Введение к работе
Актуальность исследования. Известно, что большинство патологий сердца (сердечная недостаточность, гипертоническая и ишемическая болезни) сопряжены с перегрузкой клеток по кальцию, которая связана с изменением активности кальций-транспортирующих систем (Bers, 2001). При этих же заболеваниях наблюдаются значительные метаболические наругаения, важнейшую часть которых составляют нарушения углеводного обмена, обусловленные снижением чувствительности тканей к инсулину (инсулинорезистентность) (Le Roith and Zick. 2001; Choi et al., 2002; Зимин, 1998; Дедов, 2003). При изучении патологий миокарда эти два явления - нарушения кальциевого гомеостаза и инсулинорезистентность - рассматриваются в большинстве случаев независимо. Вопрос о наличии причинно-следственной связи между ними практически не исследован.
Согласно литературным данным, инсулин в сердце разных видов животных регулирует работу кальциевых каналов, Са2+- АТФ-азы, натрий-кальциевого обменника сарколеммы, Са2+-АТФ-азы саркоплазматического ретикулума (Steffen, 1988, Jordan et al, 1989, Hiraoka, 2003], однако детали распространения нарушения чувствительности тканей к инсулину на функционирования данных систем пока точно не установлены.
В этой связи обращают на себя внимание зимнеспящие животные, которые обладают уникальной устойчивостью функционирования не только в условиях гипотермии и гипоксии, но и в условиях сезонной изменчивости кальциевого гомеостаза (Johansson, 1996; Wang et al., 2002), и чувствительности тканей к инсулину (Florant et al., 1991,Yeh et al., 1995).
Важным показателем кальциевого гомеостаза является зависимость силы сокращения сердечной мышцы от частоты стимуляции - ритмоинотропные отношения (Pieske et al., 1996; Bers, 2001). Ведущее место в механизме ритмоинотропии отводят скоростям трансмембранного обмена кальция и источникам (путям доставки) кальция в клетку (Koch-Weser, Blinks, 1963; Penefsky, 1994; Bers, 2001). В норме в сердце большинства видов теплокровных животных и
ГОС НАіІИіі-ПЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С Петербург «вбРК
человека сила сокращения зависит преимущественно от внеклеточного кальция и имеет положительный тип ритмоинотропии (увеличение частоты стимуляции приводит к росту силы сокращения). Исключением является сердце взрослых крыс, у которых сокращение зависит в большей степени от внутриклеточного источника кальция и характеризуется отрицательным типом ритмоинотропии (увеличение частоты стимуляции вызывает снижение амплитуды сокращений). При заболеваниях сердца зависимость ЧС приобретает на начальных стадиях поликомпонентную форму (положительно-отрицательную), а по мере углубления процесса становится полностью отрицательной (Pieske et al., 1996; Bers, 2001). В последние годы уделяется большое внимание идентификации различных типов ритмоинотропии (Мархасин и др., 1994; Соловьева и др., 1999) и поиску механизмов, лежащих в основе их трансформации (Pieske et al., 1996; 2002). В какой мере процесс трансформации ритмоинотропных отношений является компенсаторным, а в какой патологическим, пока остается неясным.
Уникальной особенностью миокарда зимнеспящих животных является изменение вклада различных источников кальция в регуляцию сокращения при смене функционального состояния животных: в период активности основная роль в сокращении принадлежит внеклеточному кальцию, а в период спячки (гибернации) - внутриклеточному (Kondo, 1986; Wang et al., 2002). В связи с этим в миокарде зимнеспящих обнаружен как положительный, так и отрицательный тип ритмоинотропии (Kondo, Shibata, 1984). Таким образом, процесс трансформации ритмоинотропных отношений в миокарде зимнеспящих является обычным сезонным явлением и не связан с нарушениями в работе сердца (Johansson, 1996; Milsometal., 2001).
В последнее время накоплено много данных о специфических особенностях структуры и функции аппарата электромеханического сопряжения в миокарде зимнеспящих животных. Однако имеющиеся данные крайне противоречивы и не раскрывают полной картины сезонных изменений ритмоинотропных характеристик сердца зимнеспящих животных. Большинство работ посвящено изучению
особенностей электромеханического сопряжения в кардиомиоцитах зимнеспящих в состоянии спячки. В то же время очень мало работ, в которых была бы представлена достаточно полная информация о ритмоинотропных характеристиках миокарда гибернирующих животных в активном состоянии. Роль инсулина в регуляции сократимости миокарда зимнеспящих животных ранее не исследовалась.
Цель работы заключалась в изучении особенностей ритмоинотропных характеристик миокарда зимнеспящих (якутского суслика Citellus undulatus) и роли инсулина в их регуляции.
Задачи:
1. Исследовать ритмоинотропные характеристики в папиллярных мышцах (ПМ)
сердца активных сусликов в разные сезоны года в контроле и под влиянием
инсулина:
Исследовать зависимость амплитуды сокращения от частоты стимуляции (зависимость "частота-сила") в диапазоне от 0,1 до 1 Гц.
Оценить роль внутриклеточного кальция в сократительной активности миокарда зимнеспящих методом эффекта паузы.
-
Оценить вклад внеклеточного кальция в сокращение в миокарде активных сусликов в разные сезоны.
-
Исследовать временную и концентрационную зависимости действия инсулина на сократимость миокарда зимнеспящих.
Научная новизна исследований. Полученные результаты впервые дают полную картину сезонных изменений ритмоинотропных характеристик миокарда зимнеспящих в течение годового цикла. Впервые показано, что инсулин модифицирует характер ритмоинотропных отношений в сердце зимнеспящих. Установлено, что в разные сезоны у зимнеспящих животных изменяется чувствительность кардиомиоцитов к инсулину.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные данные расширяют и уточняют представления о характере ритмоинотропных отношений в сердце человека и животных. Результаты работы вносят вклад в изучение механизмов гормональной регуляции клеточных процессов и молекулярных механизмов сократимости. Полученные результаты показывают, что сердце
зимнеспяших животных можно использовать в качестве модели для изучения механизмов действия инсулина и для поиска кардиопротекторных соединений, способствующих устранению сердечных патологий. Изменения, наблюдающиеся в сердце зимнеспящих в осенний период, могут быть рассмотрепы как подсказанная природой стратегия для выживания в условиях гипотермии и служить рекомендацией для прикладных выходов в кардиологию.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на IV-й Пущинской конференции молодых ученых (Пущино, 1999); П-м съезде биофизиков России (Москва, 1999); международном симпозиуме "Biological motility: new trends in research" (Пущино, 1999); XVI1I-m съезде физиологов России (Казань, 2001); международном симпозиуме "Biological motility: new trends in research" (Пущино, 2004); Ш-м биофизическом конгрессе (Воронеж, 2004).
Структура работы. Работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, которая включает описание методов и результатов исследования, обсуждение результатов и выводы, а также список литературы, состоящий из источников. Работа изложена naAcJ страницах, содержит fft рисунков и J_ таблицы. По материалам работы опубликовано (&_ публикаций, в том числе v статьи.
