Введение к работе
Актуальность проблемы
Рост и развитие организма сопряжены с изменениями в строении и функционировании многих органов и систем, в том числе и сердечнососудистой системы. В ходе постнатального онтогенеза кровеносная система претерпевает как количественные, так и качественные изменения: происходят рост и ветвление сосудистого русла, увеличение толщины стенок сосудов, что ведет к повышению периферического сопротивления сосудов и уровня артериального давления. У крыс, например, давление в большом круге кровообращения приближается к взрослому уровню к 3-4 неделям постнатального развития, причем существенное повышение давления происходит между второй и третьей неделями после рождения (Тарасова, 2010; Kasparov, Paton, 1997).
Благодаря росту сосудистого русла в постнатальном онтогенезе развивающиеся органы и ткани обеспечиваются необходимым количеством кислорода и питательных веществ. Увеличение толщины стенок артерий, транспортирующих большие объемы крови при возрастающем давлении, происходит в результате гипертрофии гладкомышечных клеток, а также за счет увеличения количества клеточных слоев (Sandow et al., 2004).
Одновременно с существенными структурными перестройками кровеносной системы в процессе постнатального развития изменяется и функционирование отдельных сосудов. Симпатическая регуляция тонуса сосудов у новорожденных крыс еще практически отсутствует, и полное ее формирование заканчивается лишь к концу первого месяца жизни (Мочалов и др., 2008; Todd, 1980; Sandow, Hill, 1999). В отсутствие трофического влияния симпатических нервов регуляция сокращения гладкой мышцы сосудов у новорожденных крыс также существенно отличается от регуляции у взрослых. В гладкомышечных клетках новорожденных и взрослых крыс были обнаружены разные паттерны экспрессии сократительных и регуляторных белков, то есть с возрастом происходит изменение механизмов сокращения артерий (Пуздрова, 2007; Owens 1995, 2004). В раннем постнатальном периоде артерии в большей степени демонстрируют так называемый «Са -независимый» путь регуляции сокращения, который к взрослому возрасту сменяется более «Са -зависимым», то есть у новорожденных животных проявляется феномен повышенной чувствительности сократительного аппарата к Са (Пуздрова, 2007; Мочалов, 2010;Akopovetal, 1998).
Помимо гладкомышечных клеток, модификациям могут подвергаться и эндотелиальные клетки сосудов. Эндотелий продуцирует целый ряд факторов, которые могут вызывать как расслабление, так и сокращение гладкой мышцы сосудов. В здоровом организме секреторная активность эндотелия смещена в сторону продукции вазодилятаторных соединений, важнейшими из которых являются оксид азота, простациклин и эндотелиальный гиперполяризующий фактор (Triggle, Ding, 2011). Хотя эндотелий играет важную роль в регуляции
сосудистого тонуса с самого рождения животного, его секреторная активность изменяется в процессе постнатального развития (Boegehold, 2010).
В момент рождения происходит переход с плацентарного на легочное дыхание, что, естественно, влечет за собой значительные перестройки в кровеносном русле легких. Этот переход реализуется, в том числе, благодаря усилению эндотелий-зависимой дилятации и падению сопротивления легочных сосудов (Boegehold, 2010; Aschner et al, 2009; Zellers, Vanhoutte, 1991; Liu et al, 1992). Сходное увеличение релаксирующего влияния эндотелия наблюдается в сосудистых бассейнах головного мозга и скелетных мышц (Boegehold, 2010; Williams, Pearce, 2006; Williams et al, 2005; Linderman, Boegehold, 1998, 1999). Напротив, в сосудистом русле брыжейки базальная продукция NO эндотелием и дилятация под действием вазоактивных агонистов наиболее выражены в первые дни после рождения и уменьшаются с возрастом (Boegehold, 2010; Nankervis et al, 2001).
Приведенные выше данные характеризуют неоднородность протекающих в онтогенезе процессов: изменение эндотелиального фенотипа подчиняется метаболическим запросам и нуждам в кровоснабжении конкретных органов и тканей. Вместе с тем, возрастные изменения эндотелиальной функции исследованы не для всех сосудистых регионов. В раннем постнатальном онтогенезе одним из гемодинамически важных органов является кожа: у 1-2-недельных крыс кожный кровоток составляет почти 20% сердечного выброса, а с возрастом его доля уменьшается (Stulkova, 1977). Однако регуляция тонуса сосудов кожи со стороны эндотелия в возрастном аспекте практически не исследована. Также следует отметить, что для всех сосудистых регионов мало изучены механизмы эндотелий-зависимой регуляции сосудистого тонуса, такие как относительный вклад различных эндотелиальных факторов, регуляция их продукции, взаимодействие с гладкомышечными клетками сосуда и др.
Целью данной работы было исследовать механизмы эндотелий-зависимой регуляции сокращения подкожной артерии у крыс в раннем постнатальном онтогенезе.
В работе были поставлены следующие задачи:
сравнить влияние эндотелия на сокращение артерий у молодых (в возрасте 1-2 недель) и у взрослых крыс;
установить, с активностью какого из эндотелий-зависимых механизмов связано ослабление сокращения артерий у молодых животных;
исследовать возрастные особенности сигнальных каскадов в эндотелиальных и гладкомышечных клетках, которые могут обеспечивать ослабление сократительного ответа артерий молодых животных.
Научная новизна работы
В настоящей работе впервые систематически исследованы механизмы эндотелий-зависимой регуляции сокращения питающих кожу артерий у крыс в первые недели после рождения, когда кожа является гемодинамически важным сосудистым регионом, а также изменения этих механизмов в процессе взросления организма. Использование разнообразных современных методических подходов и выполнение контрольных экспериментов на разных этапах исследования позволили адекватно сравнить влияние эндотелия на сокращение гладкомышечных клеток сосудов у 1-2-недельных и взрослых животных. Представленное исследование впервые охватывает весь путь проведения дилятаторного сигнала от эндотелиальных к гладкомышечным клеткам. В отличие от большинства опубликованных исследований, в которых эндотелий-зависимое расслабление изучалось с использованием веществ, напрямую активирующих эндотелиальные клетки, в данной работе обнаружено влияние эндотелия на эффекты сократительного агента, активирующего гладкомышечные клетки и не оказывающего прямого влияния на эндотелий сосудов. Такое антиконтрактильное влияние эндотелия в сосудах 1-2-недельных крыс, связанное с тонической секрецией оксида азота, проявляется вне зависимости от природы стимула, вызывающего сокращение, что указывает на потенциальную важность этого механизма для регуляции тонуса сосудов in vivo.
Практическая значимость работы
Значимость настоящей работы для практической и фундаментальной медицины связана с распространенностью и ростом встречаемости в последние десятилетия сердечно-сосудистых заболеваний среди новорожденных детей (Flynn, 2008). В то время как среди взрослого населения развитых стран артериальная гипертензия уже давно считается, по данным Всемирной Организации Здравоохранения, одним из наиболее распространенных заболеваний, в детском и подростковом возрасте признаки сердечно-сосудистых расстройств часто внешне не проявляются. Тем не менее, наличие скрытых патологических изменений, в том числе изменений эндотелиальной функции, может приводить к серьезным последствиям в более поздние годы жизни. Для определения механизмов возникновения и прогрессирования таких заболеваний сначала необходимо выяснить изменения эндотелиального фенотипа, происходящие в здоровом организме вскоре после рождения и в течение последующего развития. Однако работ, посвященных изучению происходящих в норме возрастных изменений эндотелий-зависимой регуляции тонуса артерий большого круга кровообращения, крайне мало, они охватывают лишь отдельные регионы сосудистого русла и часто носят феноменологический характер. Изучение тонких механизмов эндотелий-зависимой регуляции тонуса артерий является основой для создания новых лекарственных препаратов, способных влиять на уровень артериального давления за счет изменения тонуса сосудов и не обладающих нежелательными эффектами на сердечную деятельность. Результаты данного исследования указывают на необходимость учитывать при
фармакологических воздействиях не только региональные, но и возрастные особенности механизмов эндотелий-зависимой регуляции тонуса сосудов.
Основные положения, выносимые на защиту
В отличие от взрослых крыс, у крыс в возрасте 1-2 недель эндотелий ослабляет сократительные ответы подкожной артерии, такое влияние эндотелия связано с продукцией оксида азота.
Эндотелий 1-2-недельных крыс продуцирует оксид азота тонически, что связано с повышенным (по сравнению со взрослыми) уровнем экспрессии эндотелиальной NO-синтазы и ее активацией посредством Akt/РІЗ-киназного пути.
Апробация материалов диссертации
Основные результаты диссертационной работы были представлены на IX Международной конференции «Центральные и периферические механизмы вегетативной нервной системы» (Донецк-Славянск, Украина, 2007), на V Всероссийской конференции с международным участием «Механизмы функционирования висцеральных систем», посвященной 100-летию со дня рождения В.Н. Черниговского (Санкт-Петербург, 2007), на IV Всероссийской школе-конференции по физиологии кровообращения (Москва, 2008), на VII Международном симпозиуме «Биологическая подвижность» (Пущино, Россия, 2008), на XV и XVIII Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2008» и «Ломоносов-2011» (Москва), на Съездах Скандинавского физиологического общества (Оулу, Финляндия, 2008; Берген, Норвегия, 2011), на съездах Немецкого физиологического общества (Гиссен, Германия, 2009; Регенсбург, Германия, 2011), на совместном съезде Немецкого и Скандинавского физиологических обществ (Копенгаген, Дания, 2010), на XX Международном симпозиуме по резистивным сосудам (Ребилд, Дания, 2011) и на заседании кафедры физиологии человека и животных биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова (2011).
Публикации
По материалам диссертации опубликована 1 статья в издании, рекомендованном ВАК РФ, и 14 тезисов докладов на конференциях.
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 152 страницах, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов, обсуждения полученных данных и выводов. Список литературы включает 154 источника. Работа иллюстрирована 5 таблицами и 30 рисунками.
