Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Влияние природных цеолитов на организм человека и животных (обзор литературы) 14
1.1 . Структура и физико-химические свойства природных цеолитов .. 14
1 2 .Использование природных цеолитов в биологии и медицине 20
1.3. .Влияние природных цеолитов на гомеостатические системы организма 27
1.4.Современные представления о механизмах регуляции функции почек и водно-солевого обмена 34
1.4.1 .Механизмы регуляции водно-электролитного гомеостаза 35
1.4.2.Нейро-гуморальные механизмы регуляции функции почек 44
1.4.3.Внутрипочечные механизмы регуляции функции почек 51
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования 58
2.1 .Организация и объекты исследования 58
2.2. Исследование функции почек и водно-солевого гомеостаза крыс . 59
2.2.1 .Организация и проведение экспериментов 59
2.2.2.Расчет парциальных функций почек 61
2.3.Методы исследования транспорта ионов в кишечнике крыс в условиях цеолитной диеты 63
2.3.1 .Подготовка животных к эксперименту 63
2.3.2.Методика перфузионных экспериментов 63
2.3.3.Измерение транспортных потоков К+ в кишечнике с помощью 86Rb+ 65
2.3.4.0пределение активности Ш+-К+-АТФазы в кишечной стенке..68
2.3,5.Морфологический анализ тканей 69
2.3.6.Изучение ионообменных свойств цеолита в условиях in vitro...70
2.4.Использование природного цеолита в терапевтической практике...71
2.4 Л .Применение природного цеолита в лечении больных дисбактериозом толстой кишки 71
2.4.2,Применение цеолита в лечении больных сахарным диабетом типа 72
2.5.Физико-химические методы анализа 72
2.5.1 .Определение концентрации ионов натрия и калия в биологических жидкостях и тканях 72
2.5.2.0пределение концентрации креатинина в плазме крови и моче...73
2.5.3.Определение концентрации мочевины в плазме крови 74
2.5.4.0пределение концентрации глюкозы в крови и моче 74
2.5.5.Определение осмотической концентрации мочи и плазмы крови.75
2.5.6.Определение концентрации гормонов в плазме крови 75
2.6.Статистические методы анализа результатов 76
ГЛАВА 3. Влияние цеолита на функцию почек и водно-электролитный гомеостаз интактных крыс 77
3.1. Функция почек у крыс при использовании цеолита в качестве пищевой добавки 77
3.2. Содержание воды и электролитов в тканевых депо крыс при. использовании цеолитной диеты 83
3.3. Гормональный статус организма крыс при использовании цеолита в качестве пищевой добавки 84
ГЛАВА 4. Особенности транспорта ионов в кишечнике крыс в условиях цеолитной диеты 86
4.1. Влияние цеолита на транспорт калия в тонкой и дистальном отделе толстой кишки (ДОТК) крыс 86
4.1.1. Влияние цеолита на транспорт калия в эпителиоцитах тонкой и ДОТК крыс (in vivo) 86
4.1.2. Особенности транспорта калия в кишечнике крыс в условиях in vitro при использовании цеолита в качестве пищевой добавки 91
4.1.3. Влияние цеолита на ионоосмотические показатели плазмы крови и тканевые водно-солевые депо 92
4.2. Механизмы влияния природного цеолита на транспорт калия в кишечнике крыс 95
4.2.1 .Влияние цеолита на активность транспортных систем эпителиальных клеток кишечника 95
4.2.2,Особенности транспорта калия через кишечную стенку крыс, находящихся на цеолитной диете, при использовании орто-ванадата натрия в качестве блокатора АТФ-зависимых ионных насосов 96
4.2.3.Влияние цеолита на транспорт калия в тонкой и толстой кишке крыс в условиях блокады оуабаин-чувствительной Na-независимой К+-АТФазы 99
4.2.4.Влияние цеолитной диеты на транспорт К+ в эпителиоцитах тонкой и толстой кишки при использовании омепразола в качестве ингибитора Н+-К+-АТФазы 102
4.2.5.Особенности транспорта ионов калия в кишечнике крыс при блокаде Ыа+-К+-2СГ-переносчика буметанидом 104
4.2.6.Особенности функционирования базолатеральной №+-К+-АТФазы при использовании цеолита в качестве пищевой
добавки 107
ГЛАВА 5. Изучение ионообменных свойств цеолита шивыртуиского месторождения в условиях in vitro и in vivo
5.1 Взаимодействие цеолита Шивыртуйского месторождения с различными растворами в условиях in vitro 110
5.2 Влияние Шивыртуина на макро- и микроэлементный состав биологических жидкостей и тканей крыс Н6
ГЛАВА 6. Влияние природного цеолита на структуру органов и тканей крыс в условиях цеолитной диеты 121
6.1. Структурная организация эпителиоцитов кишечника крыс, получавших рацион с добавлением цеолита 121
6.1.1 Структурная организация энтероцитов тонкой кишки крыс при добавлении в рацион цеолита 121
б. 1.2 Структурная организация эпителиоцитов толстой кишки крыс, получавших рацион с добавлением цеолита 123
6.2. Структурная организация нефрона при использовании цеолита в качестве пищевой добавки 125
6.3. Морфологические особенности эндокринных желез у крыс при использовании цеолита в качестве пищевой добавки 133
6.3.1 Морфологические особенности щитовидной железы у крыс при использовании цеолита в качестве пищевой добавки 133
6.3.2 Структурная организация надпочечников крыс, получавших рацион с добавлением цеолита 137
ГЛАВА 7. Гомеостатические эффекты цеолита при различных экспериментальных моделях патологии у крыс 143
7.1. Гомеостатические эффекты цеолита при острой почечной недостаточности 143
7.1.1 Влияние цеолита на функции почек при острой почечной недостаточности 143
7.1.2 Морфологические особенности почек крыс при острой почечной недостаточности 146
7.2. Протективный и терапевтический эффекты цеолита в условиях аллоксанового диабета 154
7.2.1 Влияние цеолита на уровень сахара в крови и моче крыс с аллоксановой моделью сахарного диабета 154
7.2.2 Влияние цеолита на содержание гормонов в крови крыс с аллоксановой моделью сахарного диабета 156
7.2.3 Структурная организация инсулоцитов поджелудочной железы крыс в условиях аллоксанового диабета и использования в рационе цеолита 157
7.2.4 Структурная организация нефрона при использовании цеолита в условиях аллоксанового диабета 160
ГЛАВА 8. Использование цеолита для коррекции некоторых патофизиологических состояний 170
8.1. Использование природного цеолита при лечении больных дисбактериозом толстой кишки 170
8.2. Влияние цеолита на показатели крови и уровень
протеинурии больных инсулинзависимым сахарным диабетом 173
ГЛАВА 9. Обсуждение результатов 176
Выводы 197
Практические рекомендации 199
Список литературы 200
- Структура и физико-химические свойства природных цеолитов
- Исследование функции почек и водно-солевого гомеостаза крыс
- Функция почек у крыс при использовании цеолита в качестве пищевой добавки
- Влияние цеолита на транспорт калия в тонкой и дистальном отделе толстой кишки (ДОТК) крыс
Введение к работе
Актуальность темы. Природные цеолиты известны человеку более 4000 лет. Чаще всего они использовались как строительный и поделочный материал. Однако в тибетской медицине они широко применялись как лечебное средство при заболеваниях кишечника, печени, почек и других органов. Цеолиты самой природой созданы как уникальный энтеросорбент, которым широко пользуются дикие животные для нормализации минерального обмена и лечение кишечных расстройств, особенно в межсезонный период при переходе от зимы к лету, когда резко меняется характер питания.
Цеолиты широко распространены в природе, и животные легко находят выходы их на поверхность земли и поедают в большом количестве. Эти места называются «лизунами». Цеолиты регулярно обнаруживаются в кале оленей, горных козлов, косуль, медведей, птиц и т.д. (Паничев A.M., 1990).
Цеолит - это природный минерал, кристаллическая решетка которого образована атомами кремния, алюминия и кислорода. Избыточный отрицательный заряд на атомах кислорода позволяет им связывать большое количество различных металлов: щелочных, щелочноземельных и тяжелых. Они могут заменяться друг другом. Этим определяются ионообменные свойства цеолитов. Кроме того, цеолиты обладают микропористой структурой. Суммарная площадь их внутренней поверхности огромна: 1 г минерала соответствует 800 м2. Этим определяются молекулярно-ситовые свойства цеолитов, что позволяет им связывать различные вещества не ионной природы (аммиак, мочевину и даже низкомолекулярные белки). Адсорбируя на себе белковые соединения, они могут проявлять и каталитические свойства. Адсорбционными центрами в цеолитах являются гидроксильные группы, различные катионы и льюисовские центры (Белицкий И.А., Панин Л.Е., 1990).
Таким образом, в физиологическом отношении цеолиты являются весьма активными минералами, поэтому прямо или косвенно могут
оказывать влияние на обмен веществ и гомеостаз в целом. Установлено, что употребление цеолитов дает ряд положительных клинических эффектов (иммуномодулирующий, антианемический, антисклеротический), вызывает повышение стрессоустоичивости, стимулирует выведение из организма тяжелых металлов и т.д. (Панин Л.Е. и др., 1990, 1992, 1997; Бгатова Н.П., Новоселов Я.Б., 2000; Шпагина Л.А. и др., 2001; Pavelic K.et al., 2001; Zarkovic N. et al., 2003; Паничев A.M. и др., 2004). Однако наряду с широким применением природных цеолитов в клинической и экспериментальной медицине в литературе мало сведений, обосновывающих как биохимические, так и физиологические механизмы их влияния на организм.
На сегодняшний день существуют немногочисленные сведения о влиянии цеолитов на регуляцию минерального обмена, механизм которого заключается в избирательном поглощении макро- и микроэлементов, их концентрировании в определенных органах и тканях (Паничев A.M., 1998). В связи с перспективой использования цеолитов для коррекции минерального обмена организма необходимы сведения о механизмах влияния сорбента на функциональное состояние и морфологическую структуру почек, как основного гомеостатического органа, состояние тканевых водно-солевых депо, а также некоторые биохимические показатели крови как в норме, так и патологии. В изученной нами литературе сведения по данной проблеме не полны, а в отношении цеолита Шивыртуйского месторождения, интерес к которому обусловлен высоким содержанием клиноптилолита (до 95%), отсутствуют.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы явилось изучение системных и молекулярных механизмов влияния цеолита Шивыртуйского месторождения, используемого в качестве пищевой добавки, на водно-электролитный обмен и функцию почек в норме и патологии.
Для реализации поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
Изучить влияние цеолита на ионоосмотические показатели плазмы крови и парциальные функции почек крыс в норме, а также на фоне водного диуреза.
Оценить содержание воды и электролитов в тканевых депо крыс при использовании цеолита в качестве пищевой добавки.
Выяснить состояние молекулярных механизмов транспортных систем эпителиальных клеток тонкой и дистального отдела толстой кишки в условиях цеолитной диеты.
Выяснить влияние цеолита на гормональный статус организма крыс,
Исследовать особенности структурной организации эпителиальных клеток тонкой и толстой кишки, различных отделов нефрона и некоторых желез внутренней секреции в условиях цеолитной диеты.
Изучить влияние цеолита на ионоосмотические показатели плазмы крови и структурно-функциональное состояние почек крыс с экспериментальной моделью острой почечной недостаточности.
Изучить влияние цеолита на концентрацию инсулина и > биохимические показатели крови крыс в условиях аллоксанового диабета.
Оценить эффективность использования препарата «Бицеол» при \ лечении больных дисбактериозом кишечника и больных инсулинозависимым сахарным диабетом.
Научная новизна.
Впервые установлено, что цеолит влияет на все звенья системы регуляции водно-солевого гомеостаза - всасывание электролитов из пищеварительного тракта, состояние тканевых водно-солевых депо, гормональный статус организма и функцию почек.
Впервые установлено, что цеолит Шивыртуйского месторождения оказывает значительное влияние на интенсивность процессов активного транспорта ионов калия через стенку тонкой и дистального отдела толстой кишки.
Обнаружено, что цеолитная диета ингибирует функционирование апикальных К+-АТФаз (ІҐ-К^АТФазьт и Na+ независимой К+-АТФазы) эпителиальных клеток тонкой и толстой кишки, принимающих участие в абсорбции указанного катиона, и повышает активность базолатеральной Na+-К+-АТФазы.
Цеолитная диета в течение 7 суток не изменяет электролитный состав тканей, при больших сроках потребления цеолита способствует накоплению натрия и калия в тканевых водно-солевых депо.
Показано, что прием цеолита с пищей вызывает повышение содержания в крови инсулина, тироксина, трийодтиронина и понижение концентрации АКТГ.
Впервые установлено, что цеолит Шивыртуйского месторождения способствует снижению экскреции мочи и электролитов почками.
Впервые обнаружено, что цеолит Шивыртуйского месторождения значительно снижает количество митохондриальных крист, объемную и численную плотность рибосом эпителиальных клеток кишечника, что может свидетельствовать о снижении энергетически зависимых процессов.
Впервые установлено, что на фоне цеолитовой диеты наблюдаются значительные улучшения гомеостатических показателей плазмы крови, а также функциональных и морфологических показателей почек при острой почечной недостаточности. Это проявляется в снижении содержания креатинина, мочевины и калия в плазме крови, увеличении скорости клубочковой фильтрации и диуреза, нарастании реакции на гиалуроновую кислоту и щелочную фосфатазу в матриксе клубочков и канальцевом эпителии, свидетельствующих о восстановлении процессов фильтрации и реабсорбции.
Установлено, что в условиях сахарного диабета цеолитная диети вызывает снижение концентрации контринсулярных гормонов (кортизол), улучшение показателей липидного метаболизма и выраженное уменьшение протеинурии.
Практическая значимость исследования
Результаты, полученные в настоящем исследовании, имеют теоретическое, и практическое значение, т.к. раскрывают молекулярные механизмы влияния цеолита на состояние калиевого гомеостаза организма млекопитающих и могут служить физиологическим обоснованием использования данного минерала в клинике.
Полученные результаты свидетельствуют о значительном влиянии цеолита на регуляцию функции почек в норме и патологии, могут быть использованы в нефрологии при разработке методов коррекции нарушений водно-солевого обмена и функции почек при почечной недостаточности и инсулинзависимом сахарном диабете. Установленные факты о подавлении цеолитом апикальных калий-абсорбирующих АТФаз кишечных эпителиоцитов могут стать базой для проведения исследований по дальнейшему изучению внутриклеточных механизмов этого воздействия. На основе полученных в работе данных можно рекомендовать шивыртуин для проведения клинических исследований по лечению и коррекции гиперкалиемий различного генеза (почечная недостаточность, краш-синдром и т.д.).
Полученные факты могут служить основой для расширения рекомендаций по использованию цеолита Шивыртуиского месторождения в качестве биологически активной добавки.
Результаты данного исследования о влиянии цеолита на паренхиму почки и ее парциальные функции у животных могут быть использованы при изучении темы «Регуляция водно-солевого обмена» в курсах «Физиология человека и животных», «Патофизиология», а также при изучении строения почки в курсах «Гистология», «Анатомия», «Патологическая анатомия».
Положения, выносимые на защиту:
1. Использование цеолита Шивыртуиского месторождения в качестве пищевой добавки приводит к временному снижению диуреза и ионоуреза, повышению реабсорбции жидкости и электролитов почками, не изменяя
ионоосмотические показатели плазмы крови и водно-электролитный состав тканей.
2. Цеолитная диета снижает интенсивность абсорбции калия
эпителиальными клетками тонкой и дистального отдела толстой кишки за
счет ингибирования активности апикальных ЬҐ-КҐ'-АТФазьі и Na+
независимой К+-АТФазы, а также способствует повышению секреции калия в
просвет желудочно-кишечного тракта, что осуществляется благодаря
активации базолатеральной Ка+-К+-АТФазы.
3. В условиях цеолитной диеты происходит снижение плотности
рибосом и количества крист в митохондриях, что может свидетельствовать о
подавлении энергетического обмена и процессов биосинтеза белка в
кишечных эпителиоцитах.
Цеолит Шивыртуйского месторождения способствует нормализации биохимических показателей плазмы крови, структуры и парциальных функций почек при острой почечной недостаточности и инсулинзависимом сахарном диабете.
В условиях нормы цеолит не влияет на морфологическую структуру почек крыс, а при острой почечной недостаточности способствуют нормализации процессов фильтрации и реабсорбции.
Апробация работы. Материалы исследований доложены на ежегодных научных конференциях НГПУ в 1993-2005 гг.;
XXXVII Congress of the European Renal Association European Dialysis and
Transplant Association (Nice, France, 2000);
XXXVIII Congress of the European Renal Association European Dialysis and
Transplant Association (Vienna, Austria, 2001);
IX Congress of the International Society for Peritoneal Dialysis (Monreal, Canada, 2001);
13th International Zeolite Conference (Montpellier, 2001);
IX Всероссийской конференции по физиологии почек (Санкт-Петербург, 2001);
научно-практической конференции НГАУ "Актуальные вопросы ветеринарии" (Новосибирск, 2001);
на XVII съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Казань, 2001);
научно-практической конференции врачей "Актуальные вопросы современной медицины" (Новосибирск, 2001);
IV съезде физиологов Сибири (Новосибирск, 2002);
всероссийской конференции "Компенсаторно-восстановительные процессы: фундаментальные и клинические аспекты" (Новосибирск, 2002);
научной конференции с международным участием, посвященной 80-летию М.Г. Колпакова (Новосибирск, 2002);
ХХХХ Congress of the European Renal Association European Dialysis and Transplant Association (Berlin, Germany, 2003);
на международном конгрессе «Нефрология и диализ сегодня» (Новосибирск, 2003);
XLI Congress of the European Renal Association European Dialysis and Transplant Association (Portugal, 2004);
I международной научно-практической конференции «Биоэлементы» (Оренбург, 2004);
19 съезде физиологического общества им. И.П.Павлова (Екатеринбург, 2004);
V Сибирском физиологическом съезде (Томск, 2005).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 40 работ, из них 13
статей и 27 тезисов
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, 6 глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов и списка литературы. Список литературы включает 533 источника, из них 236 отечественных и 297 зарубежных. Работа изложена на 250 страницах машинописного текста, иллюстрирована 51 рисунком и 51 таблицей.
Структура и физико-химические свойства природных цеолитов
По определению Дж. Смита, «цеолит является алюмосиликатом со скелетной структурой, содержащей пустоты, занятые крупными ионами и молекулами воды, имеющими значительную свободу движений, что приводит к ионному обмену и обратимой дегидратации» (Смит Д., 1980).
Природные цеолиты (в переводе с греческого — кипящий камень) представляют одну из наиболее распространенных групп минералов с уникальными свойствами, обусловленными их кристаллической структурой (Кирюткин Г.В. и др., 2000), Это водные алюмосиликаты, построенные, главным образом, из четырех-, пяти-, шестичленных или более сложных колец, образованных кремнекислородными тетраэдрами. Первичной строительной единицей цеолитового каркаса является тетраэдр, центр которого занят атомом Si или А1, а в вершинах расположено по четыре атома кислорода. Каждый атом кислорода является общим для двух тетраэдров. Таким образом, совокупность всех тетраэдров образует непрерывный каркас. Замена Si4+ на А13+ в тетраэдрах определяет отрицательный заряд каркаса, который компенсируется зарядами одновалентных или двухвалентных катионов, расположенными вместе с молекулами воды в каналах структуры. Катионы, находящиеся в каналах, легко замещаются, поэтому их называют обменными, в отличие от Si и А1, которые не обмениваются в обычных условиях и называются тетраэдрическими, или каркасными атомами (Цицишвили Г.В. и др., 1985).
Обобщенная эмпирическая формула всего семейства цеолитов может быть представлена в следующем виде: Mx\n[(A102)x(Si02)y] z Н20, где М -катион с валентностью n; z - число молекул воды; отношение х\у - имеет различные значения, обычно в пределах от 1 до 5.
Во внутреннем кристаллическом пространстве цеолитов имеется система соединенных между собой микрополостей, в которых располагаются катионы и молекулы воды (Белицкий И.А., Панин Л.Е., 1990). Размеры сообщающихся между собой полостей в жестком каркасе цеолитов колеблются в интервале от 0,22 до 0,75 нм. Совокупная внутренняя поверхность полостей в цеолитах превышает внешнюю поверхность минералов в десятки и сотни тысяч раз. (Паничев А.М. и др., 2004). Каждый представитель минерального семейства цеолитов характеризуется своими размерами полостей в кристаллическом каркасе, на этом основано их применение как молекулярных сит.
Поскольку наиболее широкое применение в биологии и медицине получили цеолиты клиноптилолитового ряда (Шивыртуйские, Холинские и др.), то особый интерес представляет изучение физико-химических свойств клиноптилолита. Общая формула клиноптилолита (K2)Na2,Ca)3Al6Si3o072 22H20. Цеолиты гейландит-клиноптилолитового ряда обладают мягкой кристаллической (кубической) структурой, не оказывают повреждающего действия на слизистую ЖКТ (Паничев A.M., 1990). Эти минералы являются наиболее эффективными природными сорбентами — ионообменниками, с высокими скоростями ионного обмена. В отличие от многих других, они не оседают между ворсинками кишечной стенки и не снижают всасывание полезных нутриентов (Паничев A.M., 1990).
Все молекулы, эффективный кинетический диаметр которых меньше 0,346 нм, способны поглощаться клиноптилолитом, остальные не могут проникать внутрь кристалла несмотря на то, что реальный размер его внутренних полостей больше - 0,44 0,72 нм. Это обусловлено тем, что между сорбируемой молекулой и атомами каркаса цеолита при сближении начинают действовать силы взаимоотталкивания. Проникнуть через окно могут только те молекулы, критический диаметр которых меньше диаметра входного окна. Благодаря этому свойству цеолиты применяются в качестве молекулярных сит для разделения молекул разного размера (Брек Д., 1976; Челищев Н.Ф. и ДР., 1987).
Для гейландит-клиноптилолитовых цеолитов характерно существование двух типов каналов, которые различаются не только пространственным положением, но и диаметром окон (Брек Д., 1976). Окна этих каналов составлены соответственно 8-членными кольцами (диаметр 0,4 0,55 нм) и 10-членными (диаметр 0,44 0,72 нм). Достаточно хорошо исследованы сорбционные свойства клиноптилолита в отношении многих соединений: воды, цезия-137, метанола, этанола, бензола, изопентана, азота, диоксида углерода, метана и др. (Цицишвили Г.В. и др., 1985). Интересно, что четыреххлористый углерод адсорбируется на внешней поверхности, а ацетон - в микропорах клиноптилолита (Корнейчук Г.К. и др., 1973). Для увеличения пористости и улучшения адсорбционных свойств клиноптилолит может быть модифицирован, например, раствором хлороводородной кислоты (от 0,2 до 10 М). При этом получают Н4"- форму клиноптилолита, обладающую улучшенной способностью адсорбировать бензол. Улучшение способности к адсорбции в данном случае объясняется расширением микропор сорбента при кислотной обработке (Цицишвили Г.В. и др., 1985).
Применение цеолитов в различных областях науки и практики основано в значительной степени на их ионообменных свойствах. Катионный обмен на клиноптилолитах происходит за счет диффузии и рекомбинации ионов в полостях кристаллов. Катионы, расположенные во внутрикристаллических полостях, могут участвовать в обменных реакциях, скорость и направление которых зависит от разных факторов: природы катиона, его заряда и концентрации в растворе, температуры, заряда каркаса, плотности заряда, селективности, доступности обменных позиций, содержания цеолита в породе и т.д. (Брек Д., 1976).
Исследование функции почек и водно-солевого гомеостаза крыс
Начиная с 60-х годов прошедшего столетия, исследования структуры ь функции почек в условиях нормы и патологии стали значительно расширяться. Внедрение новых методов исследования в изучение морфологии и физиологии дали возможность лучше понять процессы, происходящие в здоровой и пораженной почке (Длоуга и др., 1981; Айзман Р.И., 2001, 2003; Наточин Ю.В., 2001; Тернер А.Я., 2001; Eklof А-С, 2003 и ДР-) Почки, являющиеся основным органом выделения, выполняют различные функции, связанные с процессами выделения, метаболизма и инкреции. В частности, они участвуют в регуляции:
1) водного баланса и соответственно объема крови, вне- и внутриклеточной жидкости (Rydin Н., Verney Е.В., 1938; Henry J.P., Pearce J.W., 1956; Gauer O.H., Henry J.P., 1963, 1976; Gilmore J.P., Zucker I.H., 1975; Lichardus B. et al., 1980);
2) постоянства осмотического давления жидкостей внутренней среды (Verney Е., 1947, 1954; Великанова Л.К., 1955,1985; Гинецинский А.Г., 1963; Финкинштейн Я.Д., 1972; Andrews W.H.H., Orbach J., 1973, 1975; Baertschi A.J., ValletP.G., 1981 и др.);
3) ионного состава жидкостей внутренней среды и ионного баланса организма (Гинецинский А.Г., 1963; Финкинштейн Я.Д. и др., 1973; Тернер А.Я., 1974; Наточин Ю.В., 1976; Айзман Р.И., Финкинштейн Я.Д., 1976; Тернер А.Я., Кузнецова Л.Я., 1995; Айзман Р.И., 2001);
4) секреции физиологически активных веществ и гормонов, регулирующих функции сердечно-сосудистой системы, кроветворения (ренина, кальцитриола, простагландинов, эритропоэтинов) (Day R.P. & Luetscher J.А., 1975; Yokosawa Н. et al., 1980).
Помимо этого, почки, обеспечивая экскрецию из внутренней среды чужеродных, часто токсических веществ, выполняют защитную функцию. Основной функцией почки, благодаря которой осуществляются гомеостатические регуляции, является образование и выделение мочи (Великанова Л.К., 1958; Гинецинский А.Г., 1963; Smith О. et al., 1968; Финкинштейн Я.Д., 1972; Иванова Л.Н., 1972, 1974; Наточин Ю.В., 1976).
В настоящее время механизмы регуляции объема, осмолярности и ионного состава достаточно глубоко изучены в эксперименте на взрослых животных и людях. Первые представления о существовании механизмов волюморегуляции принадлежат Старлингу, который в 1909 году высказал предположение о том, что выведение воды и солей находится в тесной зависимости от объема жидкости (цит. по Гинецинскому А.Г., 1963). Но только в 40-50-х годах появились экспериментальные работы, показывающие, что уменьшение эффективного объема крови при кровопускании (Rydin Н., Verney Е.В., 1938), изменении ортостатического положения тела человека или дыхание против положительного давления (Strauss М.В. et al., 1951, 1952; Epstein F.H. et al., 1956) вызывало торможение мочеотделения и снижение экскреции натрия. Увеличение же объема в случае дыхания против вакуума (Drury D.R. et al., 1947) или введения изоосмотических растворов хлорида натрия (Levinsky N.G. et al., 1963), плазмы (Wilson J.R., Harrison C.R., 1950), раствора белка (Welt L.G., Orloff J., 1951; Strauss M.B. et al., 1952) и т.д. приводило к полиурической и натрийурической реакциям.
Все эти исследования свидетельствовали о наличии в сердечнососудистой системе рецепторов, реагирующих на изменение объема крови. Однако только Генри и Гауэру в прямом эксперименте удалось установить их локализацию (Henry J.P., Pearce J.W., 1956) и описать волюморегулирующий рефлекс (Gauer О.Н., Henry J.P. 1963, 1976; Gauer O.H. et al., 1970). В настоящее время известно, что объемные рецепторы расположены в левом предсердии и левом желудочке (Henry J.P., Pearce J.W., 1956; Gauer O.H. et al., 1961; Henry J.P. et al., 1968; Gilmore J.P., Zucker I.H., 1975; Lichardus B. et al., 1980; Reinhardt H.W. et al., 1980a,b), в правом предсердии (Farrell G.I., 1958), в устьях полых и легочных вен (Gilmore J.P., Zucker I.H., 1975), в общей сонной артерии (Bartter F.G., 1960), в крупных сосудах грудной полости (Иванов Ю.И., 1973а, 1974а,б). Кроме того, показано, что волюморецепторы имеются в интерстициальном пространстве (Welt L.G., OrloffJ., 1951;ПарфенюкВ.В., 1981; Kaczmarczyk G. et al., 1982), например, в печени (Иванов Ю.И., 19736, 19746; Тырышкина Е.М., 1979, 1980, 1981). Считают, что по своей природе они относятся к баро- или механорецепторам (Gauer O.H. etal., 1961; Финкинштейн Я.Д., 1966; Тырышкина Е.М., 1979).
Афферентные пути этого рефлекса представлены волокнами блуждающих нервов, которые несут информацию через продолговатый мозг в клювовидную часть солитарного тракта, а затем к гипоталамическим центрам (Pearce J.W., Henry J.P., 1955; Gauer О.Н., Henry J.P., 1963; Shu ayb W.A. et al., 1965; Ledsome J.R., Linden R.J., 1968; Smith 0. et al., 1968; Johnson J.A. et al., 1969; Lichardus В., 1978; Linden R.J., 1979).
Центральная часть волюморегулирующего рефлекса представлена супраоптическими и паравентрикулярными ядрами переднего и натрийуретическим центром заднего гипоталамуса (Gauer О.Н., Henry J.P., 1963; Cort J.H., Lichardus В., 1963, 1968; Smith О. et al., 1968; Финкинштейн Я.Д., 1972; Каштанов СИ., 1977).
Большое количество исследований посвящено изучению эфферентного звена волюморегулирующего рефлекса (Connor W.R., 1958; Toure L., Mazer A., 1967; Gauer O.H., Henry J.P., 1976; Reineck J., Stein J.H., 1978; Knock С A., 1980; Knock С A., de Wardener H.E., 1980; Lichardus B. et al., 1980).
Было показано, что при уменьшении объема крови происходит увеличение секреции альдостерона (Bartter F.G., 1960; Farrell G.I., Taylor A.N., 1962; Fabre L. et al., 1969). Существует несколько гипотез для объяснения этой реакции. Согласно гипотезе центральной регуляции секреции альдостерона, выдвинутой Фареллом (Farrell G.I., 1958), этот процесс регулируется гормоном - адреногломерулотропином. Последний вырабатывается в ядрах, расположенных в районе сильвиевого водопровода, ближе к заднему гипоталамусу, и оказывает избирательное действие на гломерулярный слой надпочечников. Хотя предложенная гипотеза встретила ряд возражений, касающихся роли этого механизма в контроле выделения альдостерона (Хелимский A.M., 1969), тем не менее имеется немало фактов, подтверждающих наличие центральных регуляторов, таких, как АКТГ (Davis J.O. et al., 1960; Колпаков М.Г., 1967; Coghlan J.P. et al., 1979) и выделенный из передней доли гипофиза специфический альдостеронстимулирующий фактор (Krozowski Z., Funder J.V., 1981; Sen S. etal., 1981).
Функция почек у крыс при использовании цеолита в качестве пищевой добавки
Для оценки влияния цеолита на функции почек и водно-электролитный баланс тканей важное значение имеет изучение почечных процессов в условиях покоя и после водно-солевых нагрузок (Айзман Р.И.. Великанова Л.К., 1980). Единичные работы по этой проблеме свидетельствуют об уменьшении экскреции натрия и калия почками животных, получавших цеолит в качестве пищевой добавки (Айзман Р.И. и др., 1993). Исходя из этого, представлялось важным выяснить состояние водно-солевого обмена организма и функции почек при приеме исследуемого цеолита.
На первом этапе исследования оценивали состояние функций почек крыс в условиях физиологического покоя и после перорального введения 5% водной нагрузки в зависимости от длительности приема цеолита.
Данные, приведенные в таблице 3.1.1, свидетельствуют о том, что в условиях спонтанного мочеотделения показатели водовыделительной функции почек крыс, получавших цеолит с кормом, практически не отличались от контрольной группы.
Сравнение фоновых показателей ионоуретической функции почек крыс контрольной и опытной групп также не выявило выраженных отличий в динамике эксперимента (табл. 3.1.1). Однако в опытной группе был зафиксирован пониженный уровень экскреции натрия на 7 и 28 сутки по сравнению с контролем, а также более высокий уровень экскреции калия на 28 сутки эксперимента. Фоновые показатели осмотического очищения плазмы и экскреции осмотически свободной воды в контрольной и опытной группах не изменялись практически на протяжении всего наблюдения.
Поскольку более информативной характеристикой функций почек является их способность выводить водно-солевые нагрузки (Айзман Р.И., Великанова Л.К. и др.,1980., Айзман Р.И., Петрова О.Н., 1981; Айзман Р.И., Тернер А.Я.,1989), на следующем этапе нашей работы мы оценили реакцию почек на введение 5% водной нагрузки. Было отмечено, что показатели диуреза на протяжении всего эксперимента в контрольной и опытной группах не имели достоверных отличий (рис.3.1.1). Примечательным оказалось то, что процент выведения жидкости за три часа наблюдения также существенно не различался на протяжении всего эксперимента (рис.ЗЛ.2). Наряду с этим было отмечено, что у животных опытной группы на 7 сутки эксперимента скорость клубочковой фильтрации (СКФ) и относительная реабсорбция жидкости (%Rn2o) оказались ниже контрольного уровня, тогда как в остальные периоды наблюдСравнение показателей ионоуретической функции почек в условиях реакции на гипергидратацию позволило выявить достоверно более низкий уровень экскреции ионов натрия у животных опытной группы на 1 и 3 сутки эксперимента (рис.3.1.3). Уровень калийуреза после введения водной нагрузки в опытной группе животных был достоверно ниже практически на протяжении всего эксперимента (рис. 3.1.3).
Поскольку ионоосмотические показатели плазмы крови контрольных и опытных животных не различались (табл. 3.1.2), возможно, что описанные изменения экскреции ионов были связаны с изменением их реабсорбции в канальцах нефрона, так как параллельно снижению экскреции ионов наблюдалось снижение их экскретируемых фракций (рис. 3.1.3) при неизменном уровне СКФ.
Таким образом, природные цеолиты оказывают влияние на функцию почек, которое особенно проявляется на фоне водной нагрузки. Наиболее ярко эти эффекты проявились при оценке ионоуретической функции: уменьшение экскреции натрия и калия, особенно выраженное после водной ения отличий не выявилось (рис.ЗЛ.1). нагрузки. Показатели водовыделительной и осморегулирующей функции почек в контрольной и опытной группах существенно не различались.
Влияние цеолита на транспорт калия в тонкой и дистальном отделе толстой кишки (ДОТК) крыс
Изучение механизмов влияния цеолита на минеральный обмен организма мы начали с исследования эффекта цеолитной диеты на состояние калиевого гомеостаза организма. Выбор данного катиона в качестве объекта изучения обусловлен тем, что К+ является основным внутриклеточным катионом, определяющим трансмембранный потенциал клетки, а также необходим для осуществления процессов роста, развития и дифференцировки клеток (Smith P.L., McCabe R.D., 1984а; Wright F.S., GiebischG., 1992).
На первом этапе настоящего исследования нами было установлено, что концентрация ионов калия в плазме крови воротной вены печени после нагрузки 1%-м раствором КС1 значительно возросла как у контрольных, так и у экспериментальных животных. Однако прирост содержания данного катиона по сравнению с фоновым уровнем оказался в 1,6 раза меньше у крыс, получавших с кормом природный цеолит (рис. 4.1.1.1.). Данный факт послужил основанием предположить, что цеолитная диета, вероятно, снижает интенсивность процессов всасывания калия в кишечнике. Поэтому на следующем этапе нашей работы важной представлялась оценка влияния цеолитной диеты на транспорт ионов калия в различных отделах желудочно-кишечного тракта.
В экспериментах с перфузией in vivo различных отделов кишечника было установлено, что при введении в просвет желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) крыс, содержавшихся на стандартной диете, 186,5 мкмоль калия, количество катиона в перфузате тонкой кишки уменьшилось до 144±5,1, а в дистальном отделе толстой кишки (ДОТК) - до 131,8±7,5 мкмоль.
В нормальных условиях содержание электролитов в просвете желудочно-кишечного тракта определяется соотношением секреции и абсорбции ионов эпителиоцитами (Foster E.S. et al., 1984; Binder H.J., Murer H., 1986; Del Castillo J.R. et al., 1991). На основе этого мы предположили, что полученные результаты могут свидетельствовать о возможном преобладании интенсивности абсорбционного процесса над секреторным как в тонкой, так и в толстой кишке. Причем отмечено, что колоноциты абсорбируют больше К+ по сравнению с энтероцитами (рис. 4.1.1.2.). Данный факт служит еще одним доказательством того, что дистальный отдел кишечника является одним из важнейших звеньев, участвующих в поддержании гомеостаза калия в организме (Hayslett J.P., Binder H.J., 1982; Finkel Y., Aperia A., 1986; Sjovall H. et al, 1986; Giebisch G., Wang W., 1996; Aizman R.I. et al, 1998).
В связи с тем, что выделяемые для перфузии участки тонкой и толстой кишки животных отличались друг от друга по длине, необходимо было стандартизировать расчеты транспорта К+ в кишечных эпителиоцитах. Для оценки соотношения секреторных и абсорбционных процессов в кишечнике мы рассчитали изменение содержания ионов калия в исходном растворе КС1 и перфузате на единицу массы влажного и высушенного образца перфузируемого участка тонкой кишки и ДОТК.
В связи с разным содержанием воды в исследуемых образцах тканей (в тонкой кишке данный показатель составлял 75,8±0,8%, в толстой - 80,4±1,6 %), в качестве универсального критерия нами был выбран пересчет на 1 грамм сухой массы (1 г см.). Все расчеты производили по следующей формуле: ДСК+ = (ДС 1000)/т, где ДСК+ - изменение содержания ионов в мкмоль/1 г сухой массы (мкмоль/1 г см.), т - масса высушенного перфузируемого участка кишечника (мг), 1000 - переводной коэффициент, ДС - разница в содержании ионов в перфузате и во вводимом растворе КС1, рассчитываемая по формуле: (V [K+])-(V] [K+]j), где V и Vj — объем перфузата и вводимого раствора (мл), [К+] и [К+]( - концентрация ионов калия в перфузате и во вводимом растворе (ммоль/л). Изменение указанных
У экспериментальных животных цеолит, поступающий в организм с пищей, существенно изменял транспорт калия в пищеварительном тракте. Так, прирост содержания К+ в тонкой кишке экспериментальных крыс по сравнению с контрольными составил 695,8±33,6, в ДОТК - 748,6±130,0 мкмоль/1 г см,, что значительно превышало соответствующие показатели контрольных животных (рис. 4.1.1.2.).
Поскольку возникло предположение, что описанный выше эффект не является специфичным только для цеолита, а может быть характерным и для других энтеросорбентов, то было проведено дополнительное исследование с энтеросгелем ((СНз SiOi,5) nH20) (данный препарат экспериментальные животные получали с кормом в течение 7 суток)
Похожие диссертации на Анализ механизма действия цеолита Шивыртуйского месторождения на водно-солевой обмен и функцию почек
