Трансмембранный протонный обмен в эритроцитах при первичной гипертонии. : Исследование методом ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля Сорокина, Наталья Юрьевна

Введение к работе

Актуальность проблемы. Гипертоническая болезнь (ГБ) является самой распространенной формой сердечно-сосудистой патологии. Один из вариантов ГБ - первичная гипертония человека развивается на основе нарушения структуры и катион-транспортных функций мембран в клетках различного типа, в том числе и в эритроцитах. В данном случае хронически повышенное артериальное давление не связано ни с поражением почек, ни с артериосклерозом и является следствием нарушения одной транспортной системы регуляции водно-солевого гомеостаза -плазматической мембраны. При этом почки адаптируются к данным условиям и работают в режиме переключения, при котором величина регулируемого ими артериального давления сдвинута в сторону более высоких значений [Постнов Ю.В. и др.,1987]. Структурные изменения в плазматической мембране, природа которых до сих пор не ясна, приводят к нарушению функционирования переносчиков ионов Са⁺, Na⁺, К*, повышению пассивной проницаемости мембраны для одновалентных катионов и уменьшению мембранного электрического потенциала. Таким образом, изучение особенностей мембранных нарушений в клетках пациентов является важной проблемой, а сопоставление этих данных с другими физиологическими характеристиками и клиническими особенностями может иметь решающее значение в определении конкретных вариантов ГБ.

Используемые в экспериментах по изучению Na⁺/H⁺, Na⁺/Na⁺ и кальциевого обмена при первичной гипертонии биохимические методики и классический метод радиоактивных изотопов позволяют характеризовать катион-транспортные системы мембран, однако являются достаточно сложными и дорогими, что сводит к минимуму их использование в практике. С этой точки зрения неоспоримое преимущество имеет метод ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля (ЯМР ИГМП). В этом случае ядра, обладающие магнитным моментом, являются природной меткой, за трансляционным перемещением которой можно следить по изменению амплитуды сигнала спинового эхо. В итоге, возможность изучения процессов самодиффузии компонентов системы без вмешательства во внутреннюю структуру и широкий диапазон доступных измерению коэффициентов самодиффузии (КСД) позволяют использовать метод ЯМР ИГМП для исследования биологических систем наиболее эффективно. Однако исследований трансмембранного обмена воды и протонного обмена в клетках методом ЯМР ИГМП при наличии мембранных патологий до сих пор практически не проводилось. Целью работы являлось:

1. Экспериментальное исследование обменных процессов в суспензиях эритроцитов на основе изучения в них особенностей самодиффузии.

2. Установление принципиальной возможности выявления мембранных нарушений, характерных для. первичной гипертонии, в эритроцитах человека методом ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля (ИГМП) на ядрах Н .

Научная новизна.

1. Методом импульсного ЯМР исследовалась форма диффузионного
затухания в суспензиях эритроцитов в диапазоне трех порядков величины
амплитуды сигнала спинового эха. Установлено, что форма ДЗ описывается
суммой трех компонент, относящихся к протонам внутри- и внеклеточной воды, а
также к протонам структурообразующих молекул мембраны.

2. Установлено, что регистрируемый в эксперименте протонный обмен в целом обусловлен проницаемостью плазматической мембраны для молекул воды и протонным обменом вне- и внутриклеточной воды с компонентами мембраны.

3. На основании сравнительного анализа полученных данных по скоростям трансмембранного протонного обмена в эритроцитах крыс линии SHR (экспериментальная модель гипертонической болезни человека) и контрольных к ним крыс линии WKY показано, что различие в скоростях протонного обмена между больными и здоровыми выявляется при смещении внеклеточного рН или температуры. В естественных условиях разница между обменными характеристиками клеточных мембран в контрольных и опытных образцах не обнаруживается.

4. Установлен факт ослабления регулирующей роли внеклеточного рН на время трансмембранного протонного обмена в зависимости от степени заболевания у людей.

5. Установлена корреляция между скоростью Na⁺/Na⁺ противотранспорта, определенного в эритроцитах пациентов методом Na⁺/Li⁺ противотранспорта с временем протонного обмена, рассчитанным по данным ЯМР ИГМП.

Практическая значимость.

Продемонстрирована возможность использования метода ЯМР с ИГМП для обнаружения мембранных дефектов в эритроцитах, основанная на факте изменения зависимости времени протонного обмена от внешнего рН с развитием заболевания первичной гипертонией. Полученные результаты являются основой для разработки экспресс метода дифференциальной диагностики первичной гипертонии.

На защиту выносятся положения, сформулированные в выводах.

Публикации

По теме диссертации опубликованы 3 статьи в центральной печати, 5 статей в сборниках статей отечественных и зарубежных конференций, 7 тезисов на всероссийских и зарубежных конференциях.

Апробация работы. Результаты работы представлялись на следующих конференциях: «8^lh International Symposium on SHR and Related Studies» (Osaka, Japan, 1994); 1-ом Съезде нефрологов России (Казань, 1994); II-IV,VI Всероссийских конференциях «Структура и динамика молекулярных систем» (Йошкар-Ола 1995-1997, 1999); Республиканской конференции «Новые методы диагностики и лечения» (Казань, 1995); «1^st International Meeting on Interventional

Cardiology» (Jerusalem, Israel., 1995); «4* International Meeting "Recent Advances in MR Applications to Porous Media"» (Trondheim, Norway, 1997); «18^th International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems» (Tokyo, Japan, 1998); «Joint 29^lh AMPERE -13 ISMAR International Conference on Magnetic Rezonance and Related Phenomena» (Berlin, Germany, 1998); «5^lh International Conference on Magnetic Resonance Microscopy» (Heidelberg, Germany, 1999).

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 103 страницах, в том числе 2 схемы и 21 рисунок, состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы из 106 наименований, из них 35 - отечественных .