Введение к работе
Актуальность проблемы. Митохондриальный АТФ-зависимый калиевый канал (митоКатф), осуществляющий вход калия в митохондрии, в последнее время привлекает внимание многих исследователей в связи с установлением его ключевой роли в защите миокарда от ишемии [Gross G. et al., 1992; Garlid et al., 1997; Vanden Hoek, 2000]. В частности, было показано, что введение животным фармакологических активаторов митоКатф каналов перед продолжительной ишемией миокарда оказывает эффект, подобный ишемическому прекондиционированию, т.е. приводит к положительным экспериментальным и клиническим результатам, таким как сокращение зоны инфаркта и восстановление ритма сердца [Gross et al., 1992; Liu et al., 1998; Tsai et al., 2002; Krylova et al, 2006]. Однако, механизм такой кардиопротекции до сих пор не вполне понятен и требует изучения.
В нашей лаборатории недавно был обнаружен метаболический активатор митоКатф - уридин-5'-дифосфат (УДФ) [Mironova et al., 2004; Негода А.Е., 2005]. На модели острого инфаркта миокарда у крыс были показаны антиишемический и антиаритмический эффекты его метаболических предшественников - уридина и УМФ [Krylova et al., 2006]. Известно, что уридин, в отличие от самого УДФ, проникает в клетку [Matsushita et at., 1970]. Кроме того, в нашей же лаборатории было обнаружено, что при стимуляции работы митоКатф активируется и система выхода калия из митохондрий в обмен на протон [Mironova et al., 2010]. Было предположено, что результатом активации рециклизации калия в митохондриях может быть снижение интенсивности окислительного стресса и, как следствие, восстановление энергетического баланса в ишемизированном миокарде.
По данным ряда исследователей [Ferranti R. et al, 2003], митоКатф может регулировать продукцию активных форм кислорода, генерация которых существенно возрастает как при ишемии, так и в процессе старения организма. Поскольку при старении увеличивается риск возникновения ишемических повреждений тканей, можно предположить наличие возрастных изменений в функционировании митоКатф канала.
Ранее было показано, что усиление процесса транспорта катионов, и в частности калия, в митохондриях имеет важнейшее значение для поддержания теплообразования в некоторых тканях гибернирующих животных, обеспечивая интенсивный несократительный термогенез при пробуждении в условиях неактивной митохондриальной АТФ-синтетазы при низких температурах тела (2-25С) [Миронова и др., 1986]. Изучение особенностей АТФ-зависимого транспорта К+ у гибернирующих животных, находящихся в различных физиологических состояниях, начатое ранее в нашей лаборатории [Fedotcheva et al., 1985], позволит лучше понять механизмы несократительного термогенеза при разогреве зимоспящих животных от критически низких температур до температуры тела.
Цель работы: изучить механизм кардиопротекторного действия активаторов митоКатф при ишемии, а также функциональную роль канала при ряде патологических и физиологических состояний организма, в частности при старении и в терморегуляции организма.
В соответствии с целью работе были поставлены и решены следующие задачи:
-
Изучить влияние активаторов митоКдтф канала на энергетический обмен миокарда и систему антиоксидантной защиты в условиях нормоксии и острой ишемии;
-
На модели «ишемия-реперфузия» миокарда исследовать влияние активатора митоКдтф на снижение зоны инфаркта миокарда, подобрав при этом оптимальную схему его введения;
-
В экспериментах in vitro и in vivo показать адаптогенный эффект активации митоКатф в формировании долгосрочной устойчивости организма к гипоксическим условиям;
-
Выявить изменения функционирования митоКАТФ канала при старении организма;
-
На модели гибернирующих сусликов исследовать роль митоКдтф канала в механизме несократительного термогенеза.
Научная новизна работы. Впервые обнаружено, что активация митоКАТФ его природным активатором в условиях ишемии миокарда способствует сохранению энергетического и антиокислительного статуса миокарда. Предположено, что эти свойства канала могут лежать в основе механизма, опосредующего кардиопротскторный эффект активации митоКдтф при инфаркте миокарда. Впервые установлено антиишемическое действие метаболической активации канала на модели ишемии-реперфузии миокарда, при этом подобрана наиболее эффективная схема введения препарата. В экспериментах как in vitro, так и in vivo, впервые показан адаптогенный эффект активации митоКдхф растительным антигипоксическим препаратом флавоноидного ряда. В данной работе впервые показано снижение функционирования митоКдтф канала в митохондриях печени и сердца крыс при старении организма. Также впервые показана активация цикла калия в митохондриях сердца при пробуждении гибернирующих животных.
Научно-практическое значение работы. Предложенный в работе механизм защитного влияния активации митоКдтф при ишемии и ишемии-реперфузии может быть основой для разработки средств профилактики и лечения ишемических повреждений миокарда. Предшественник метаболического активатора митоКдтф, использованный в работе - уридин-5'-монофосфат, может служить основой для создания новых эффективных антиишемических лекарственных препаратов, действие которых опосредуется активацией митоКАТФ. Показанный в работе адаптогенный эффект активатора канала растительного происхождения открывает перспективу их использования для формирования долгосрочной толерантности организма к гипоксическим условиям. Выявленное в работе снижение функционирования митоКдтф с возрастом также позволит более четко разработать методы профилактики и, возможно, лечения ишемических повреждений миокарда. Обнаруженные изменения в функционировании канала у гибернирующих животных, находящихся в различных физиологических состояниях, помогут лучше понять механизмы несократительного термогенеза у теплокровных животных.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на международных конференциях «Рецепция и внутриклеточная сигнализация»
(Пущино, 2005, 2007 и 2009), 9-й Пущинской конференции молодых ученых «Биология-наука 21 века» (Пущино 2005), VIII Всемирном конгрессе International society for adaptive medicine (ISAM) (Москва, 2006), 10-й всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей «Человек и его здоровье» (С.-Петербург, 2007), ХХ-м съезде Физиологического общества им. Павлова (Москва, 2007), 5-й национальной научно-практической конференции с международным участием «Активные формы кислорода, оксид азота, антиоксиданты и здоровье человека» (Смоленск, 2007), 32-м FEBS конгрессе (Австрия, 2007), международных конференциях «Biological motility: achievements and perspectives» (Пущино, 2008, 2010), конференции с международным участием «Высокогорная гипоксия и геном» (п.Терскол, Кабардино-Балкария, 2008), 5-й Всероссийской конференции с международным участием «Гипоксия: механизмы, адаптация, коррекция» (Москва, 2008).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы двадцать шесть печатных работ, из них пять — статьи в отечественных и зарубежных журналах, одна принята в печать.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, изложения полученных результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 110 страницах, иллюстрирована 12 рисунками и 16 таблицами.
