Введение к работе
Актуальность проблемы
Известно, что большинство патологий сердца сопряжены с перегрузкой клеток по кальцию, связанной с изменением активности различных кальцийтранспортирующих систем (обзоры Bers, 2001; Berridge et al., 2003; Lehnart et al., 2009; Eisner et al., 2010). Зависимость силы сокращения от частоты стимуляции (ритмоинотропные отношения) (Bowditch, 1871) представляет собой важный инотропный механизм в сердце большинства видов животных и человека и удобную модель для изучения особенностей кальциевого гомеостаза (Reviews of Koch-Weser, 1963; Endoh, 2004; Janssen 2010; Monasky et al., 2011). Известно, что характер ритмоинотропии зависит от вида и возраста животных, типа миокардиальной ткани, трансформируется при изменениях температуры и в условиях патологий (Мархасин и соавт, 1994, Соловьева и соавт., 1999; Somura et al, 2001, Pieske et al., 1996, 2005). У большинства высших теплокровных животных и человека зависимость «частота-сила» (ЧС) является положительной (увеличение частоты стимуляции вызывает рост силы сокращения). Исключение составляют сердца крыс и мышей, имеющие двухфазный характер зависимости ЧС отрицательный в области низких частот стимуляции и положительный - в области частот стимуляции свыше 1.0 Гц. Согласно общепринятой точке зрения, типы ритмоинотропии определяются соотношением вклада внеклеточных (Са2+-каналы L-типа, Ыа+/Са2+-обменник) и внутриклеточных (саркоплазматический ретикулум) источников кальция в активацию сокращения. Особый интерес представляют в этой связи зимоспящие животные (гибернаторы), в сердце которых это соотношение обратимо меняется при изменении их функционального состояния на протяжении годового цикла (Johansson, 1996; Alekseev et al., 1996; Kokoz et al., 2000; Wang and Zhou, 2002; Yatani 2004; Dibb et al, 2005; Li et al., 2011). Данные литературы (Kondo and Shibata, 1984; Charnock et al, 1983; Zhou et al., 1987) и результаты наших собственных исследований (Накипова и соавт., 2000; Андреева и соавт., 2001; Чумаева, 2004; Nakipova et al., 2007) свидетельствуют о том, что в сердце гибернаторов характер ритмоинотропной зависимости меняется в соответствии с сезонными изменениями кальциевого гомеостаза. Однако картина направленности этих изменений далека от ясности. Известно, что сердце зимоспящих также обладает удивительной способностью к циклическому изменению уровня метаболизма, активности симпато-адреналовой системы и гормонального статуса, являющихся компонентами системы эндогенной регуляции (Kolaeva, 1964; Слоним, 1979; Колаева, 1979; 1993; Nurnberger, 1995, обзоры Carey et al., 2003; Gaiser, 2004; Storey, 2010; Epperson et al., 2011).
Изучение принципов адаптационной стратегии гибериаторов, основанных на координированном изменении кальциевого гомеостаза и нейрогормонального контроля при смене функционального состояния животных, становится все более актуальной проблемой современной кардиологии. В предшествующих исследованиях лаборатории было впервые обнаружено существование 2 типов ритмоинотропии в папиллярных мышцах активных сусликов летнего периода, различающихся чувствительностью к инсулину (Чумаева, 2004; Накипова и соавт., 2002, 2006).
Цель работы:
Целью данной работы является выяснение особенностей ритмоинотропных явлений н механизмов их регуляции в сердце сусликов в течение годового цикла жизни животных
Задачи исследования:
1. Изучить особенности изменений ритмоинотропных
характеристик папиллярных мышц сердца суслика при смене сезонов
активности животных и в динамике зимней спячки.
-
Оценить роль в наблюдаемых изменениях различных источников кальция (внеклеточного и внутриклеточного).
-
Исследовать влияние температуры и р-адренергической стимуляции на характер ритмоинотропной зависимости в сердце суслика.
Научная новизна работы. Проведено исследование особенностей ритмоинотропных характеристик сердца зимоспящих животных при изменении их функционального состояния на протяжении годового цикла в широком диапазоне частоты стимуляции (от 0.1 до 6.0 Гц), температуры (от 37С до 5С) и уровня внеклеточного Са2+ (от 3.6 до 0.18 мМ). Впервые получены данные об особенностях ритмоинотропных явлений в процессе вхождения в спячку и пробуждения. Выявлено существование двух типов ритмоинотропии в сердце суслика: отрицательный и двухфазный. Впервые среди активных летних животных выявлена группа сусликов, которые по характеру ритмоинотропии сходны со спящими. Показано, что папиллярные мышцы с разными ритмоинотропными характеристиками различаются по реакции на изменение концентрации внеклеточного кальция, охлаждение и Р адренергическую стимуляцию.
Научно-практическая значимость работы. Выявленные сезонные
особенности зависимости эффектов инотропных воздействий от
функционального состояния животных, различающихся
типологическими особенностями ритмоинотропии, дополняют знания
о механизмах регуляции сократительной функции сердца. Анализ ритмоинотропных явлений в сердце суслика открывает пути для использования его в качестве природной модели при поиске путей повышения устойчивости миокарда человека в условиях действия гипоксии, ишемии и глубокой гипотермии и методов коррекции патологических состояний миокарда.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на конференциях: «10-я Путинская школа-конференция молодых ученых. Биология - наука XXI века» (Пущино, 2006); «X Всероссийская медико-биологическая конференция молодых исследователей» (С-Петербург, 2007); «XX съезд физиологического общества имени И. П. Павлова» (Москва, 2007); «VIII международный конгресс «Здоровье и образование - XXI век. Современные концепции болезней цивилизации»», (Москва, 2007); «Биологическая подвижность» (Пущино, 2010).
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 15 печатных работах, из них 4 статьи в рецензируемых журналах, 3 - в сборниках трудов и 8 тезисов докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов и их обсуждения, выводов и списка литературы.
Текст диссертации изложен на страницах, проиллюстрирован
рисунками и таблицами. Список литературы содержит
цитируемых источника.
