Введение к работе
Актуальность проблемы
Поражения сердечно-сосудистой системы продолжают оставаться широко распространенными и по-прежнему являются основной причиной заболеваемости и смертности населения в индустриально развитых странах. Экспертами ВОЗ прогнозируется, что такая тенденция сохранится и до 2020 года [Crackower М.А. et al., 2002].
Развитие сердца представляет широкое поле исследования для различных специалистов, включая анатомов, физиологов, молекулярных биологов [Rothenbeig F. et al., 2003]. Такие области молекулярной и клеточной кардиологии как детерминация клеток миокарда, процессы пролиферации и клеточной гибели, дистрофические и фиброзные изменения, продолжают оставаться актуальными проблемами, вызывающими интерес исследователей различных направлений медицины и биологии [Epstein J.A., Buck СА, 2000].
Изучение биологической роли пептидов и белков, их синтеза и метаболизма, а также рецепторного аппарата является необходимым для более полного понимания развития сердца [Linask К.К., 2003].
Морфогенез сердца определяется генетической программой развития [Бродский В.Я. и соавт., ,1986, 1991]. Эпигеномные влияния, среди которых основным является гемодинамическая нагрузка [Schroder ЕА et al., 2002], также способны изменять морфогенез сердца. К эпигеномным факторам можно отнести и влияние различных биологических веществ, в том числе пептидов. Эндогенные пептидергические системы (эндотелиновая, ангиотензиновая, опиатергическая) служат, наряду с гормональными и нейротрансмиттерными, основными посредниками, через которые реализуются морфологические, функциональные и биохимические механизмы адаптации сердца в ответ на изменение окружающей среды. В зависимости от силы действующего фактора и срока, на котором осуществляется вмешательство, последствия могут проявляться на клеточном, тканевом или органном уровне [Колесников СИ. и соавт., 1999]. Изменение процессинга пептидов на различных этапах эмбриогенеза способно модулировать активность процессов клеточной пролиферации, дифференцировки, миграции и апоптоза, приводя к различного рода порокам [Yanagisawa Н. et al., 1998; Treinen КА. et al., 1999; Choi J.H. et al., 2002]. Пептидные факторы влияют на различные звенья метаболизма клеток - изменяют транскрипционную активность генов (приводя, например, к активации фетальных генов), регулируют процессы синтеза белка и активность ферментных систем, модулируют функцию систем вторичных мессенджеров, свободнорадикальные процессы и т.д. [Оша С.С. et al., 1994; Fu S.G. et al., 2000; Ostrom R.S. et al., 2003]. Способность представителей различных семейств нейропептидов изменять эти процессы в онтогенезе во многом определяется степенью зрелости эндогенных систем их рецепции и метаболизма. В процессах формирования и роста сердца для каждой системы существуют онтогенетические закономерности ее функциональной и морфогенетической активности. Для многих нейропептидов максимум активности наблюдается именно в критические периоды морфогенеза сердца, либо при развитии патологических изменений в нем [Shanmugam S. et al., 1994; Habets P.E. et al., 2002].
Как и для любого органа, для сердца существует ряд особенно важных в морфогенетическом плане периодов в постнатальном развитии, когда оно наиболее чувствительно к эндо- и экзогенным влияниям. Одним из таких критических временных промежутков для миокарда, согласно сведениям литературы, является период, в котором сочетаются процессы активной пролиферации и программированной клеточной гибели, а также дифференцировки кардиомиоцитов и созревания иннервации сердца. Для крыс этот период составляет 3-4 недели после рождения, для человека - 10-12 лет [Румянцев П.П., 1982; Большакова Г.Б., 1991]. В последующие периоды процессы синтеза ДНК и клеточного деления кардиомиоцитов хотя и не исчезают полностью, не вносят значительного вклада в репарацию сердца при его повреждении. Способность сердца к адаптации при действии патологических факторов на более поздних этапах развития во многом определяется интенсивностью и адекватностью синтеза ДНК на ранних этапах онтогенеза. Накопление ДНК в кардиомиоцитах осуществляется опережающими темпами, создается генетический запас, до которого будет нарастать белковый синтез на более поздних стадиях развития [Бродский В.Я., 1995].
Белок-синтетические процессы не имеют жесткой временной константы, они более лабильны и пластичны. Например, при развитии гипертрофии сердца его масса может возрастать в 3 и более раза в основном за счет накопления сократительных белков [Непомнящих Л.М. и соавт., 1986].
Помимо непосредственных эффектов, при введении ряда ксенобиотиков, в том числе гормонов и пептидных регуляторов, отмечается формирование отсроченных эффектов, проявляющихся в поведенческих, биохимических и структурных изменениях на более поздних этапах и даже на протяжении всей жизни индивидуума. Это особенно характерно при экспозиции в критические периоды онтогенеза [Колесников СИ., 1999; Рыжавский Б.Я., 1999; Csaba G. et al., 2003].
В последние годы большое внимание уделяется участию процессов программированной клеточной гибели в нормальном и патологическом развитии сердца. Изменение этих процессов описано при ИБС, аритмиях, пороках сердца, гипертрофических состояниях, миокардитах, трансплантации и т.д. [Fisher SA et al., 2000; Matturri L. et al., 2001]. При ряде патологических состояний в миокарде взрослых крыс этим путем может элиминироваться до 1/3 кардиомиоцитов [Лушникэва Е.Л. и соавт., 2000; Непомнящих Л.М., Семенов Д.Е., 2000].
Для нормального функционирования сердца особое значение имеет поддержание адекватного баланса между паренхиматозным и стромальным компонентами. Сдвиг соотношения этих компартментов миокарда в сторону избыточного развития кардиомиоцитов (например при гипертрофической кардиомиопатии) или фиброзирования (что встречается гораздо чаще и сопровождает развитие подавляющего числа заболеваний сердца), неблагоприятно отражается на процессах метаболизма паренхиматозных клеток и их основных свойств - возбудимости, проводимости, сократимости [НепомнящихЛ.М. и соавт., 1986].
Модуляция морфогенеза сердца путем влияния на различные звенья метаболизма пептидергических посредников в сердечно-сосудистой системе представляет перспективное направление фармакологии. Лиганды опиатных рецепторов применяются при острых поражениях сердца в течение нескольких десятилетий. Не ограничиваясь только опиатергической системой, это положение нашло подтверждение в создании антагонистов ренин-ангиотензин-альдостероновой системы, являющихся препаратами выбора при гипертонической болезни и сердечной недостаточности, внедрении в кардиологическую практику первого блокатора рецепторов эндотелина -бозертана, а также рекомбинантного препарата человеческого натрийуретического пептида - незиритида.
Цель исследования Изучить закономерности ближайших и отдаленных последствий введения регуляторных пептидов на структурный гомеостаз миокарда крыс.
Достижение этой цели планировалось осуществить с помощью решения следующих конкретных задач:
-
Оценить влияние вазоактивных, опиоидных пептидов и ПМГ на пролиферативный потенциал стромальных и паренхиматозных клеток миокарда новорожденных и половозрелых крыс, а также отсроченные эффекты введения пептидов новорожденным животным у крыс позднего молочного и предпубертатного возраста.
-
Исследовать активность зон ЯОР, размеры кардиомиоцитов и содержание в них общего белка у крыс при введении исследуемых пептидов.
-
Изучить влияние вазоактивных, опиоидных пептидов и ПМГ на соотношение паренхимы и стромы в миокарде новорожденных и половозрелых крыс, а также отсроченные эффекты введения пептидов новорожденным животным у крыс позднего молочного и предпубертатного возраста.
Научная новизна
Впервые описано возрастное изменение динамики экспрессии PCNA в миокарде крыс новорожденного, позднего молочного, предпубертатного и половозрелого возраста, а также проведено сравнение с интенсивностью инкорпорации кардиомиоцитами меченного по тритию тимидина.
Впервые исследованы онтогенетические особенности изменения геометрических и текстурных параметров зон ЯОР ядер кардиомиоцитов при импрегнации нитратом серебра.
Впервые предпринято сравнительное изучение изменения числа стромальных и паренхиматозных клеток в миокарде левого желудочка с учетом возраста животных, проведенное с применением иммуногистохимических маркеров виментина и десмина.
Впервые обнаружена способность эндотелина-1 активировать процессы апоптоза кардиомиоцитов новорожденных крыс при повторном введении.
Впервые обнаружено, что изменения соотношения стромального и паренхиматозного компонентов миокарда, возникающие при введении эндотелина-1 и ангиотензина-И новорожденным крысам сохраняются и у
животных позднего молочного возраста, а при введении эндотелина-1 и у крыс предпубертатного возраста.
Впервые показано, что введение новорожденным крысам агониста к-ОР динорфина А(1-13) способно вызывать избыточное развитие соединительной ткани в миокарде крыс через 15 дней после заключительной инъекции.
Впервые выявлено, что повторные инъекции АНП-2 крысам на первой постнатальной неделе способны снижать активность зон ЯОР кардиомиоцитов у крыс позднего молочного периода.
Впервые обнаружено, что введение ПМГ новорожденным крысам снижает синтез ДНК в клетках стромы миокарда крыс позднего молочного периода.
Впервые показано сохранение изменений гистологических параметров миокарда, возникающих при введении регуляторных пептидов новорожденным крысам у животных позднего молочного и предпубертатного периодов.
Научно-практическая значимость
Работа имеет теоретический характер. Результаты проведенного
исследования могут служить отправной точкой для создания препаратов,
регулирующих процессы пролиферации и дифференцировки кардиомиоцитов, а
также модулирующих процессы развития соединительной ткани и
фиброзирования в миокарде в норме и при действии патологических факторов. Знание возрастных закономерностей позволяет сформулировать показания и противопоказания к назначению фармакологических средств, изменяющих процессы синтеза, рецепции и метаболизма исследованных пептидов. Кроме того, изучение препаратов, используемых в медицинской практике в настоящее время - верапамила, лозартана и эднита, расширяют наши представления об их фармакодинамике и дают объяснение ряду известных эффектов с позиций морфологии. Экспериментальный материал, полученный при проведении данного исследования, может быть использован при подготовке лекций в вузах медицинской и биологической ориентации по специальностям гистология, физиология и патофизиология, анатомия и патологическая анатомия.
Основные положения, выносимые на защиту
1. В процессе постнатального морфогенеза миокарда отмечается
однонаправленное снижение пролиферативного потенциала кардиомиоцитов и
клеток стромы. Процентное содержание клеток стромы возрастает, однако
объемная доля паренхиматозного компонента увеличивается, что обусловлено
возрастанием размеров кардиомиоцитов.
-
Вазоактивные пептиды - ангиотензин-П и эндотелии-1 увеличивают апоптоз кардиомиоцитов, активируют зоны ЯОР, рост кардиомиоцитов и накопление в них белка, изменяют межтканевой баланс миокарда новорожденных крыс в сторону преобладания стромы. Эффект сохраняется у животных позднего молочного возраста, а в отношении эндотелина-1 и у животных предпубертатного возраста.
-
АНП-2 при введении в период новорожденное снижает активность зон ЯОР у крыс позднего молочного периода.
4. Пятикратное введение ПМГ новорожденным крысам угнетает ДНК-
синтетическую активность клеток стромы миокарда животных позднего
молочного возраста.
5. Агонисты к- и м-ОР оказывают активирующее влияние на синтез ДНК
в миокарде новорожденных крыс, стимулируют активность зон ЯОР. Динорфин
А(1-13) при введении новорожденным крысам вызывает избыточное развитие
соединительной ткани в миокарде животных позднего молочного периода.
Апробация работы
Основные положения диссертации представлены на 3-м съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1997); на конференции по проблемам фармакологи и фармации на Дальнем Востоке (Хабаровск, 1997); на юбилейной научной конференции, посвященной 70-летию БА.Саакова (Ростов-на-Дону, 1999), на 8-м Российско-Японском медицинском симпозиуме (Благовещенск, 2000), на III Тихоокеанской научно-практической конференции студентов и молодых ученых с международным участием (Владивосток, 2002), а также на заседании Хабаровского отделения Всероссийского научного общества анатомов, гистологов и эмбриологов 17.06.2004.
Публикация результатов работы
Основные положения диссертации отражены в 10 статьях, 8 тезисах докладов и 2 рационализаторских предложениях.
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из оглавления, списка сокращений, введения, 10 глав собственных исследований, заключения (11 глава), выводов и библиографического указателя.
Объем диссертации составляет 323 страницы машинописного текста и включает ПО таблиц, 107 рисунков и список литературы (622 источника). Диссертация изложена на русском языке.
