ВЛИЯНИЕ ОБОГАЩЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ КАЛЬЦИЕМ И МАГНИЕМ НА СОСТОЯНИЕ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ У СПОНТАННОГИПЕРТЕНЗИВНЫХ КРЫС

ВВЕДЕНИЕ

Артериальная гипертензия (АГ) является од­ним из наиболее распространенных нарушений сосудистой системы. Патогенез АГ сложен и может существенно различаться при разных ва­риантах данного состояния. Наряду со многими другими факторами в развитии, по крайней мере, некоторых вариантов АГ существенное значение могут иметь изменения гомеостаза двухвалент­ных катионов. При этом многие вопросы о роли кальция и магния в регуляции сосудистого тонуса и уровня артериального давления остаются спор­ными [1-3]. Особую актуальность роль двухва­лентных катионов в развитии АГ приобретает в регионах, где питьевая вода имеет низкое содер­жание Ca²+ и Mg²+ (Северо-Запад России, в том числе и Санкт-Петербург, Скандинавские стра­ны). Установлено, что показатели жесткости воды в этих регионах крайне низки и составляют 0,8 мг-экв/л вместо 7,0 мг-экв/л [4].

Кальций и магний играют важную роль в ре­гуляции многих процессов, в том числе синтеза и секреции гормонов, процессов сокращения и расслабления сосудов и миокарда, артериального давления [5]. Эпидемиологические наблюдения выявили прямую зависимость уровня заболевае­мости АГ от содержания этих ионов в питьевой воде. Кроме того, дефицит магния играет суще­ственную роль в развитии сердечно-сосудистой патологии. В условиях недостаточного посту­пления этого катиона в организме снижается эффективность Na+/K+- насоса, что приводит к уменьшению внутриклеточного уровня К⁺ и уве­личению Са²⁺, тем самым способствуя перегрузке клеток кальцием (в том числе миоцитов сердца и сосудов) [6].

Известно, что ионизированные минералы питьевой воды имеют высокие показатели био­логической доступности [7] и всасывания [8]. Они усваиваются лучше, чем минералы твердой пищи. Благодаря этому относительно небольшие концентрации вносимых в питьевую воду мине­ральных веществ могут оказывать выраженный физиологический эффект и в значительной степе­ни компенсировать недостаток ионов.

В то же время, вопрос о значении кальция и магния в питьевой воде для развития АГ в лите­ратуре практически не обсуждается, а физиологи­ческие работы по данной проблеме встречаются очень редко. Поэтому кажется целесообразным проведение экспериментальных исследований в этом направлении.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Исследование выполнено на самцах спонтанногипертензивных крыс линии SHR и нормотензив- ных крыс линии WKY, являющихся генетическим контролем для крыс SHR [9] (питомник «Колту- ши» РАН). Крыс включали в эксперимент в воз­расте 1,5 мес. В течение 2 последующих месяцев одна группа крыс SHR (n=6), так же как и крысы линии WKY (группа 3, n=8) получала петербург­скую водопроводную воду с низким содержанием Са²+ (8 мг/л) и Mg²+ (3 мг/л). 2-я группа спонтанногипертензивных крыс (n=6) получала питьевую воду, обогащенную Са²+ (120 мг/л) и Mg²+ (45 мг/л). Доступ к воде был свободным. В период эксперимента все животные получали стандарт­ный лабораторный корм.

За сутки до окончания эксперимента у бодр­ствующих крыс осуществляли измерение систем­ного АД на хвосте манжеточным методом. Для этого животному, помещенному в индивидуаль­ную камеру, на хвост надевали окклюзионную манжетку, соединенную с электроманометром «ENEMA» (Швеция). Для каждой крысы выпол­няли 4-5 замеров АД и рассчитывали среднее зна­чение трех последних измерений [10].

Во время выведения из эксперимента у живот­ных производили забор крови с последующим определением уровня мочевины (UR), общего холестерина (Chol), общего кальция (общ Ca), альбумина (Alb) унифицированными методами с помощью стандартных лабораторных автоанали­заторов. Степень гипертрофии сердца оценивали по индексу массы миокарда (ИММ), определяе­мому как соотношение массы миокарда к массе животного (мг/г) [11].

Для исследования изменений сократительной активности воротной вены использовали метод миографии (in vitro). После декапитации у крыс выделяли фрагмент воротной вены (ВВ). Препарат помещали в ванночку рабочей камеры, перфузируемую оксигенированным (95% О₂ и 5% СО₂) рас­твором Кребса. Длину сегмента строго контроли­ровали. Регистрацию сократительной активности вены осуществляли в изометрическом режиме с помощью механотрона 6МХТС. Одновременно с записью на самописце осуществляли регистрацию сократительной активности ВВ на компьютере по специальной программе. В наших экспериментах были проанализированы следующие параметры: f - частота спонтанных сокращений, A(F+T) - общая амплитуда фазно-тонических сокращений, А_мах - максимальная амплитуда сокращений, Work - пло­щадь под кривой сокращений за 1 мин, характери­зующая выполняемую веной работу [12, 13].

Статистическую обработку данных выполняли с использованием пакета прикладных программ StatistiGa 10.0. Результаты исследований представ­лены как медиана [нижний - верхний квартили]. Значимость различий между группами оценивали с помощью критерия Манна-Уитни. Поскольку число групп сравнения составило всего три, по­правки на множественность сравнений не вводи­ли. Для поиска взаимосвязей между признаками использовался непараметрический коэффициент корреляции Спирмена. Результаты статистическо­го анализа считали значимыми при p<0,05.

Исследование выполнено в соответствии с международными стандартами по работе с экс­периментальными животными и требованиями этического комитета ГБОУ ВПО «Первый Санкт- Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова» Минздрава России.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Проведенные исследования показали, что био­химические показатели сыворотки крови, опре­деляемые в данном исследовании, в различной степени зависели от минерального состава пи­тьевой воды, потребляемой крысами (таблица). Так, уровни общего кальция и альбумина в крови не отличались во всех трех группах. Достоверно больший уровень мочевины у крыс SHR, получав­ших питьевую воду с повышенным содержанием кальция и магния, в отличие от групп, содержа­щихся на маломинерализованной воде (как линии SHR, так и WKY), не выходил за пределы физио­логической нормы.

Однако обогащение питьевой воды кальцием и магнием оказывало выраженное воздействие на уровень холестерина в сыворотке крови. У крыс линии SHR, получавших обогащенную минерала­ми воду, отмечены наиболее низкие значения сы­вороточного холестерина, значимо отличающиеся от группы SHR, получавших воду с малой кон­центрацией исследуемых минералов. Уровень хо­лестерина в крови крыс зависел также и от линии животных. Так, наибольшее содержание холесте­рина было выявлено у крыс линии WKY по срав­нению со спонтанно-гипертензивными крысами.

В значительной степени от минерализации питьевой воды зависел уровень АД у крыс ис­следуемых групп (рис. 1). Обогащение питьевой воды Ca²+ и Mg²+ препятствовало характерно­му для линии SHR прогрессивному росту арте­риального давления. Потребление спонтанно- гипертензивными крысами высокоминерализо­ванной воды с 6-недельного возраста в течение 2 последующих месяцев приводило к стабилизации АД на уровне в среднем на 18% ниже, чем у жи­вотных этой же линии, но получавших практиче­ски лишенную минералов воду. Однако АД у крыс этой группы все же оставалось достоверно боль­шим, чем у крыс линии WKY.

Минеральный состав питьевой воды в наших экспериментах не оказывал существенного влия­ния на процессы ремоделирования миокарда. Так, величина индекса массы миокарда достоверно не отличалась в группах спонтанно-гипертензивных крыс, получавших различную по составу питье­вую воду (рис. 2). Различия в степени гипертро­фии миокарда определялись в основном межлинейными физиологическими характеристиками, наименьший показатель ИМ миокарда отмечен в группе WKY по сравнению с группами спонтанно- гипертензивных крыс.

Проведенные исследования авторитмической сократительной активности воротной вены у крыс показали, что степень минерализации питьевой воды оказывает существенное влияние на харак­тер сократительной активности. Примеры реги­страции сократительной активности ВВ у крыс исследованных групп представлены на рис. 3.

Анализ полученных данных показал, что со­держание крыс линии SHR на обогащенной Са²⁺ и Mg²+ питьевой воде приводило к значимому снижению общей амплитуды фазно-тонических сокращений ВВ [32,00 (31,00-32,14) мг] по срав­нению с крысами этой же линии, но получавших низкоминерализованную воду [64,00 (54,00­ - 67,00) мг], рис. 4. При этом амплитуда сокраще­ний ВВ спонтанно-гипертензивных крыс, потре­блявших воду с высоким содержанием кальция и магния, была сравнима с показателем, харак­терным для нормотензивных крыс линии WKY (37,08 [36,00-41,00] мг), значимо от него не от­личаясь. Аналогичные результаты получены и для показателя максимальной амплитуды сокра­щений ВВ, которая составляла в среднем 98,00 [90,00-106,00] мг - у минералдефицитной группы SHR, 59,00 [58,78-65,00] мг - у группы SHR, по­лучавшей обогащенную минералами воду, 62,00 [62,00-65,83] мг- у нормотензивных крыс ли­нии WKY. Частота спонтанных сокращений ВВ у крыс во всех исследованных группах достоверно не различалась: 12,50 [11,00-13,00] /мин - для 1-й группы, 13,50 [12,35-14,00] /мин - во 2-й, 14,33 [12,00-16,00] /мин - в 3-й группе.

О значительном влиянии уровня минерализа­ции питьевой воды на функциональное состояние сосудов крыс можно судить и по показателю вы­полняемой ВВ работы. В наших исследованиях наибольшая величина данного показателя была выявлена в группе спонтанно-гипертензивных крыс, содержавшихся на практически лишенной минералов воде (см. рис. 4). Обогащение питье­вой воды Са²⁺ и Mg²⁺ вызывало снижение величи­ны выполняемой веной работы до уровня, харак­терного для нормотензивных крыс линии WKY.

Корреляционный анализ полученных резуль­татов позволил выявить некоторые закономерно­сти. Показатели авторитмической сократительной активности ВВ зависели от уровня артериального давления. Так, обнаружена положительная кор­реляция между уровнем АД крыс и амплитудой фазно-тонических сокращений ВВ, а также вели­чиной выполняемой веной работы (рис. 5).

Таким образом, минеральный состав питьевой воды оказывал значительное влияние на величину АД спонтанно-гипертензивных крыс. Потребле­ние крысами линии SHR с 6-недельного возраста в течение 2 мес обогащенной минералами воды имело выраженный антигипертензивный эффект, не связанный с изменением гипертрофии миокар­да, а также модифицировало авторитмическую со­кратительную активность воротной вены, снижая ее до уровня, характерного для нормотензивных крыс линии WKY. Кроме того, обогащение питье­вой воды основными минералами снижало уро­вень холестерина у спонтанно-гипертензивных крыс.

ОБСУЖДЕНИЕ

В питьевой воде кальций находится в ионизи­рованном состоянии, его биологическая доступ­ность по сравнению с кальцием в пище значи­тельно выше, что обусловливает биологическую значимость именно водного пула для обеспечения нормального функционирования организма. С другой стороны коррекция минерального соста­ва питьевой воды может оказаться эффективной в плане профилактики и лечения минералдефи- цитных состояний. Многолетние эпидемиологи­ческие исследования показали выраженную отри­цательную корреляцию между заболеваемостью АГ и содержанием кальция и магния в регионах с различной минерализацией питьевой воды [14, 15]. Северо-Запад, к которому принадлежит и Санкт-Петербург, относится к неблагоприятному по составу питьевой воды региону, с низким со­держанием в невской воде двухвалентных катио­нов. Кроме того, наш регион отличается высоки­ми показателями заболеваемости АГ [14, 16].

С другой стороны - существуют сведения том, что в тех регионах РФ, где много долгожителей, природная вода мягкая. Содержание ионов каль­ция в ней укладывается в интервал от 8 до 20 мг/л (в Санкт-Петербурге - 10 мг/л). В местах, где концентрация кальция в питьевой воде составля­ет более 20 мг/л число долгожителей снижается. Известно, что Санкт-Петербург - город долго­жителей: людей старше 60 лет в нем проживает 1 080 000 человек, а более 20 тысяч человек до­стигают возраста от 90 до 100 лет.

Таким образом, остается не вполне ясным, как обогащение воды двухвалентными элемен­тами - Ca²+ и Mg²+ может сказаться на состоянии сердечно-сосудистой системы.

В наших экспериментах исследуемые группы получали единый стандартный пищевой рацион, содержались в одинаковых условиях, но различа­лись по количеству Ca²⁺ и Mg²⁺ в питьевой воде. Следовательно, полученные различия во многом обусловлены именно величиной водного пула этих минералов. Обогащение питьевой воды ис­следуемыми двухвалентными катионами имело выраженный антигипертензивный эффект у крыс с генетически детерминированной АГ. Следует подчеркнуть, что крысы содержались на различ­ной воде с раннего возраста, с 6 нед, когда уро­вень АД еще не достиг максимума, характерного для взрослых крыс SHR. Это условие, возможно, имеет определяющее значение для проявления антигипертензивного эффекта обогащения воды минералами, который выражается скорее в пре­пятствовании или замедлении процесса прогрес­сивного повышения уровня АД, характерного для онтогенетического развития крыс линии SHR [17, 18]. Это подтверждает и тот факт, что уровень АД у спонтанно-гипертензивных крыс, получавших минерализованную воду, не уменьшался до зна­чений, характерных для контрольных к ним нормотензивных крыс WKY, а оставался значимо выше.

В наших экспериментах различия в уровне АД крыс, получавших питьевую воду со сниженным и повышенным содержанием двухвалентных ка­тионов, не были однозначно ассоциированными с интенсивностью процессов ремоделирования ми­окарда. Так, индекс массы миокарда у крыс SHR, являющийся показателем гипертрофических из­менений сердца, не зависел от состава питьевой воды. Эти данные, в определенной мере, согласу­ются с результатами наших предыдущих исследо­ваний, в которых было обнаружено, что уровень АД сам по себе не является единственным детер­минантом ремоделирования миокарда [19].

Особый интерес представляют полученные нами данные о возможности модификации ли­пидного обмена изменением ионного состава пи­тьевой воды. Так, в наших исследованиях отме­чено снижение уровня холестерина в сыворотке крови у крыс SHR, потреблявших высокоминера­лизованную воду. Полученные данные согласу­ются с результатами исследований, показавшими возможность протективного действия кальцие­вых добавок на состояние липидного обмена у крыс [20, 21].

Показано, что развитие АГ во многом связа­но с нарушением внутриклеточного гомеостаза и транспорта ионов, в том числе кальция, в глад­комышечных клетках и кардиомиоцитах [22-25]. Поскольку наши эксперименты показали важ­ность водного пула кальция для предотвраще­ния нарастания генетически обусловленной АГ у крыс, встала необходимость оценить механизмы, модифицирующие функциональное состояние сосудов при изменении поступления кальция и магния с питьевой водой. В качестве объекта ис­пользовали воротную вену, обладающую авторитмической сократительной активностью. Получен­ные данные подтвердили необходимость доста­точного поступления изучаемых ионов с водой для нормализации работы сосудистой стенки. Так, развитие гипертензии у крыс минералдефицитной группы сопровождалось усилением сократи­тельной активности ВВ: ростом общей амплиту­ды фазно-тонических сокращений, максимальной амплитуды фазных сокращений и увеличением выполняемой веной работы. Такие изменения могут быть связаны с нарушениями кальциевых транспортирующих систем клетки [26-30]. В то же время, у крыс SHR, получавших питьевую воду, обогащенную Ca²⁺ и Mg²⁺, отмечалось сни­жение амплитуды фазно-тонических сокращений ВВ до уровня, характерного для нормотензивных крыс линии WKY, что сопровождалось меньшим приростом величин АД у животных эксперимен­тальной группы. Однако наши данные не дают однозначного ответа на вопрос о том, связан ли полученный позитивный эффект эксперименталь­ного воздействия с обогащением питьевой воды непосредственно кальцием, магнием или тем и другим вместе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, проведенные исследования по­казали важную роль минерального состава питье­вой воды в процессах регулирования уровня арте­риального давления у спонтанно-гипертензивных крыс. Не исключено, что обогащение питьевой воды Ca²+ и Mg²+ может рассматриваться в каче­стве одного из перспективных подходов к профилактике АГ в регионах с мягкой питьевой водой.