Введение к работе
Актуальность проблемы. Сахарный диабет (СД) — это группа метаболических (обменных) заболеваний, характеризующихся гипергликемией, которая является результатом уменьшения секреции инсулина, действия инсулина или обоих этих факторов [Дедов, Шестакова, 2006]. СД является одним из наиболее социально значимых заболеваний в современном обществе, его распространенность неуклонно растет и, по эпидемиологическим прогнозам, к 2030 году достигнет 7-8% от общей численности населения мира [Shaw et al, 2010]. Приблизительно 10% всех случаев СД приходится на СД 1 типа [Дедов, Шестакова, 2006], который развивается в результате разрушения Р-клеток поджелудочной железы, в итоге прекращается продукция инсулина -ключевого регулятора процессов углеводного и липидного обмена в организме. В экспериментах на животных СД 1 типа чаще всего моделируют путем введения стрептозотоцина (СТЗ) [Szkudelski 2001; Lenzen 2008].
Патологические изменения в органах и тканях при СД связаны как с непосредственным влиянием гипергликемии, так и с нарушением кровоснабжения. Сосудистые нарушения являются основной причиной ухудшения качества жизни и гибели больных СД. Развитие СД 1 типа ведет к патологическим изменениям всех элементов сосудистой стенки: эндотелия, гладкой мышцы и интрамуральных нервных сплетений [Дедов, Шестакова, 2006; Forbes, Cooper, 2013]. Повреждающее влияние гипергликемии на эндотелий и гладкую мышцу сосудов может развиваться с участием разных механизмов, что связано с различием путей транспорта глюкозы в эти клетки. Транспорт глюкозы в эндотелиальные клетки осуществляется переносчиками, работа которых не зависит от влияния инсулина, в связи с этим дисфункция эндотелия при СД связана с перегрузкой клеток глюкозой [De Vriese et al., 2000]. В гладкомышечные клетки половина всего количества глюкозы транспортируются переносчиком GLUT4, экспрессия и активность которого регулируются инсулином [Park et al., 2005], в связи с чем изменение функционирования гладкой мышцы при СД может развиваться другим путем.
Хотя нарушение регуляции сосудов при СД 1 типа связывают с влиянием системных факторов, таких как гипергликемия и связанный с ней окислительный стресс [Forbes, Cooper, 2013], известно, что динамика и выраженность сосудистых патологий могут существенно различаться в разных органах. Это проявляется как в кровоснабжении разных органов [Lucas, Foy, 1977; Hill, Larkins, 1989; Kiff et al., 1991], так в регуляторных характеристиках изолированных из этих органов артериальных сосудов [Johansen et al., 2013]. Однако в настоящее время судить о регионарной специфике сосудистых изменений при СД 1 типа довольно трудно, так как данные литературы по этому вопросу противоречивы [Ralevic et al., 1995: Johansen et al., 2013]. Для ответа на этот вопрос необходимо исследовать диабетические изменения сосудов разных органов у одних и тех же животных.
Уже на ранней стадии развития СД 1 типа наблюдаются глубокие изменения функционирования почек [Samnegard et al., 2001; Rebsomen et al.,
2006], которые связаны с изменением регуляции тонуса артерий, приносящих кровь к почечным клубочкам [Carmines, 2010]. Ранние гемо динамические нарушения в почках проявляются в виде расширения прегломерулярных сосудов, повышения давления в клубочковых капиллярах и увеличения скорости фильтрации [Forbes, Cooper, 2013; Дедов, Шестакова, 2006]. Считается, что клубочковая гиперфильтрация является важным патогенетическим звеном развития диабетической нефропатии, поскольку она ведет к изменениям в гломерулах (разрастанию мезангиальных клеток и матрикса, гломерулосклерозу) и к изменению проницаемости почечного фильтра [Levine, 2008; Magee et al, 2009].
Следует отметить, что регуляторные изменения артерий почки при СД 1 типа изучены мало: остаются неясными механизмы изменения сократимости гладкой мышцы и эндотелий-зависимой регуляции тонуса (вклад различных эндотелиальных факторов и их взаимодействие с гладкомышечными клетками сосуда). Принимая во внимание важную роль почек в поддержании гомеостаза в организме и регуляции работы сердечно-сосудистой системы, мы считаем, что исследование регуляторных изменений артерий почки при СД 1 типа актуально как для физиологии, так и для фундаментальной медицины.
Целью данной работы было выявить и изучить функциональные изменения гладкой мышцы и эндотелия в мелких артериях почки у крыс со стрептозотоциновым сахарным диабетом (СД).
В работе были поставлены следующие задачи:
-
Охарактеризовать экскреторную функцию почек у крыс через 6 недель после введения стрептозотоцина.
-
Исследовать вызванные СД изменения реакций аі-адренергического сокращения и эндотелий-зависимого расслабления артерий почки, сопоставить их с изменениями реакций артерий кожи, скелетных мышц и тонкого кишечника.
-
Исследовать роль сигнальных путей, связанных с активацией Rho-киназы и протеинкиназы С, в регуляции сокращения артерий почки у крыс с СД.
-
Провести экспериментальную проверку гипотезы о сходстве механизмов изменения сокращения почечных артерий при СД и при нарушении симпатической иннервации.
-
Исследовать механизмы изменения эндотелий-зависимого расслабления артерий почки у крыс с СД.
Научная новизна работы. Результаты, полученные в данной работе, развивают современные представления о механизмах изменения регуляции артериальных сосудов при СД 1 типа. Впервые путем прямого сопоставления диабетических изменений в большом числе органов показано, что сосудистые изменения в почке могут качественно отличаться от изменений в таких органах, как кожа, скелетные мышцы и тонкий кишечник. Впервые показано, что нарушение иннервации артерий почки при СД 1 типа приводит к компенсаторному повышению их сократительных ответов при активации
(Xi-адренорецепторов вследствие увеличения вклада протеинкиназы С в регуляцию сокращения. В связи с этим полученные результаты дополняют наши представления о механизмах долговременного влияния симпатических нервов на органы-мишени.
Практическая значимость работы. Значимость настоящей работы для фундаментальной и практической медицины связана с неизбежным развитием сосудистых нарушений при СД 1 типа и их ролью в патогенезе диабетических органопатий. Согласно полученным данным, изменение сократительных ответов артерий почки при СД 1 типа происходит в результате повышения активности внутриклеточных сигнальных путей, регулирующих чувствительность сократительного аппарата гладкомышечных клеток к Са . Хотя на ранних этапах СД такие изменения могут компенсировать нарушение нервной регуляции артерий почки, в дальнейшем гиперактивность тех же сигнальных путей может служить причиной уменьшения почечного кровотока и приводить к диабетической нефропатии. Следует отметить, что Rho-киназа и протеинкиназа С рассматриваются в настоящее время в качестве перспективных мишеней для фармакологической коррекции нарушений сократимости гладкой мышцы сосудов. Еще одна сфера использования результатов данной работы связана с необходимостью понимания последствий такого воздействия как денервация почек, которое все чаще применяется в медицине для лечения фармакорезистентной артериальной гипертензии.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Изменения регуляции артерий при СД 1 типа в почке проявляются раньше и иначе, чем в большинстве других органов.
-
Уменьшение тонуса артерий, расположенных в почке проксимально от почечных клубочков, в гиперфильтрационной фазе СД 1 типа обусловлено ослаблением симпатических влияний вследствие разреживания иннервации и уменьшения констрикторного влияния продуцируемых эндотелием простаноидов.
-
Нарушение иннервации артерий почки в гиперфильтрационной фазе СД 1 типа сопровождается компенсаторным повышением их адренореактивности вследствие увеличения активности протеинкиназы С.
Апробация материалов диссертации. Основные результаты диссертационной работы были представлены на Международных научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов - 2010», «Ломоносов - 2011», «Ломоносов - 2012» и «Ломоносов - 2013» (Москва, 2010 - 2013 гг.), на V Всероссийской с международным участием школе-конференции по физиологии кровообращения (Москва, 2012 г), на VIII Всероссийской с международным участием конференции «Механизмы функционирования висцеральных систем», посвященной 220-летию со дня рождения К.М. Бэра (Санкт-Петербург, 2012 г.), на 9-й Международной научной конференции «Микроциркуляция и гемореология» (Ярославль, 2013
г.), на XXI и XXII Съездах Физиологического общества им. И.П. Павлова (Калуга, 2010 г., и Волгоград, 2013 г.). Диссертация апробирована на заседании кафедры физиологии человека и животных биологического факультета МГУ (протокол №58 от 09 сентября 2013 г.).
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 10-04-01723-а и 13-04-02087-а. При проведении исследований использовалось оборудование, приобретенное за счет средств Программы развития Московского университета.
Публикации. По материалам диссертации опубликована 1 статья в издании, рекомендованном ВАК РФ, и 9 тезисов докладов в сборниках материалов отечественных и международных конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 124 страницах, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов, обсуждения полученных данных и выводов. Список литературы включает 14 7 источников. Работа иллюстрирована 6 таблицами и 27 рисунками.
