Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Калиевый гомеостаз и механизмы его регуляции (Обзор литературы) 11
1.1. Система регуляции калиевого гомеостаза 12
1.1.1. Почечные механизмы транспорта калия 13
1.1.2. Роль желудочно-кишечного тракта в регуляции баланса калия 15
1.1.2.1. Особенности транспорта калия в тонком кишечнике 17
1.1.2.2.Транспорт ионов калия в толстом кишечнике 20
1.1.3. Значение тканевых депо в поддержании гомеостаза калия...27
1.1.4. Рефлекторные механизмы регуляции экскреции калия почками 31
1.1.5. Гуморальная регуляция калиевого гомеостаза 34
1.2. Общая характеристика структуры и физико-химических свойств природных цеолитов 37
1.2.1. Использование природных цеолитов в биологии и медицинской практике 42
1.2.2. Влияние цеолитов на структурную организацию слизистой оболочки кпшечника 45
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования 48
1.1. Подготовка животных к эксперименту 48
2.1. План проведения экспериментов 48
2.2. Методика оперативных воздействий 50
2.4. Измерение транспортных потоков К+ в кишечнике с помощью 51
2.5. Определение активности Ыа+-К.+-АТФазы в кишечной стенке 54
2.6. Морфологический анализ кишечной стенки 55
2.7. Физико-химические методы анализа 55
2.8. Статистические методы анализа результатов 56
ГЛАВА 3. Влияние природных цеолитов на транспорт К+ в топком и толстом кишечнике крыс 57
3.1. Влияние природных цеолитов на транспорт Kf в эпителиоцитах тонкого и толстого кишечника (in vivo) 57
3.2. Влияние природных цеолитов на ионо-осмотические показатели плазмы крови и тканевые водно-солевые депо 63
3.3. Особенности транспорта калия в эпителиоцитах кишечника крыс иод влиянием цеолитов в условиях in vitro 65
ГЛАВА 4. Механизмы влияния природных цеолитов на транспорт К в кишечнике крыс 67
4.1. Влияние природных цеолитов на активность транспортных систем эпителиальных клеток кишечной стенки 67
4.1.1. Особенности транспорта калия через кишечную стенку крыс, находящихся на цеолитной диете, при использовании орто-ванадата натрия в качестве блокатора АТФ-зависимых ионных насосов 68
4.1.2. Влияние природных цеолитов на транспорт калия в тонком и толстом кишечнике крыс в условиях блокады оуабаин-чувствителыюй Ыа+-независимой К+-АТФазы 71
4.1.3. Влияние цеолитной диеты на транспорт К+ в эпителиоцитах тонкого и толстого кишечника при использовании омспразола в качестве ингибитора Н+-К -АТФазы 75
4.1.4. Особенности транспорта ионов калия в кишечнике крыс при блокаде Na+-K+-2C1 - котрансиортера бумстанидом 78
4.1.5. Особенности функционирования базолатеральной Na+-K+- ЛТФазы при использовании природных цеолитов 82
4.2. Особенности структурной организации эпителиоцитов тонкого и толстого кишечника при использовании природных цеолитов в качестве пищевой добавки 85
ГЛАВА 5. Обсуждение результатов 91
Выводы 106
Библиографический список 107
- Особенности транспорта калия в тонком кишечнике
- Измерение транспортных потоков К+ в кишечнике с помощью
- Влияние природных цеолитов на транспорт Kf в эпителиоцитах тонкого и толстого кишечника (in vivo)
- Особенности транспорта калия через кишечную стенку крыс, находящихся на цеолитной диете, при использовании орто-ванадата натрия в качестве блокатора АТФ-зависимых ионных насосов
Введение к работе
Актуальность проблемы. Стабильность химического состава внутренней
среды организма является одним из важнейших и обязательных условий его
функционирования. Именно поэтому в процессе эволюции была выработана
генетически контролируемая система гомеостаза (Гинецинский А.Г., 1963; Наточин
Ю В., 1976; 1982; Великанова Л.К., 1985; Великанова Л.К. и др., 1997; Иванова Л.Н.,
2000) Изменения содержания химических элементов в -биологических жидкостях
организма, вызванное экологическими, профессиональными, климато-
географическими факторами или заболеваниями приводят к широкому спектру
нарушений в состоянии здоровья. В связи с этим, большое значение имеет
выявление отклонений в обмене микро- и макроэлементов при различных
заболеваниях, их оценка, а также последующая коррекция (Бгатов А.В. и др., 2000;
Новоселов Я.Б. и др., 2001) Известно много причин, приводящих к значительным
сдвигам в элементном составе внутренней среды организма человека; одной из
ведущих является неправильное питание. Поэтому в настоящее время наряду с
совершенствованием диагностических и лечебных возможностей в медицине
обсуждаются и в различной степени реализуются вопросы профилактики
заболеваний (Щедрина А.Г., 2000). Достаточно широкое распространение в этом
направлении получили природные цеолиты, применяющиеся в качестве пищевых и
кормовых добавок (Паничев A.M., 1989; Чурин Б.В., 1990; Петункин Н.И., 1990;
Boranic М., 2000). При изучении характера химического взаимодействия цеолитов с
биологическими средами организма в ряде исследований отмечалось влияние этих
веществ на интенсивность обменных процессов: цеолиты оказывают
иммуномодулирующий, антианемический и др. эффекты, выступают в роли
пролонгаторов действия многих ферментов, желчных кислот и т.д. (Белицкий И.А.,
Панин Л.Е., 1990; Панин Л.Е., Третьякова Т.А., Гайдаш А.А., 1992; Панин Л.Е., 2000).
Но, в то же время существуют работы, свидетельствующие о проявлении этими
минералами слабых мутагенных и канцерогенных свойств (Цицишвили Г В , 1980,
Коркина А.Т. и др, 1984; Цицишвили Г.В. и др., 1985). Известно, что природные
цеолиты могут воздействовать на физиологические процессы благодаря
особенностям строения каркаса кристаллов, что обусловливает высокую
сорбционную активность и способность к ионному обмену (Белицкий И.А., Панин
Л.Е., 1990; Лайдабон ЧС. и др., 1990; Паничев A.M., 1990; Паничев AM., Гульков
А Н , 2000). В связи с этим, представляется интересным исследование воздействия
этих веществ на минеральный баланс организма.
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ I БИБЛИОТЕКА (
09 ЖМ
Одним из важнейших катионов, принимающих участие в регуляции водно-солевого обмена, является калий. Этот ион необходим для осуществления роста, дифференцировки клеток, обеспечения трансмембранной разности потенциалов и т.д. Поступая в организм с пищей, природные цеолиты, в силу своих физико-химических свойств, могут изменять процессы регуляции калиевого гомеостаза в организме. Однако работ, посвященных изучению механизмов этого влияния недостаточно; сведения, имеющиеся по данному вопросу в литературных источниках (Паничев A.M. и др., 1980; Панин Л.Е., Третьякова ТА, Гайдаш А.А, 1992; Бгатов В.И и др., 1995; Паничев А.М., Гульков А.Н., 2000 и др.), фрагментарны и пока не поддаются систематизации. Кроме того, в настоящее время имеются хорошие методические подходы к изучению транспорта калия в желудочно-кишечном тракте и достаточно подробно исследованы процессы переноса катиона через стенку дистального отдела толстого кишечника в нормальных физиологических условиях (Finkel Y., Aperia А., 1986; Aizman R.I., 1996; Айзман Р.И., 2000).
Поэтому целью настоящей работы явилось изучение особенностей транспорта калия в тонком и толстом кишечнике крыс при использовании природных цеолитов Шивыртуйского месторождения в качестве пищевой добавки.
Для реализации поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
-
Выяснить особенности функционирования транспортных систем эпителиальных клеток тонкого и дистального отдела толстого кишечника в условиях цеолитной диеты.
-
Оценить степень воздействия природных цеолитов на состояние апикальных «^-абсорбирующих ионных насосов (омепразол- чувствительной Н+-К*-АТФазы и оуабаин-чувствительной №*-независимой К*-АТФазы) энтеро- и колоноцитов.
-
Изучить особенности функционирования базолатеральной Na*-K*-АТФазы эпителиоцитов тонкого и толстого кишечника при использовании природных цеолитов в качестве пищевой добавки.
-
Выяснить характер влияния природных цеолитов на ионо-осмотические показатели плазмы крови и водно-электролитный баланс тканей.
-
Исследовать особенности структурной организации энтеро- и колоноцитов в условиях цеолитной диеты.
** *
* 4
Научная новизна. Впервые установлено, что природные цеолиты Шивыртуйского месторождения оказывают значительное влияние на интенсивность процессов активного транспорта ионов калия через стенку тонкого и дистального отдела толстого кишечника.
Обнаружено, что цеолитная диета ингибирует, подобно специфическим блокаторам (оуабаину и омепразолу), функционирование апикальных АТФаз эпителиальных клеток тонкого и толстого отделов пищеварительной трубки, принимающих участие в абсорбции указанного катиона.
Впервые показано, что у животных, получавших рацион с добавлением цеолита - шивыртуина, активность базолатеральной №*-К+-АТФазы достоверно увеличивается.
Впервые обнаружено, что' природные цеолиты Шивыртуйского месторождения значительно снижают количество митохондриальных крист, объемную и численную плотность рибосом эпителиальных клеток кишечника.
Теоретическая и практическая значимость исследования. Результаты, полученные в настоящем исследовании, имеют большое теоретическое и практическое значение, т к. раскрывают некоторые механизмы влияния природных цеолитов на состояние калиевого гомеостаза организма млекопитающих и могут служить физиологическим обоснованием использования этих веществ в клинике. Установленные факты о подавлении цеолитами апикальных калий-абсорбирующих АТФаз кишечных эпителиоцитов могут стать базой для проведения исследований по дальнейшему, более подробному изучению внутриклеточных механизмов этого воздействия. На основе полученных в работе данных, можно рекомендовать шивыртуин для проведения клинических исследований по лечению и коррекции гиперкалиемий различного генеза (почечная недостаточность, краш-синдром и т.д.). Материалы настоящей работы используются в курсах лекций по физиологии человека и животных в теме "Водно-солевой обмен* в Новосибирском государственном педагогическом университете, Новосибирской государственной медицинской академии и т.д.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Цеолитная диета снижает интенсивность абсорбции калия эпителиальными клетками тонкого и дистального отдела толстого кишечника за счет ингибирования активности апикальных Н*-К*-АТФазы и Na* независимой К*-АТФазы.
2 Использование природных цеолитов в качестве пищевой добавки способствует повышению уровня секреции калия в просвет желудочно-кишечного
тракта, которое осуществляется благодаря активации базолатеральной Na*-K*-АТФазы.
-
Природные цеолиты Шивыртуйского месторождения, поступающие в организм с пищей в течение 7 суток, не изменяют ионо-осмотические показатели плазмы крови воротной вены печени и нижней полой вены, а также водно-электролитный состав тканей.
-
В условиях цеолитной диеты происходит снижение плотности рибосом и количества крист в митохондриях, что может свидетельствовать о подавлении энергетического обмена и процессов биосинтеза белка в кишечных эпителиоцитах.
Апробация материалов исследования. Основные положения работы доложены и обсуждены на:
Юбилейной сессии по интегративной физиологи, посвященной 80-летию со дня рождения профессора Л.К Великановой (Новосибирск, 2001),
IV съезде физиологов Сибири (Новосибирск, 2002);
Международном конгрессе "Нефрология и диализ сегодня" (Новосибирск, 2003);
Ежегодных итоговых научно-практических конференциях преподавателей НГПУ (Новосибирск, 2001-2003);
XXXVII Congress of the European Dialysis and Transplant Association (First combined congress with European Kidney Research Association. Nice, France, 2000);
XIII international zeolite conference (Montpellier, France, 2001).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 14 работ в сборниках научных трудов, материалов конференций и журналах, из них 6 статей, 8 тезисов.
Структура и объем работы.
Диссертация изложена на 137 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания объекта и методов исследования, 2-х глав результатов собственных исследований, их обсуждения, выводов и библиографического списка. Иллюстративный материал представлен в 15 таблицах и 16 рисунках. Библиография включает 294 источника (126 отечественных и 168 .иностранных авторов).
Особенности транспорта калия в тонком кишечнике
Механизмы транспорта калия в толстом кишечнике изучены более подробно. Дистальный отдел толстого кишечника млекопитающих имеет большое значение для поддержания гомеостаза калия (Sandle G.I. et al., 1985), т.к. это основной сегмент пищеварительной системы, ответственный за регуляцию экскреции катиона с калом (Binder I I.J., Sandle G.I., 1987). Причем отмечено, что в толстом кишечнике имеет место активный перенос калия, находящийся под контролем нейроэндокринной системы (Morris АЛ., Turnberg L.A., 1980; Zimmerman T.W. et al., 1982; Sjovall H., 1986).
В связи с тем, что большая часть жидкости абсорбируется в вышележащих отделах кишечной трубки, концентрация калия в дистальном отделе толстого кишечника достигает 90 ммоль/л.
Кроме трансцеллюлярного транспорта К\ перенос катиона может осуществляться также по межклеточному пути. Однако полагают, что межклеточные контакты в эпителии толстого кишечника достаточно плотные и анион-селективные, поэтому в нормальных условиях вкладом этого транспорта в конечный результат — экскрецию катиона — можно пренебречь (Agarwal R. et a 1., 1994).
Как известно, слизистая оболочка толстого кишечника млекопитающих выстлана слоем специфического транспортного эпителия, способного перемещать большие количества солей и воды из мукозного объема в кровь и в обратном направлении. Транспорт калия в толстом кишечнике, также как и в тонком, состоит из двух противоположных потоков - секреции и абсорбции (Foster E.S. et al., 1984). В люминальных и базолатеральных мембранах колоноцитов локализовано большое количество ионных каналов, насосов и пор, обеспечивающих транспорт электролитов и воды. В противоположность существующим представлениям, результаты недавних работ (Letz В., Korbmacher С, 1997) свидетельствуют о том, что как абсорбционные, так и секреторные процессы могут осуществляться обычными эпителиоцита.ми и эпителиальными клетками кишечных крипт (Лнберкюновых желез). При этом механизмы осуществления отдельной эпителиальной клеткой толстого кишечника секреции и абсорбции электролитов, а также переключения с одного процесса на другой только начинают исследоваться (Binder H.J., Sandle G.I., 1987; Kunzelmann К., Mall М, 2002).
Несмотря па то, что общие концепции ионного транспорта ионов в кишечнике были описаны в более ранних работах (Heintze К. et al., 1983; Dawson D.C., 1991), только в течение нескольких последних лет морфологически идентифицированы белки, принимающие участие в осуществлении транспорта электролитов (Kunzelmann К., Mall М., 2002).
Абсорбция калия в дистальном отделе толстого кишечника осуществляется с помощью калий-зависимых АТФаз, локализованных, главным образом, в апикальной мембране эпителиальных клеток. В настоящее время доказано существование по меньшей мере двух видов калий-абсорбирующих насосов IIh K -АТФазы и оуабанн-чувствительиой ""-независимой К+-ЛТФазы (рис. 1.2.) (Del Castillo J.R. et al., 1991; Tabuchi Y. et al., 1992; Del Castillo J. et al., 1994; Aizman R.I. et al., 1996; Calonge M. et al., 1997). Результаты работ ряда авторов (Kaunitz J.D., Sachs G., 1986; Perrone R.D., McBride D.E., 1988; Dorge A. et al., 1998) свидетельствуют о том, что в осуществлении процессов активной пбеобрции К+ в дистальном отделе толстого кишечника крыс, кроликов и морских свинок участвуют ІГ-К -АТФазы двух типов. Эти транспортные системы обнаружены в люминальных мембранах эпителиальных клеток и в криптах (Dorge A. et al., 1998). В основе разделения этих АТФаз на группы лежит их чувствительность к действию оуабаина и омепразола. В настоящее время оуабаин-нечувствительная Н -К "-АТФаза клонирована и достаточно хорошо изучена, в отличие от оуабаин-чувствительной АТФазы, которая пока не идентифицирована на молекулярном уровне (Del Castillo J. et al., 1991; Abrahamse S.I. et al., 1995). Оба типа Н+-К+-АТФаз были обнаружены в апикальных мембранах обычных эпителиальных клеток, тогда как в эпителиоцитах крипт идентифицирована только оуабаин-чувствительная изоформа. Кишечная Н+-К+-АТФаза является представителем семейства
АТФаз Р-типа, к которому относятся также Ка -К+-АТФаза и желудочная IV К+-АТФаза, состоящие из а- и Р- субъединиц. Активность а- и р- субъединиц стимулируется дефицитом Na+ и К+ в пище, а также альдостероном (Abrahamse S.I. ct al., 1995; Jaisser F. et al., 1996; Sangan P. et al., 1997; Codina J. et al., 1999; Sangan P. et al., 1999, 2000). Интересен также тот факт, что люминальная оуабаин-чувствительная Н -К+-АТФаза может функционировать альтернативно Кта+-К+-АТФазе. Таким образом, активность НКса индуцирует как І-Ґ-К -, так и Ка -К -АТФазную активность (Cougnon М. et al., 1998; Codina J. et al., 1999; Rajendran V.M. et al., 2000). Кроме описанных транспортных систем, калий может перемещаться из мукозного объема в кровь пассивно, через апикальные и базолатеральные К+ каналы и, возможно, с помощью электронейтралыюго К -СГ котрансиортера (КС1) (рис. 1.2.) (Sangan P. et al., 2000). Исследование апикальных калиевых каналов началось довольно давно, однако единого мнения относительно их свойств, молекулярной организации и вклада в суммарный транспорт калия в кишечнике до настоящего времени нет (Diener М. et al., 1989; Dawson D.C., 1991; Butterfield I. et al., 1997). Выделяют несколько типов Kf- каналов, которые активируются за счет повышения внутриклеточной концентрации ионов Са24" или цАМФ (Loo D.D., Kaumtz J.D., 1989; Hamilton K.L., Eaton D.C., 1991; Burckhardt B.C., Gogelen H., 1992; Sandle G.I. et al, 1994; Mall M. et al., 1998; Schultheiss G., Diener M., 1998; McNamara B. et al., 1999). Показано, что n толстом кишечнике крыс эти каналы функционируют отдельно и независимо друг от друга. Са2 активируемые К -каналы участвуют в поддержании отрицательного заряда на мембране эпителиоцитов в нормальных физиологических условиях и способствуют осуществлению секреции электролитов (Mall М. et al., 1998). В это время активность цАМФ-активируемых каналов относительно невелика.
Измерение транспортных потоков К+ в кишечнике с помощью
В последние годы природные цеолиты получили довольно широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве и медицине (Паничев A.iM., 19S9; Петункин Н.И., 1990; Чурин Б.В., 1990; Boranic М., 2000). Так, при использовании в рационе животных цеолита в дозе 1% от сухого вещества, увеличивался привес животного и снижалось количество используемых кормов (Калюжнов В.Т. и др., 1988; Титов В.А., 1990). Установлено, что у животных, получавших с кормом клиноптилолит, из кишечника удалялись вредные газы, улучшалось переваривание пиши и предотвращалась диарея, в пищеварительном тракте подавлялось функционирование вредных бактерии из-за изменения концентрацп ионов водорода, обусловленного ионообменным действием цеолитов. Цеолиты, действуя как адсорбенты, способствовали нормальному протеканию пищеварения (Панин Л.Е., Третьякова Т.А., Мирсаяфов Д.С. и др., 1992; Ставпцкая С.С. и др., 1993).
Показано, что добавление цеолита в количестве 5% от общего рациона приводит к усилению гидролиза казеина трипсином в 2,5 раза, а хемотрипсииом - более чем в 4 раза (Макаридзе II.Г., 1986). Обнаружено повышение активности липазы и пепсина в желудке птиц в присутствии цеолитов (Калюжнов В.Т. и др., 1988). Авторы полагают, что цеолиты могут влиять на активность ферментов путем изменения концентрации продуктов и субстратов ферментативных реакций, изменения рН среды. Усиление активности ферментов пищеварения повышает усвояемость пищи в желудочно-кишечном тракте, что, в свою очередь, приводит к увеличению поступления в организм белков, жиров, углеводов, усилению обмена веществ и росту веса животных. Природные цеолиты являются минералами, активирующими процессы восстановления, что обусловлено присутствием в их структуре подвижной фазы двуокиси кремния. При этом их использование более эффективно при хронических воздействиях повреждающих факторов (Munck A. et at., 1984). Имеющиеся морфологические работы свидетельствуют, главным образом, об ускорении восстановительных процессов в поврежденных органах п условиях хронических патологий (Головнсв В.А., Сиарии 1995; Плеишков В.П., 1995;МайбородинИ.В., 1998).
Кроме того, установлено, что цеолиты стимулируют в организме и процессы дыхания: укрупнение митохондрий в эндотелиоцитах, увеличение количества митохондрий в генатоцитах, усиление кислородно-транспортной функции крови, усиление потребления кислорода тканями. Обнаружено увеличение в гепатонитах количества гранул гликогена (Цагарели З.Г. и др., 1984), что связывают не только с повышением способности печени к его синтезу, но и с избыточным поступлением субстратов, необходимых для его синтеза. Потребление животными цеолитовых туфов вызывает увеличение фонового потребления кислорода тканями. Показано увеличение скорости гликолиза и гликогенолиза в печени кур, повышенное отложение гликогена и общих липидов в печени и скелетных мышцах, что свидетельствует об активизации окислительных процессов (Николаев В.Н., 1990).
Цеолитовый туф препятствует поступлению радионуклидов пищи во внутренние органы и ткани. Например, туф Шивыртуйского месторождения снижает удельную радиоактивность в тканях щитовидной железы, печени и стенках тонкой кишки на 25%. Видимо, это связано с меньшим поступлением изотопа из пищеварительного тракта, поскольку цеолиты, обладая ионообменными свойствами, могут удерживать ионы, снижая их всасывание (Панин Л.Е., Мирсаяфов Д.С., 1990).
Показано также неспецифическое опосредованное действие цеолитов на иммунную систему (Пристяжшок И.Е., 1998). Известно, что частицы сорбента были обнаружены в кровеносных и лимфатических капиллярах тонкой лишь при использовании волокнистого сорбента полифспана (растительного происхождения, на основе лигнина), кристаллы природных цеолитов в кровеносное русло не проникают (Паиичев Л.Н., 1990; Беляков НА. и др., 1997).
Пищеварительный тракт имеет мощную иммунную систему, поскольку он является местом попадания в организм, наряду с пищей, различных антигенов, токсинов, бактерий и вирусов. У крыс, получавших с кормом природные цеолиты, выявлен иммуностимулирующий эффект. Он заключался в том, что в лимфоидном аппарате селезенки наблюдалась весьма выраженная гипертрофия белой пульпы, активация макрофагальных элементов, как в герминативных центрах, так и в маргинальных отделах фолликулов. Аналогичная ситуация наблюдалась в фолликулах лимфатических узлов корня брыжейки. Эти реакции можно трактовать, как проявление некоторого напряжения защитных и адаптационных механизмов (Панин Л. Е., Третьякова Т. А., Гайдаш А А., 1992).
Введение в рацион животных шивыртуина приводило к достоверному увеличению в сыворотке крови концентрации соматотропного гормона и снижению содержания глюкагона (Николаев В.Н., 19S3; Панин Л.Е., Третьякова ТА., Гайдаш А.А., 1992). Данные изменения можно рассматривать как положительные, поскольку гормон роста активирует пролиферативные процессы, а также стимулирует транспорт и утилизацию глюкозы в органах и тканях. Снижение концентрации глюкагона на фоне отсутствия изменений в содержании инсулина можно рассматривать как результат антистрсссорного влияния цеолитов. Однако существует и другая точка зрения, согласно которой цеолиты вызывают стресс-реакцию, о которой судят по повышению уровня глюкокортикоидов и катехоламинов (Панин Л.П., Третьякова ТА., Гайдаш А.А., 1992).
Однако существуют работы, свидетельствующие о слабом мутагенном, цитотоксическом и канцерогенном действии цеолитов (Пылев Л.В. и др., 1984; Ларин СА. и др., 1988; Снпгирева Т.В. и др., 1988). Показано, что проявление этих эффектов зависит от пути введения цеолитов в организм. Так, при однократном внутрибрюшинном введении цеолита Хонгуринского месторождения обнаружено слабое мутагенное действие, которое почти не проявлялось при внутри-желудочном введении (Шилов В.Н., Нечкина М.А., 1988), Кроме того, установлено, что клиноптилолиты могут оказывать бластомогенное действие при попадании пыли цеолитов в легкие (Саникидзе Н.Л., 1986). Цитотоксическое влияние этих минералов объясняют способностью этих минералов нарушать барьерные функции клеточных мембран, что приводит к набуханию клеток (Дуварова А.С., Лмбарцумяи Л.И., 1988).
Таким образом, цеолитовые туфы, с одной стороны, являются регуляторами и корректорами внутренней среды организма; с другой стороны, они могут оказывать слабое канцерогенное и цитотоксическое воздействие (Николаев В.Н., 1983).
Влияние природных цеолитов на транспорт Kf в эпителиоцитах тонкого и толстого кишечника (in vivo)
Регуляция баланса калия в организме является необходимым условием осуществления процессов жизнедеятельности клеток, функционирования многих систем органов (сердечно-сосудистой, нервной и др.). Известно, что в поддержании калиевого гомеостаза в организме большую роль, наряду с почками, играет желудочно-кишечный тракт (Sandle G.I. et al., 1985; Binder H.J., Sweiry J.H., 1990). Движение ионов через стенку кишечника не является односторонним и определяется результатом транспорта, который представлен суммой потоков из просвета кишечника в кровь и в обратном направлении (Foster E.S. et al., 1984; Binder H.J., Murer H., 1986; Del Castillo J.R. et al., 1991). Так, в настоящем исследовании было установлено, что в нормальных физиологических условиях, как в тонком кишечнике, так и п дистальном отделе толстого доминирует процесс абсорбции калия (рис. З.1.1.). При этом показано, что наиболее ярко абсорбция К выражена в толстом кишечнике, где зафиксировано значительное снижение содержания катиона в пробах перфузата по сравнению с количеством катиона во вводимом растворе. Данный факт является закономерным, т.к.: 1) именно в дистальном отделе толстого кишечника (подобно дистальному отделу нефрона и собирательным трубкам (Binder H.J., Sandle G.I., 1987; Tabuchi Y. et al., 1992; Айзман Р.И., 2001)) имеют место процессы активного транспорта калия (Binder H.J., Sandle G.I., 1987; Kunzelmann К., Mall М., 2002); 2) в отличие от ДОТК, через стенку тонкого кишечника К+ перемещается как транс-, так и парацеллголярно; 3) ДОТК принимает участие в регуляции калиевого гомеостаза организма благодаря изменению абсорбции и секреции катиона под влиянием регуляториых факторов (Morris АЛ., Turnberg L.A., 1980; Hayslett J.P., Binder H.J., 1982; Zimmerman T.W. et al., 1982; Finkel Y., Aperia A., 1986; Sjovall 1-І., 1986; Giebisch G., Wang W., 1996).
Решение вопроса об уровне абсорбции и секреции ионов в пищеварительной трубке сводится к исследованию зависимости мукозно серозного и серозно-мукозного потоков от различных факторов и выяснению закономерностей их изменения. Природные цеолиты представляют собой достаточно активную в этом отношении субстанцию в силу способности влиять на скорость процессов обмена веществ, интенсивность роста, и дифференцировки клеток (Цагарели З.Г. и др., 1984; Калюжнов В.Т. и др., 1988; Петункин Н.И., 1990; Шадрин A.M., Сафронов B.C., 1990). Описанное влияние данных минералов на организм, на наш взгляд, могут реализовываться двумя путями.
Первый путь связан с особенностями строения каркаса цеолитов: за счет наличия в структуре кристаллов отрицательно заряженных пор и полостей может осуществляться сорбция катионов, особенно щелочных и щелочно- земельных металлов. Существуют работы по изучению ионного состава этих минералов до и после прохождеЕіия через желудочно-кишечный тракт (Богданова В.И., Белицкий И.А., 1990; Паничев A.M., Попов А.П., 1990). В этих исследованиях показано, что содержание таких ионов, как калий, натрий и некоторые другие в "прошедших" через ЖТК цеолитах значительно изменялось. Для изучения сорбционных и ионообменных свойств цеолита Шшшртуйского месторождения мы проводили серии экспериментов in vitro с добавлеЕіием ЕЕавески минерала (из расчета 5% от массы) в растворЕЛ хлорида калия (10 ммоль/л) и хлорида натрия (140 ммоль/л) с последующей инкубацией (t-H-37C) в течение 20 минут и анализом проб указанных растворов. В результате было установлсЕЮ, что уже через 10 миЕЕ после добавления Еіеолита в раствор КО происходило СНИЖСІЕИЄ концентрации ионов каліЕЯ, но возрастало содержание ЕЕатрия но сравнению с исходным уровнем (рис.5.1.А.). Аналогичная ситуация наблюдалась и в случае добавления цеолита в раствор NaCl, где начиная с 10 минуты эксперимеЕгга отмечено четкое снижение концентрации ионов натрия и увеличение содержания калия (рис.5.1.Б.). При этом показано, что Еіаиболее интенсивное изменение концентраций Na+ и 1С происходило непосредствеЕЕно после ПОМЄЩЄЕШЯ Еіеолита в растворы и к 20 минуте наблюдения значения концентраций ионов стабилизировались. Следовательно, цеолиты Шивыртуйского месторождения способны сорбировать катионы, находящиеся в среде в избыточном количестве в обмен на ионы, концентрация которых невелика.
С другой стороны, в структуру цеолитного каркаса включен широкий спектр микроэлементов. Мігогие из этих элементов во время контакта минерала с жидкими средами организма имеют отчетливую тенденцию к выходу в биологические жидкости. При этом показано, что, поступая в желудочно-кишечный тракт вместе с пищей, в портальный и системный кровоток кристаллы цеолитов не проникают (Паиичев А.Н., 1990; Беляков Н.А. и др., L997). Т.е., изменения, происходящие в организме при использовании природных цеолитов в качестве пищевой добавки, можно рассматривать как результат непосредственного воздействия микроэлементов на функционирование эпителиальных клеток кишечной стенки.
В настоящем исследовании было установлено, что цеолитная диета оказывает значительное влияние на транспорт электролитов через кишечную стенку. Об этом свидетельствует существенное повышение содержания калия в перфузате как тонкого, так и дистального отдела толстого кишечника экспериментальных животных по сравнению с контрольными значениями (рис. 3.1 Л.), Принимая во внимание обстоятельство, что количество калия в просвете желудочно-кишечного тракта зависит от соотношения интенсивности абсорбции и секреции катиона эпителиальными клетками, а также от содержания его в рационе, то в условиях нормальной калиевой диеты природные цеолиты, видимо, подавляют абсорбцию катиона и/или повышают его секрецию.
Особенности транспорта калия через кишечную стенку крыс, находящихся на цеолитной диете, при использовании орто-ванадата натрия в качестве блокатора АТФ-зависимых ионных насосов
Известно, что кроме первичного транспорта ионов в кишечнике, осуществляемого системой АТФаз с использованием энергии гидролиза молекул ЛТФ, имеет место вторичный, так называемый, котраиспорт электролитов, играющий определенную роль в обеспечении суммарного переноса веществ через кишечную стенку. Одним из таких переносчиков, участвующих в регуляции калиевого баланса в организме, является Na+-K+-2СГ - котранспортер. В настоящее время общепринято представление о том, что в эпителиальных клетках дистального отдела толстого кишечника этот белок локализован на базолатеральной мембране и принимает участие в секреции калия (Foster E.S. et al., 1983, 1984; Frizzell R. et al., 1983, 1984; Smith P., McCabe R., 1984; Binder H.J., Sandle G.I., 1987). Но в то же время существуют работы, свидетельствующие об апикальном расположении Na+-К+-2СГ - котраиспортера в мембранах эпителиоцитов тонкого отдела пищеварительного тракта и об участии его в осуществлении абсорбционного процесса (Palfrey Н., Rao М., 1983; Powell D.W., 1987). Поэтому далее изучали влияние природных цеолитов на механизмы совместного транспорта ионов в кишечнике, обеспечиваемого функционированием Na+-K+-2C1" -котраиспортера. Было установлено, что цеолитная диета оказывает на этот переносчик действие, аналогичное буметаниду (рис. 4.1.4.1.). Повышение содержания калия в кишечнике свидетельствует о подавлении блокатором активности транспортера и, как следствие, снижении интенсивности абсорбционного процесса. Такое снижение абсорбции калия в тонком кишечнике объясняется блокадой апикального переносчика, что же касается ДОТК, то этот эффект требует дальнейшего анализа.
Одним из важных звеньев в регуляции калиевого баланса в организме являются тканевые водно-солевые депо (Маточин Ю.В., 1976; Айзман Р.И., Великанова Л.К., 1978; Лйзман Р.И., 2001). В настоящем исследовании было показано, что цеолитная диета практически не оказывает влияния на водно-электролитный баланс тканей (гл.З, табл. 3.2.2.; гл.4, табл. 4.1.1.2., 4.1.2.2., 4.1.3.2,, 4.1.4.2.). Т.е. эффект цеолитов ограничивается локальным воздействием на транспортные процессы в кишечнике, не отражаясь также и на ионо-осмотических показателях плазмы крови портального и системного кровотока (гл.З, табл. 3.2.1.; гл.4, табл. 4.1.1.1., 4.1.2.1., 4.1.3.1., 4.1.4.1.). Отсутствие сдвигов содержания электролитов в плазме крови и тканевых депо можно объяснить тем, что в условиях перузионного эксперимента в организм поступает незначительное для изменения ионо-осмотических показателей плазмы крови количество калия (0,042 ммоль). В естественных условиях, когда животные экспериментальной группы получают нормальное количество КГ с пищей, было отмечено снижение экскреции калия с мочой, что, вероятно, обусловлено подавлением абсорбции этого катиона в кишечнике; т.о., общее содержание калия в организме при этом могло практически не изменяться.
Причинами функциональных изменений, происходящих в желудочно-кишечном тракте в условиях цеолитной диеты должны являться особенности организации морфологической структуры энтеро- и колоноцитов. Так, было установлено, что природные цеолиты не нарушают целостности эпителиальной выстилки кишечника, что соответствует результатам, полученным другими исследователями (Бгатова Н.П., Новоселов Я.Б., 2000). При этом показано, что цеолитная диета не оказывала влияния на скорость миграции энтероцитов, о чем свидетельствовало увеличение высоты микроворсинок эпителиальных кишечных клеток животных, получавших с кормом добавку цеолитов, при отсутствии изменений длины кишечных ворсинок и глубины крипт. Известно, что высота микроворсинок энтероцитов зависит от интенсивности процессов пищеварения (Morikawa Y. et al., 1991). Для объяснения увеличения этого показателя, зафиксированного в настоящей работе (табл. 4.2.1,, рис. 4.2.1.), можно предположить, что в условиях снижения иод действием цеолитов абсорбции калия за счет удлинения микроворсинок происходит увеличение всасывательной поверхности ЖКТ.
Таким образом, можно заключить, что природные цеолиты, поступающие в организм взрослых животных с пищей, подавляют интенсивность процесса абсорбции калия из просвета кишечника за счет угнетения К+-абсорбирующих транспортных систем эпителноцитов. Одним из механизмов ингибирования апикальных ионных насосов может быть подавление цеолитами митохондриальных функций эпителиальных клеток кишечника. При этом 7-дневная неолит]тя диета практически не оказывает влияния на состояние тканевых депо и ионо-осмотические показатели плазмы крови.
