Введение к работе
Актуальность проблемы. Зимоспящие животные обладают способностью при наступлении неблагоприятных климатических условий значительно снижать метаболизм и длительное время поддерживать его на низком уровне. Уникальными особенностями обладает сердечно-сосудистая система зимоспящих животных. Сердце зимоспящего способно выполнять свою функцию при температуре тела 1-5С (Lyman, 1955; Ануфриев, 2005). При этом в сердце зимоспящего никогда не наблюдается аритмий или фибрилляции (Burligton et al., 1989). Механизм вхождения животного в спячку и поддержания в течение продолжительного времени функционирования организма в экстремальных условиях не выяснен.
Многолетние исследования показали, что в регуляции естественного гипобиоза принимают участие нейропептиды, гормоны, медиаторы ЦНС, жирные кислоты (Корякина, 1976; Margules, 1979; Swan, 1981; Oeltjen, 1988; Milsom, 1993; Jansky, 1990). Однако, в регуляции естественного гипобиоза принимает участие ряд малоизученных веществ, которые могут содержаться во фракциях экстрактов, выделенных из ряда тканей зимоспящих животных (Игнатьев и др., 1998). Такие фракции обладали гипометаболическим эффектом при введении незиомспящим животным, провоцировали спячку у зимоспящих (Иваницкий и др., 1982; Пастухов и др, 1983; Игнатьев и др., 1987). При исследовании фракций в их составе был обнаружен ряд пептидов и нуклеотидов пуринового ряда (Зиганшин, 1994). Для некоторых фракций было показано, что их гипометаболический эффект практически полностью обусловлен нуклеотидами (Сухова и др., 1998).
В составе фракций был обнаружен такой нуклеотид, как АДФ-рибоза. АДФ-рибоза широко распространена в организме: присутствует практически во всех тканях (Franco et al., 2001). Существует ряд ферментов, ответственных за синтез и метаболизм АДФ-рибозы как внутри, так и снаружи клетки (Kim et al., 1993; Zolkievska, 2005). Этот нуклеотид участвует в регуляции ряда внутриклеточных функций. АДФ-рибоза является разобщителем дыхательной цепи митохондрий, внутриклеточным агонистом катионных неселективных каналов (Perraud et al., 2001), участвует в регуляции уровня цитоплазматического кальция, через модуляцию рианодиновых рецепторов (Jayaraman et al., 1992) и кальциевых АТФ-аз (Berridge et al., 2003), модулирует активность КСа- и КАтф—каналов (Li, Zou et al., 1998; Kim et al., 1993). Активирует некоторые пуриновые рецепторы (Hoyle et al, 1992).
АДФ-рибоза обнаружена в составе низкомолекулярных фракций экстрактов ряда тканей зимоспящих животных во время гибернации, в то же время у летнеактивных зимоспящих она не определена. Представляется логичным, что во время гибернации нуклеотид может опосредовать ряд эффектов, характерных для зимней спячки. Роль АДФ-рибозы в регуляции сердечно-сосудистой системы зимоспящего и незимоспящего животного не изучена. До настоящего времени не было известно, обладает ли АДФ-рибоза кардиотропным действием на сердце млекопитающего.
Цель настоящей работы состояла в исследовании действия АДФ-рибозы и её метаболитов на сердце зимоспящего и незимоспящего животного. В работе были поставлены следующие задачи
1.Выявить возможные кардиотропные эффекты АДФ-рибозы в сердце суслика и крысы.
2.Выявить мишени действия АДФ-рибозы в сердце суслика и крысы. Изучить эффекты АДФ-рибозы на электрическую активность различных отделов сердца.
3.Сравнить действие АДФ-рибозы на сердце зимоспящего и незимоспящего животного.
4.Определить, являются ли эффекты АДФ-рибозы самостоятельными или связаны с действием её метаболитов.
5.Выявить возможные рецепторные механизмы действия АДФ-рибозы в сердце.
6.Изучить влияние АДФ-рибозы на работу изолированного сердца крысы при гипоксии и реоксигенации.
Научная новизна. В работе было впервые рассмотрены кардиотропные эффекты АДФ-рибозы у незимоспящих и зимоспящих млекопитающих. Показано, что АДФ-рибоза оказывает действие на сердечно-сосудистую систему крысы in vivo. Впервые показано, что АДФ-рибоза обладает выраженным самостоятельным кардиотропным действием. При перфузии изолированного сердца АДФ-рибоза оказывает ингибиторное действие - снижает частоту сокращения, различные параметры механической активности сердца.
В работе впервые продемонстрировано, что АДФ-рибоза изменяет биоэлектрическую активность рабочего миокарда и предсердия, уменьшая длительность ПД. АДФ-рибоза усиливает ингибиторные эффекты гипоксии.
Впервые установлено, что механизмы ингибиторного действия АДФ-рибозы в сердце млекопитающего связаны с активацией аденозиновых А1-рецепторов.
Теоретическая и практическая значимость работы. В теоретическом аспекте работа представляет интерес в плане понимания механизмов естественного гипобиоза, расшифровки роли нуклеотидов в регуляции работы сердца зимоспящего животного. Несомненный научный интерес представляет выявленные в работе кардиотропные эффекты и механизмы действия рибозилированного пуринового нуклеотида - АДФ-рибозы. Результаты работы могут быть применены в будущем для моделирования состояний искусственного гипобиоза, использованы при разработке кардиоактивных препаратов.
Апробация работы. Основные результаты работы представлены на III Всероссийской конференции, посвященной 175-летию со дня рождения Ф.В.Овсянникова (Санкт-Петербург, 2003), VI симпозиуме по сравнительной электрокардиологии (Сыктывкар, 2004), XIX съезде физиологического общества им. Павлова (Екатеринбург, 2004). Диссертационная работа апробирована на заседании кафедры физиологии человека и животных биологического факультета
МГУ (2006), на семинаре в лаборатории электрофизиологии сердца института экспериментальной кардиологии РК НІЖ (2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 4 статьи.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 145 страницах и включает введение, обзор литературы, описание материалов и методов исследования, изложение результатов и их обсуждение, выводов, заключения и списка цитируемой литературы. Список литературы включает 306 работ, их них 50 работ отечественных авторов, 256 зарубежных авторов. Диссертация иллюстрирована 47 рисунками, содержит 5 таблиц.