Giáo trình Ảnh hưởng của Glutamate trong dịch não tủy lên chức năng hệ tuần hoàn tim mạch - Vũ Thị Thu

Nội dung text: Giáo trình Ảnh hưởng của Glutamate trong dịch não tủy lên chức năng hệ tuần hoàn tim mạch - Vũ Thị Thu

1. Tp chí Khoa h c HQGHN: Khoa h c Y D c, T p 32, S 1 (2016) 54-59 nh h ng c a Glutamate trong d ch não t y lên ch c n ng h tu n hồn tim m ch V Th Thu1,*, Bùi Th H ơ ng2, Lê Thành Long3, Aleksandrov V4 1Khoa Sinh h ọc, Phịng Thí nghi ệm tr ọng điểm Cơng ngh ệ Enzym và Protein, Tr ường Đạ i h ọc Khoa h ọc T ự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguy ễn Trãi, Thanh Xuân, Hà N ội, Vi ệt Nam 2Vi ện Y sinh nhi ệt đớ i, Trung tâm Nhi ệt đớ i Vi ệt - Nga, Nguy ễn V ăn Huyên, C ầu Gi ấy, Hà N ội, Vi ệt Nam 3Trung tâm Nghiên c ứu Bệnh trao đổ i ch ất và Tim m ạch, Trường Y, Đạ i h ọc Inje, Hàn Qu ốc 4Khoa Sinh h ọc, Tr ường Đại h ọc T ổng h ợp S ư ph ạm Qu ốc gia Nga A.I.Herzen, Saint-Petersburg, Liên bang Nga Tĩm t ắt Glutamate là m t trong nh ng ch t d n truy n kích thích th n kinh quan tr ng, tham gia iu hịa ho t ng ch c n ng c a các h n i quan. Trong nghiên c u này, chúng tơi ti n hành ánh giá nh h ng c a vi c d n truy n Glutamate và mimetic N-methyl-D-aspartate (NMDA) vào d ch não t y n h tu n hồn và giá tr nh y c a ph n x áp l c trên chu t c ng. K t qu nghiên c u cho th y Glutamate c d n truy n vào d ch não ty làm t ng huy t áp ng m ch trung bình, t ng t n s tim ng th i làm gi m nh y c a ph n x áp l c và tác ng này ph thu c vào n ng c ng nh th i gian tác ng. Nh v y, Glutamate trong d ch não t y cĩ th là m t y u t iu hịa các ph n x c a h tu n hồn v i kích thích c ơ h c. Nh n ngày 30 tháng 9 n m 2015, Ch nh s a ngày 20 tháng 11 n m 2015, Ch p nh n ng ngày 25 tháng 6 n m 2016 Từ khĩa: Glutamate, NMDA, ch t d n truy n kích thích. 1. Mở đầ u * kinh t các th quan c a h tu n hồn [4,7, 8]. Ngồi ra th th Glu cịn t p trung ph n b ng- Glutamate (Glu) là m t trong nh ng ch t bên c a hành t y [1, 3, 4, 7, 8] . Khi thay i dn truy n kích thích ph bi n nh t trong h nng Glu trong các c u trúc này b ng cách th n kinh trung ơ ng và cĩ vai trị quan tr ng dn truy n các ch t i kháng và ch t ch v n iu hịa ho t ng c a các h n i quan [1-4] . ca th th Glu thì các ch s tu n hồn c ng Cĩ hai lo i th th c a Glu ĩ là th th h ng thay i [9-12]. Glu cĩ th tham gia iu ti t ion và th th h ng chuy n hĩa. Các th th nh ng ph n x c a h tu n hồn, trong ĩ cĩ này phân b r ng rãi trong nhi u c u trúc c a ph n x áp l c (baroreflex). Bình th ng, các t h th n kinh trung ơ ng [5, 6], nh ng tp trung bào th n kinh, t bào hình sao và hàng rào máu ch y u các c u trúc tham gia ki m sốt các não ĩng vai trị gi n nh n ng Glu trong ph n x ch c n ng tu n hồn, hơ h p c a t y dch ngo i bào [13] và trong dch não t y [13- não, c bi t là nhân si tr c th n kinh ơ n c 14] . Nng này t ng trong các iu ki n thi u (Nucleus of the Solitary Tract) - n ơi k t thúc oxy, thi u máu c c b hay t n th ơ ng não kèm ca nh ng dây h ng tâm truy n xung th n theo các r i lo n ch c n ng c a h tu n hồn [15] . Glu tng cao cĩ th ho t hĩa các th th ___ * Glu, h qu là tác ng n nh ng c ơ ch iu Tác gi liên h . T. 84-903237808 hịa ph n x và gây ra thay i ch c n ng tu n Email: vtthu2015@gmail.com 54
2. V.T. Thu và nnk. / Tạp chí Khoa h ọc ĐHQGHN: Khoa h ọc Y D ược, T ập 32, S ố 1 (2016) 54-59 55 hồn tim m ch. Cho n nay ch a cĩ d li u v ph n x áp l c c ghi l i. S thay i vai trị và nh h ng c a s t ng n ng Glu nh y c a ph n x áp l c c ánh giá theo s và các nhĩm th th Glu trong d ch não t y n thay i c a h s a trong ph ơ ng trình c a nh ng c ơ ch ph n x duy trì s n nh c a h ng th ng x p x y = ax-k. tu n hồn tim m ch. Mc ích c a nghiên c u này ánh giá m c Trong các thí nghi m i ch ng chu t c nh h ng c a Glu trong d ch não t y n tiêm t nh m ch dung d ch n c mu i sinh lý (1 cơ ch ph n x iu khi n ho t ng c a h ml/kg) tu n hồn và xác nh các nhĩm th th Glu cĩ Dẫn truy ền dung d ịch Glu và NMDA vào tham gia vào quá trình iu hịa này. t não th ất bên c m c tiêu chúng tơi ti n hành nghiên c u Chúng tơi s d ng b ơm tiêm Hamilton n i nh h ng c a vi c d n truy n Glu và mimetic vi kim tiêm siêu nh ( ng kính ngồi là N-methyl-D-aspartate (NMDA – ho t hĩa 150µm) a 5 µl dung d ch Glu và NMDA nhĩm th th h ng ion NMDA) vào d ch não vào não th t bên v i các li u l ng khác nhau ty n h tu n hồn và giá tr nh y c a vi t c 1 µl/s. Trong các thí nghi m i ph n x áp l c. ch ng d n truy n dung d ch n c mu i sinh lý (5 µl, 1 µl/s). Phân tích s ố li ệu Các d li u thu c c x lý và phân 2. Ph ươ ng pháp nghiên c ứu tích b ng gĩi ph n m m MS Excel và Univariate analysis. S khác bi t c cho là Chu t b ch c Wistar (2-3 tháng tu i, áng tin c y n u <0,05. 230-350 gram, n=98) c gây mê tồn thân bng Urethane (1350mg/kg). sâu gây mê c ki m tra b ng ph n x giác m c và ph n 3. Kết qu ả và th ảo lu ận x au. Thân nhi t c a chu t c duy trì mc 36,8 - 37 °C. ng thơng (chi u dài 20 cm, Đặc điểm tr ạng thái ch ức n ăng h ệ tu ần ng kính ngồi 0,2 mm, ng kính trong hồn c ủa chu ột trong quá trình thí nghi ệm 0,1 mm, Heparin n ng 2500 ED/ml v i t l Kt q a mơ t hình 1 cho th y, trong su t 20:1) c a vào ng m ch, t nh m ch ùi th i gian ti n hành thí nghi m (80-90 phút) các ch s ch c n ng c a h tu n hồn và giá tr o huy t áp và th nghi m v i ph n x áp nh y c a ph n x áp l c c duy trì khá n lc; m h p s d n truy n ch t vào não th t. nh, giá tr các m c th i gian ghi l i cĩ s Ghi các ch ỉ số ho ạt độ ng c ủa h ệ tu ần hồn bi n ng nh ng khơng cĩ ý ngh a th ng kê trong ĩ MAP là 92±3 mmHg, HR là 384±7 ng thơng ng m ch c n i v i thi t b nh p/phút, giá tr ph n x áp l c v i h s a là cm bi n huy t áp và u thu c a b khu ch i 2,4±0,22, iu này cho ch ng t các ch s tu n ML224. Tín hi u v huy t áp ng m ch c hồn n n trong các thí nghi m i ch ng n m thu nh n b i thi t b PowerLab 8/35 trong gi i hn ã c xác l p. Trong iu ki n (ADInstruments, Australia) và c ghi l i và gây mê tồn thân b ng Urethan, AP cĩ giá tr là x lý b ng phn m m LabChart 7.0. 85-113 mmHg [1, 3, 17]. Giá tr HR trong nghiên c u c a chúng tơi cao h ơn giá tr HR ã Th ử độ nh ạy c ảm c ủa ph ản x ạ áp l ực c cơng b tr c ây là 6-8%, tuy nhiên m c Chu t c tiêm t nh m ch phenylephrine sai khác là khơng áng k . T ơ ng t , h s a (Mezaton, 0,001-0,1 mg/kg, 1 ml/kg) theo th c tr ng cho nh y c a ph n x áp l c cĩ th dao ng t 1,92±0,47 n 2,5±0,06, k t qu t li u l ng t ng d n, m i l n tiêm cách nhau thu c trong nghiên c u này là 2,4±0,22 c ng 3-5 phút khi huy t áp ng m ch (AP) và nh p nm trong kho ng gi i h n ĩ (hình 1). tim (HR) tr v giá tr ban u và nh y c a
3. 56 V.T. Thu và nnk. / Tạp chí Khoa h ọc ĐHQGHN: Khoa h ọc Y D ược, T ập 32, S ố 1 (2016) 54-59 Nh v y, giá tr MAP, HR và a khơng cĩ mc t i a 158±8% so v i giá tr n n nh ng sai khác áng k , cĩ th ph n ánh s n nh phút th 10-15 và b t u gi m phút 30 và ca ch c n ng sinh lý h tim m ch và c ơ ch ti p t c gi m tr v giá tr n n kho ng phút iu hịa các ph n x áp th th trong các iu ki n thí nghi m trong nghiên c u này. th 50 (hình 3). Ảnh h ưởng c ủa d ẫn truy ền Glu và NMDA Tác ng c a NMDA lên HR cĩ s khác đến MAP và HR bi t áng k so v i MAP. HR t ng ch m theo 2 Kt qu thí nghi m cho th y, Glu và pha (hình 3B): sau khi t m c t ng ban u là NMDA c d n truy n vào d ch não t y u làm MAP và HR t ng m nh, tuy nhiên s 13% so v i giá tr n n (113±2%) t i th i im chuy n bi n c a các ch s này cĩ m t s khác phút th 2 HR gi m và ti p t c duy trì n nh bi t và tùy thu c vào n ng các ch t. Khi d n m c cao h ơn m c n n trong vịng 10 phút truy n li u l ng hi u qu t i thi u c a Glu u, sau ĩ phút th 30 HR l i t ng l n th 2 (1,2 µM), MAP và HR t ng cao nh t phút th ti 20% so v i m c n n (120±5%). T phút th 5, sau ĩ gi m d n xu ng giá tr n n trong vịng 50 tr i, HR b t u gi m và gi giá tr cao 25-30 phút. Khi n ng c a Glu là 12 µM, MAP t giá tr t i a vào phút th 10-15, sau hơn giá tr n n n cu i thí nghi m. ĩ gi m d n u và quay tr l i giá tr n n Thay đổi độ nh ạy c ủa ph ản x ạ áp l ực phút th 50 (hình 2A). Glu và NMDA làm gi m áng k nh y Ch s HR t ng m nh giai on u và t ca ph n x áp l c và s gi m này mang tính giá tr t i a vào phút th 10-15 và duy trì n thu n ngh ch. Ngay sau khi d n truy n Glu, ch nh m c g n t i a trong 20 phút, và b t u s a gi m xu ng t i giá tr 1,6±0,20. l n th gi m t phút th 30, tuy nhiên, n cu i thí nghi m th 2, giá tr a là 0,9±0,26. nh y c a nghi m v n ch a gi m t i m c n n (hình 2B). ph n x quay tr l i m c bình th ng (m c Mc t ng c a MAP t l thu n v i s gia t ng nn) l n th nghi m cu i cùng v i giá tr nng ch t, giai on 10-15 phút, th a=2,2±0,38 (hình 4, hình 5A). nghi m Glu 12 µM MAP và Glu 1,2 µM cĩ th làm t ng MAP t ơ ng ng là 164±9% và ánh giá tác ng c a NMDA t i nh y 134±6% so v i giá tr n n. Trong khi ĩ, i ca ph n x áp l c c ti n hành theo quy trình vi HR thì tác d ng này c a Glu khơng gây ra tơ ng t nh i v i Glu. Ngay sau khi NMDA s sai khác l n (t ơ ng ng là 117±3% và bt u c d n truy n vào não th t bên h s a 123±3%). gi m xu ng t i giá tr 0,5±0,24, sau ĩ t ng nh NMDA (li u l ng t 0,03 nM n 0,3 nM) ti 0,9±0,62. n cu i thí nghi m a=2,5±0,51, cng làm t ng MAP và HR; trong ĩ, s bi n gn b ng v i giá tr n n (hình 5B), trong khi thiên MAP x y ra t ơ ng t nh d i tác ng khơng cĩ s thay i nào c ghi nh n nhĩm ca Glu. V i NMDA 0,2 nM, MAP t ng và t control (nhĩm d n truy n dung d ch sinh lý). f Hình 1. Bi n i MAP và HR trong các thí nghi m i ch ng, m: phút.
4. V.T. Thu và nnk. / Tạp chí Khoa h ọc ĐHQGHN: Khoa h ọc Y D ược, T ập 32, S ố 1 (2016) 54-59 57 Hình 2. nh h ng c a s d n truy n dung d ch Glu 12 µM n MAP (A) và HR (B) tính theo giá tr %. c Hình 3. nh h ng c a s d n truy n dung d ch NMDA 0,2 nM n MAP (A) và HR (B), giá tr c a các ch s tơ ng ng ngay tr c khi d n truy n Glu (phút th 40 t khi b t u thí nghi m c tính là 100%. f Tơ ng t các nghiên c u khác [12, 16, 17], trong vịng liên h ng c âm tính [19-22] ho c trong nghiên c u này MAP va HR t ng cĩ th Glu tác ng iu hịa vào cung ph n x áp l c là k t qu kích ho t các th th Glu các c u trong ph m vi nhân c a bĩ ơ n c. Nh v y, trúc tham gia iu khi n các ch c n ng t ng s t ng n ng Glu trong não là y u t làm ca c ơ th . Ngồi ra, k t qu nghiên c u này gi m nh y c a ph n x áp l c, ng th i cịn cho th y s thay i ng h ng c a MAP iu hịa hi u ng c a m i liên h ng c âm và HR trong iu ki n n ng Glu t ng cĩ liên tính trong h th ng ki m sốt huy t áp ng quan v i s suy gi m c ng ph n x áp l c. mch. Trong các tác ng c a Glu cĩ s tham Rt cĩ th các c ơ ch iu hịa c a Glu tham gia gia c a các th th NMDA (hình 5). s Hình 4. S thay i nh y c a ph n x áp l c d i tác ng c a Glu. 1 - tr c khi d n truy n dung d ch Glu, 2 - d i tác ng c a dung d ch Glu 12 µM, 3 - 60 phút sau khi b t u d n truy n dung d ch Glu.
5. 58 V.T. Thu và nnk. / Tạp chí Khoa h ọc ĐHQGHN: Khoa h ọc Y D ược, T ập 32, S ố 1 (2016) 54-59 Hình 5. nh h ng c a dung d ch Glu 6 µM (A) và NMDA 0,2 nM (B) c d n truy n vào d ch não t y n nh y c a ph n x áp l c (h s a. Trên tr c Ox: 1 - giá tr n n; 2,3,4 - th i gian t ơ ng ng v i các th t nghi m t i th i im 5, 25 và 45 phút t lúc b t u d n truy n. h 4. Kết lu ận to microinjection of L-glutamate into the lateral aspect of the commissural NTS are Kt qu nghiên c u c a chúng tơi cho th y blocked by an NMDA receptor antagonist, rng gia t ng n ng Glu trong d ch não t y Brain Res. 852 (2000) 68. [5] Fagg G.E., Foster A.C. Amino acid kích thích h tu n hồn và làm t ng MAP, và neurotransmitters and their pathways in the HR. Glu tác ng lên nh y c a ph n x áp mammalian central nervous system, lc khi d n truy n theo ki u khi n ng c âm Neuroscience 9 (1983) 701. tính (negative feedback). H ơn n a, Glu và [6] Frigero M., Bonagamba L.G.H., Machado NMDA cùngtác ng n ph n x áp l c và B.H. The gain of the baroreflex bradycardia is gây ra nh ng hi u ng t ơ ng ng, ch ng t reduced by microinjection of NMDA receptor antagonists into the nucleus tractus solitarii of th th Glu lo i NMDA tham gia vào iu ti t awake rats, Journal of Autonomic Nervous tác ng c a Glu trong d ch não t y trong ch System 79 (2000) 28. iu hịa ho t ng h tu n hồn. [7] Gưren M.Z., Akici A., Berkman K., Onat F. Cardiovascular responses to NMDA injected into nuclei of hypothalamus or amygdala in conscious rats, Pharmacology 61 (2000) 257. Tài li ệu tham kh ảo [8] Hawkins R.A. The blood-brain barrier and glutamate, American Journl of Clinical [1] Bongianni F., Mutolo D., Carfì M., Pantaleo Nutrient 90 (2009) 867. T. Respiratory responses to ionotropic [9] Hehre D.A., Devia C.J., Bancalari E., glutamate receptor antagonists in the ventral Suguihara C. Brainstem amino acid respiratory group of the rabbit, Pflugers neurotransmitters and ventilatory response to Archieve 444 (2002) 602. hypoxia in piglets, Pediatrics Research 63 [2] Bonham A.C., McCrimmon D.R. Neurones in (2008) 46. a discrete region of the nucleus tractus [10] Kazemi H., Hoop B. Glutamic acid and solitarius are required for the Breuer-Hering gamma-aminobutyric acid neurotransmitters reflex in rat, Journal of Physiology 427 in central control of breathing, Journal Apply (1990) 261. Physioly 70 (1991) 1. [3] Braga V.A., Antunes V.R., Machado B.H. [11] Leone C., Gordon F.J. Is L-glutamate a Autonomic and respiratory responses to neurotransmitter of baroreceptor information microinjection of L-glutamate into the in the nucleus of the tractus solitaries, Jounal commissural subnucleus of the NTS in the Pharmacoly Experimental Therapeutics 250 working heart-brainstem preparation of the (1989) 35. rat, Brain Research 1093 (2006) 150. [12] Mizusawa A., Ogawa H., Kikuchi Y., Hida [4] Canesin R.O., Bonagamba L.G.H., Machado W., Kurosawa H., Okabe S., Takishima T., B.H. Bradycardic and hypotensive responses Shirato K. In vivo release of glutamate in
6. V.T. Thu và nnk. / Tạp chí Khoa h ọc ĐHQGHN: Khoa h ọc Y D ược, T ập 32, S ố 1 (2016) 54-59 59 nucleus tractus solitarii of the rat during VentrolateralMedulla of Hypertensive Rats, hypoxia. Journal of Physioly 478 (1994) 55. Hypertension 24 (1994) 648. [13] Nelson D.O., Cohen H.L., Feldman J.L., [18] Tsuchihashi T., Averill D.B. Metabotropic McCrimmon D.R. Cardiovascular function is glutamate receptors in the ventrolateral altered by picomole injections of glutamate medulla of rats, Hypertension 21 (1993) 739. into rat medulla. Journal of Neurosciences [19] Vardhan A., Kachroo A., Sapru H.N. (1988) 1684. Excitatory amino acid receptors in [14] Resstel L.B.M, Correa F.M.A. Injection of L- commissural nucleus of the NTS mediate glutamate into medial prefrontal cortex carotid chemoreceptor responses, Ericaca induces cardiovascular responses through Journal of Physiology 264 (1993) 41. NMDA receptor - nitric oxide in rat, [20] Young R.S.K., Petroff O.A.C., Aquila W.J., Neuropharmacology 51 (2006) 160. Yates J. Effects of glutamate, quisqualate, and [15] Takakura C., Moreira T.S., Wet G. H., Gwilt N-methyl-d-aspartate in neonatal brain, J.M., Colombari E., Stornetta R. L. and Experimental Neurology 111 (1991) 362. Guyenet P. G. GABAergic Pump cells of [21] .., .. solitary tract nucleus innervate retrotrapezoid , .: , 328 nucleus hemoreceptors, Journal ị (2001)40. Neurophysioly 98 (2007) 374. [22] .., .. [16] Talman W.T. Kynurenic acid microinjected into the nucleus tractus solitarius of rat blocks the arterial baroreflex but not responses to glutamate, Neuroscience Letter 102 (1989) 247. , [17] Tsuchihashi T., Abe I., Fujishima M. Role of 420 (2008) 421. Metabotropic Glutamate Receptors in Effects of Cerebral Glutamate on Cardiovascular Functionality Vu Thi Thu 1, Bui Thi Huong 2, Le Thanh Long 3, Aleksandrov V 4 1Faculty of Biology, The Key Laboratory of Enzyme and Protein Technology (KLEPT), VNU University of Scienc, 334 Nguyen Trai, Thanh Xuan, Hanoi, Vietnam 2Vietnam-Russia Tropical Centre, Nguyen Van Huyen, Cau Giay, Hanoi, Vietnam 3Cardiovascular and Metabolic Disease Center, Inje University, Korea 4Faculty of Biology Herzen State Pedagogical University of Russia, Petersburg, Russia Abstract: Glutamate is one of the major excitatory neurotransmitters and plays an important role in the regulation of visceral functions. In this study, we examined the influence of a glutamate cerebral level and mimetic N-methyl-D-aspartate on cardiovascular system state and baroreflex sensitivity in acute experimental rat model. Our data showed that cerebroventicular microinjection of glutamate and NMDA increased mean arterial blood pressure and heart rate, and decreased baroreflex sensitivity and this impact depends on the concentration as well as the time impact. Thus, cerebral level of glutamate is potential factor modulating cardiocirculatory mechanoreflex. Keywords: Glutamate, NMDA, excitatory neurotransmitters.