Роль ионов Са++ в электрогенезе спонтанной активности гладкомышечных клеток мочеточника Оганесян, Асмик Сократовна

Введение к работе

Актуальность проблемы. Имеющиеся в литературе данные свидетельствуют о важной роли ионов Са⁺⁺ в обеспечении генерации электрической активности и возникновении процесса сокращения гладкомышечной ткани ( Boev et al., 1976; Kuriyama et al., 1976; Casteels et el., 1977; Bolton, 1979; Johansson , Somlyo, 1980; Шуба, I981; De Feo, Morgan, 1985; Goldman et el., 1986; Костюк, 1986; Sumimoto, Kuriyama, 1986; Курский и др., 1987).

Известно, что поддержание низкого уровня внутриклеточной
концентрации Са"¹⁴" определяется скоростями поступления его в
клетку, компартментализации внутриклеточными структурами и вы
ведения из клетки. Для гладких мышц установлено, что возраста
ние внутриклеточной концентрации ионизированного Са⁺⁺, активи
рующего сократительный эффект, обеспечивается в основном вне -
клеточным кальцием(Каплуненко, 1975; Bolton, 1979; Таранен-

ко, 1980; Шуба, 1981; Нага et el., 1986). Вход Са⁺⁺ в клетку происходит по градиенту электрохимического потенциала через специальные канальные структуры, обладающие различными электрохимическими свойствами, а также посредством д/а⁺- Са⁺⁺обмена. Понижение внутриклеточной концентрации ионизированного Са⁺⁺осу-ществляется за счет функционирования АТФ-зависимой Са⁺⁺- помпы ( Casteels, Van Breemen, 1975; Nahrai et al., 1977) и /Va⁺-Ca⁺⁺ обменного механизма, использующего энергию электрохимического градиента /*/а⁺ для транслокации Са⁺⁺. В основе механизма противотранспорта ионов Na.⁺ и Са⁺⁺ лежит явление обменной диффузии: вход "п" ионов Л/а⁺ (п=2-4) по электрохимическому градиенту в клетку сопряжен с одновременным выходом из нее одного иона Са⁺⁺ против электрохимического градиента ( Biaustem,

1977; Ajckin et al., 1984; Matlib et al., 1985; Aickin
et al., 1987; Ashida, Blaustein, 1987).

Детально исследована важная роль /Va.⁺- Са⁺⁺ обменного ме
ханизма в регуляции внутриклеточной концентрации Са⁺⁺ в сердеч
ных мышцах ( Heuter, Seitz, 1968; Sjegl et al., 1984; Кimu-
ra et al., 1987; Ljpp, Pott, 1988). Однако изучение данно-

го вопроса в отношении гладких мышц на сегодняшний день представлено весьма противоречивыми данными ( Van Hreemen et al.,

1973; Aidejn et al., 1987; Aaronson, Pehnam, 1989). Наименее изученными в этом плане являются гладкие мышцы мочеточника. В связи с наличием определенного сходства в поведении сердечной мускулатуры и гладкомышечной ткани мочеточника ( Kuri-уагаа, Tomita, 1970; Chapman, 1974; Shuba, 1977 а) возникло предположение о возможном существовании /Va⁺- Са⁺⁺ обменного механизма в'гладкомышечных клетках мочеточника. Исходя из цикличности ионообменных процессов, А/а⁺- Са⁺⁺ обменный механизм, поддерживающий низкий уровень внутриклеточного Са⁺⁺, может служить связующим звеном между Са⁺⁺- каналами и Na⁺- К⁺- помпой и,- таким образом, принимать участие в регуляции спонтанной активности мочеточника. Изучение принципов работы данной транспортной системы поможет выяснению меха -низмов, лежащих в основе эндогенных колебательных процессов гладкомышечных клеток.

Имеющиеся на сегодняшний день скудные литературные данные по изучению физиологической роли Д/а⁺- Са⁺⁺ обменного механизма в гладкомышечных клетках мочеточника ( Аюкщ et al., 1984; Aickin, 1987; Aickjn et al., 1987; Aaronson, Benham, 1989) оставляют нерешенным вопрос относительно участия данной системы в регуляции таких основных функций мочеточника, как генерация активности, сократительной деятельности. Среди заболеваний мочеточника едва ли можно найти хотя бы одно, которое не было бы определенным образом связано с нарушением его сократительной функции. Поэтому изучение мембранных транспортных систем, контролирующих уровень внутриклеточного Са⁺⁺, необходимо для глубокого понимания механизмов, лежащих в основе различных патологических процессов, протекающих в гладкомышечной ткани мочеточника.

Цель работы. Цель работы заключалась в исследовании /Va⁺-Са⁺⁺ обменного механизма, его участия в обеспечении гомеоста-за клеточного кальция и кальциевого контроля электрической активности гладкомышечных клеток мочеточника.

Основные задачи исследования:

I. Исследование роли ионов /Va⁺ среды в регуляции спонтанной активности гладкомышечных клеток мочеточника.

1. Определение вклада концентрационного градиента ионов /\/а⁺ в регуляцию внутриклеточной концентрации ионов Са⁺⁺.

2. Выявление специфичности А/а⁺- Са⁺⁺ обменного механизма.

4. Исследование роли /Va⁺-Ca⁺⁺ обменного механизма в фор
мировании потенциалов действия гладкомышечных клеток мочеточни
ка.

Научная новизна работы. Исследована роль ионов А/а⁺ в регуляции спонтанной активности гладкомышечных клеток мочеточника.

Установлена монотонная зависимость внутриклеточной концентрации ионов Са⁺⁺ и длительности генерации спайковой активности от концентрации ионов Са⁺⁺ во внешнем безнатриевом растворе. Внутриклеточная концентрация ионов Са⁺⁺ в этих условиях достигает максимальной величины за период времени, в течение которого наблюдается генерация спайков. При этом отмечается также значительное уменьшение внутриклеточной концентрации ионов Л/а⁺.

Показано, что гладкие мышцы мочеточника, обогащенные кальцием, восстанавливают спайковуго активность при введении ионов

/Va⁺ либо dx ⁺ в среду, тогда как ионы Ва⁺⁺ не способны заменить ионы Са^ в данном процессе. Таким образом, выявлена специфичность обменной системы к ионам Са⁺⁺ и малоизбиратель -ность к ионам /\/а⁺.

Впервые обнаружено также непосредственное участие /Va⁺-Са⁺⁺ обменного механизма как в возникновении спонтанной активности, так и в формировании потенциалов действия мочеточника. Наличие концентрационного градиента ионов /Va⁺ может принимать участие в генерации плато-компонента спайковой активности.

Проведены исследования регуляторной роли /Va⁺- Са⁺⁺ обменного механизма в поддержании Са⁺⁺ - гомеостаза гладкомышечных клеток мочеточника. Впервые обнаружено, что при значительном превышении внутриклеточной концентрации ионов Са⁺⁺ над базаль-ным уровнем введение ионов /7а⁺ в среду способно обеспечить выход избыточного количества Са⁺⁺. Выявлено соответствующее таковому сопряженное увеличение внутриклеточной концентрации ионов /Va⁺. При этом эффективность выведения ионов Са⁴⁺ определяется натриевым концентрационным градиентом.

Делается вывод о необходимости присутствия А/а.*- Ca^f+ об-

- б -

менного механизма в мемранах гладкомышечных клеток мочеточника как одного из механизмов генерации стабильной спонтанной спай-ковой активности и регуляции внутриклеточной концентрации ионов Са⁺⁺. Предполагается, что Л/а⁺- Са⁺⁺ обменная система осуществляет связь между работой Са⁺⁺- канала и функционированием Д/а⁺- К⁴"- помпы.

Практическая ценность работы. Работа может быть отнесена к числу фундаментальных исследований. Полученные в работе данные помогут выяснению механизма происхождения различных заболеваний мочеточника и проведению целенаправленных лечебных мероприятий. Результаты исследований помогут также выявить спектр лекарственных средств для устранения ряда патологических состояний мочеточника, вызванных нарушением обмена ионов /Va⁺ и Са⁴⁴" в клетке.

Кроме того, полученные данные о роли и взаимодействии транспортных систем в процессе электрической активности гладких мышц могут быть использованы в учебном процессе вузов медико-биологического профиля.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на: ИГ Республиканской конференции аспирантов, Ереван, 1989; годичной научной сессии Института физиологии им.Л.А.Орбели АН Арменш Ереван, 1990; конференции "Биофизика мембран", посвященной памяти Э.Нарушявичюса, Каунас, 1990; Ш Всесоюзной конференции по нейронаукам, Киев, 1990.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 7 научных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на страницах машинописи. Состоит из введения, обзора литературы (глава I), методики исследования (глава 2), результатов исследования и их обсуждения (глава 3), общего заключения (глава 4), выводов и списка литературы (34 работы отечественных и 221 - зарубежных авторов). Диссертация иллюстрирована 26 рисунками и 2 таблицами.