Структурно-функциональное состояние плазматических мембран гладкомышечных клеток аорты крыс при старении Селявко, Владимир Владимирович

Введение к работе

_: Актуальность темы. В процессе старения организма происходит существенное изменение функционирования всех органов и систем. Не является исключением в этом отношении и сердечно-сосудистая система (Фролькис, 1981). В старости значительные изменения претерпевают такие показатели гемодинамики, как системное артериальное давление, частота сердечных сокращений, минутный объём крови, общее периферическое сопротивление и др. Обшей тенденцией возрастных сдвигов в работе сердечно-сосудистой системы является уменьшение сократи; іьной способности миокарда и, следовательно, сердечного выброса, и рост общего периферического сопротивления сосудов (Фролькис, 1981; Лобанок, 1934). Однако необходимо отметить существование не только оСтих закономерностей в развитии старения сердечно-сосудистой системы, но и межвидовых особенностей изменения гемодинамики при старении. Например, артериальное давление растет в процессе старения у собак и не изменяется у крыс и кроликов (Фролькис, 1981). У этих животных поддержание постоянной величины системного артериального давления, по-видимому, обеспечивается за счёт других показателей гемодинамики. Сохранение постоянства кровяного давления в процессе старения организма у крыс на фоне падения минутного объема крови, ударного объёма,' сердечного индекса и индекса сократимости происходит благодаря росту общего периферического сопротивления сосудов. В этом случае наблюдается, вероятно, реализация адаптаци-онно-регуляторных механизмов поддержания гомеостаза при старении (Фролькис, 1979; 1982). Однако молекулярные механизмы этого явления во многом не ясны.

Многочисленными экспериментальными работами показано, что общее периферическое сопротивление сосудов определяется, с одной стороны, собственными механизмами регуляции сократимости гладких мышц сосудов, с участием мембранной модуляции внутриклеточной концентрации Са²*. С другой стороны,- за счёт нейрогуморальних влияний, опосредуемых через действие специфических нейромедиато-ров и гормонов на рецепторы плазматической мембраны, что, в конечном счёте. и ведет к развитию физиологического ответа. Интересно отметить, что плазматическая мембрана является и основным звеном мембранных механизмов регуляции сократительной активності

гладкомышечних клеток (Орлов, 1936). Особенности старения этих клеток являются результатом интеграции собственных возрастных изменений и сдвигов средовых, внешних по отношению к ним, влияний, происходящих в процессе старения других органов и тканей (Фролькпс, 1981). Вместе с тем, возрастные особенности функциональна характеристик основних Са²*-транспортных систем гладкомышечних клеток сосудов, а также механизмов трансмембранной передачи гормональних сигналов и структурного состояния их мембран в настоящее время практически не изучены. Поэтому представляется важним для выяснения клеточннх механизмов возрастних изменений в .работе сердечно-сосудистой системи изучение особенностей функционирования плазматических, мембран гладкомышечних клеток сосудов и структурних изменений, сопровождающих и/или определяющих эти особенности.

Шік Я 2еЖї!І исследования. В настоящей работе была поставлена цель: изучить структурно-функциональное состояние плазматических мембран, участвующих во вне- и внутриклеточной регуляции сократимости гладкомишечньх клеток сосудов при старении.

При этом предусматривалось решение следующих конкретных задач:

1. Определить концентрацию альдостерона в плазме крови и оценить кинетические характеристики мембранных и цитозольных рецепторних структур для данного минералокортнкоида у зрелих и старых животных.

2. Охарактеризовать состояние j- и р-адренорецепторов и аде-нилатцйклазной системы гладкомышечних клеток сосудов.

3. Провести сравнительный анализ кинетических характеристик Са^г"-транспортной активности плазматических мембран гладкомышечних клеток сосудов зрелых и старых животных.

4. Изучить физико-химические характеристики липидного бислоя мембран гладкомышечних клеток аорты животных указанных возрастных групп.

Научная новизна. Установлено, что в клетках аорты с возрастом наблюдается изменение структурно-функциональных свойств мембран, участвующих в регуляции их сократительной активности. Методом радиолигандного анализа впервые установлено существование рецепторних структур на плазматических мембранах клеток гладких мышц сосудов, специфически связывающих минералокортикоид альдо-

стерон. Установлено, что с возрастом происходит уменьшение числа мест связывания альдостерона на мембранах с одновременным увеличением их Сидства к минералокортикоиду. Обнаружено, что содержание альдостероне в плазме крови и кинетические характеристики цитозолышх рецепторов для данного гормона не претерпевают возрастных изменений. Показано, что на поздних этапах онтогенеза увеличивается количество /?-адренорецепторов и остается постоянным их сродство к антагонисту дигндроальпренололу. В тоже время, эффективность стимуляции аденилатциклазной активности р-адрено-агонистом изопротеренолом с возрастом уменьшается. Альдостерон оказывает модулиру^ее влияние на стимуляцию аденилатциклазы ГТФ и изопротеренолом, более выраженное у старых животных. Обнаружено уменьшение в процессе старения АТФ-зависимого кальциевого транспорта в плазматических мембранах гладкошсечных клеток сосудов. Аналогичный эффект бил получен и при модификации мембран .лизофосфатидилхолином, который, как показано, накапливается в. мембранах при старении. С помоцью флуоресцентных зондов впервые показано увеличение при старении текучести липидного бислоя плазматических мембран гладкомышечных клеток аорты. Альдостерон в физиологических концентрациях приводит к увеличению текучести анулярных липидов, не влияя при этом на свойства липидов бислоя мембраны.

Теоретическая и практическая значимость. Полненные данные о возрастной модификации структурно-функциональных свойств плазматических мембран гладкомышечных клеток аорты, участвующих в поддержании кальциевого обмена этих клеток, способствуют раскрытию молекулярных механизмов регуляции тонуса сосудов на поздних этапах онтогенеза, расширяют и углубляют теоретические основы возрастной физиологии. Обнаруженное влияние лйзофосфатидилхолина на Са²*-транспортную функцию плазматических мембран гладкомышечных клеток аорты имеет практическое значение для исследования -патогенеза ряда сердечно-сосудистых заболеваний, при которых наблюдается заметное увеличение содержания этого фосфолипида в клеточных мембранах.

Совокупность обнаруженных возрастных изменений физических характеристик липидов мембран гладкомышечных клеток аорты, а также функциональных свойств некоторых интегральных мембранных белков (Са²*-, Mg^-АТ'Газы плазматической мембраны, аденилатцик-

.4

лазного комплекса) может быть использована при поиске новых гериатрических лекарственных препаратов.

Основные положения, выносимые на защиту.

3. При старении происходит уменьшение АТФ-зависимого транспорта Са²* через плазматические мембраны гладкомышечных клеток аорты крыс с одновременным увеличением сродства кальциевого насоса к данным ионам. Присутствие лнзофосфатидилхолина, который накапливается с возрастом в составе мембранных липидов, оказывает аналогичное дейстєие на препараты плазмалеммы гладкомышечных клеток аорты зрелых животных.

4. У старых животных увеличивается количество d- и /і-адрено-рецепторов на плазматических мембранах гладкомышечных клеток аорты. В то же время, при отсутствии изменений в регуляции активности аденилатииклазы через нуклеотнд-связываюиие белки, обнаружено уменьшение степени активации фермента /5-адреноагониста-ми. Минералокортикоид альдостерон в физиологической концентрации способен вызывать нивелирование возрастных различий в рецептор-опосредованной регуляции аденилатииклазы.

5. Плазматические мембраны гладкомышечных клеток аорты крыс, содержат специфические места связывания альдостерона, плотность которых с возрастом уменьшается, а их сродство к минералокорти-коиду увеличивается.

6. Старение экспериментальных животных сопровождается структурной реорганизацией плазматических мембран гладкомышечных клеток аорты, заключающейся в росте текучести мембранных липидов и степени погруженности белков в толщу мембран. Одной из причин этого является уменьшение в составе общих липидов мембран доли ненасыщенных тарных кислот и увеличение содержания короткоиепо-чечных насыщенных жирных кислот и лнзофосфатидилхолина.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на V Всесоюзном съезде геронтологов и гериатров, Всесоюзном симпозиуме "Биохимия рецепторних систем", V Всесоюзной конференции "Физиология и биохимия медиаторных процессов", Всесоюзной конференции "Обмен кальция в физиологии и патологии сердечно-сосудистой системы". Всесоюзной конференции "Липиды клеточных мембран", 18-й и 19-й научных конференциях молодых учёных биологического факультета МГУ, VII съезде Белорусского физиологического общества им. И. П. Павлова.

5 . Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 155 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, 4 глав изложения результатов экспериментальних исследований, обсуждения результатов и заключения, выводов и списка литературы, включающего 62 отечественных и 214 иностранных источников. Работа иллюстрирована 18 рисунками и 11 таблицами.