Влияние пренатальной гипоксии периода раннего органогенеза на показатели вариабельности сердечного ритма у крысят в препубертатный и пубертатный периоды
- Авторы: Граф А.В.1,2, Маклакова А.С.1, Маслова М.В.1, Крушинская Я.В.1, Гусева А.А.1, Соколова Н.А.1
-
Учреждения:
- Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
- Физтех-школа природоподобных, плазменных и ядерных технологий имени И. В. Курчатова
- Выпуск: Том 110, № 10 (2024)
- Страницы: 1639-1651
- Раздел: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
- URL: https://cardiosomatics.ru/0869-8139/article/view/651730
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0869813924100051
- EDN: https://elibrary.ru/VRPZKD
- ID: 651730
Цитировать
Аннотация
Факторы риска, связанные с воздействием окружающей среды, особенно в критические периоды внутриутробного развития, влияют на развитие плода и повышают риск определенных заболеваний во взрослой жизни, в том числе сердечно-сосудистых (ССЗ). Самой распространенной и клинически значимой формой внутриутробного стресса является гипоксия, причем системные патологические изменения, которые она вызывает, в 78% случаев касаются поражений сердечно-сосудистой системы. Цель данного исследования – оценить влияние гипоксического стресса, перенесенного на 10-е сутки гестации, на сердечный ритм и его регуляцию в препубертатный и пубертатный периоды жизни потомства крыс, а также проанализировать зависимость возникающих нарушений от пола. Показано, что к началу пубертатного периода ЧСС крысят, переживших пренатальную гипоксию, оказывается значимо выше, чем в контроле, и сопровождается достоверным падением вариабельности сердечного ритма (dX), что закономерно приводит к росту стресс-индекса (SI) и свидетельствует об усилении симпатической активности в регуляции ритма сердца. В то же время базовый сердечный ритм у животных, перенесших гипоксию внутриутробно, оказывается ниже, чем у контрольных. То, что у взрослых половозрелых животных обоих полов, переживших пренатальную гипоксию в период раннего органогенеза, также сохраняются изменения dX и SI, свидетельствует о долгосрочных и необратимых нарушениях регуляции сердечного ритма. Таким образом, гипоксия в период закладки первичной сердечной петли носит программирующий характер, потенциально увеличивая риск развития ССЗ уже у взрослых животных. При этом нарушения баланса вегетативной системы в сторону активации симпатического тонуса более выражены у самок, что делает их более уязвимыми к риску развития сердечной патологии в пубертатном периоде.
Об авторах
А. В. Граф
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова; Физтех-школа природоподобных, плазменных и ядерных технологий имени И. В. Курчатова
Автор, ответственный за переписку.
Email: nastjushka@gmail.com
Россия, Москва; Москва
А. С. Маклакова
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
Email: nastjushka@gmail.com
Россия, Москва
М. В. Маслова
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
Email: nastjushka@gmail.com
Россия, Москва
Я. В. Крушинская
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
Email: nastjushka@gmail.com
Россия, Москва
А. А. Гусева
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
Email: nastjushka@gmail.com
Россия, Москва
Н. А. Соколова
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
Email: nastjushka@gmail.com
Россия, Москва
Список литературы
- Joseph P, Leong D, McKee M, Anand SS, Schwalm JD, Teo K, Mente A, Yusuf S (2017) Reducing the Global Burden of Cardiovascular Disease, Part 1: The Epidemiology and Risk Factors. Circ Res 121: 677–694. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.117.308903
- Magnussen C, Ojeda FM, Leong DP, Alegre-Diaz J, Amouyel P, Aviles-Santa L, De Bacquer D, Ballantyne CM, Bernabé-Ortiz A, Bobak M, Brenner H, Carrillo-Larco RM, de Lemos J, Dobson A, Dörr M, Donfrancesco C, Drygas W, Dullaart RP, Engström G, Ferrario MM, Ferrières J, de Gaetano G, Goldbourt U, Gonzalez C, Grassi G, Hodge AM, Hveem K, Iacoviello L, Ikram MK, Irazola V, Jobe M, Jousilahti P, Kaleebu P, Kavousi M, Kee F, Khalili D, Koenig W, Kontsevaya A, Kuulasmaa K, Lackner KJ, Leistner DM, Lind L, Linneberg A, Lorenz T, Lyngbakken MN, Malekzadeh R, Malyutina S, Mathiesen EB, Melander O, Metspalu A, Miranda JJ, Moitry M, Mugisha J, Nalini M, Nambi V, Ninomiya T, Oppermann K, d'Orsi E, Pająk A, Palmieri L, Panagiotakos D, Perianayagam A, Peters A, Poustchi H, Prentice AM, Prescott E, Risérus U, Salomaa V, Sans S, Sakata S, Schöttker B, Schutte AE, Sepanlou SG, Sharma SK, Shaw JE, Simons LA, Söderberg S, Tamosiunas A, Thorand B, Tunstall-Pedoe H, Twerenbold R, Vanuzzo D, Veronesi G, Waibel J, Wannamethee SG, Watanabe M, Wild PS, Yao Y, Zeng Y, Ziegler A, Blankenberg S (2023) Global effect of modifiable risk factors on cardiovascular disease and mortality. N Engl J Med 389: 1273–1285. https://doi.org/10.1056/NEJMOA2206916
- Gluckman PD, Hanson MA, Phil D, Cooper C, Thornburg KL (2008) Effect of in utero and early-life conditions on adult health and disease. N Engl J Med 359: 61–73. https://doi.org/10.1056/NEJMra0708473
- Chen X, Zhang L, Wang C (2019) Prenatal hypoxia-induced epigenomic and transcriptomic reprogramming in rat fetal and adult offspring hearts. Sci Data 6: 238. https://doi.org/10.1038/s41597-019-0253-9
- Razaz N, Norman M, Alfvén T, Cnattingius S (2023) Low Apgar score and asphyxia complications at birth and risk of longer-term cardiovascular disease: a nationwide population-based study of term infants. Lancet Reg Health Eur 24: 100532. https://doi.org/10.1016/j.lanepe.2022.100532
- Rakesh K, Vishnu Bhat B, Adhisivam B, Ajith P (2018) Effect of therapeutic hypothermia on myocardial dysfunction in term neonates with perinatal asphyxia – a randomized controlled trial. J Matern-Fetal Neonatal Med 31: 2418–2423. https://doi.org/10.1080/14767058.2017.1344633
- Giussani DA, Camm EJ, Niu Y, Richter HG, Blanco CE, Gottschalk R, Blake EZ, Horder KA, Thakor AS, Hansell JA, Kane AD, Wooding FBP, Cross CM, Herrera EA (2012) Developmental programming of cardiovascular dysfunction by prenatal hypoxia and oxidative stress. PLoS One 7: e31017. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0031017
- Walton SL, Singh RR, Tan T, Paravicini TM, Moritz KM, Moritz KM (2016) Late gestational hypoxia and a postnatal high salt diet programs endothelial dysfunction and arterial stiffness in adult mouse offspring. J Physiol 594: 1451–1463. https://doi.org/10.1113/JP271067
- Herrera EA, Camm EJ, Cross CM, Mullender JL, Wooding FBP, Giussani DA (2012) Morphological and functional alterations in the aorta of the chronically hypoxic fetal rat. J Vasc Res 49: 50–58. https://doi.org/10.1159/000330666
- Svitok P, Molcan L, Stebelova K, Vesela A, Sedlackova N, Ujhazy E, Mach M, Zeman M (2016) Prenatal hypoxia in rats increased blood pressure and sympathetic drive of the adult offspring. Hypertens Res 39: 501–505. https://doi.org/10.1038/hr.2016.21
- Rook W, Johnson CD, Coney AM, Marshall JM (2014) Prenatal hypoxia leads to increased muscle sympathetic nerve activity, sympathetic hyperinnervation, premature blunting of neuropeptide Y signaling, and hypertension in adult life. Hypertension 64: 1321–1327. https://doi.org/10.1161/HYPERTENSIONAHA.114.04374
- Graf AV, Maslova MV, Artiukhov AV, Ksenofontov AL, Aleshin VA, Bunik VI (2022) Acute prenatal hypoxia in rats affects physiology and brain metabolism in the offspring, dependent on sex and gestational age. Int J Mol Sci 23: 2579. https://doi.org/10.3390/ijms23052579
- Sutovska H, Babarikova K, Zeman M, Molcan L (2022) Prenatal hypoxia affects foetal cardiovascular regulatory mechanisms in a sex- and circadian-dependent manner: a review. Int J Mol Sci 23: 2885. https://doi.org/10.3390/ijms23052885
- Graf A, Trofimova L, Ksenofontov A, Baratova L, Bunik V (2020) Hypoxic adaptation of mitochondrial metabolism in rat cerebellum decreases in pregnancy. Cells 9: 139. https://doi.org/10.3390/cells9010139
- Maslova MV, Graf AV, Maklakova AS, Krushinskaya YaV, Sokolova NA, Koshelev VB (2005) Acute hypoxia during organogenesis affects cardiac autonomic balance in pregnant rats. Bull Exp Biol Med 139: 180–182. https://doi.org/10.1007/s10517-005-0241-2
- Marcela SG, Cristina RMM, Angel PGM, Manuel AM, Sofía DC, Patricia DLRS, Bladimir RR, Concepción SG (2012) Chronological and morphological study of heart development in the rat. Anat Rec 295: 1267–1290. https://doi.org/10.1002/AR.22508
- Itani N, Salinas CE, Villena M, Skeffington KL, Beck C, Villamor E, Blanco CE, Giussani DA (2018) The highs and lows of programmed cardiovascular disease by developmental hypoxia: studies in the chicken embryo. J Physiol 596: 2991–3006. https://doi.org/10.1113/JP274111
- José Jaime H-P, Venus B-C, Graciela J-R, Tania H-HO, Lucía M-M (2016) Young-adult male rats’ vulnerability to chronic mild stress is reflected by anxious-like instead of depressive-like behaviors. Neurosci J 2016: 1–12. https://doi.org/10.1155/2016/5317242
- Marcotte M, Bernardo A, Linga N, Pérez-Romero CA, Guillou J-L, Sibille E, Prevot TD (2021) Handling techniques to reduce stress in mice. J Vis Exp 25: 175. https://doi.org/10.3791/62593
- Bigelow LJ, Pope EK, MacDonald DS, Rock JE, Bernard PB (2023) Getting a handle on rat familiarization: The impact of handling protocols on classic tests of stress in Rattus norvegicus. Lab Anim 57: 259–269. https://doi.org/10.1177/00236772221142687
- Doura MB, Gold AB, Keller AB, Perry DC (2008) Adult and periadolescent rats differ in expression of nicotinic cholinergic receptor subtypes and in the response of these subtypes to chronic nicotine exposure. Brain Res 1215: 40–52. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2008.03.056
- Lenschow C, Sigl-Glöckner J, Brecht M (2017) Development of rat female genital cortex and control of female puberty by sexual touch. PLoS Biol 15: e2001283. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2001283
- Sato S (2008) Quantitative evaluation of ontogenetic change in heart rate and its autonomic regulation in newborn mice with the use of a noninvasive piezoelectric sensor. Am J Physiol Heart Circ Physiol 294: H1708-H1715. https://doi.org/10.1152/ajpheart.01122.2007
- Baevsky RМ, Chernikova AG (2017) Heart rate variability analysis: physiological foundations and main methods. Cardiometry 66–76. https://doi.org/10.12710/cardiometry.2017.10.6676
- Граф АВ, Маклакова АС, Маслова МВ, Крушинская ЯВ, Гусева АА, Соколова НА (2024) Влияние пренатальной гипоксии периода раннего органогенеза на показатели вариабельности сердечного ритма у крысят первого месяца жизни. Вестн Московск универ Серия 16 Биология 79: 151–159. [Graf AV, Maklakova AS, Maslova MV, Krushinskaya YaV, Guseva AA, Sokolova NA (2024) Рrenatal hypoxia of the period of early organogenesis influence on heart rate variability in rat pups during the first month of life. Vestn Moskovsk Univer Seriya 16 Biol 79(2): 151–159. (In Russ)]. https://doi.org/10.55959/MSU0137-0952-16-79-2-8
- Курьянова ЕВ (2008) К вопросу о методах анализа сердечного ритма и типах его регуляции на разных этапах онтогенеза белых крыс. Естеств науки 4: 77–84. [Kury’anova EV (2008) On the issue of methods for analyzing heart rate and types of its regulation at different stages of ontogenesis of white rats. Natural Sci 4: 77–84. (In Russ)].
- Курьянова ЕВ, Теплый ДЛ, Зеренинова НВ (2011) Становление регуляции хронотропной функции сердца в постнатальном онтогенезе белых крыс по данным спектрального анализа вариабельности. Бюл экспер биол мед 2: 614–617. [Kuryanova EV, Teply DL, Zereninova NV (2011) Regulation of chronotropic heart function formation in postnatal ontogenesis of white rats according to spectral analysis of variability. Bull Exp Biol Med 12: 614–617. (In Russ)].
- Ziyatdinova NI, Sergeeva AM, Dementieva RE, Zefirov TL (2012) Peculiar effects of muscarinic M1, M2, and M3 receptor blockers on cardiac chronotropic function in neonatal rats. Bull Exp Biol Med 154: 1–2. https://doi.org/10.1007/s10517-012-1859-5
- Li G, Bae S, Zhang L (2004) Effect of prenatal hypoxia on heat stress-mediated cardioprotection in adult rat heart. Am J Physiol-Heart Circ Physiol 286: H1712–H1719. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00898.2003
- Zeman M, Okuliarova M (2017) Sex-specific cardiovascular susceptibility to ischaemic myocardial injury following exposure to prenatal hypoxia. Clin Sci 131: 2791–2794. https://doi.org/10.1042/CS20171255
- Gao Y, Dasgupta C, Huang L, Song R, Zhang Z, Zhang L (2019) Multi-omics integration reveals short and long-term effects of gestational hypoxia on the heart development. Cells 8: 1608. https://doi.org/10.3390/cells8121608
- Ostadal B, Ostadalova I, Szarszoi O, Netuka I, Olejnickova V, Hlavackova M (2021) Sex-dependent effect of perinatal hypoxia on cardiac tolerance to oxygen deprivation in adults. Can J Physiol Pharmacol 99: 1–8. https://doi.org/10.1139/cjpp-2020-0310
- Hellgren KT, Premanandhan H, Quinn CJ, Trafford AW, Galli GLJ (2021) Sex-dependent effects of developmental hypoxia on cardiac mitochondria from adult murine offspring. Free Radic Biol Med 162: 490–499. https://doi.org/10.1016/J.FREERADBIOMED.2020.11.004
- Song R, Mishra JS, Dangudubiyyam SV, Antony KM, Baker TL, Watters JJ, Kumar S (2022) Gestational intermittent hypoxia induces sex-specific impairment in endothelial mechanisms and sex steroid hormone levels in male rat offspring. Reprod Sci 29: 1531–1541. https://doi.org/10.1007/s43032-021-00739-4
- Zhang L (2005) Prenatal hypoxia and cardiac programming. J Soc Gynecol Invest 12: 2–13. https://doi.org/10.1016/j.jsgi.2004.09.004
- Li G, Xiao Y, Estrella JL, Ducsay CA, Gilbert RD, Zhang L (2003) Effect of fetal hypoxia on heart susceptibility to ischemia and reperfusion injury in the adult rat. J Soc Gynecol Invest 10: 265–274. https://doi.org/10.1016/s1071-5576(03)00074-1
- Niu Y, Kane AD, Lusby CM, Allison BJ, Chua YY, Kaandorp JJ, Nevin-Dolan R, Ashmore TJ, Blackmore HL, Derks JB, Ozanne SE, Giussani DA (2018) Maternal allopurinol prevents cardiac dysfunction in adult male offspring programmed by chronic hypoxia during pregnancy. Hypertension 72: 971–978. https://doi.org/10.1161/HYPERTENSIONAHA.118.11363
- Funamoto M, Imanishi M, Tsuchiya K, Ikeda Y (2023) Roles of histone acetylation sites in cardiac hypertrophy and heart failure. Front Cardiovasc Med 10: 1133611. https://doi.org/10.3389/fcvm.2023.1133611
- Yang M, Zhang Y, Ren J (2020) Acetylation in cardiovascular diseases: Molecular mechanisms and clinical implications. Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis 1866: 165836. https://doi.org/10.1016/j.bbadis.2020.165836
Дополнительные файлы
