Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Изучение механизмов повреждения нервных клеток при ишемии является одной из основных задач нейрохимии, физиологии и биофизики клетки. Нарушение церебрального кровообращения приводит к снижению как внеклеточного рН (рНо), так и внутриклеточного рН (рЩ, увеличению внеклеточной концентрации глутамата, NO, калия, свободных жирных кислот, активации свободно-радикальных процессов и, в итоге, к гибели нейронов. Механизмы действия отдельных патогенетических факторов ишемии (например, глутамата, свободных жирных кислот) относительно хорошо изучено, тогда как действие других либо долгое время оставалось вне круга интересов ведущих специалистов в области патогенеза ишемии (например, снижение вне- и внутриклеточного рН), либо сам фактор повреждения был открыт сравнительно недавно (например, NO) [см. Siesjo, 1981; Chan and Fishman, 1984; Siesjo and Bengtsson, 1989; Shimizu and Wolfe, 1990; Attwell et al., 1993; Coyle and Puttfarcken, 1993; Tombaugh and Sapolski, 1993; Dawson and Snyder, 1994; Болдырев, 1995]. Еще менее исследованной остается проблема комбинированного воздействия различных факторов при инсульте головного мозга. Так, остается неясным, усиливается или компенсируется токсическое действие глутамата при одновременном снижении вне- и внутриклеточного рН [Attwell et al., 1993; Tombaugh and Sapolski, 1993]. Следует отмстить, что цереброваскулярные заболевания являются одной го основных причин смертности даже в странах с высокоразвитой медициной [Зивин и Чой, 1991; Новиков и Лснецов, 1996] и дальнейший прогресс в этой области, безусловно, позволит спасти немало человеческих жизней.
Связь работы с крупными научными програмами
Различные этапы данной работы выполнялись в рамках Республиканской программы фундаментальных исследований (регистрациошшй № 01.89036810) и гранта Б8-305 Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований.
Цель и задачи исследования
Целью настоящего исследования являлось выяснение молекулярных и мембранных механизмов действия низких значений рНо на функциональные свойства синаптосом мозга крыс.
Поставленная цель включала решение следующих задач:
1. Изучение действия закислення инкубационной среды на трансмембранный потенциал синаптосом и интрасинаптосомальных митохондрий, натриевый насос - транспортную систему, обеспечивающую градиент потенциал-образующих ионов.
2. Исследование влияния низких значений рН0 на транспортные
системы мембран, контролирующие вход и выход ионов кальция в
синаитосомах, захват и освобождение нейромедиаторов в
синаитосомах.
3. Изучение действия низких значений рН0 на накопление
продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) в синаитосомах и
активность цитозольной формы супероксиддисмутазы.
Объект и предмет исследования
В качестве объектов исследования использовали синаптосомы (изолированные пресинашические окончания нейронов мозга крыс), вывернутые везикулы из плазматических мембран синаптосом., пермеабилизованные синаптосомы.
Гипотеза
Предположено, что снижение рН инкубационной среды вызывает деполяризацию мембран синаптосом с последующим освобожденим глутамата кальций-зависимым или кальций-независимым способом и активацией процессов ПОЛ.
Методология и методы проведенного исследования
В работе использовались радиоизотопные, спектрофото-метрические и флуоресцентные методы.
Научная новизна полученных результатов
Показано, что закисление инкубационной среды - один из факторов патогенеза ишемии мозга - вызывает быстрое падение потенциала плазматической мембраны синаптосом, связанное с ингибированием натриевого насоса и калиевых каналов. Установлены компенсаторные механизмы, минимизирующие повреждения синаптосом при деполяризации, вызванной снижением рН0. К ним относятся блокада потенциал-чувствительных кальциевьк каналов и ингибирование освобождения глутамата, индуцированного калиевой деполяризацией.
Обнаружено, что снижение рНо способно индуцировать перекисное окисление липидов в синаптосомах, не связанное с изменением проницаемости плазматической мембраны для кальция.
Практическая значимость полученных результатов
Результаты работы существенно расширяют и углубляют современные представления о биофизических механизмах ишемического повреждения нервных клеток. Полученные данные позволяют разрабатывать новую стратегию поиска лекарственных средств для лечения инсультов головного мозга различной этиологии.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
1. Снижение рНо вызывает быструю деполяризацию плазматических мембран синаптосом, которая не формирует нетто-
потока кальция, направленного внутрь и не ведег к увеличению освобождения глутамата.
2, Закисление инкубационной среды ингибирует транспортные
системы мембран, регулирующие гомеостаз кальция в цитоплазме
синаптосом.
3. Низкие значения рНо активируют процессы перекислого
окисления липидов в сшіаптосомах мозга. В эффект увеличения
накопления ТБК-активных продуктов при экстраклеточном ацидозе
не вовлечены ионы кальция.
Личный вклад соискателя
Экспериментальный материал получен при решающем участии автора. Выбор методов исследований, условий экспериментов, интерпретация результатов и анализ полученных данных проведены автором самостоятельно.
Апробация результатов диссертации
Результаты исследований апробированы на II съезде Белорусского общества фотобиологов и биофизиков (Минск, 25-27 июня 1996 г.), Международном симпозиуме "Кислород и свободные радикалы" (Гродно, Беларусь, 19-22 ноября 1996 г.), школе-семинаре ФЕБС "Использование одиночных клеток в изучении сигнальной траисдукции" (Лейден-Амстердам, Нидерланды, 3-Ю мая 1997 г), ХШ школе по биофизике мембранного транспорта (Ледек-Здрой, Польша, 11-18 мая 1997 г.), Международном конгрессе по стрессу (Будапешт, Венгрия, 1-5 июля 1997 г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 4 статьи в научных журналах и 5 тезисов докладов. Общее количество страниц опубликованных материалов - 21.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из общей характеристики работы, введения, обзора литературы (3 главы), описания материалов и методов исследования (1 глава), изложения полученных результатов (3 главы), заключения и списка литературы, включающего 195 наименования. Работа изложена на 109 страницах, содержит 36 рисунков.