Введение к работе
1.1. Актуальность темы. Проблемы клеточной проницаемости и распределения веществ между клеткой и средой имеют непосредственное отношение к обмену веществ и представляют собой часть важнейшей общебиологической проблемы - взаимосвязи организма со средой. Данные, характеризующие проницаемость клеток, широко используются в различных областях биологии, медицины, ветеринарии, зоотехнии.
За последние десятилетия собран значительный материал по клеточной проницаемости, пассивному и активному транспорту ионов через плазматические мембраны, роли транспортных АТФ-аз в данных процессах (Бергельсон, 1982; Болдырев, 1982; Бреслер, Никифоров, 1983; Вишняков, 1988; Ткачук, 1990; Орлов, .1991; Halliwell et. al., 1986; Vasilets et. al., 1990).
В течение всей жизни между клеткой и средой поддерживается неравномерное распределение веществ. Как только клетка теряет способность управлять потоками продуктов питания, энергии и информации, она гибнет. Ситуация, при которой ионы калия самопроизвольно выходят из клетки, а ионы натрия, наоборот, поступают внутрь, при этом клетка теряет способность к жизнедеятельности. Кроме того клетке для обеспечения процессов обмена веществ необходимы сахара, липиды, аминокислоты, которые транспортируются в нее. за счет вторично-активного транспорта (Na - насос). Ионы Са2+, благодаря очень низкой концентрации в цитоплазме и высоких градиентов его на клеточных мембранах, играют ключевую роль в жизнедеятельности практически всех животных и растительных клеток (Левицкий, 1993).
Создание ионной' ассимметрии клетки обеспечивается активным транспортом Na+, К+, Са2+ и Н+. Этот процесс осуществляется специальными ферментными системами, а именно Na-K- и Са-АТФ-азами. Данные ферменты представляют собой весьма лабильные системы очень чувствительные к морфофункциональным изменениям клеток протекающим под воздействием внешних факторов.
В последние годы в медицине и ветеринарии применяют лазерную технику с целью патогенетического воздействия (Михайлов, 1982; Добровольский и соавт., 1996; Козлов, 1994, 1997; Киселева, 1995, 1997; Balguera et. al., 1986; Human et. al., 1990). Кроме
того, в литературе встречаются работы, в которых сообщается о неблагоприятном воздействии на организм монохроматического красного света с длиной волны 632, 8 нм даже при очень низких мощностях лазерных установок. Это вызывает необходимость решения ряда вопросов дозиметрии излучения гелий-неонового лазера.
Нейтрофильные гранулоциты интенсивно метаболизирующие клетки, поэтому для них важно поддерживать на определенном уровне электрогенный баланс. Возникающие в них реакции кратковременной адаптации представляют собой системы, для осуществления которых имеются готовые, вполне сформированные механизмы. Одними из таких механизмов являются Na-K- и Са-АТФ-азы. В связи с этим правомерна постановка вопроса о роли транспортных АТФ-аз в процессе облучения неитрофильных гранулоцитов низкоинтенсивным гелий-неоновым лазером (НИГНЛ).
1.2. Цель и задачи исследования. Основной целью данной рабо
ты являлось изучение морфоцитохимии неитрофильных гранулоцитов,
а так же выяснение возможности влияния различных доз низкоинтен
сивного лазерного излучения типа ЛГ - 78 на активность ионтранс-
портирующих систем клеток.
Для выяснения поставленной цели были определены следующие задачи:
-
Изучить морфологию неитрофильных гранулоцитов крупного рогатого скота на цитохимическом и электронно-микроскопическом уровне.
-
Выявить морфофункциональные показатели краткосрочной адаптации неитрофильных гранулоцитов к воздействию низкоинтенсивного гелий-неонового лазера в опытах in vitro.
-
Изучить влияние различных экспозиций низкоинтенсивного гелий-неонового лазера на активность Na-K- и Са-АТФ-аз.
-
Исследовать влияние различных доз низкоинтенсивного гелий-неонового лазера на динамику морфофункциональных показателей неитрофильных гранулоцитов при бронхо-пневмонии у телят.
Работа является самостоятельным разделом комплексной темы кафедры биохимии Мордовского госуниверситета им. Н. П. Огарева (номер регистрации 01870009146) и лаборатории электронной микроскопии.
1.3. Научная новизна. Впервые изучена динамика изменений
электронно-микроскопических структур неитрофильных гранулоцитов
крупного рогатого скота, фотомодифицированных излучением низкоинтенсивного гелий-неонового лазера.
Впервые показана динамика ионтранспортирующих ферментов Na-K- и Са-АТФ-аз в процессе фагоцитоза и лазерного облучения, носящая адаптивные или деструктивные изменения в зависимости от дозы облучения.
Впервые показаны морфофункциональные изменения в нейтрофиль-ных гранулоцитах при бронхо-пневмонии у телят, вызываемые воздействием излучения низкоинтенсивного гелий-неонового лазера. На основании анализа литературных материалов и собственных данных высказывается мнение, что глубина изменений, возникающих под влиянием НИГНЛ зависит от экспозиции облучения нейтрофильных гранулоцитов и их функционального состояния.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Низкоинтенсивный гелий-неоновый лазер вызывает изменения в активности Na-K- и Са-АТФ-аз, обеспечивающие поддержание гоме-остаза клеток, их ультраструктурную организацию в опытах in vitro.
-
Активность ионтранспортирующих систем зависит от стадий фагоцитоза: в стадии движения и адгезии, образования фаголизосом - увеличивается активность ионтранспортирующих АТФ-аз; в стадии килинга и деградации микроорганизмов активность Na-K-АТФ-азы и Са-АТФ-азы снижается.
-
Облучение низкоинтенсивным гелий-неоновым лазером при различных экспозициях, а так же так и в пострадиационный период неоднозначно влияет на активность Na-K- и Са-АТФ-аз. Стимулирующий эффект проявляется при экспозиции лазером 1, 5, 10 минут как в нейтрофилах полученных и облученных из крови здоровых животных, так и больных бронхо-пневмонией. 20-минутная экспозиция вызывает снижение активности Na-K- и Са-АТФ-аз, причем, в нейтрофильных 'гранулоцитах полученных из крови животных больных бронхо-пневмонией, отмечаются глубокие деструктивные изменения в ультраструктурной организации, приводящие к гибели до 30 % клеток.
-
Экспозиции лазером 1, 5, 10 минут стимулирующие активность Na-K- и Са-АТФ-аз сокращают время фагоцитоза до 60 - 90 минут. При 20-минутной экспозиции индекс незавершенности фагоци-
тоза снижается на 28 %.
1.4. Научно-практическая значимость работы. Полученные в
настоящей работе электронно-микроскопические данные расширяют
представления о структурных изменениях, возникающих в нейтро-
фильных гранулоцитах под влиянием низкоинтенсивного гелий-неоно
вого лазера.
Результаты исследования активности Na-K- и Са-АТФ-аз нейтро-фильных гранулоцитов необходимы'для характеристики морфофункцио-нальных изменений фагоцитарной активности для решения ряда вопросов дозиметрии излучения НИГНЛ.
Полученные данные могут использоваться в учебном процессе чтения курсов цитологии, молекулярной биологии, микробиологии, инфекционных заболеваний животных в разделах посвященных светолечению.
1.5. Реализация результатов исследования. Основные положения
диссертации опубликованы в 11 научных работах, отчетах по за
каз-наряду N 53/4-92 "Электромагнитные волны и регуляторные ме
ханизмы биомембран, ответственных за адаптационно-трофические
реакции клеток".
Результаты исследований используются в учебном процессе со студентами ветеринарных и биологических факультетов в Мордовском государственном университете им. Н.П. Огарева, Мордовском государственном педагогическом институте им. М.Е. Евсевьева, Казанской государственной академии ветеринарной медицины, Российском Ордена Дружбы народов университете дружбы народов.
-
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на: Первой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Светоизлучающие системы. Эффективность' и применение" (г.Саранск, 1994); III конгрессе Международной ассоциации морфологов (г.Тверь, 1996); конференции молодых ученых и студентов МГУ (г.Саранск, 1997); ежегодных научно-практических конференциях Мордовского госуниверситета "Огаревские чтения" (г.Саранск, 1995, 1996, 1997).
-
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 165 страницах машинописного текста и состоит из разделов: общая характеристика работы, обзор литературы, материал и методы исследования, результаты и обсуждения собственных исследований, выводы, практические предложения, библиографический
список, который включает 182 источника, в том числе 40 зарубежных. Работа иллюстрирована 8 таблицами, 62 рисунками.