Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время в космической медицине и биологии ведётся поиск мер, направленных на противодействие адаптации организма человека к невесомости, которые помогли бы увеличить возможное время пребывания в условиях космического полета. Проведение медико-биологических экспериментов по моделированию эффектов космического полёта на животных предоставляет возможность исследования на тканевом и клеточном уровнях.
Однако проведение исследований при реальных космических полётах связано с рядом трудностей, в том числе и финансовых, потому большинство экспериментов в настоящее время проводится в наземных условиях моделированием некоторых эффектов невесомости. Так, для создания некоторых физиологических эффектов невесомости в течение длительного периода времени на крысах, часто используют антиортостатическое вывешивание, при котором происходит перераспределение жидких сред организма в краниальном направлении, характерное для невесомости (Коваленко, 1977). Полученный к настоящему времени экспериментальный материал позволяет провести физиологические параллели между влиянием реальной невесомости и антиортостатическим положением (Коваленко, 1977; Газенко, Григорьев, 1990; Ильин, Капланский, 1998), т.е. антиортостатическое вывешивание является адекватной моделью для оценки гемодинамических изменений в организме млекопитающих, схожих с таковыми в реальном космическом полёте. Наиболее применимой эта модель является для сердечно-сосудистой и опорно-двигательной систем.
В последнее время изучается воздействие искусственной силы тяжести на сердце млекопитающих и возможность её использования для предотвращения негативных изменений, связанных с адаптацией к невесомости. Так, в полете биоспутника "Космос-936" впервые были получены данные о том, что непрерывная круглосуточная искусственная гравитация, создаваемая с помощью бортовой центрифуги, может предупредить развитие многих неблагоприятных эффектов, вызываемых невесомостью на сердце крыс (Рохленко, Мульдияров, 1981). Однако детальных данных по реакции разных отделов сердца на искусственную силу тяжести на фоне невесомости не получено, и ультраструктура кардиомиоцитов (КМЦ) в таких условиях практически не
изучена. Поэтому представляет интерес изучение ультраструктуры КМЦ при одновременном действии невесомости, или моделировании ее эффектов, и искусственной силы тяжести.
В литературе недостаточно освещен вопрос относительно изменений в условиях космического полёта и при моделировании его эффектов секреторных предсердных КМЦ (Погодина и др., 2004). В связи с тем, что помимо функции сокращения, они выполняют ещё и секреторную — синтезируют натрийуретический пептид (Cantin М., Genest J., 1985; Gharib С. et al., 1985) — они отличаются от рабочих КМЦ желудочков, поэтому и реакция этих клеток на те же воздействия может отличаться. В связи с тем, что в невесомости и при её моделировании изменяется водный и электролитный гомеостаз организма, то секреция натрийуретического пептида является одним из механизмов в адаптации организма млекопитающих к условиям невесомости.
Совершенно незатронутым в исследованиях является вопрос возможности применения гравитации большей величины, но меньшей продолжительности для нивелирования некоторых негативных реакций, вызываемых невесомостью. Этот вопрос актуален в связи с тем, что в перспективе перенесения опыта применения искусственной силы тяжести на человека невозможно постоянное нахождение космонавтов на борту центрифуги. Кроме того, постоянное воздействие искусственной силы тяжести может приводить к неблагоприятным изменениям ряда функций организма, связанных с вестибулярной системой, ввиду постоянного пребывания во вращающейся системе. Так, у крыс на биоспутнике Космос-936, находившихся под действием искусственной силы тяжести, отмечено снижение функций высших отделов ЦНС в сравнении с крысами, находившимися в невесомости (Ильин, 1984). Однако в случае использования прерывистого режима искусственной силы тяжести нельзя исключить возможности возникновения нежелательных эффектов каждый раз при возобновлении действия. То есть, вопрос о режиме применения искусственной силы тяжести остаётся открытым.
Таким образом, моделирование некоторых эффектов невесомости в сочетании с гипергравитацией является одним из самых доступных и адекватных методов для изучения возможности применения искусственной силы тяжести для нивелирования некоторых неблагоприятных последствий, вызываемых невесомостью.
Цель исследования. Изучить морфо-функциональные особенности КМЦ
левого желудочка и правого предсердия сердца крыс в условиях прерывистой
гиподинамии, моделирования эффектов невесомости методом
антиортостатического вывешивания, прерывистой гипергравитации и совмещения этих воздействий.
Задачи исследования.
Провести ультраструктурное и морфометрическое исследование рабочих и секреторных КМЦ при воздействии на крыс прерывистой гиподинамии и прерывистой искусственной силы тяжести величиной 2G на 1ч в сутки в течениеие 19 суток.
Провести ультраструктурное и морфометрическое исследование рабочих и секреторных КМЦ сердца крыс при круглосуточном вывешивании животных в антиортостатическом положении в течение 24 суток.
Провести ультраструктурное и морфометрическое исследование рабочих и секреторных КМЦ сердца крыс при совмещённом воздействии антиортостатического вывешивания и искусственной силы тяжести величиной 2G.
Сравнить реакцию рабочих и секреторных КМЦ сердца при воздействии разных эффектов космического полёта.
Научная новизна работы. Впервые в КМЦ левого желудочка и правого предсердия крыс, подвергнутых длительному антиортостатическому вывешиванию и, одновременно с ним, прерывистой гипергравитации величиной 2 Q проанализированы ультраструктурные изменения.
Показано, что применение искусственной прерывистой силы тяжести величиной 2G на фоне моделирования некоторых эффектов невесомости методом антиортостатического вывешивания даёт положительные результаты для рабочих КМЦ левого желудочка сердца крыс, однако ряд признаков указывает на развитие дизадаптативных изменений в секреторных КМЦ правого предсердия, этих же животных Таким образом реакция на одни и те же воздействия отличается в КМЦ левого желудочка и правого предсердия, и, в связи с этим, вопрос о режиме применения искусственной силы тяжести для профилактики негативных изменений, вызванных пребыванием в невесомости, остаётся открытым.
Практическое значение работы. Выполненная работа представляет не только теоретический, но и практический интерес в области космической
биологии и медицины. Данные, полученные в настоящей работе, о структурных изменениях КМЦ важны для разработки методов использования перегрузок в борьбе с нежелательными последствиями действия невесомости на организм.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов» (2010, 2011, 2012), осква; VIII Всероссийской конференции по патологии клетки, Москва; XXI всероссийском съезде физиологического общества им. И.П. Павлова, Калуга; Школе-конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности «Системные и клеточные механизмы в физиологии двигательной системы и мышечной деятельности», Москва и на заседании кафедры клеточной биологии и гистологии биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ из них 2 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 185 страницах. Состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, выводов, списка литературы и приложений. Материалы диссертации содержат 87 рисунков (из них 9 диаграмм и 78 фотографий). В списке литературы приведены 149 источников, включая 95 отечественных и 54 зарубежных. В приложениях содержится 15 таблиц.
