Введение к работе
Актуальность исследования.
В настоящее время в практике кардиохирургии применяют материалы животного происхождения- ксеногрансплантаты. Они служат материалом для изготовления протезов клапанов сердца. Несмотря на преиущества клапанов данного типа перед механическими, биоматериал имеет один существенный недостаток- через 5-6 лет после операции наблюдается нарушение функций биопротеза вследствие накопления в биоткани солей кальция /Д.Ф.Вильяме и Р.Рауф, 1977; В.В.Зайцев, .1988; F.J.Schoen et al, 1985/. Данное обстоятельство сдерживает широкое применение ксеноткани, поскольку не известны молекулярные механизмы ее кальцификации, отсутствуют надежные способы предупреждения этого процесса.
Одной из причин повышенной способности ткачи накапливать соли кальция является ее химическая обработка глутаровым альдегидом (ГА). Этот прием необходим для подавления иммунологической активности биоткани и увеличения ее прочности. Обработка указанным агентом является обязательным этапом изготовления и стерилизации ксенотрансплантатов /В.В.Зайцев, 1988; Б.А.Фурсов, 1982/.
В доступной нам литературе мы не нашли ответа на вопрос о причине усиления Са -связывающей способности биоткани после ее обработки ГА. Неизвестны также способы или рекомендации, снижающие у обработанной ГА ткани способность связывать ионы кальция и накапливать его нерастворимые соли фосфатов. Известно, что ионы кальция способны взаимодействовать с заряженными группами органических компонентов соединительной ткани. Такими компонентами могут быть неколлагеновые белки и липиды. Однако остается неизвестной возможность подобного взаимодействия в ксеноперикардиальном трансплантате. Неясно, какие именно функциональные группы могут принимать участие в данном взаимодействии.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы явилось выяснение биохимических основ повышения сродства ксеноперикардиальных трансплантатов, используемых в кардиохирургии, к ионам кальция после обработки глутаровым альдегидом.
Задачи исследования:
1. Изучить Са2*-связывающую способность ксеноперикардиального трансплантата при его обработке глутаровым альдегидом в разных
концентрациях.
-
Выяснить роль ионогенных групп биополимеров перикарда в процессе связывания ионов кальция.
-
Оценить значение неколлагеновых белков перикарда в процес се связывания ионов кальция.
4.. Выяснить роль липидного компонента поверхности перикарда е связывании тканью глутарового альдегида и Са -связывающей способности ксеноперикардиального трансплантата.
5. Обосновать более оптимальные по сравнению с существующими, методические приемы обработки ксенотрансплантата с целью замедления процесса его кальцификации.
Научная новизна.
Работа отражает один из этапов работы, проводившейся в клинике госпитальной хирургии ВГМА под руководством профессора В.И.Булынина по программе Государственного комитета по науке и технике Совета Министров СССР по решению научно-технической проблемы 0.61.01, темы 06.04.03 - "Разработка и внедрение в клиническую практику новых образцов биологических клапанов для хирургического лечения пороков сердца". Впервые показано, что ГА не только связываете-аминогруппы соединительной ткани, но и увеличивает количество реакционно-способных карбоксильных групп аспарта-та, глутамата и сульфгидрильных групп цистеина белкового компонента перикарда. Увеличение количества реакционных групп, способных связывать Са, происходит вследствие изменения нативной кон-формации молекул неколлагеновых белков перикарда. Установлено,что увеличение количества доступных титрованию карбоксильных и сульфгидрильных групп резко повышает способность ксеноперикардиального трансплантата к связыванию Са и увеличивает в нем количество кальция при подкожной имплантации. Протеолиз неколлагеновых белков с помощью фермента папаина уменьшает количество доступных титрованию сульфгидрильных групп остатков цистеина. Обработка перикарда неионогенным детергентом тритоном Х-100 снижает количество карбоксильных групп. В обоих случаях происходит значительное уменьшение Са -связывающей способности трансплантата. Последовательная обработка нативной ткани указанными агентами перед дублением ГА понижает содержание реакционно-способных функциональных групп белкоБ, взаимодействующих с ионами кальция и еще больше снижает Са" -связывающую способность перикарда по сравнению с
тканью, обработанной только ГА, а также полностью предотвращает накопление кальция в образцах при подкожной имплантации.
Практическая значимость.
Полученные данные расширяют представления о механизме взаимодействия ГА с соединительно-тканными образованиями, раскрывают причины повышенной Са -связывающей способности и кальцификации ксенотрансплантатов в результате обработки перикарда ГА. Эксперименты с использованием фермента папаина и детергента тритона Х-100 позволили выявить роль карбоксильных и сульфгидрильных групп биополимеров перикарда в связывании ионов Са* . Выяснение роли указанных групп в процессе' минерализации дает возможность вести более целенаправленный поиск мер предотвращения кальцификации ксеноперикардиаяьных трансплантатов. Определение количества доступных титрованию карбоксильных групп аспартата, глутамата и сульфгидрильных групп цистеина образцов перикарда методом кислотно-основного титрования позволило предложить данную методику для экспресс-оценки резистентности ксенотрансплантатов к связыванию ионов кальция (заявка на патент N95104081 от 20.03.95 г., акт внедрения от 10 октября 1994 г.). Результаты проведенных исследований позволили усовершенствовать методику обработки перикарда ГА (акт внедрения от 15 марта 1993 г.). Полученные таким образом ксеноперикардиальные трансплантаты внедрены в практику Воронежского межобластного кардиохирургического Центра, где применяются для хирургического лечения врожденных пороков сердца (авторское свидетельство N1792677, 1992 г., два акта внедрения от 12 апреля 1993 г.). Результаты исследования используются в научно-педагогическом процессе на кафедрах биохимии и госпитальной хирургии ВГМА. По материалам диссертации получено 2 удостоверения на рационализаторские предложения.
Апробация работы.
Материалы диссертации доложены на: Первом Всесоюзном съезде сердечно-сосудистых хирургов (Москва, 1990 ); на Всесоюзном симпозиуме "Экспериментальная сердечно-сосудистая хирургия" (Суздаль, 1991 ); на VIII Областной конференции "Молодые ученые-меди-цинской науке" (Воронеж, 1992); на Международном симпозиуме "Физико-химические основы функционирования белков и их комплексов" (Воронеж, 1995).
- 6 -Публикации.
По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ. На защиту выносятся следующие положения:
-
Обработка перикарда глутаровым альдегидом увеличивает количество доступных титрованию карбоксильных групп аспартата, глу-тамата и сульфгидрильных групп цистеина,что сопровождается повышением Саг* -связывающей способности ксеноперикардиального трансплантата.
-
Карбоксильные группы остатков дикарбоновых аминокислот и сульфгидрильные группы остатков цистеина неколлагеновых белков перикарда принимают непосредственное участие в связывании Са*и кальцификации ксеноперикардиального трансплантата.
-
Предварительная обработка перикарда папаином или тритоном Х-100 уменьшает количество карбоксильных и сульфгидрильных групп, определяющих Са -связывающую способность и снижает интенсивность процесса кальцификации ксенотрансплантата.
-
Наилучший эффект ингибироЕания Са -связывающей способности ксенотрансплантата наблюдается при последовательной предварительной обработке нативной ткани папаином и тритоном Х-100.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа изложена на 142 страницах машинописного текста, включает 10 таблиц, 12 рисунков. Состоит из введения, трех глав, заключения и выводов. Список литературы содержит 200 работ, из них 94 отечественных и 106 зарубежных.
