Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из важнейших патогенетических биохимических процессов, протекающих в сердце при ишемии является трансмембранное поступление ионов Са2+ внутрь кардиомиоцитов (Alexander L.C., 1950; Budd G.C.,1979; Duxon J.M.C.,1989).
Особенно интенсивно накопление Са2+ происходит во время восстановления кровообращения (реперфузии) в зоне ишемии или целом сердце.
Подобные явления особенно часто возникают при операциях на сердце с использованием кардиоплегических растворов, когда ишеми-зированную сердечную мышцу неоднократно подвергают реперфузии "кристаллоидным" раствором с целью удаления продуктов обмена и обновления состава внеклеточной среды (Allen D.G.,1987; Tani М.,1990). Реперфузионные осложнения нередко отмечаются клиницистами и во время удаления тромба из сосудов сердца или терапии коронарного спазма. При этом возникает явление "незавершенной диастолы". Существующие методы предупреждения и лечения репер-фузионных осложнений сводятся, в основном, к мерам профилактики подобных нарушений. Медицине пока неизвестны способы удаления "избытка" ионов Са2+ из сердца, способствующие нормализации диастолического напряжения миокарда или расслаблению пересокращенных миофибрилл сердечной мышцы при синдроме "каменного сердца" в кардиохирурги ческой практике.
Методической основой, побудившей нас к разработке нового метода воздействия на поврежденное контрактурой сердце, послужили экспериментальные данные, полученные рядом авторов из нашей лаборатории (Алабовский В.В., 1987; Винокуров А.А., 1992).
Установлено, что высокая внеклеточная концентрация ионов натрия обладает существенными защитными свойствами при ишемии и реперфузии. Ускоряется восстановление электрической и сократительной
активности сердца, устраняются нарушения ритма (Алабовский В.В., 1987). Высокий трансмембранный градиент Na+ значительно ослабляет повреждения сердца при "кальциевом парадоксе". Эффект гипернатриевой среды особенно четко проявляется в присутствии адени-ловых нуклеотидов и фосфокреатина (Винокуров А А., 1992).
Предполагается, что защитное действие высокой внеклеточной концентрации ионов натрия обусловлено ослаблением процесса Na+/Ca2+ обмена.
Однако прямых экспериментальных доказательств способности гипернатриевой внеклеточной среды ослаблять поток ионов Са2+ в кар-диомиоциты при реперфузии ишемически поврежденного сердца нет. Не доказана и возможность "извлечения" избытка внутриклеточного кальция при развившейся контрактуре миокарда с помощью Na+/Ca2+ обмена путем обращения этого процесса искусственно создаваемым высоким грансмембранным градиентом натрия. Учитывая возможность быстрого "рассеивания" градиента ионов Na+ другими ^"^-зависимыми транспортными системами, в частности Na+/H+ обменом, необходимо изучение и этого процесса.
Не до конца ясен механизм защитного действия АТФ на миокард, хотя имеются предположения о вовлечении в этот процесс также Nat/Ca2+ обменной системы.
Цель и задачи исследования. В связи с вышеизложенным целью настоящего исследования явилось изучение возможности ослабления накопления или удаления избытка ионов кальция из сердца при его реперфузии после ишемии путем увеличения трансмембранного градиента ионов натрия и обращения процесса Na+/Ca2+ обмена. Были поставлены следующие задачи:
1. Дать количественную оценку и изучить динамику процесса накопления Са2+ сердечной мышцей во время реперфузии после ишемии разной длительности.
-
Оценить влияние Na+/H+ обмена на процесс аккумуляции Са2+ сердцем при реперфузии.
-
Изучить роль Na+/Ca2+ обмена в механизме поглощения Са2+ миокардом во время реперфузии. С помощью искусственно создаваемого высокого градиента Na+ ослабить скорость накопления Са2+ сердцем.
-
Определить роль гипертонического фактора гипернатриевого раствора в наблюдаемых результатах влияния высокой внеклеточной концентрации ионов Na+ на транспорт Са2+ в сердце при его реперфузии.
-
Изучить действие АТФ как одного из активаторов Na+/Ca2+ обмена на аккумуляцию Са2+ сердечной мышцей во время реперфузии.
-
Оценить расслабляющее действие а также проницаемость биомембран кардиомиоцитов для внутриклеточных метаболитов при использовании перфузионных сред, обладающих способностью уменьшать накопление или стимулировать выход ионов Са2+ из сердца во время реперфузии после ишемии.
Научная новизна. Проведенными исследованиями установлено, что после ишемии разной длительности (от 15 до 40 минут) внутриклеточное накопление Са2+ происходит в течение примерно одного периода времени реперфузии: 15-18 минут. Однако этот процесс протекает с разной скоростью: чем длительнее ишемия, тем более интенсивно происходит аккумуляция ионов кальция.
Впервые обнаружено, что Na+/Ca2+ обмен стимулируется при реперфузии процессом Na+/H+ обмена.
Показано, что высокая внеклеточная концентрация Na+ при условии сохранения или повышения его трансмембранного градиента может обращать процесс Na+/Ca2+ обмена. При этом значительно ослабляется аккумуляция Са2+ сердечной мышцей, предотвращается нарастание реперфузионной контрактуры, а после ишемии средней
продолжительности (25 минут) в сердце появляется электрическая и сократительная активность.
Впервые установлено, что АТФ в концентрации 200 мкМ обладает свойством удалять ионы кальция из сердца во время реперфузии после ишемии разной длительности (от 15 до 40 минут). Показано, что гипернатриевая среда и низкий рН раствора (блокирующий Na+/H+ обмен) существенно усиливают действие АТФ на сердце. При этом еще больше усиливается выход кальция из сердечной мышцы, предупреждается нарастание реперфузионной контрактуры.
Практическая ценность работы. Результаты проведенных исследований позволили получить количественную характеристику и динамику во времени процесса накопления Са2+ сердечной мышцей во время нарастания реперфузионной контрактуры. Это дает возможность более целенаправленно определить оптимальные сроки начала активного воздействия на поврежденное контрактурой сердце. Разработана рецептура перфузионного раствора, способного вызывать интенсивный выход Са2+ из миокарда на разных этапах развития контрактуры сердца (начиная сразу с момента окончания ишемии и через 15 минут после начала нарастания контрактуры). Новый способ ослабления реперфузионной контрактуры может быть применен в кардиохирургической практике при реперфузии остановленного кардиоплегическим раствором сердца при угрозе развития постишемических осложнений.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Юбилейной конференции физиологов, посвященной памяти Г.И. Косицкого (Москва, 1990); заседаниях Воронежского биохимического общества (Воронеж, 1990, 1991, 1992, 1993, 1994); школе-семинаре молодых ученых Воронежского государственного медицинского института им. Н.Н. Бурденко (Воронеж, 1993); конференциях молодых ученых ВГМИ им. Н.Н. Бурденко (Воронеж, 1991-1995).
По материалам диссертации опубликовано 4 работы. Экспериментальные материалы нового метода предупреждения реперфузи-онной контрактуры сердца оформлены в виде заявки на патент с приоритетом от 18 июля 1994 г., N 94027258(026666).
Работа выполнена без соавторства. Из научных результатов, опубликованных в соавторстве, в диссертацию включены данные, выполненные лично автором.
Положения, выносимые на защиту.
-
Во время реперфузии сердца после его ишемии процесс накопления Са2+ обусловлен активацией Na+/H+ и Na+/Ca2+ обменных систем.
-
Ослабление Na+/H+ обмена амилоридом или низким рН пер-фузионного раствора, а также активация выхода Са2+ из сердца адено-зинтрифосфорной кислотой и гипернатриевой внеклеточной средой позволяет осуществить процесс интенсивного выведения ионов Са2+ из сердца при ишемии средней и большой продолжительности.
-
Используя систему Na+/Ca2+ обмена в качестве объекта, через который осуществляется удаление избытка Са2+ из сердца после ишемии, удается полностью предупредить возникновение реперфузионкой контрактуры миокарда, а в некоторых случаях вернуть ему электрическую и сократительную активность.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из разделов: "Введение", "Обзор литературы", "Общая характеристика методов исследования", "Результаты исследования и их обсуждение", "Заключение", "Выводы", "Практические рекомендации", указателя литературы, включающего 342 первоисточника и приложения. Объем диссертации - 206 страниц, включая список использованной литературы, 42 таблицы и 51 рисунок.
