Введение к работе
Актуальность темы
Парасимпатическая регуляция чрезвычайно важна для нормального функционирования сердца у млекопитающих. Помимо очевидной адаптивной функции, позволяющей снижать синусный ритм и в меньшей степени - силу сокращений желудочков в зависимости от условий среды, холинергические нервные влияния выполняют также важную кардиопротекторную роль. Это делает исследование механизмов холинергической регуляции сердца востребованным не только с фундаментальной, но и с практической точки зрения.
Парасимпатические механизмы регуляции сердечной деятельности издавна привлекали к себе внимание исследователей. Еще в 1845 году братья Вебер открыли эффект замедления работы сердца при раздражении продолговатого мозга, пропадавший после перерезки вагуса. А в 1921 году в экспериментах Отто Лёви именно благодаря основному парасимпатическому медиатору ацетилхолину (АЦХ) была доказана возможность химической передачи сигнала от нервов к эффекторному органу. Несмотря на то, что в течение прошлого века усилия физиологов были в большей степени сконцентрированы на выяснении адренергических механизмов регуляции сердца, к концу столетия сформировалась достаточно целостная картина парасимпатической регуляции. В настоящее время относительно хорошо исследованы рецепторные механизмы воздействия АЦХ на кардиомиоциты. Кроме того, в значительной степени известно, какие механизмы внутриклеточной сигнализации оказываются задействованы в реализации эффектов АЦХ и каковы конечные мишени данных сигнальных каскадов.
В настоящее время изучение регуляции сердечной деятельности развивается высокими темпами, что в первую очередь связано с остро стоящей перед человечеством проблемой сердечно-сосудистых заболеваний. Поэтому важно отметить, что выяснение тонких механизмов холинергической регуляции миокарда значительно ускорилось в связи с осознанием кардиопротекторного значения парасимпатической регуляции сердца, пришедшим в конце прошлого века. На исключительную важность холинергических воздействий для выживания миокарда в условиях ишемии указывает целый ряд экспериментальных данных. К примеру, в известной работе академика Л.В. Розенштрауха было показано, что сердце кошки после блокирования всех парасимпатических влияний путем атропинизации или
введения коклюшного токсина становится многократно более склонным к возникновению фибрилляции желудочков в результате экспериментальной окклюзии коронарной артерии, чем сердце нормального животного (Rosenshtraukh et al, 1994). Нет сомнений в том, что раскрытие механизмов кардиопротекторного действия АЦХ поможет в борьбе с заболеваниями сердца. Поэтому изучение механизмов парасимпатической регуляции сердца является исключительно важной задачей для современной физиологии.
Несмотря на то, что механизмы воздействия АЦХ на кардиомиоциты изучены достаточно хорошо, другому важнейшему звену холинергической регуляции, выделению АЦХ из холинергических интрамуральных окончаний в миокарде, уделяется недостаточно внимания.
Практически все имеющиеся данные относительно секреции АЦХ из нервных окончаний были получены при изучении нервно-мышечной синаптической передачи. Помимо общеизвестной квантовой секреции медиатора, связанной с экзоцитозом синаптических везикул, уже более 30 лет назад был описан принципиально иной, неквантовый способ секреции, представляющий собой непрерывное выделение АЦХ из цитоплазмы в синаптическую щель, опосредованное мембранными белками-транспортерами катионов. В нервно-мышечном синапсе в состоянии покоя подавляющее количество АЦХ секретируется неквантовым путем, в то время как квантовым способом выделяется всего около 2% молекул медиатора (Mitchell and Silver, 1963; Vizi and Vyskocil, 1979). Явление неквантовой секреции в скелетной мускулатуре было детально охарактеризовано в исследованиях, проводившихся в лаборатории академика Е.Е. Никольского (см. обзор Маломуж и Никольский, 2007). Тем не менее, несмотря на очевидную важность неквантовой секреции, нигде, кроме нервно-мышечного синапса, данный феномен обнаружен не был. В настоящей работе мы впервые демонстрируем наличие неквантового выделения АЦХ в миокарде и, кроме того, исследуем механизмы регуляции неквантовой секреции и, по крайней мере отчасти, выясняем физиологическое значение этого феномена.
Цели и задачи исследования
Целью данной работы являлось доказательство существования неквантовой секреции АЦХ в сердце крысы, а также выяснение некоторых характеристик этого процесса, в том числе физиологических механизмов его регуляции.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Используя ингибиторы ацетилхолинэстеразы (АХЭ) различных классов показать способность АЦХ накапливаться в изолированных препаратах миокарда, лишенных экстракардиальных нервных влияний.
-
Выяснить способ секреции АЦХ, накапливающегося в исследуемых препаратах. Поскольку в ходе работы нам удалось доказать неквантовый характер секреции аккумулирующегося АЦХ, последующие задачи были направлены на изучение феномена неквантовой секреции в миокарде.
-
Изучить влияние АТФ и оксида азота, признанных регуляторов неквантовой секреции АЦХ в нервно-мышечном синапсе, на интенсивность неквантового выделения АЦХ в предсердном миокарде крысы.
-
Исследовать влияние важнейшего кардиорегулятора норадреналина на интенсивность неквантового выделения АЦХ с выяснением подтипа адренорецепторов, опосредующих этот процесс.
-
Исследовать возможность существования миогенных источников неквантовой формы АЦХ в сердце крыс.
-
С целью выяснения времени становления неквантовой секреции АЦХ в процессе онтогенеза изучить действие ингибитора АХЭ параоксона на параметры электрической активности в предсердном миокарде новорожденных крыс, а также 19-дневных эмбрионов.
Научная новизна исследования
Впервые явление неквантовой секреции АЦХ обнаружено не в скелетной мускулатуре, а в миокарде млекопитающих. Показано, что значительная часть неквантового АЦХ выделяется из постганглионарных парасимпатических интрамуральных нейронов, причем механизм неквантовой секреции в данном случае представляется таким же, как и в нервно-мышечном синапсе, а именно основанным на функционировании транспортера обратного захвата холина высокого сродства.
В данной работе впервые описаны физиологические эффекты АЦХ кардиомиогенного происхождения в миокарде взрослых крыс. С другой стороны показано, что в миокарде новорожденных крысят неквантовый АЦХ имеет исключительно нейрональное происхождение.
Кроме того, впервые описан новый способ регуляции неквантовой секреции АЦХ - с участием медиатора симпатических постганглионаров норадреналина.
Научно-практическая значимость
Полученные данные существенно расширяют наши представления о механизмах парасимпатической регуляции миокарда. В связи с этим нужно отметить, что хорошо известно защитное действие АЦХ на кардиомиоциты в условиях ишемии, поэтому периодически предпринимаются попытки использовать естественные парасимпатические кардиотропные воздействия в терапевтических целях. К примеру, были предложены пути применения карбаматного ингибитора ацетилхолинэстеразы пиридостигмина для терапии хронических ишемических состояний (Castro et al, 2004; Zimerman et al, 2010). Поэтому выяснение механизмов и источников выделения АЦХ в миокарде представляет значительную практическую ценность.
Основные положения, выносимые на защиту
-
АЦХ способен выделяться неквантовым (невезикулярным) способом из окончаний постганглионарных парасимпатических нейронов в предсердном миокарде крысы.
-
В миокарде взрослых крыс АЦХ также может выделяться невезикулярным путем из кардиомиоцитов.
-
Неквантовая секреция АЦХ в миокарде является регулируемым процессом, по крайней мере, она может подавляться норадреналином и оксидом азота.
-
В миокарде плодов крысы, находящихся на стадии 19-21 дня внутриутробного развития, неквантовая секреция является единственным способом выделения АЦХ из окончаний парасимпатических постганглионарных нейронов.
Апробация диссертации.
Материалы работы были представлены на II Съезде физиологов СНГ (Кишинев, Молдавия, 2008), Third International Symposium on Non-neuronal Acetylcholine (Groningen, The Netherlands, 2011) V Всероссийской школе-конференции по физиологии кровообращения с международным участием (Москва, 2012), XI Всероссийской молодежной научной конференции «Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике» (Сыктывкар, 2012), 2nd Joint Meeting of the International Society for Autonomic Neuroscience and the European Federation of Autonomic Societies (Giessen, Germany, 2013). Диссертационная работа апробирована на заседании кафедры физиологии человека и животных биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова 11 сентября 2013 года.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ. Из них статей в журналах, рекомендованных ВАК - 1, в международных журналах, индексируемых в системах Scopus и Web of Science - 4, материалов международных и российских конференций - 5.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов, объектов и материалов исследования, изложения результатов, обсуждения результатов, выводов, списка цитируемой литературы. Работа изложена на 170 листах, содержит 39 рисунков, 1 таблицу. Список литературы включает 265 источников.
