Введение к работе
Актуальность темы. Среди актуальных проблем современной медицины микрогемоциркуляция по праву занимает одно из ведущих мест. Изучение проблем микрогемоциркуляции связано, прежде всего, с исследованием фундаментальных закономерностей движения крови в капиллярах и других микрососудах.
Широкий интерес к микрогемоциркуляции крови связан с тем, что она необходима для нормального функционирования любого органа и ткани высокоразвитых организмов (Куприянов В.В., 1969). Нарушения микроциркуляции могут привести к недостаточному кровоснабжению, гипоксии тканей и к их дистрофии (Иванов С.Н., Липовецкий Б.М., 1991, Петрищев Н.Н. 2001). Состояние микрогемоциркуляции во многом определяет функциональное состояние сердечно-сосудистой системы, а значит, и физическую работоспособность организма (Козлов В.И., Тупицын И.О. 1982).
В области микроциркуляторного русла реологические свойства крови определяются двумя основными процессами – агрегацией и деформацией клеточных элементов (Катюхин Л.Н., 1995). На данный момент существуют две модели агрегации эритроцитов - мостиковая модель и модель истощения (Chien S., Jan K. M. 1973 Левтов В.А. и соавт., 1982, Armstrong J.K. et al.,2004),. В обоих случаях процесс образования агрегатов связывают с наличием или отсутствием на поверхности мембран эритроцитов адсорбированных белков. Согласно мостиковой модели высокомолекулярные белки плазмы, такие как фибриноген и макроглобулины, обеспечивают образование молекулярных мостиков между клетками, способствуя преодолению сил электростатического отталкивания между клетками. В то же время, низкомолекулярные белки, не перекрывающие критическое расстояние взаимного отталкивания, адсорбируясь на мембранах, препятствуют агрегации красных клеток крови. Адсорбция белков на поверхности клеток в свою очередь приводит к изменению вязко-эластических свойств мембран и, следовательно, оказывает непосредственное влияние на деформируемость клеток (Morris C.L., Meiselman H.J., 1981, Kikuchi Y. and Koyama T., 1984)
Помимо плазменных белков большое влияние на процессы агрегации оказывает состояние красных клеток крови. При циркуляции в сосудистой системе клетки подвергаются различным воздействиям и поэтому с возрастом у эритроцитов происходят изменения в биохимическом составе и структуре мембран, морфологии клеток, которые приводят к закономерной динамике их физических характеристик и электроповерхностных свойств (Nash G.B., Meiselman H., 1981, Геннис Р., 1997).
Повышенное агрегатообразование при патологии ведет к возникновению нарушений периферического кровотока и, тем самым, оказывает отрицательное влияние на тканевой метаболизм (Селезнёв С.А. и соавт., 1985). С другой стороны, у спортсменов в состоянии относительного покоя выявлено снижение агрегационной способности, что рассматривается как приспособительная реакция к мышечным нагрузкам (Hardeman M.R. et. Al., 1995, Brun J.F. et al., 1995, Муравьёв А.В. и соавт., 1995).
Исследования последних лет продемонстрировали наличие связи между активностью агрегационных процессов и состоянием микрососудистого русла. Показана зависимость плотности функционирующих капилляров от степени агрегации эритроцитов и гематокритного показателя (Vicaut E. et. al., 1994, Intaglietta M. et. al., 2005, King M.R. et. al. 2005, Kim S. et al. 2006). Однако и в настоящее время не достаточно изучены процессы взаимодействия между клеточными элементами крови, происходящие в микрососудистом русле, что в свою очередь затрудняет интерпретацию результатов реологических измерений in vitro и их экстраполяцию на условия in vivo (Popel A.S., Johnson P.C., 2005).
Цель исследования
Исследовать адсорбцию высокомолекулярных белков плазмы на мембранах эритроцитов и её влияние на микрогемоциркуляцию.
Задачи:
-
Выяснить влияние на процессы адсорбции на мембранах эритроцитов абсолютной и относительной концентраций электрофоретических фракций белков плазмы.
-
Оценить роль структурных мембранных гликопротеинов красных клеток крови как потенциальных мест адсорбции белков плазмы.
-
Исследовать влияние сиаловых кислот, связанных с белковыми структурами, на процессы адсорбции макромолекул на эритроцитарных мембранах.
-
Исследовать реологические параметры крови, характеризующие взаимодействие между красными клетками крови в потоке in vitro при различной степени адсорбции высокомолекулярных белков плазмы на эритроцитах.
-
Сопоставить состояние реологических параметров крови обусловленных адсорбцией высокомолекулярных белков плазмы на эритроцитах и объём микрососудистого русла скелетных мышц.
-
Сопоставить степень адсорбции высокомолекулярных белков плазмы на эритроцитах с объёмными показателями сосудистого русла.
-
Сопоставить степень адсорбции высокомолекулярных белков плазмы на эритроцитах со структурой потока крови в микрососудах.
-
Исследовать скоростной профиль потока крови в магистральных артериальных сосудах.
Научная новизна исследования
Впервые с использованием метода импедансной спектроскопии исследовано изменение адсорбционных свойств эритроцитарных мембран. Установлены закономерные изменения адсорбции высокомолекулярных белков плазмы на эритроцитах, как следствие изменений белковых концентраций в плазме и состояния поверхности эритроцитарных мембран.
На основе данных импедансной спектроскопии впервые получены сведения об изменении состояния сосудистого русла скелетной мускулатуры при разных функциональных состояниях организма. Выявлено наличие различных вариантов сочетания между реологическими свойствами крови и объёмом микрососудистого русла. Получены новые сведения об особенностях перестройки системы микрогемоциркуляции при экстремальных состояниях организма и в условиях патологии.
Зафиксирована зависимость адсорбции белков плазмы на клеточных мембранах от их абсолютной концентрации, но только при нормальном возрастном спектре циркулирующих красных клеток крови.
Установлено блокирующее влияние сиаловых кислот связанных с мембранными белками эритроцитов на степень адсорбции белков плазмы на эритроцитах.
Показана важная роль гликопротеинов мембраны, которые подвержены изменению в процессе циркуляции, в детерминации количественной характеристики адсорбции высокомолекулярных белков плазмы на эритроцитах.
Показана роль мембранных белков как потенциальных мест адсорбции на мембранах эритроцитов.
Выявлен характер течения крови в микрососудах существенно отличающийся от параболического профиля скоростей. Зарегистрированы факты сохранения структуры потока венулярных сосудов при их слиянии. Показано влияние геометрии микрососудистой сети на структуру потока крови. Выявлено влияние на структуру потока крови конгломератов эритроцитов имеющихся в венулах.
Теоретическая и практическая значимость работы
Полученные данные позволяют расширить существующее представление о гемореологических перестройках и изменениях состояния микрососудистого русла при патологии, а также углубить понимание механизмов адаптации системы микрогемоциркуляции в условиях мышечной деятельности.
Расширено имеющееся представление о факторах, обеспечивающих адсорбцию биополимеров на клеточных мембранах, имеющих место в организме при различных состояниях.
Выявленные механизмы изменения адсорбции высокомолекулярных белков плазмы на эритроцитах дают основания для разработки методов коррекции процессов адсорбции, и, как следствие, агрегационной активности красных клеток крови.
Установленное повышение показателя адсорбции при тяжёлых мышечных нагрузках позволяет использовать его в качестве одного из тестов для оценки функционального состояния спортсменов.
Зафиксированное динамическое изменение структуры потока крови в микрососудах позволяет давать более объективную оценку влияния агрегации эритроцитов регистрируемую in vitro на микрогемоциркуляцию in vivo.
Апробированный в работе комплекс методик может быть использован в клинике, в практике врачебного контроля за функциональным состоянием организма спортсменов и при проведении научных исследований.
Материалы диссертации могут быть использованы при преподавании ряда физиологических дисциплин, при написании соответствующих глав учебников и руководств, для проведения дальнейшей исследовательской работы в области микрогемоциркуляции и реологии крови.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Абсолютные концентрации белков в плазме определяют качественные характеристики их адсорбции на эритроцитарных мембранах.
-
Интегральные белки мембран эритроцитов и связанные с ними сиаловые кислоты определяют количественные характеристики адсорбции белков плазмы на эритроцитах.
-
Изменение состояния микрососудистого русла при разных функциональных состояниях коррелирует с изменением реологических свойств крови, обусловленных адсорбцией белков плазмы на эритроцитах.
-
Изменения адсорбции высокомолекулярных белков на поверхности эритроцитов оказывают влияние на взаимодействие между эритроцитами в потоке и, как следствие, на структуру потока крови во всех звеньях сосудистого русла.
-
Изменение структуры потока крови в сосудах обусловленное адсорбцией высокомолекулярных белков плазмы на красных клетках крови влияет на распределение эритроцитов в микрососудистой сети.
Апробация результатов работы.
Материалы, изложенные в диссертации, доложены и обсуждены на международных конференциях «Микроциркуляция» (Ярославль 1997), «Микроциркуляция и гемореология» (Ярославль 1999), «Гемореология» (Ярославль 2001), «Гемореология и микроциркуляция» (Ярославль 2003), «Гемореология в микро- и макроциркуляции» (Ярославль 2005), Международной конференции «Физкультура и спорт в развивающемся мире» (Шуя, 1996), на XVII и XIX съездах физиологического общества им. И.П.Павлова (Ростов-на-Дону, 1998. Екатеринбург, 2004), 2 всероссийской конференции «Физическая культура как средство оздоровления в современных условиях» (Дзержинск, 1999), международной научно-практической конференции «Проблемы физкультурного образования детей и учащейся молодежи» (Шуя, 2002), российской конференции «Современные методы ультразвуковой диагностики заболеваний сердца, сосудов и внутренних органов» (Москва 2004), всероссийской научной конференции «Клиническая гемостазиология и гемореология в сердечно-сосудистой хирургии» (Москва, 2005), на I съезде физиологов СНГ (Сочи, 2005), на 12 международном конгрессе по биореологии и 5 международной конференции по клинической гемореологии (Китай, Чон-Синь, 2005), на Российской научной конференции с междунар. участием «Медико-биологические аспекты мультифакториальной патологии» (Курск, 2006), научно-практ. конференции «Методы исследования регионарного кровообращения и микроциркуляции в клинике и в эксперименте» (Санкт-Петербург, 2007).
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 280 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, главы с описанием материалов и методов исследования, главы с изложением полученных результатов, обсуждения полученных результатов, выводов, списка литературы. Работа иллюстрирована 67 таблицами и 61 рисунком. Библиографический указатель включает в себя 436 наименований: 265 отечественных и 171 иностранный источник.
Похожие диссертации на Адсорбция высокомолекулярных белков плазмы на эритроцитах и её влияние на микрогемоциркуляцию
