Локальная и дистантная регуляция сократительной активности гладких мышц воздухоносных путей (15.08.2011)

Автор: Дьякова Елена Юрьевна

Задачи исследования:

1. Исследовать влияние эпителия на сократительную активность гладких мышц воздухоносных путей в физиологических условиях и в условиях формирования гиперреактивности.

2. Изучить влияние нитросоединений на регуляцию сократительной активности воздухоносных путей в физиологических условиях и в условиях формирования гиперреактивности.

3. Исследовать влияние ингибиторов ферментов метаболизма арахидоновой кислоты на сократительную активность воздухоносных путей в физиологических условиях и в условиях формирования гиперреактивности.

4. Определить роль интерлейкина 5 и интерлейкина 4 в регуляции тонуса воздухоносных путей в физиологических условиях и в условиях формирования гиперреактивности.

5. Выяснить роль компонентов цитоскелета в реализации локальных механизмов регуляции гладких мышц воздухоносных путей морских свинок в физиологических условиях и при формировании гиперреактивности.

6. Исследовать влияние аэрозолей нанодисперсных структур CoFe2O4 на сократительные реакции гладких мышц воздухоносных путей морских свинок.

Положения, выносимые на защиту:

1. Эпителий воздухоносных путей модулирует сократительные реакции гладких мышц, характер этого воздействия зависит как от факторов, запускающих сократительные ответы, так и от исходного состояния гладкомышечных клеток. В условиях формирования гиперреактивности модулирующее влияние эпителия на сократительную активность гладких мышц утрачивается. Этот эффект связан с изменением чувствительности гладкомышечных клеток к релаксирующим факторам (нитроксидергические реакции гладких мышц от сенсибилизированных животных зависят от вида NO-донора: снижаются при действии нитрозоглутатиона и увеличиваются при действии нитропруссида натрия).

2. Метаболиты арахидоновой кислоты, а так же интерлейкины 4 и 5 в физиологических условиях потенцируют сократительные реакции гладкомышечных клеток и угнетают их ответы на дилатационные воздействия. Эти эффекты сохраняются, а в ряде случаев даже усиливаются в условиях формирования гиперреактивности. Рекомбинантный рецептор интерлейкина 5 устраняет эффект экзогенного интерлейкина 5.

3. Величина гиперкалиевого сокращения гладких мышц зависит от характера дезинтеграции элементов цитоскелета: разрушение микротрубочек потенцирует сократительные ответы, а разрушение микрофиламентов – угнетает. В условиях формирования гиперреактивности эффект дезинтеграции цитоскелета на сократительные рецептор-зависимые реакции гладкомышечных сегментов снижается.

4. Влияние нанодисперсных структур на сократительные реакции гладких мышц воздухоносных путей как при ингаляционном введении, так и при воздействии на изолированные сегменты сходно с эффектом дезинтегратора всех компонентов цитоскелета колхицина – модулирующее влияние определяется предсокращающим фактором и исходным состоянием гладкомышечных клеток.

Научная новизна

Впервые установлено, что в случае предсокращения сегментов воздухоносных путей гистамином адренергические дилатационные реакции в присутствии эпителия усиливаются, в случае предсокращения гиперкалиевым раствором – ослабляются.

Показано, что при сенсибилизации эпителий теряет способность модулировать сократительные реакции подлежащих гладких мышц воздухоносных путей.

Выявлено, что нитроксидергические дилатационные реакции гладких мышц воздухоносных путей при сенсибилизации зависят от вида NO-донора: уменьшаются реакции, вызванные нитрозоглутатионом, и усиливаются реакции при воздействии нитропруссида натрия.

Впервые показано, что в условиях формирования гиперреактивности лейкотриены усиливают гистаминергические и серотонинергические сократительные реакции, а простагландины и тромбоксаны усиливают серотонинергические реакции и ослабляют гистаминергические реакции.

Установлено, что инкубация гладкомышечных сегментов воздухоносных путей с интерлейкином 4 и интерлейкином 5 приводит к усилению гистаминергических и снижению адренергических реакций, как животных контрольной группы, так и сенсибилизированных.

Показано, что растворимая субъединица рекомбинантного рецептора интерлейкина-5 дозозависимо снижает эффект экзогенного интерлейкина 5, а инкубация с рецептором сегментов воздухоносных путей сенсибилизированных (но не контрольной группы) животных подавляет гистаминергические сократительные реакции.

Впервые выявлено, что величина гиперкалиевого сокращения зависит от степени дезинтеграции элементов цитоскелета: разрушение микротрубочек приводит к увеличению гиперкалиевой контрактуры, а разрушение микрофиламентов – к уменьшению. Показано, что дезинтеграция цитоскелета снижает гистаминергические сократительные реакции гладких мышц воздухоносных путей животных как контрольной группы, так и сенсибилизированных.

Впервые показано, что действие нанодисперсных структур на гиперкалиевую контрактуру сходно с эффектом дезинтегратора цитоскелета колхицина. При воздействии наночастицами CoFe2O4 на гладкие мышцы воздухоносных путей усиливаются и гистаминергические и адренергические реакции.

Научно-практическая значимость

Результаты исследования являются вкладом в развитие фундаментальных знаний об изменении регуляторных механизмов сократительной активности гладких мышц воздухоносных путей при формировании гиперреактивности. Полученные данные дополняют представления о патогенезе бронхиальной гиперреактивности при заболеваниях бронхолегочной системы. Установлено, что ведущим механизмом в формировании гиперреактивности гладких мышц воздухоносных путей является потеря эпителием модулирующего влияния на гладкие мышцы. Результаты проведенных исследований расширяют научную базу для создания новых патогенетически обоснованных средств коррекции бронхоспастических состояний.

Основные положения работы используются в курсах лекций и практических занятиях, проводимых на кафедрах биофизики и функциональной диагностики, нормальной физиологии Сибирского государственного медицинского университета, на кафедре физиологии человека и животных Томского государственного университета.

Методические приемы и полученные данные используются в научных исследованиях, проводимых на кафедрах биофизики и функциональной диагностики, нормальной физиологии, Центральной научно-исследовательской лаборатории Сибирского государственного медицинского университета. Областями применения полученных научных данных являются физиология, патофизиология, пульмонология, биофизика, фармакология.

Апробация и реализация работы

Основные результаты диссертации обсуждены на всероссийских и международных конгрессах: Международной конференции «Biological motility» (Пущино, 2004), Международном «3-rd Congress of European Region International Union against Tuberculosis and Lung Diseases (IUATLD)» (Москва, 2004), Международном V конгрессе молодых ученых и специалистов «Науки о человеке» (Томск, 2004), Международном V Сибирском физиологическом съезде (Томск, 2005), Международном VI конгрессе молодых ученых и специалистов «Науки о человеке» (Томск, 2005), Международном VIII конгрессе молодых ученых и специалистов «Науки о человеке» (Томск, 2007), научной конференции с международным участием, посвященной 100-летию со дня рождения профессора Е.Ф. Ларина «Нейрогуморальные механизмы регуляции органов пищеварительной системы в норме и при патологии» (Томск, 2007), Международном IX конгрессе молодых ученых и специалистов «Науки о человеке» (Томск, 2008), Международном VI Сибирском физиологическом съезде (Барнаул, 2008), 4-ой Всероссийской с международным участием школе-конференции по физиологии кровообращения (Москва, 2008), Международном X конгрессе молодых ученых и специалистов «Науки о человеке» (Томск, 2009), научной конференции с международным участием, посвященной 120-летию кафедры нормальной физиологии СибГМУ (ТМИ) и кафедры физиологии ТГУ «Нейрогуморальные механизмы регуляции висцеральных органов и систем в норме и при патологии» (Томск, 2009), Международной научно-практической конференции «Здоровье и образование в XXI веке» (Москва, 2009).

Исследования поддержаны грантами РФФИ – «Исследование механизмов регуляции цитоскелетом сократительной активности гладких мышц» (№ 07-04-01184), «Разработка технологии контроля оценки повреждающего действия различных наноматериалов при ингаляционном поступлении» (№09-04-99124-р_офи); ФЦП – «Разработка научно-технологической основы применения лазерных технологий в биомедицинских исследованиях, эффективных методов экспресс-диагностики основных социально-значимых заболеваний респираторной системы человека с использованием методов лазерной спектроскопии» (№02.740.11.0083), «Разработка технологии селективного управления внутриклеточной газовой сигнализацией» (№ 02.740.11.5031), «Разработка технологических основ управления функциональным состоянием клеток на основе идентификации ключевых звеньев трансляции сигналов с участием активных форм кислорода и элементов цитоскелета» (№ П455). Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (№ 02.438.11.7018).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 69 печатных работ, из них 24 полнотекстовые статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК и одна монография.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 252 страницах машинописного текста и состоит из введения, глав: «Обзор литературы», «Материал и методы исследования», «Результаты исследования», «Обсуждение результатов исследования» и заключения. Библиография включает 333 ссылок, в том числе 99 – работ отечественных авторов и 234 – зарубежных. Работа иллюстрирована 101 рисунком и 1 таблицей.

Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Автором самостоятельно на основании обзора большого количества литературных данных сформулированы цель и задачи, разработан дизайн исследования.

Автором самостоятельно выполнены эксперименты по изучению сократительной активности сегментов воздухоносных путей морских свинок и исследование состава выдыхаемого воздуха экспериментальных животных.

Автором самостоятельно проведена статистическая обработка результатов, их научный анализ и обсуждение, сформулированы выводы и положения, выносимые на защиту.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования служили изолированные кольцевые гладкомышечные сегменты главных бронхов половозрелых морских свинок - самцов весом 200-400 г. Всего было использовано 172 особи, на 71 из которых моделировалась гиперреактивность воздухоносных путей (было приготовлено 308 сегментов), 91 особь служила контролем (415 сегментов), 10 подвергались ингаляционному воздействию аэрозоля нанодисперсных частиц (21 сегмент). Были сформированы две экспериментальные группы животных и две контрольные. Животные первой экспериментальной группы сенсибилизировались трехкратными подкожными инъекциями 0,1 мл на 100 г. массы тела животного 0,25% раствора овальбумина в физиологическом растворе (промежуток между инъекциями 3-4 дня). На 21 день животные подвергались ингаляционному воздействию аэрозоля того же раствора. Животные первой контрольной группы подвергались воздействию физиологического раствора по аналогичной схеме. Животные второй экспериментальной группы подвергались ингаляциям нанопорошка CoFe2O4 (феррит кобальта) в концентрации 0,05 мг/мл, которые проводились ежедневно в течение 30 минут (курс 4 дня). Животные второй контрольной группы подвергались воздействию дистиллированной воды по аналогичной схеме. Содержание, питание, уход за животными и выведение их из эксперимента осуществлялось в соответствии с требованиями «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных».

Методика исследования механического напряжения. Механическое напряжение (МН) кольцевых гладкомышечных сегментов бронхов регистрировали изометрическим датчиком силы FT10G в условиях, близких к изометрическим, при температуре 37 0С в аэрируемом растворе Кребса. Исследования проводились на сегментах с сохраненным эпителием (интактных) и на деэпителизированных сегментах, при этом эпителий удалялся механически вращением деревянного шпателя в просвете сегмента в течение 1 минуты.

Перед началом исследования сегменты тестировались воздействием гиперкалиевого раствора Кребса (40 мМ), амплитуда ответа на который принималась за 100 %. Величины сократительных ответов на воздействие исследуемых соединений оценивались в % от амплитуды этого контрольного сокращения.

Для изучения влияния биологически активных веществ (БАВ) они добавлялись непосредственно в камеру, в которой находились сегменты.

При исследовании влияния ингибитора 5-липоксигеназы АА 861 на сократительную активность воздухоносных путей (ВП), данный ингибитор в концентрации 1 мкМ добавлялся в камеру, в которой находились исследуемые сегменты ВП [E. Titos, J. Claria, A. Planaguma et al., 2003]. Сегменты находились в данном растворе в течение 30 минут, после чего подвергались воздействию БАВ.

Ингибитор циклооксигеназы индометацин в концентрации 10 мкМ добавлялся в камеру по аналогичной схеме [A.K. Larsson, M. Baeck, J. Hjoberg et al., 2005], обработка сегментов происходила в течение 15 минут.


загрузка...