Синтетические опиоиды находят широкое применение в медицине в качестве мощных обезболивающих препаратов (опиоидные анальгетики) или в качестве дополнения к ненаркотическим анестетикам. В то же время серьезной социальной проблемой остается неконтролируемое потребление наркотических веществ и связанный с этим рост случаев острых отравлений. По данным Государственного антинаркотического комитета, в 2022 г. в России было зарегистрировано 22 000 случаев острых отравлений наркотическими веществами и психодислептиками, при этом со смертельным исходом — 10 000 случаев. В ряду неконтролируемо потребляемых наркотических веществ значительную долю составляет фентанил, который является агонистом преимущественно μ-опиоидных рецепторов, обнаруженных в центральной нервной системе, а также в клетках сердца, легких, сосудов и кишечника [1]. Основные побочные эффекты опиоидных анальгетиков хорошо известны — это индукция угнетения дыхания и повышенный риск фатального апноэ, гемодинамические изменения, высвобождение гистамина, реакции гиперчувствительности и серотониновый синдром [2]. Среди наиболее значимых причин смерти при передозировке фентанила выделяют угнетение дыхательного центра, отек легких, остановку дыхания, брадикардию и остановку сердца.

Данные литературы о прямом влиянии заведомо больших доз фентанила на миокард в результате передозировки весьма ограничены. Цель данной работы — оценить кардиотропные эффекты фентанила в токсических дозах на модели изолированного по Лангендорфу сердца крысы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для решения задач по оценке прямого воздействия опиоидов на миокард наиболее адекватна и информативна модель изолированного сердца, так как она позволяет провести исследование в отсутствии системных факторов регуляции, получить максимально объективную информацию о механизмах действия ксенобиотиков на параметры функциональной активности, установить степень нарушения функции под влиянием ксенобиотиков на органном уровне, а также оценить возможности фармакологической коррекции выявленных изменений.

Экспериментальные исследования проводили на модели изолированного сердца самцов белых беспородных крыс массой 300–350 г (филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ — «Питомник лабораторных животных «Рапполово»; Ленинградская область).

В помещениях, где содержали животных, поддерживали следующие параметры микроклимата: температура 20 ± 1 °С, относительная влажность воздуха 60 ± 5%, режим освещения — 12 ч день / 12 ч ночь. Доступ животных к воде и корму был свободным.

Выбор концентраций действующего вещества для исследования обоснован данными литературы, согласно которым фентанил при введении в хвостовую вену крысам в дозе 5 ЕD₅₀ приводил к развитию поверхностной комы со 100%-й выживаемостью [3, 4]. ED₅₀ фентанила для белых крыс по тесту «горячей пластинки» равна 0,01 мг/кг [5].

Для оценки устойчивости миокарда к влиянию высоких концентраций фентанила были выбраны концентрации: 3,7 × 10^–6 М, 7,4 × 10^–6 М и 1,5 × 10^–5 М, что эквивалентно содержанию фентанила в крови при его внутривенном введении в дозах 5 ЕD₅₀, 10 ЕD₅₀, 20 ЕD₅₀.

Эвтаназию экспериментальных животных выполняли путем оглушения с последующим выполнением билатеральной трансабдоминальной торакотомии на предварительно зафиксированном в препаровальной ванночке животном. Выбор метода эвтаназии животных был продиктован необходимостью получения интактного сокращающегося сердца. По этой причине недопустимо использование методов, связанных с наркотизацией экспериментальных животных, или введения их в состояние системной гипоксии. После обнажения сердце захватывали большим и указательным пальцами левой руки за основание, осторожно подтягивали вентрально и вниз, а ножницами перерезали магистральные сосуды. Сразу после извлечения сердца из грудной полости его помещали в холодный (+4 °С) физиологический раствор Кребса–Хензелейта, следующего состава (в мМ): NaCl — 118,99; KCl — 4,69; NaHCO₃ — 25; КH₂PO₄ — 1,18; MgSO₄ × 7 Н₂О — 1,17; CaCl₂ × 2 H₂O — 2,5; EDTA — 0,03; С₆H₁₂O₆ — 5,5. Сердце за аорту фиксировали к канюле перфузионной установки Langendorff System (Panlab; Испания) зажимом типа «крокодил», а затем лигатурами. Перфузию сердца осуществляли через канюлю, при этом перфузат ретроградно поступал в левый желудочек. В качестве перфузата использовали подогретый (+37 °С) раствор Кребса–Хензелейта. Для приведения его рН к физиологическому уровню (7,39–7,41) и адекватной оксигенации сердца раствор непрерывно аэрировали карбогеном, состоящим из 95% кислорода и 5% углекислого газа. Перфузат подавали с помощью перистальтического насоса в режиме постоянного протока из расчета 10 мл в минуту на один грамм сырого веса сердца. В качестве контроля адекватности перфузии служило давление в контуре «насос – аортальная канюля» (не менее 50 мм рт. ст.). Стабилизация сократительной активности сердца происходила в течение 30 мин после его фиксации в рабочей установке, после чего регистрировали исходный уровень сократимости [6]. Величину давления в левом желудочке определяли катетером с полиэтиленовым баллоном. Параметры сократительной активности сердца регистрировали с помощью системы PowerLab Data acquisition system 8/30 (ADInstruments; США) с последующей обработкой в программе LabChartProUpgrade 7.0. Регистрируемые показатели: давление перфузии (ДП), отражающее коронарный проток; давление в левом желудочке (систолическое, диастолическое); частота сердечных сокращений (ЧСС, уд./мин); конечное диастолическое давление (КДД, мм рт. ст.), характеризующее способность к расслаблению левого желудочка. Параллельно с регистрацией параметров сократительной активности миокарда проводили запись электрической активности сердца (ЭКГ).

По окончании стабилизационного периода в перфузат добавляли фентанил в исследуемой концентрации с целью определения зависимости «доза–эффект». Время экспозиции с каждой концентрацией составляло 10 мин. Для оценки механизма рецепторного действия фентанила использовали неселективный антагонист опиоидных рецепторов налмефен в концентрации 1 × 10^–6 М.

После завершения эксперимента проводили расчет пульсового давления (ПД, мм рт. ст.), интегрального показателя сократимости сердца за минуту (Int_1мин, усл. ед.), первой производной давления по времени (+dP/dt и –dP/dt, мм рт. ст./с), характеризующей скорость развития сокращения и расслабления левого желудочка.

При анализе результатов оценивали динамику параметров сократительной и электрической активности сердца по сравнению со значениями в контрольной группе. Статистическую обработку результатов исследования проводили в программе GraphPad Prism 5.04 (США). Для выявления значимости различий показателей в динамике применяли Т-критерий Уилкоксона для связанных выборок, для выявления межгрупповых различий применяли U-критерий Манна–Уитни. Статистически значимыми считали различия при р ≤ 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В результате проведенного исследования установлено, что на изолированном миокарде фентанил проявляет разнонаправленные эффекты в зависимости от действующей концентрации. Потенциирующее действие фентанила, выражающееся в увеличении скорости сокращения миокарда левого желудочка на 9,7 и 8,4%, выявлено в минимальной и средней концентрациях соответственно (табл. 1).

В средней (7,4 × 10^–6 М) и высокой (1,5 × 10^–5 М) концентрациях фентанил обладает вазоконстрикторным действием, которое характеризуется увеличением давления перфузии на 18,6 и 46,5% соответственно. Отрицательный лузитропный эффект, т. е. снижение функции диастолического расслабления миокарда, развивался только после применения фентанила в максимальной исследуемой концентрации, о чем также свидетельствует увеличение конечного диастолического давления на 83,5% по сравнению с контролем.

Под влиянием фентанила в средней и высокой концентрации показано статистически значимое снижение ЧСС на 20,4 и 28,3% соответственно по сравнению с контролем. Отрицательное хронотропное действие фентанила приводило к снижению в виде тенденции интегрального показателя сократимости миокарда на фоне сохраняющегося пульсового давления.

Кардиовазотропные эффекты фентанила в концентрации 1,5 × 10^–5 М сохраняются практически в полном объеме при введении в перфузат неселективного антагониста опиоидных рецепторов налмефена в концентрации 1 × 10^–6 М.

В ходе изучения влияния фентанила в концентрациях 3,7 × 10^–6 М, 7,4 × 10^–6 М, 1,5 × 10^–5 М на электрическую активность изолированного сердца показано увеличение продолжительности интервала QT по сравнению с контролем на 22%, 24% и 53% и рост амплитуды зубца Т на 256%, 307% и 245% соответственно (табл. 2).

Увеличение скорости сокращения миокарда (+dP/dt), зарегистрированное при применении фентанила в концентрациях 3,7 × 10^–6 М и 7,4 × 10^–6 М, сопровождалось увеличением амплитуды зубца R на ЭКГ.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

За продолжительный период изучения влияния фентанила на сердечно-сосудистую систему в целом и на миокард в частности накоплен большой объем фактических данных, полученных с применением моделей, основанных на объектах различного уровня организации. Применение модели изолированного сердца ex vivo, в условиях исключения модулирующих влияний центральной нервной системы, позволило получить наиболее полную и объективную характеристику кардиотропного действия фентанила, отдельные показатели которой подтверждаются многочисленными работами отечественных и зарубежных авторов [7–9].

В результате исследования прямого влияния фентанила на изолированное сердце установлено, что опиоид в минимальной исследуемой концентрации (3,7 × 10^–6 М) вызывает увеличение скорости сокращения левого желудочка, являющейся чувствительным маркером его систолической функции, и не влияет на ЧСС и ПД. Отмеченные в виде тенденции увеличение скорости расслабления левого желудочка и снижение связанного с ней конечного диастолического давления свидетельствуют о положительном лузитропном действии фентанила на изолированное сердце крысы. Лузитропный эффект фентанила, вероятно, опосредуют катехоламины, индуцирующие поглощение кальция в саркоплазматическом ретикулуме, что приводит к быстрому снижению его уровня в цитозоле.

Повышение концентрации фентанила в перфузате до 7,4 × 10^–6 М приводит к росту давления перфузии, обусловленному вазоконстрикцией коронарного русла сердца и развитию отрицательного хронотропного эффекта, выражающегося снижением ЧСС. Под действием данной концентрации фентанила сохраняется прирост скорости сокращения левого желудочка, в то время как положительный лузитропный эффект нивелируется практически полностью.

Введение в перфузат фентанила до достижения его концентрации 1,5 × 10^–5 М вызывает угнетение ЧСС и увеличение давления перфузии. В результате существенного уменьшения просвета коронарных сосудов, обеспечивающих поступление кислорода и энергетических субстратов, нарушается активный транспорт ионов кальция из цитозоля во внутриклеточные депо кардиомиоцитов. Все это выражается в значительном росте КДД, который характеризует снижение способности миокарда к расслаблению.

Предварительная обработка препаратов изолированного сердца неселективным антагонистом опиоидных рецепторов налмефеном (1 × 10^–6 М) не приводила к отмене кардиовазотропных эффектов фентанила, используемого в концентрации 1,5 × 10^–5 М. Более того, на фоне налмефена отмечено прогрессирующее угнетение сократительной функции изолированного сердца по всем регистрируемым параметрам, за исключением давления перфузии. Дополнительное снижение функциональной активности миокарда под действием фентанила в условиях блокирования опиоидных рецепторов является возможным свидетельством того, что угнетающие кардиотропные эффекты фентанила реализуются в том числе посредством активации неопиоидных рецепторов [10].

При изучении влияния фентанила на электрическую активность изолированного сердца крысы зарегистрировано дозозависимое удлинение интервала QT, свидетельствующего об увеличении времени проведения возбуждения по желудочкам. Такое изменение может иметь место при нарушениях электролитного баланса, а также при ишемии миокарда, что является неблагоприятным прогностическим признаком. Данный факт подтверждают результаты экспериментального исследования, в котором зарегистрировано значительное увеличение продолжительности потенциала действия изолированных кардиомиоцитов собаки под влиянием фентанила (1,9 × 10^–7 М) [11]. Кроме того, о негативном влиянии исследуемых концентраций фентанила на миокард свидетельствует увеличение амплитуды зубца Т, отражающего процесс реполяризации миокарда желудочков, что может указывать на ишемию миокарда, вызванную повышением тонуса коронарных артерий и снижением притока кислорода.

ВЫВОДЫ

В ходе проведенного исследования проанализировано влияние фентанила на изолированное сердце крысы в концентрациях, существенно превышающих достигаемые при терапевтическом применении препарата. При действии фентанила в минимальной исследуемой концентрации (3,7 × 10^–6 М) изменения зафиксированы преимущественно на ЭКГ. Показатели, характеризующие сократительную активность миокарда, практически не изменялись, за исключением роста скорости сокращения левого желудочка, являющейся чувствительным индикатором кардиотропного действия препарата. При увеличении концентрации фентанила в перфузате (7,4 × 10^–6 М и 1,5 × 10^–5 М) сохраняются изменения электрической активности и появляются негативные изменения, выражающиеся в угнетении ЧСС, снижении коронарного протока, обусловленного сужением сосудов сердца, нарушении диастолической функции миокарда, косвенно указывающей на нарушение его энергообеспечения. Таким образом, фентанил обладает дозозависимым кардиотоксическим влиянием. Полученные результаты свидетельствуют о сохранении сердечной деятельности миокарда при влиянии высоких (сублетальных) доз опиоида. Кардиотоксические эффекты фентанила реализуются посредством активации как опиоидных, так и неопиоидных рецепторов, что следует учитывать при фармакологической коррекции его негативного воздействия.