Влияние уровня магния в питьевой воде на состояние сердечно-сосудистой системы спонтанно-гипертензивных крыс

ВВЕДЕНИЕ. Магний – второй по распространенности внутриклеточный катион, является кофактором для более 300 ферментов, влияет на функциональное состояние сердечно-сосудистой системы посредством различных механизмов, в частности, через действие на гладко-мышечные клетки сосудов, модуляцию ренин-ангиотензин-альдостероновой системы, регуляцию натриевого и кальциевого гомеостаза. Поэтому поддержание нормального уровня магния в крови является актуальной задачей, а потребление питьевой воды, обогащенной магнием, может рассматриваться как метод коррекции недостаточного поступления экзогенного магния.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ оценить влияние потребления питьевой воды с различным содержанием ионов магния и комплекса магния с кальцием на состояние сердечно-сосудистой системы крыс с генетически детерминированной артериальной гипертензией.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ. Самцы крыс линии SHR с 6–7-недельного возраста в течение двух месяцев получали питьевую воду различного состава: в первой группе (hCа+Mg) – с повышенным содержанием кальция и магния (120 мг/л Са²⁺ и 45 мг/л Мg²⁺), во второй (nCа+Mg) – нормализованную по минеральному составу питьевую воду (60 мг/л Са²⁺ и 25 мг/л Мg²⁺), в третьей (hMg) – обогащенную Мg²⁺ (45 мг/л), в четвертой (control) контрольной группе – петербургскую водопроводную воду с низким содержанием минералов (8 мг/л Са²⁺ и 3 мг/л Мg²⁺). Крыс линии WKY были разделены на 2 группы: одна группа (hMg) получала воду, обогащенную Мg²⁺ (45 мг/л), контрольная WKY (control) группа – воду с низким содержанием минералов (8 мг/л Са²⁺ и 3 мг/л Мg²⁺). Через 2 мес у крыс измеряли АД на хвосте манжеточным методом, анализировали уровень мочевины, холестерина, общего кальция и альбумина в сыворотке крови, рассчитывали индексы массы левого желудочка (ИМЛЖ) и массы миокарда (ИММ). Авторитмическую сократительную активность воротной вены (ВВ) регистрировали методом миографии (in vitro) в изометрическом режиме. Анализировали: частоту, общую и максимальную амплитуды фазно-тонических сокращений, площадь под кривой сокращений за 1 мин, характеризующую выполняемую веной работу.

РЕЗУЛЬТАТЫ. У крыс SHR обогащение питьевой воды только Мg2+ имело менее выраженный антигипертензивный эффект по сравнению с группой hСа²⁺+Мg²⁺. У крыс WKY обогащение воды магнием не влияло на АД. Модификация минерального состава питьевой воды не влияла на ИММ и ИМЛЖ как у крыс SHR, так и у WKY. Выявлены межлинейные различия сократительной активности ВВ крыс  контрольных групп (амплитуда сокращений ВВ крыс SHR была в выше, чем WKY). Потребление обогащенной минералами воды уменьшало амплитуду сокращений ВВ. Наибольшее снижение было отмечено в группе hMg²⁺ (у SHR в 2,6 раза, у WKY в 1,5 раза по сравнению с контролем соответствующей линии). Величина выполняемой ВВ работы у контрольных SHR была больше, чем у контрольных крыс линии WKY, а обогащение воды магнием вызывало уменьшение выполняемой ВВ работы только у крыс линии SHR (на 55,6 %).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Потребление крысами питьевой воды, обогащенной только магнием, имеет антигипертензивный эффект, однако, угнетает спонтанную сократительную активность ВВ. Целесообразно использовать комплекс магния с кальцием, который снижает АД, но при этом обеспечивает сохранение адекватного уровня сократительной активности ВВ.

1. Catling LA, Abubakar I, Lake IR et al. A systematic review of analytical observational studies investigating the association between cardiovascular disease and drinking water hardness. J Water Health 2008;6(4):433–442. doi: 10.2166/wh.2008.054

2. Muñoz-Castañeda JR, Pendón-Ruiz de Mier MV, Rodrí- guez M, Rodríguez-Ortiz ME. Magnesium replacement to protect cardiovascular and kidney damage? Lack of prospective clinical trials. Int J Mol Sci 2018;19(3):664. doi: 10.3390/ijms19030664

3. Kass L, Weekes J, Carpenter L. Effect of magnesium supplementation on blood pressure: a meta-analysis. Eur J Clin Nutr 2012;66:411–418. doi: 10.1038/ejcn.2012.4

4. Jee SH, Miller ER 3rd, Guallar E et al. The effect of magnesium supplementation on blood pressure: a meta-analysis of randomized clinical trials. Am J Hypertens. 2002;15:691–696. doi: 10.1016/s0895-7061(02)02964-3

5. Zhang X, Li Y, Del Gobbo LC et al. Effects of magnesium supplementation on blood pressure: a meta-analysis of randomized double-blind placebo-controlled trials. Hypertension 2016;68(2):324–333. doi: 10.1161/HYPERTENSIONAHA.116.07664

6. Han H, Fang X, Wei X et al. Dose-response relationship between dietary magnesium intake, serum magnesium concentration and risk of hypertension: a systematic review and meta-analysis of prospective cohort studies. Nutr J 2017;16(1):26. doi: 10.1186/s12937-017-0247-4

7. Dibaba DT, Xun P, Song Y et al. The effect of magnesium supplementation on blood pressure in individuals with insulin resistance, prediabetes, or noncommunicable chronic diseases: a meta-analysis of randomized controlled trials. Am J Clin Nutr 2017;106(3):921–929. doi: 10.3945/ajcn.117.155291

8. Joris PJ, Plat J, Bakker SJ, Mensink RP. Long-term magnesium supplementation improves arterial stiffness in overweight and obese adults: results of a randomized, double-blind, placebocontrolled intervention trial. Am J Clin Nutr 2016;103:1260–1266. doi: 10.3945/ajcn.116.131466

9. Reddy ST, Soman SS, Yee J. Magnesium balance and measurement. Adv Chronic Kidney Dis 2018;25(3):224–229. doi: 10.1053/j.ackd.2018.03.00

10. de Baaij JH, Hoenderop JG, Bindels RJ. Magnesium in man: implications for health and disease. Physiol Rev 2015;95(1):1–46. doi: 10.1152/physrev.00012.2014

11. Saris NE, Mervaala E, Karppanen H. An update on physiological, clinical and analytical aspects. Clin Chim Acta 2000;294:1– 26. doi: 10.1016/s0009-8981(99)00258-2

12. Belin RJ, He K. Magnesium physiology and pathogenic mechanisms that contribute to the development of the metabolic syndrome. Magnes Res 2007;20(2):107–129

13. DiNicolantonio JJ, O'Keefe JH, Wilson W. Subclinical magnesium deficiency: a principal driver of cardiovascular disease and a public health crisis. Open Heart 2018;5(1):e000668. doi: 10.1136/openhrt-2017-000668

14. Costello R, Wallace TC, Rosanoff A. Magnesium. Adv Nutr 2016;7(1):199–201. doi: 10.3945/an.115.008524

15. Barbagallo M, Dominguez LJ, Galioto A et al. Oral magnesium supplementation improves vascular function in elderly diabetic patients. Magnes Res 2010;23(3):131–137. doi: 10.1684/mrh.2010.0214

16. Katopodis P, Karteris E, Katopodis KP. Pathophysiology of drug-induced hypomagnesaemia. Drug Saf 2020;43(9): 867–880. doi:10.1007/s40264-020-00947-y

17. Rosanoff A. The high heart health value of drinking-water magnesium. Med Hypotheses 2013;81(6):1063– 1065. doi: 10.1016/j.mehy.2013.10.003

18. Zelt JG, McCabe KM, Svajger B et al. Magnesium modifies the impact of calcitriol treatment on vascular calcification in experimental chronic kidney disease. J Pharmacol Exp Ther 2015;355(3):451–462. doi: 10.1124/jpet.115.228106

19. Ter Braake AD, Smit AE, Bos C et al. Magnesium prevents vascular calcification in Klotho deficiency. Kidney Int 2020;97(3):487–501. doi: 10.1016/j.kint.2019.09.034

20. Villa-Bellosta R. Impact of magnesium:calcium ratio on calcification of the aortic wall. PLoS One 2017;12(6):e0178872. doi: 10.1371/journal.pone.0178872

21. Rodelo-Haad C, Pendón-Ruiz de Mier MV, Díaz-Tocados JM et al. The Role of disturbed Mg homeostasis in chronic kidney disease comorbidities. Front Cell Dev Biol 2020;(8):543099. doi: 10.3389/fcell.2020.543099

22. Sakaguchi Y, Hamano T, Isaka Y. Magnesium and progression of chronic kidney disease: benefits beyond cardiovascular protection? Adv Chronic Kidney Dis 2018;25(3):274–280. doi: 10.1053/j.ackd.2017.11.001

23. Sakaguchi Y, Hamano T, Matsui I et al. Low magnesium diet aggravates phosphate-induced kidney injury. Nephrol Dial Transplant 2019;34(8):1310–1319. doi: 10.1093/ndt/gfy358

24. Diaz-Tocados JM, Peralta-Ramirez A, Rodríguez-Ortiz ME et al. Dietary magnesium supplementation prevents and reverses vascular and soft tissue calcifications in uremic rats. Kidney Int 2017; 92(5):1084–1099. doi: 10.1016/j.kint.2017.04.011

25. Rebholz CM, Tin A, Liu Y et al. Dietary magnesium and kidney function decline: the healthy aging in neighborhoods of diversity across the life Span study. Am J Nephro. 2016;44(5):381–387. doi: 10.1159/000450861

26. Conde MV, Gonzalez MC, Quintana-Villamandos B et al. Liver growth factor treatment restores cell-extracellular matrix balance in resistance arteries and improves left ventricular hypertrophy in SHR. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2011;301(3):H1153–65. doi: 10.1152/ajpheart.00886.2010

27. Каюков ИГ, Береснева ОН, Парастаева ММ и др. Влияние возраста и сокращения массы действующих нефронов на состояние миокарда и коронарного русла у молодых крыс. Регионарное кровообращение и микроциркуляция 2015;14(4):66–73. doi: 10.24884/1682-6655-2015-14-4-66-73

28. Okoshi K, Ribeiro HB, Okoshi MP et al. Improved systolic ventricular function with normal myocardial mechanics in compensated cardiac hypertrophy. Jpn Heart J 2004;45(4):647–656. doi: 10.1536/jhj.45.647

29. Береснева ОН, Барабанова ВВ, Каюков ИГ и др. Влияние фуросемида на сократительную активность воротной вены крыс с экспериментальной хронической почечной недостаточностью. Нефрология 2000;4(2):60–63

30. Rosborg I, Kozisek F (Eds.) Drinking water minerals and mineral balance (second ed.), Springer International Publishing, London 2020. doi:10.1007/978-3-030-18034-8

31. Kozisek F. Regulations for calcium, magnesium or hardness in drinking water in the European Union member states. Regul Toxicol Pharmacol 2020; 112:104589. doi: 10.1016/j.yrtph.2020.104589

32. Pickering G, Mazur A, Trousselard M et al. Magnesium status and stress: the vicious circle concept revisited. Nutrients 2020; 12(12): 3672. doi: 10.3390/nu12123672

33. Wolf JP, Luthringer C, Berthelot A, Berthelay S. Blood pressure and plasma renin activity after magnesium supplementation in the spontaneously hypertensive rat: a study during developing and established hypertension. Magnesium 1987; 6(5): 243–248

34. Смирнов АВ, Чурина СК, Парастаева ММ и др. Влияние минерального состава питьевой воды на прогрессирование экспериментальной уремии у крыс. Нефрология 2004;8(1):71– 76. doi: 10.24884/1561-6274-2004-8-1-71-76

35. Chen Y, Chang Y, Zhang N et al. Atorvastatin attenuates myocardial hypertrophy in spontaneously hypertensive rats via the C/EBPβ/PGC-1α/UCP3 pathway. Cell Physiol Biochem 2018;46(3):1009–1018. doi: 10.1159/000488832

36. Shimamura K, Kurozumi N, Yamamoto K, Sunano S. Electrical and mechanical properties of spontaneous contraction in hypertensive rat portal vein. Pflugers Arch 1989;414(1):37–43. doi: 10.1007/BF00585624

37. Baudel MASM, Shi J, Large WA, Albert AP. Insights into activation mechanisms of store-operated TRPC1 channels in vascular smooth muscle. Cells 2020;9(1):179. doi: 10.3390/cells9010179

38. Loirand G, Pacaud P, Baron A et al. Calcium-activated cation channel in rat portal vein myocytes. Z Kardiol 1991;80(7):59–63

39. Albert AP, Large WA. A Ca2+-permeable non-selective cation channel activated by depletion of internal Ca2+ stores in single rabbit portal vein myocytes. J Physiol 2002;538(Pt 3):717–728. doi: 10.1113/jphysiol.2001.013101

40. Albert AP, Large WA. Store-operated Ca2+-permeable non-selective cation channels in smooth muscle cells. Cell Calcium 2003;33(5-6):345–356. doi: 10.1016/s0143-4160(03)00048-4