Введение к работе
Актуальность проблемы. Для осуществления постоянной и бесперебойной механической активности сердечной мышцы природа наделила ее несколькими дублирующими механизмами, каждый из которых обеспечивает проникновение в миоплазму определенного количества Са , вызывающего сокращение сердца. Среди них в последнее десятилетие особое внимание привлекает ученых так называемая система Na+-Ca2+ обмена. (Na+-Ca2+exchange 2005; J.P.Reevers, М. Condrescu, 2008). Пока она мало известна среди медиков-кардиологов и до сих пор не созданы лекарственные средства, способные на-
_1_ о_|_
прямую регулировать этот процесс. Изучение Na -Са обмена в настоящее время ограничивается простейшими объектами исследования - фрагментами сарколеммы, изолированными кардиомиоцитами или полосками миокарда. Данный научный экспериментальный подход дал большую информацию о строении транспортного переносчика, осуществляющего Na -Са обмен, механизме его регуляции, участии в электромеханическом сопряжении сердца.
Сейчас, однако, назрела необходимость в осуществлении следующего этапа исследований - изучение этого важнейшего механизма в более сложных объектах, например, на целом сердце в условиях изолирования из организма, или изучение этого процесса на целом животном.
Анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что исследования на данных объектах единичны. И они пока не отражают особенность работы и регуляции Na -Са обменного механизма в целостном органе. Трудности выполнения подобных исследований обусловлены крайне незначительными изменениями внутриклеточной и внеклеточной концентрации Са , который транспортируется через мембрану сарколеммы в процессе Na -Са обмена.
Поэтому для измерения этого процесса используются косвенные методики - измерение сопротивления мембраны, применение Са -селективных биолюминесцентных реагентов, а также микроэлектроды, вводимые внутрь клеток (S. Antolin, H.R. Matthews, 2007; А.С. MacDonald, S.E. Howlett, 2008).Подобные процедуры невозможно использовать на интактном сердце.
В этой связи возникла необходимость в разработке новой методики, позволяющей изучать натрий зависимые потоки ионов Са через мембраны кар-диомиоцитов (Na -Са обмен) в целом сердце. Овладение такой методикой дает широкий простор для изучения состояния Na -Са обмена при различных заболеваниях сердца. А также появляется возможность исследования известных и новых лекарственных препаратов используемых в кардиологии.
_1_ о_|_
Поскольку Na -Са обмен сопровождается изменением потенциала на мембране сарколеммы, было важным определить связь этого обмена с возникновением электрической нестабильности сердца, завершающейся его аритмией.
Цель и задачи исследования: Цель диссертационной работы - изучить состояние Na -Са обменной системы изолированного сердца крысы в норме и при патологиях, определить ее роль в возникновении фибрилляции миокарда, а также при воздействии некоторых лекарственных веществ.
В связи с целью были поставлены задачи исследования:
Разработка методики для исследования натрий-зависимого транспорта ионов кальция в изолированном сердце крысы.
Изучить особенности Na -Са обмена в изолированном сердце крысы. Оценить доли потоков ионов Na+, обеспечивающих Na+ -Н4" и Na+-Ca + обмены при снижении внеклеточного уровня Na .
Определить роль Na -Са обмена в возникновении фибрилляции желудочков сердца.
Выявить участие митохондрий сердца в поглощении ими избыточно поступающего в сердце Са через систему Na -Са обмена. Оценить при этом их способность к окислительному фосфорилированию.
Установить влияние различных концентраций К , рН, гипоксии, реперфузии после ишемии и пероксидного окисления липидов на Na -Са обмен в сердце крысы.
Изучить влияние некоторых кардиотропных лекарственных веществ на процесс Na -Са обмена в изолированном сердце крысы.
_1_ о_|_
Научная новизна. Впервые Na -Са обмен изучен путем непосредственного измерения динамики изменений концентрации Са во внеклеточной среде в интактном изолированном сердце крысы. Рассчитаны ряд параметров в условиях нормы и при повторных инициациях этого процесса. Новизна метода подтверждена решением Федеральной службы по интеллектуальной собственности, выдачей патента ((19)RU(11)2400825(13)C1).
Зарегистрирована активация поглощения кислорода митохондриями, происходящая в момент аккумуляции ими избыточно поступающего в сердце ионов Са через систему Na -Са обмена. При этом наблюдается необратимое нарушение процесса окислительного фосфорилирования.
Установлено, что фибрилляция желудочков возникает в момент наибольшей скорости поглощения Са сердечной мышцей при Na -Са обмене. Блокирование этого процесса предупреждает её возникновение.
_1_ о_|_
Изучена особенность протекания Na -Са обмена в целом сердце при гипоксии, реперфузии после ишемии, при активизации пероксидного окисления липидов, влиянии изменений рН. С помощью нового метода получен ответ о причине побочного негативного влияния некоторых лекарственных средств на сердечную деятельность. Получены новые данные о механизме действия верапамила и кофеина на обмен Са . Предложен новый тест для оценки селективности действия различных факторов и веществ на процесс Na -Са обмена протекающего в режиме реверсии.
Практическая значимость. Тема диссертации является составной частью плана научно-исследовательской работы ГОУ ВПО ВГМА им. Н.Н. Бурденко Минздравсоцразвития России и утверждена на заседании Ученого совета педиатрического факультета ВГМА (протокол №5 от 24.12.2006г.), номер Государственной регистрации 01.200.202014.
Новая экспериментальная методика позволяет напрямую измерять динамику поглощения изолированным сердцем крысы внеклеточного Са при
стимулировании процесса Na -Са обмена. Установлена взаимосвязь между интенсификацией Na -Са обмена и возникновением фибрилляции желудочков сердца.
_1_ о_|_
Полученные новые данные об особенностях протекания Na -Са обмена в реверсном режиме при изменениях рН, гипоксии, реперфузии после ишемии, активировании пероксидного окисления липидов, могут быть использованы клиническими кафедрами для объяснения патогенеза развития осложнений в сердце при различных его заболеваниях.
Разработанная методика может служить в дальнейшем одним из способов исследования лекарственных веществ обладающих побочными эффектами на сердце, наблюдаемых в клинической практике. Полученные в ходе настоящего исследования новые знания используются в лекциях и на практических занятиях по биохимии, нормальной физиологии, патофизиологии и фармакологии Воронежской государственной медицинской академии.
Апробация работы. Результаты исследований, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на II Международной научной конференции молодых учёных-медиков (Курск, 2008); I Международной дистанционной научной конференции «Инновации в медицине» (Курск, 2008); Научной сессии сотрудников Воронежского госуниверситета (Воронеж, 2009); Российской конференции, посвященной 80 - летию со дня рождения Р.И. Лифшица (Челябинск, 2009); III Международной научной конференции молодых учёных - медиков (Воронеж, 2009); IV Международной научной конференции молодых учёных - медиков (Курск, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК, и получен патент на изобретение №2400825.
На защиту выносятся следующие положения:
1. С помощью созданного изобретения, позволяющего регистрировать
Na -Са обмен, можно количественно изучать этот процесс на изолиро
ванном сердце крысы.
_1_ о_|_
Активизация Na -Са обмена в реверсном режиме сопровождается аккумуляцией избытка Са митохондриями, в результате чего происходит нарушение в них процесса окислительного фосфорилирования.
При непродолжительной гипоксии, в отличие от ишемических факторов воздействия, наблюдается возрастание скорости накопления ионов Са в сердце крысы через систему Na -Са обмена.
Активизация процесса поступления Са в сердце путем Na -Са обмена (в реверсном режиме) сопровождается резкими нарушениями электрической активности сердца и возникновением фибрилляции его желудочков.
Побочные кардиодепрессивные свойства некоторых лекарственных средств (доксорубицин, верапамил, ноотропил, новатрон ) могут быть обусловлены непосредственным влиянием их на Na -Са обменник в сердце.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 144 страницах компьютерного текста и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, 4-х глав собственных результатов исследований, выводов, списка литературы. Иллюстративный материал включает 23 рисунка и 14 таблиц.
