Введение к работе
Актуальность проблемы. Важную роль в поддержании постоянства
внутренней среды организма играет симпатическая нервная система. Она
обеспечивает адаптацию организма к постоянно меняющимся, порой
экстремальным, условиям внешней среды, а также участвует в
повседневной регуляции жизненно важных функций. Одной их основных
задач симпатической системы является регуляция тонуса кровеносных
сосудов. Вазомоторные эффекты симпатических нервов опосредуются
несколькими медиаторами: вместе с норадреналином из варикоз
постганглионарных симпатических волокон секретируются
аденозинтрифосфат (АТФ) и нейропептидУ (NPY) (Burnstock, 1976; Lundberg, Hokfelt, 1986; Stjarne, Lundberg, 1986). Все три медиатора (норадреналин, АТФ и NPY) вызывают сужение сосудов, в значительной степени потенциируя действие друг друга (Ralevik, Burnstock, 1990; Saville et al, 1990; Bradley et al, 2003). Вместе с тем их эффекты существенно различаются по временным характеристикам.
При действии NPY сокращение гладкой мышцы развивается медленно и характеризуется большой длительностью (Lundberg, Hokfelt, 1986; Stjarne, Lundberg, 1986). Этот медиатор обеспечивает стойкое повышение сосудистого сопротивления при стрессорных реакциях (Lundberg, Hokfelt, 1986; Поленов, 1995). Блокада Угрецепторов, расположенных на гладкомышечных клетках сосудов, не влияет на параметры гемодинамики в покое, однако значительно ослабляет изменения системного артериального давления и сопротивления сосудов при стрессе (Zukowska-GrojecetaL, 1996; Qureshi et al, 1998).
Напротив, АТФ вызывает быстрое и кратковременное сокращение сосудов (Ambache, Zar, 1971; Stjarne 1989; Bao, 1993). Быстрое -поскольку АТФ секретируется из нервов раньше, чем норадреналин (Todorov et al, 1994), и активирует на постсинаптической мембране ионотропные Р2Х рецепторы (Benham, Tsien, 1987). Са2~ через каналы Р2Х рецепторов входит внутрь гладкомышечных клеток в количестве, достаточном для активации сократительного аппарата, и сокращение сосуда происходит без участия систем вторичных посредников (Benham, 1989; Gitterman и Evans, 2001). Кратковременное — поскольку при продолжительной активации симпатический нервов секреция АТФ снижается (Todorov et al, 1994), а постсинаптические Р2Х рецепторы могут десенситизироваться (Benham, Tsien, 1987). В синаптической щели АТФ подвергается расщеплению эктонуклеотидазами (Зиганшин, Зиганшина, 1999) и нуклеотидазами, которые выделяются из нервов одновременно с АТФ (Todorov et al, 1997).
Таким образом, пуринергический (обусловленный действием АТФ) компонент вазоконстрикторного ответа быстро развивается и исчезает, в отличие от эффектов, вызываемых «тоническими» медиаторами -норадреналином и NPY. Это позволило охарактеризовать АТФ как медиатор, предназначенный для быстрой передачи синаптических сигналов. Следует, однако, отметить, что эти представления сформировались на основании данных, полученных в экспериментах in vitro. Данные о медиаторной роли АТФ в условиях in vivo крайне малочисленны и в основном сводятся к описанию сосудистых реакций на раздражение эфферентных симпатических путей в условиях естественного или принудительного кровоснабжения органов (Bulloch и McGrath, 1988; Taylor, Parsons, 1989; Johnson et al., 2001). Такие эксперименты не дают ответа на вопрос о роли АТФ в регуляции кровообращения в целом организме. Выяснению функциональной значимости изменений сосудистого тонуса, происходящих с участием этого медиатора, и посвящена данная работа.
Быстрые изменения артериального давления часто возникают в результате рефлекторных изменений эфферентной симпатической активности. Поэтому в первой части работы исследовали участие АТФ в рефлекторном повышении артериального давления при раздражении соматических афферентов, при асфиксии и при разгрузке артериальных барорецепторов. Оказалось, что только последняя из этих реакций значимо уменьшается после десенситизации сосудистых Р2Х рецепторов (Tarasova, Rodionov, 1992). Именно это наблюдение определило направление дальнейших исследований.
Основная роль барорецепторного рефлекса состоит в стабилизации среднего уровня артериального давления (Cowley et al., 1973). Если барорефлекторные влияния на сосуды действительно опосредуются АТФ, при устранении действия этого медиатора уровень давления должен становиться менее стабильным. Поэтому вторая часть работы была посвящена исследованию вариабельности артериального давления в норме и после устранения действия адренергического и/или пуринергического медиаторов.
Положение о том, что АТФ вызывает быстрое, а норадреналин - более медленное сокращение сосудов, сформировалось на основе исследования неирогенных ответов, которые определяются секрецией медиаторов и их постсинаптическим действием. Известно, что динамика секреции АТФ и норадреналина из симпатических волокон также может существенно различаться (Todorov et al, 1994). Следует отметить, что традиционные способы эксперимента не позволяют оценить кинетические параметры сокращения сосудов при активации постсинаптических рецепторов, поскольку даже при быстром добавлении вещества эти параметры неизбежно искажаются из-за диффузии молекул в сосудистой стенке, их
ферментативного разрушения, а также поглощения симпатическими волокнами и другими структурами. В данной работе сравнение временных характеристик сокращения сосудов на норадреналин и АТФ впервые приводилось с использованием фотоактивируемых соединений (caged noradrenaline и caged ATP), что позволило преодолеть эти затруднения и более аккуратно исследовать динамику сосудистых реакций.
В последней части работы исследовали, для каких органов характерна нервная регуляция тонуса сосудов с участием АТФ. Важной задачей симпатической регуляции является быстрое перераспределение кровотока между органами. Такое перераспределение может происходить в результате формирования в центральной нервной системе различных симпатических посылок к сосудам разных органов (Janig, McLachlan, 1992; Morrison, 2001). Но, вместе с тем, оно может обеспечиваться за счет неодинаковой плотности иннервации сосудов и различных медиаторных характеристик симпатических волокон, иннервирующих разные сосудистые регионы.
К началу данного исследования было показано, что АТФ участвует в передаче симпатических влияний к артериям, приносящим кровь к коже (Kennedy et al, 1986; Burnstock, Warland, 1987; Bao, 1993; Morris, 1994) и к органам чревной области (печени, брыжейке и кишечнику) (Brizzolara, Burnstock, 1990; Sjoblom-Widfeldt, 1990; Starke et al, 1991). Имелись единичные данные об участии АТФ в нейрогенном сокращении сосудов почки (Schwartz, Malik, 1989; Bohmann et al, 1995), но без определения уровня артериального русла, для которого характерны такие реакции. И, наконец, оставалось неясным, принимает ли АТФ участие в симпатической регуляции тонуса сосудов скелетной мускулатуры. Поэтому в завершающей части был проведен сравнительный анализ медиаторных характеристик нейрогенных ответов мелких артерий кожи, почки и скелетной мышцы, причем в каждом случае исследовались реакции сосудов двух последовательных порядков ветвления.
Цель и задачи исследования.
Цель работы состояла в изучении функциональной значимости
пуринергического (обусловленного действием АТФ) компонента
симпатической регуляции тонуса сосудов и системного артериального
давления.
В работе решались следующие задачи:
исследовать роль АТФ и норадреналина в сосудодвигательных рефлексах различной природы;
исследовать изменения вариабельности системного артериального давления после устранения вазомоторных эффектов адренергического и/или пуринергического медиаторов;
сравнить динамику сократительных ответов сосудов при активации а-адренорецепторов и Р2Х рецепторов с использованием фотоактивируемых аналогов норадреналина и АТФ;
исследовать роль АТФ в передаче симпатических влияний к артериальным сосудам почки, кожи и скелетной мышцы.
Научная новизна работы. Доказано участие АТФ как медиатора
симпатической нервной системы в регуляции кровообращения в целом организме. Получены принципиально новые данные о роли АТФ в рефлекторных изменениях артериального давления, а также в стабилизации среднего уровня давления. Показано, что пуринергическая симпатическая регуляция тонуса сосудов характеризуется регионарной специфичностью: опосредуемый АТФ компонент нейрогенного ответа характерен для мелких артерий в кожи и почке, но не в скелетной мускулатуре. Впервые с использованием фотоактивируемых аналогов АТФ и норадреналина изучены кинетические параметры вазомоторных ответов при активации а-адренорецепторов и Р2Х рецепторов.
Теоретическое значение работы. Полученные данные существенно
развивают современные представления о механизмах симпатической регуляции сосудистого тонуса. Показано, что участие АТФ является необходимым условием нормальной работы системы кровообращения в условиях спокойного бодрствования. Работа также имеет важное значения для нейрофизиологии в целом, так как в ней на примере симпатической нейропередачи раскрыто функциональное значение сосуществования нескольких медиаторов в одном синапсе.
Практическое значение работы. Результаты исследования
свидетельствуют о том, что стабилизирующая роль барорецепторного рефлекса осуществляется при участии пуринергического медиатора. Хорошо известно, что повышение вариабельности системного артериального давления, характерное для многих заболеваний сердечно сосудистой системы, усугубляет гипертрофию стенки артериальных сосудов, провоцирует атеросклеротическое поражение крупных сосудов и нарушения микроциркуляции (Mancia et al., 1995; Рогоза, 1996). Поэтому поиск и изучение веществ, воздействующих на пуринергический компонент симпатической нейропередачи, могут оказаться полезными для коррекции острых и хронических нарушений кровообращения.
Результаты работы также могут быть использованы для разработки новых диагностических методик. Известно, что вклад АТФ в нейрогенное сокращение сосудов уменьшается в неблагоприятных для организма условиях (при хроническом стрессе, интоксикации и др. - Munch et al, 1994; D'Arbe et al., 1999). Поскольку частота вазомоторных колебаний
артериального давления (и вторичных по отношению к ним колебаний ритма сердца) снижается после устранения медиаторного действия АТФ, определение частоты вазомоторных волн может быть использовано для раннего выявления нарушений работы сердечно-сосудистой системы.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Рефлекторные изменения системного артериального давления при
активации различных афферентных входов могут осуществляться с
участием разных симпатических медиаторов. АТФ играет значительную
роль в повышении давления при разгрузке артериальных барорецепторов,
но практически не участвует в реакциях на чрезвычайные стимулы (при
асфиксии и имитации болевого воздействия).
Медиаторная роль АТФ важна для стабилизации среднего уровня артериального давления. Это связано с его участием в барорефлекторной регуляции, поскольку устранение сосудистого действия АТФ приводит к изменению частоты колебаний артериального давления, обусловленных активностью барорецепторного рефлекса (т.н. волн Майера).
Различия в динамике пуринергического и адренергического компонентов сокращения сосудов в ответ на раздражение симпатических нервов # обусловлены разными временными характеристиками постсинаптических событий, а не секреции медиаторов.
Роль АТФ в передаче симпатических влияний к сосудам неодинакова в разных сосудистых регионах. АТФ играет роль симпатического медиатора в мелких артериях почки и кожи, но не в артериях скелетной мышцы. Такая неоднородность медиаторных характеристик симпатической нейропередачи может обеспечивать перераспределение кровотока между органами при различных адаптивных реакциях.
Апробация работы. Материалы исследования доложены и обсуждены на XVII и XVTII Съездах физиологического общества им. И. П. Павлова (Ростов-на-Дону, 1998; Казань, 2002), Международном симпозиуме, посвященном 90-летию со дня рождения академика В.Н. Черниговского (Санкт-Петербург, 1997); Международной конференции «Механизмы функционирования висцеральных систем», посвященной 150-летию И.П. Павлова (Санкт-Петербург, 1999), Всероссийской конференции «Физиология нейротрансмиттеров», посвященной 100-летию со дня рождения Х.С. Коштоянца (Москва, 2000), II Школе по физиологии кровообращения (Москва, 2002), Международной конференции «Центральные и периферические механизмы вегетативной нервной системы» (Донецк, 2000), XXXII и XXXIII Международных конгрессах по физиологическим наукам (Глазго, 1993; Санкт-Петербург, 1997), 4-м и 5-м Международных симпозиумах по резистивным сосудам (Орхус, 1992; Кембридж, 1996), 8-ом и 9-м Международных симпозиумах по сосудистым
нейроэффекторным механизмам (Альберта, 1994; Порто, 1998), 17-ой Научной конференции международного общества по гипертензии (Амстердам, 1998), 9-ой Европейской конференции по гипертензии (Милан, 1999), 4-й Европейской конференции «Давление крови и сердечно-сосудистые заболевания» (Левенхорст, 1999), Европейской конференции «Барорефлекс и вариабельность артериального давления» (Берлин, 2000), а также на заседании кафедры физиологии человека и животных Биологического факультета МГУ (Москва, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 35 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на "ZZS*
страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора данных литературы, описания материалов и методов исследования, изложения результатов экспериментальных исследований, обсуждения полученных данных, заключения и выводов. Список цитируемой литературы включает
10 отечественных и 242 иностранных источников. Работа иллюстрирована
13 таблицами и 34 рисунками.
