертрофии,

связанной с перегрузкой давлением [9,194]. Эти данные согласуются с нашими результатами, поскольку было подтверждено повышенное давление у исследуемых нами крыс с хронической интоксикацией свинцом [136]. При этом, возможно не только влияние через повышение давления, но и прямое воздействие ионов свинца на сократительную функцию, поскольку свинец может накапливаться в миокарде [119].

На многоклеточных препаратах правого желудочка тех же крыс,

которые использовались в нашем исследовании – изолированных препаратах трабекул и папиллярных мышцах – показано, что при хронической интоксикации свинцом происходят изменения большинства основных характеристик изометрических и постнагрузочных циклов сокращения-

релаксации, причем для папиллярных мышц эти изменения более выражены

[136,163]. Максимальная скорость изотонического укорочения для всех постнагрузок в папиллярной мышце ниже в группе, подвергшейся воздействию свинца по сравнению с контрольными значениями: 2,69 ± 0,19 (единиц Vmax / Lw) в группе «Pb» и 3,05 ± 0,15 в группе «K» [136,163].

Таким образом, при хронической интоксикации свинцом снижение скорости скольжения тонкого филамента по миозину и скорости изотонического укорочения коррелирует со сдвигом экспрессии изоформ миозинов в сторону более медленной V3, как показал гель-электрофорез. Этот сдвиг является механизмом энергосбережения, способствующим адаптации сердечной мышцы к ухудшению условий ее функционирования.

Вышеназванные изменения могут свидетельствовать о наличии возможной гипертрофии сердца под влиянием хронической свинцовой интоксикации.

91

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Сравнение характеристик актин-миозинового взаимодействия при

интоксикации разными дозами свинца

Было сопоставлено влияние разных концентраций свинца на максимальную скорость актин-миозинового взаимодействия и фракцию

движущихся филаментов относительно контрольной группы.

Рис. 9. Изменение максимальной скорости движения реконструированного тонкого филамента по миозину разных отделов сердца (слева) и фракции движущихся тонких филаментов (справа) при свинцовой интоксикации в зависимости от концентрации свинца. А – предсердия, Б – правый желудочек, В – левый желудочек. «К» – контрольная группа, «Pb (6,01)» – группа с хронической интоксикацией при концентрации свинца в инъекции 6,01 мг на 1 кг массы тела, «Pb (12,5)»– группа с хронической интоксикацией при концентрации свинца в инъекции 12,5 мг на 1 кг массы тела.

92

При воздействии концентрации свинца в инъекции 6,01 и 12,5 мг/кг

массы тела в предсердиях скорость по сравнению с контролем снижалась на

27 % и 32 % соответственно, в правом желудочке – на 23 % и 32 %, в левом –

19 % и 26 %. Фракция движущихся филаментов при воздействии этих же

концентраций свинца снижалась на 14 % и 18 % в предсердиях, на 17 % и 21

% в правом и на 12 % и 18 % в левом желудочке, соответственно (рис.9).

Таким образом, изменения в сократимости миокарда на молекулярном

уровне могут происходить при интоксикации разными концентрациями ацетата свинца. При большей концентрации свинца наблюдаются более выраженные изменения, однако, уменьшение или увеличение концентрации свинца в инъекции в 2 раза не приводит к такому же изменению

(пропорциональному) в максимальной скорости или фракции движущихся

филаментов.

Таблица 10. Содержание α- и β-тяжелых цепей миозина в разных отделах сердца. 1 экспериментальная серия: группа «К1» – контрольная группа, «Pb (12,5)» – группа с хронической интоксикацией при дозе свинца 12,5 мг/кг массы тела. 2 экспериментальная серия: «К2» – контрольная группа, «Pb (6,01)» – группа с хронической интоксикацией при дозе 6,01 мг/кг массы тела.

* - статистически значимые отличия при сравнении с контрольной группой. Данныe прeдставлены как срeднее значeние ± стандартноe отклонeние.

По результатам электрофоретического разделения тяжелых цепей миозина было установлено, что под влиянием хронической интоксикации в желудочках происходит сдвиг экспрессии от α-ТЦМ к β-ТЦМ. В правом желудочке наблюдалось повышение экспрессии β-ТЦМ на 30 % в группе «Pb (12,5)» по сравнению с контрольными крысами этой же серии, в то время как в группе «Pb (6,01)» содержание β-ТЦМ повышалось только на 18 % (табл.10).

93

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

В левом желудочке наблюдался более выраженный сдвиг по сравнению с правым: в группе «Pb (12,5)» содержание β-ТЦМ увеличилось на 37 %, в

группе «Pb (6,01)» – на 23%. В предсердиях в обеих группах с интоксикацией свинцом не было изменений относительно контрольной группы.

Учитывая, что свинец накапливается в организме и на данный момент нет известной безопасной концентрации свинца [17], то можно сделать вывод,

что снижение уровня воздействия свинца на население в несколько раз не приведет к пропорциональному снижению свинца в организме и исчезновению признаков интоксикации.

Свинцовая интоксикация, вызванная разными концентрациями свинца,

приводила к изменениям механической активности миокарда на молекулярном уровне во всех отделах сердца. Для обеих концентраций,

предсердия и правый желудочек оказались более уязвимыми к воздействию свинца по сравнению с левым желудочком. При этом, кроме снижения показателя максимальной скорости, наблюдалось повышение содержания β-

ТЦМ и снижение фракции подвижных филаментов. Это может говорить о повреждения головок миозина под влиянием хронической интоксикации свинцом.

Известно, что миозин подвержен различным модификациям, в том числе окислению, которое вызывает межмолекулярные сшивки и агрегацию белка,

что может приводить к изменению в функции миоцитов и к заболеваниям,

например, кардиомиопатии или хронической сердечной недостаточности

[195]. Одним из показателей окислительной модификации миозина служит карбонилирование аминокислотных остатков белков [196]. Карбонилирование миозина продлевает его прикрепленное состояние на актине и снижает максимальную скорость скольжения тонких филаментов по миозину [196]. В

нашем исследовании карбонилирование миозина может быть одним из факторов, влияющим на скорость актин-миозинового взаимодействия при интоксикации свинцом, особенно в предсердиях, где не было выявлено изменений в экспрессии изоформ тяжелых цепей миозина.

94

Кроме того, ключевым фактором нарушения сократительной функции в пораженном миокарде может быть снижение уровня фосфорилирования RLC

[79], однако в нашем исследовании не было найдено статистически значимых различий в уровне фосфорилирования легких цепей миозина правого желудочка, только тенденция к снижению. Известно, что в ответ на воздействие соединений свинца и кадмия может происходить снижение уровня фосфорилирования RLC сердечного миозина крыс [23]. Однако различия в фосфорилировании могут отражать изменения в обороте фосфата

RLC, на который влияют различные агенты, посредством прямого или косвенного контроля ферментов, участвующих в фосфорилировании-

дефосфорилировании регуляторной легкой цепи [23].

Поскольку разные отделы сердца имеют свои особенности в структуре и функции [2,3], то логично предположить, что они могут по-разному адаптироваться к различным патологиям. В наших исследованиях мы видим,

что предсердия, правый и левый желудочек имеют схожую тенденцию в изменении скорости актин-миозинового взаимодействия, фракции подвижных филаментов и соотношения тяжелых цепей миозина. Однако, все эти изменения имели разную выраженность в зависимости от отдела сердца.

Интересно, что наши данные не показали различий кальциевой чувствительности в правом и левом желудочке при интоксикации свинцом и в контрольной группе, однако имелась явная тенденция к повышению кальциевой чувствительности предсердий при свинцовой интоксикации. В

двух экспериментальных сериях, что может говорить о наличии патологии.

Есть данные, что изоформы лёгких цепей миозина и соотношение α- и β-ТЦМ оказывают влияние на кальциевую регуляцию актин-миозинового взаимодействия в миокарде кролика [2], а карбонилирование на кальциевую чувствительность не влияет [196].

Таким образом, хроническая свинцовая интоксикация приводит к гипертрофии сердца, вызванной перегрузкой давлением, и повреждению миокарда. Изменения характеристик сократительной активности миокарда

95

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

происходят во всех отделах сердца на молекулярном уровне, однако, несмотря на однонаправленный сдвиг по всем показателям, количественные сдвиги зависят от отдела сердца. В случае с интоксикацией свинцом наиболее выраженные изменения происходят в предсердиях и правом желудочке.

3.3. Воздействие хронической интоксикации солями кадмия на

актин-миозиновое взаимодействие в разных отделах сердца

Для моделирования хронической кадмиевой интоксикации, аутбредным крысам-самцам вводили раствор хлорида кадмия путем повторных внутрибрюшинных инъекций три раза в неделю в течение 6 недель (до 18

инъекций) в однократных дозах 0,377 мг Cd на 1 кг массы тела.

Методом искусственной подвижной системы определяли скорость движения реконструированных тонких филаментов по миозинам, выделенным из разных отделов сердца крыс при разных концентрациях кальция в растворе.

По максимальной скорости и характеристикам связи «рСа-скорость» –

коэффициенту кооперативности Хилла и кальциевой чувствительности (рСа50)

– оценивали влияние интоксикации на регуляцию сократимости миокарда.

Системная кадмиевая интоксикация приводила к изменению различных показателей, а именно – снижению массы сердца и мозга, увеличению массы печени, селезенки и почек, снижению содержания альбумина, амилазы,

билирубина и липопротеинов высокой плотности и увеличение церулоплазмина в сыворотке крови, увеличению количества ретикулоцитов и снижению количества эозинофилов. Наблюдались изменения в поведении крыс – значительное снижение числа «заглядываний в норки». Кроме того,

происходило значимое повышение содержаний кадмия в крови крыс [137].

В результате хронического воздействия кадмия происходят различные изменения характеристик актин-миозинового взаимодействия в зависимости от отдела сердца (рис.10, табл.11). Так, снижается максимальная скорость движения реконструированных тонких филаментов по миозину предсердий на

20 %, в то время как в правом желудочке скорость повышается на 25 %, а в левом желудочке статистически значимые изменения не наблюдалось.

96

Рис. 10. Слева – зависимость скорости движения реконструированного тонкого филамента по миозину из предсердий (A), правого (Б) и левого желудочка (В) сердца крыс от концентрации кальция. Справа – зависимость фракции подвижных тонких филаментов по миозину тех же отделов сердца крыс от концентрации кальция. «К» – контрольная группа, «Cd» - группа с хронической интоксикацией кадмием. рСа – отрицательный десятичный логарифм концентрации кальция. Линия регрессии соответствует уравнению Хилла.

97

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Значимых изменений в кальциевой чувствительности найдено не было во всех отделах: предсердиях, правом и левом желудочках. Коэффициент кооперативности Хилла также не имел статистически значимых отличий,

однако, в предсердиях и левом желудочке видны явные тенденции к снижению данного коэффициента. Отсутствие значимых отличий связано с большими разбросами в значениях коэффициента Хилла, что может говорить о значимом влиянии индивидуальных особенностей на кооперативность в миокарде.

Таблица 11. Характеристики зависимости «pCa-скорость» в разных отделах сердца в норме и при интоксикации кадмием.

* - статистически значимые отличия при сравнении с контрольной группой. Данныe прeдставлены как срeднее значeние ± стандартноe отклонeние.

Фракция движущихся филаментов под влиянием интоксикации кадмием

снижалась, однако степень выраженности эффекта зависела от отдела сердца

(рис.10, табл.12).

Таблица 12. Характеристики зависимости «pCaфракция подвижных филаментов» в разных отделах сердца в норме и при интоксикации кадмием.

* - статистически значимые отличия при сравнении с контрольной группой. Данныe прeдставлены как срeднее значeние ± стандартноe отклонeние.

В левом желудочке при влиянии кадмия значимых изменений фракции

не наблюдалось (-2 % относительно контрольной группы), в то время как в

правом желудочке и предсердиях снижение фракции движущихся филаментом было статистически значимым. Стоит отметить, что в

предсердиях данное изменение фракции было более выражено (-16 %) по

98

сравнению с правым желудочком (-8 %). Статистически значимых отличий

кальциевой чувствительности и коэффициента кооперативности Хилла

кривой «pCa-фракция» при воздействии кадмиевой интоксикации найдено не

было.

В результате электрофоретического разделения тяжелых цепей миозина

был выявлен сдвиг в соотношении α- и β-ТЦМ правого желудочка в сторону

более быстрых α-цепей, в левом желудочке эти изменения не были

статистически значимыми, а в предсердиях изменения отсутствовали (рис.11,

табл.13).

Рис. 11. Репрезентативный пример электрофоретического разделения в полиакриламидном геле тяжелых цепей миозина предсердий (1 – «K», 2 – «Cd»), правого (3 – «K», 4 – «Cd») и левого (5 – «K», 6 – «Cd») желудочков.

Таблица 13. Содержание α- и β-тяжелых цепей миозина в разных отделах сердца. Первая экспериментальная серия: группа «К» – контрольная группа, «Сd» – группа с хронической интоксикацией кадмием.

* - статистически значимые отличия при сравнении с контрольной группой. Данныe прeдставлены как срeднее значeние ± стандартноe отклонeние.

Таким образом, под влиянием хронической кадмиевой интоксикации

происходят различные изменения в характеристиках актин-миозинового

взаимодействия, которые зависят от отдела сердца. К примеру, наблюдается

повышение максимальной скорости скольжения реконструированных тонких

филаментов по миозину правого желудочка и повышение содержания в нём α-

тяжелой цепи миозина (рис.11) с более высокой АТФазной активностью.

Такое изменение скорости можно опосредованно связать с известным

99

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

воздействием кадмия на работу щитовидной железы, в результате чего повышается продукция тиреоидных гормонов. Эти гормоны, в свою очередь,

оказывают отрицательное влияние на экспрессию β-тяжелых цепей миозина в миокарде [13]. Это предположение хорошо объясняет повышение скорости и экспрессии α-ТЦМ в правом желудочке под влиянием кадмиевой интоксикации несмотря на снижение фракции подвижных филаментов.

При интоксикации кадмием в многоклеточных препаратах правого желудочка тех же крыс, миокард которых исследовался нами, происходят следующие изменения: уменьшение площади поперечного сечения изолированных желудочковых препаратов – трабекул и папиллярных мышц,

повышение жесткости миокарда и снижение амплитуды первого сокращения после релаксации [164]. Кроме того, скорость развития механического напряжения и релаксации увеличивается [164], что хорошо согласуется с нашими результатами в правом желудочке – сдвигу изоформного состава миозина в сторону быстроциклирующих изомиозинов V1 и повышение скорости скольжения тонкого филамента по миозину.

Однако, в предсердиях максимальная скорость снижалась под воздействием кадмия, что связано, во-первых, c преобладанием в предсердиях

α-ТЦМ, которая согласно литературным данным, не подвержена влиянию тиреодиных гормонов щитовидной железы, поскольку, существует связь только между трийодтиронином и β-ТЦМ [13,55,65]. Другими словами, под влиянием тиреоидных гормонов происходит угнетение экспрессии β-ТЦМ, а

поскольку содержание этой изоформы в предсердиях минимально [12], то гормоны щитовидной железы не оказывают значительного влияния на предсердия и повышения скорости не происходит. Снижение скорости,

несмотря на отсутствии динамики в соотношения тяжелых цепей миозина,

можно частично объяснить повреждением миозина при интоксикации кадмием, поскольку фракция подвижных филаментов снижалась во всех отделах и наиболее выраженное снижение происходило именно в предсердиях. В частности, может иметь место карбонилирование миозина,

100