Введение к работе
Актуальность исследования
Высказанное (Sandison J.С. 1932 г.) предположение об особой роли лейкоцитов в микроциркуляторном кровотоке нашло подтверждение лишь в последние годы. Серией исследований Bagge U. с соавторами было показано, что белые клетки крови являются более жесткими, чем эритроциты, могут создавать значительное сопротивление потоку и вызывать так называемый лейкоцитарный плюггинг. Деформация белых клеток крови при прохождении через узкие капилляры происходит без изменений клеточного объема с увеличением площади поверхности (Bagge U., 1976; Bagge U., Branemark P.-I., 1977; Bagge U., Johansson B.R., Olofsson J., 1977; Bagge U., Skalak R., Attefors R.,1977; Багги У, Брейд M., 1988). Складчатость поверхности, создающая мембранный резерв (до 80-100%) при значительных различиях по сравнению с эритроцитами в объеме и цитоплазматической вязкости, является одним из основных факторов, обеспечивающих пассаж лейкоцитов в микрососудистой сети (Bagge U., Branemark P.-L ,1977; Schmid-Schonbein G.W. et al, 1981; Редчиц Е.Г., Парфенов A.C. 1989).
В норме лейкоцитарная обструкция - редкий феномен, имеющий короткую протяженность. Но в условиях патологии частота закупоривания микрососудов белыми клетками крови, вследствие изменения деформационных свойств, возрастает. В частности получены сведения об ухудшении деформабельности лейкоцитов в условиях ишемии и геморрагического шока (Bagge U.,Amundson B..Lauritzen С, 1980; Barroso-Aranda J„ Schmid-Schonbein G.W., 1989; Hatchell D.L., Wilson C.A., Saloupis P., 1994; Boyd A.J., Scherman LA., Saibil F.G., 1994). Значительные реологические дефекты, ведущие к повышению сопротивляемости потоку, возникают при активации лейкоцитов (Nash G.B., Meiselman H.J„ 1986; Nash G.B. etal., 1988; Frank R.S., 1990; Hanis A.G., SkalakT.C.,1993; Eppihimer MJ., Lipowsky H.H., 1996). Высказаны предположения о повышении жесткости гранулоцитов при ревматоидном артрите, что может играть важную роль в развитии поражения тканей (Olofsson J., Bagge U., Branemark P.-L, 1972), и ригидификации лейкемических миелобластов (Lichtman M.A., Kearney E.A., 1976). Однако, в более поздних исследованиях не найдено подтверждения последним фактам: деформируемость гранулоцитов и лимфоцитов здоровых людей и больных хронической лейкемией отличаются незначительно (La Celle P.L., 1986).
В настоящее время не известно какой вклад в деформируемость и ее изменения вносят геометрия клетки, особенности мембраны, структура
цитоскелета, характер цитоплазмы. Отдельные экспериментальные и теоретические исследования свидетельствуют, что различные воздействия на целостный организм и отдельные клетки могут сопровождаться мор-фофункциональными преобразованиями вплоть до желатинизации цитоплазмы и микроволоконной сети (Александров В.Я., 1985; Браун А.Д., МоженокТ.П.,1987;ЗапараТ.А. ссоавт., 1999; Frank R.S., 1990), а также общими и локальными изменениями микровязкости липидного матрикса мембран (Баглаев Т.Н., 19 86; Гордеева Л.В., 1989; Милакин СБ., 1989).
На сегодняшний день нет достаточно полных сведений о характере и выраженности изменений механических свойств лейкоцитов в условиях патологии и практически отсутствуют работы по изучению белых клеток крови при экстремальных состояниях организма. Вместе с тем, изучение деформабельности, как физиологической и биофизической характеристики лейкоцитов при экстремальных состояниях, характеризующихся явлениями дезадаптации с явными признаками дезинтеграции механизмов клеточной регуляции (Ерюхин И.А., 1994; Новиков B.C.,1998), имеют важное значение, т.к. позволяют ближе подойти к раскрытию механизмов функционирования организма в измененных условиях существования.
Цель исследования:
Изучить геометрию и динамические характеристики лейкоцитов в условиях микропотока при экстремальных состояниях организма.
Задачи исследования:
-
Изучить изменения геометрических и динамических свойств лейкоцитов на различных стадиях развития экстремального состояния.
-
Выявить специфику изменений объемных, деформационных и восстановительных свойств белых клеток крови при действии на организм различных экстремальных факторов.
-
Провести сравнительный анализ механических свойств лейкоцитов человека и белых крыс.
Положения, выносимые на защиту:
-
Изменения динамических характеристик, отражающих сопротивляемость потоку в микрососудах и свойство белых клеток крови восстанавливать свою форму после деформации зависят от стадии развития экстремального состояния и его специфических черт.
-
Цитоскелетные и мембранные преобразования белых клеток крови, возникающие в ответ на действие экстремальных факторов, являются неоднозначными и сопряжены с изменениями функциональной активности лейкоцитов.
Научная новизна исследования
В работе впервые дана оценка геометрических и динамических свойств лейкоцитов крови при ряде экстремальных состояний организма. Показано, что дезадаптационные реакции организма сопровождаются повышением жесткости клеточных структур. Поэтапное изучение изменений деформационных свойств белых клеток крови в условиях развития процесса позволило выявить особенности, характерные для различных функциональных состояний организма.
Получены новые данные о различиях внутриклеточных регуляторных реакций, обеспечивающих восстановление после деформации для субпопуляций крупных и мелких лимфоцитов. Установлена достоверная зависимость между исходными показателями объема и скорости движения по микрокапилляру со временем восстановления сферической формы клеток.
Впервые проведена сравнительная оценка геометрии и механических свойств лейкоцитов человека и белых крыс. Выявлены видовые различия пластичности белых клеток крови, обусловленные разным вкладом клеточных структур в реакции, возникающие под влиянием внешних деформационных сил. -
Научно-практическая значимость работы
Полученные данные о различиях в динамике изменений деформационных свойств лейкоцитов крови при ряде экстремальных состояний, сопровождающихся и не сопровождающихся воспалительной реакцией,
имеют важное теоретическое значение и должны учитываться при разработке и проведении коррекционных мероприятий. Существенное значение для выработки "стратегии клеточной терапии", обеспечивающей стабильный уровень микроциркуляторного потока, имеет описанное в работе сходство изменений жесткости лейкоцитов на сублетапьных стадиях развития экстремальных состояний.
Результаты, характеризующие вклад различных компартментов клетки в осуществление реакций сохранения геометрической формы и сопротивляемости механическим воздействиям могут стать ориентиром в планировании дальнейших исследований.
Планирование экспериментальных исследований должно проводиться с учетом выявленных в работе видовых различий геометрии и механических свойств белых клеток крови человека и белых крыс.
Апробация работы
Материалы диссертации доложены и обсуждены на XVII съезде Всероссийского физиологического общества им. И.П. Павлова (Ростов-на-Дону, 1998),научных конференциях ЯГПУ (Ярославль, 1998, 1999), межвузовской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Ярославль, 1998), конференции, посвященной 10-летию кафедры медико-биологических основ спорта ЯГПУ (Ярославль, 1999), Второй международной конференции "Микроциркуляция и гемореология" (Москва-Ярославль, 1999), 3 Всероссийском международном симпозиуме "Физиологические механизмы природных адаптации" (Иваново, 1999).
Объем и структура диссертации