EFFECT OF LIPOPOLYSACCHARIDE FROM SALMONELLA TYPHI CELLS ON BLOOD CIRCULATION AND RESPIRATION OF ANESTHETIZED RATS

Abstract

In order to understand the processes, which cause respiration disturbance and impaired circulation during the development of a systemic inflammatory response (SIR) it is necessary to study the mechanisms which implement the cardiorespiratory effects of an increased systemic level of bacterial lipopolysaccharides (LPS). LPS obtained from various bacteria differ in the composition that determines their toxicity. The aim of the present study was to experimentally test the hypothesis that LPS isolated from bacterium Salmonella tуphi (S. tуphi) cells could affect reflexes involved in circulation and breathing control. Materials and Methods. The authors recorded blood pressure, pneumotachogram and diaphragm electromyogram in acute experiments on Wistar rats (n=23, weight 200–225 g), anesthetized with urethane (1800 mg/kg, i.p.). Theу also calculated mean arterial pressure, heart rate, breathing capacity and respiratory minute volume. Baroreflex was tested by intravenous phenylephrine administration, which caused a dose-dependent blood pressure rise and, as a result, a reflex heart rate fall. The strength of the inspiratory inhibitory reflex (IIR) was evaluated by functional vagotomy. The values of the studied parameters were evaluated before and after intravenous administration of the physiologic saline, or the saline containing 100 μg of LPS. Parameter differences from the initial and control values were evaluated according to Mann–Whitney criterion and considered relevant at p<0.05. Results. LPS administration led to a significant blood pressure, heart rate and ventilation increase. 60 minutes after LPS administration, baroreflex strength index decreased by an average 34±14 % of the initial value and remained at that level until the end of the experiment. The IIR strength also decreased, reaching 93±4 % of the initial value. Differences were significant at p<0.05. Conclusion. The results obtained prove that LPS from S. tуphi cells suppress the reflex mechanisms, which regulate blood circulation and respiration. Keywords: bacterial lipopolysaccharide, Salmonella tуphi, circulation, respiration, arterial baroreflex, inspiratory-inhibitory reflex. Исследование механизмов, реализующих кардиореспираторные эффекты повышенного системного уровня бактериальных липополисахаридов (ЛПС), необходимо для понимания процессов, приводящих к нарушению дыхания и кровообращения при развитии системного воспалительного ответа. ЛПС разных видов бактерий отличаются по составу компонента, определяющего их активность. Цель настоящего исследования состояла в экспериментальной проверке предположения о том, что ЛПС, выделенный из клеток бактерии Salmonella tуphi, может оказывать влияние на рефлексы, участвующие в контроле кровообращения и дыхания. Материалы и методы. В острых экспериментах на крысах линии «Вистар» (n=23, масса 200–225 г), анестезированных уретаном (1800 мг/кг, в/б), регистрировали артериальное давление, пневмотахограмму и электромиограмму диафрагмы. Определяли среднее артериальное давление, частоту сердечных сокращений, дыхательный объём и минутный объём дыхания. Барорефлекс тестировали путем внутривенного введения раствора фенилэфрина, который вызывал дозозависимое повышение артериального давления и, как следствие, рефлекторное снижение частоты сердечных сокращений. Силу инспираторно-тормозящего рефлекса оценивали методом функциональной ваготомии. Величину учитываемых параметров определяли до и после внутривенного введения раствора, содержащего 100 мкг ЛПС или физиологического раствора. Отличия параметров от их исходных и контрольных значений оценивали по критерию Манна–Уитни и считали достоверными при p<0,05. Результаты. Введение ЛПС приводило к статистически значимому росту частоты сердечных сокращений, дыхательного объёма и вентиляции. Через 60 мин после введения ЛПС показатель силы барорефлекса уменьшался в среднем до 34±14 % от исходной величины и оставался на этом уровне до конца эксперимента. Сила инспираторно-тормозящего рефлекса к этому моменту также снижалась, достигая 93±4 % от исходной величины. Выводы. Полученные результаты доказывают, что под влиянием ЛПС, выделенного из клеток Salmonella tуphi, происходит ослабление рефлекторных механизмов регуляции кровообращения и дыхания. Ключевые слова: бактериальный липополисахарид, Salmonella tуphi, кровообращение, дыхание, артериальный барорефлекс, инспираторно-тормозящий рефлекс.