Введение к работе
Актуальность темы. Одним из важнейших макроэлементов, имеющихся во всех живых организмах, является кальций (Ca2+). Кроме того, что Ca2+ является строительным материалом для костей и зубов, он обладает высокой биологической активностью: влияет на проницаемость клеточных мембран, дифференцировку клеток, обеспечивает мышечные сокращения, в том числе сердечную деятельность, участвует в передаче сигналов в синапсах, свёртывании крови, деятельности желёз внутренней секреции и др. (G. N. Zimmerman, N. Fleischer, 1970; N. J. Rebecchi et al., 1982; S. A. Ronning, 1982; R. Wang, 1990; И. А. Држевецкая, Т. Н. Джандарова, 1992; Е. А. Александрова, 2001; N. C. Foster et al, 2001; H. Wais, 2001).
Широко представленными к настоящему времени являются работы об участии ионизированного кальция в реакциях мышечного сокращения. Так, мышечная подвижность зависит транспорта ионов кальция (Е. А. Александрова, 2001; Д. Бендол, 1970; О. В. Есырев, 1983; В. Д. Романенко, 1975; М. Д. Курский, 1986; В. Л. Козловский, 1995; П. Б. Цывьян, 1987; F. H. Braunewell, 2001; A. Fabiato, 1983, 1985; N. J. Rebecchi et al., 1982). Установлено, что функции всех разновидностей мышц контролируются при помощи ионов кальция, выступающих в качестве вторичного мессенджера (S. Ringer, 1882). Ионы кальция принимают участие в энергетическом контроле мышечной деятельности путём регуляции запасов АТФ (C. A. Tate, M. F. Hyek, G. E. Taffet, 1991). Основными причинами повреждения мышечной ткани при избыточной нагрузке являются прогрессирующая утрата способности мышц предотвращать изменения в уровне Ca2+ (J. G. Cannon et al., 1991), сжатии митохондрий, вакуолизации саркоплазматического ретикулума (R. B. Armstrong et al., 1983; J. Friden et al., 1989), изменениях Z-линий саркомера, а также активности респираторного взрыва нейтрофилов (A. N. Belcastro et al., 1988; P. M. Clarkson, 1988; J. Peake et al., 2004, 2005).
В последние годы стало известно о широком спектре влияний ионов кальция на гемоциты. Установлено, что Ca2+ снижает активность 5-липоксигеназы лимфоцитов, приводя к угнетению синтеза лейкотриенов (C. A. Rouzer et al., 1987), влияет на процесс фагоцитоза и миграцию нейтрофилов (T. Bengtsson et al., 1993; F. R. Maxfield, J. T. Mandeville, 1997), оказывает существенное влияние на структуру и стабильность клеточных мембран, кластеризацию кислых фосфолипидов (J. A. Scott, 1984; G. Tettamanti, М. Masserini, 1987).
Ионизированный кальций также играет важную роль в стабилизации плазмалеммы и участвует в регуляции клеточного объёма (Н. J. Schatzman, 1966; 1969; P. Caroni, Е. Carafoli, 1981; П. Г. Костюк, 1984; Д. О. Левицкий, 1990; H. Birgi, 1998).
Мышечные нагрузки высокой интенсивности приводят к изменению количества циркулирующих лейкоцитов в крови. В литературных источниках данные о влиянии интенсивной мышечной нагрузки на уровень лейкоцитов носят противоречивый характер (R. Harris et al., 1992; D. M. Nance et al., 2007; D. A. Henson et al., 1998). Известно, что первые минуты выполнения физических упражнений сопровождаются гиперкальциемией, оказывающей влияние на структуру мембран, а также на рецепторный аппарат клеток (Н. Н. Лиманский, 1978).
Проблема согласованности физиологических процессов при избыточном поступлении кальция в организм в сочетании с интенсивной мышечной нагрузкой на сегодняшний день изучена недостаточно, в связи с чем и было предпринято данное исследование.
Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в изучении влияния ионов кальция на микрореологические и функциональные свойства лейкоцитов при интенсивной мышечной нагрузке.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить влияние повышенного содержания ионов кальция на функциональные и морфометрические свойства лейкоцитов в условиях интенсивной мышечной нагрузки.
2. Исследовать влияние ионов кальция на функциональные и микрореологические свойства лейкоцитов: адгезию, миграцию, фагоцитоз, мембранный резерв и осморегуляторные реакции.
3. Оценить влияние ионов кальция на функциональные и морфометрические свойства лимфоцитов в опытах in vivo и in vitro в сравнительном аспекте.
Научная новизна. Впервые с использованием наносенсорных датчиков атомно-силового микроскопа получены данные об изменении объёма лимфоцитов при физиологической и повышенной концентрациях ионов кальция. Проведён сравнительный анализ морфометрических свойств лимфоцитов в условиях повышенной концентрации ионов кальция в опытах in vivo и in vitro. Впервые установлено, что повышенная концентрация кальция в опытах in vitro приводит к увеличению объёма клеток при уменьшении их распластанности.
Поступление ионов кальция повышенной концентрации приводит к изменениям, характерным для неспецифической реакции активации. Ионы кальция в повышенной концентрации при поступлении в организм с водой оказывают компенсаторное влияние на неспецифическую реакцию переактивации, вызванную действием интенсивной мышечной нагрузки. Сочетанное воздействие интенсивной мышечной нагрузки и употребления воды с повышенной концентрацией ионов кальция приводит к резкому увеличение хемотаксической активности лейкоцитов и более эффективному протекание осморегуляторных реакций лимфоцитов.
Теоретическая и практическая значимость. Данные, полученные при изучении влияния мышечной нагрузки высокой интенсивности на функциональные свойства лейкоцитов крови, дополняют имеющиеся в литературе сведения о физиологической роли ионов кальция. Полученные результаты могут быть использованы при оценке гипер- и гипокальциемических состояний, имеющих место при выполнении физических нагрузок высокой степени интенсивности.
Результаты настоящей работы могут служить основой для проведения дальнейших исследований, направленных на изучение молекулярных механизмов изменений, происходящих в цитоскелете, а также рецепторном аппарате лейкоцитов, что необходимо для установления причин ряда патологий, возникающих в результате мышечных нагрузок высокой степени интенсивности. Знание ключевых моментов в изменениях реактивности и микрореологических свойств лейкоцитов упростит поиск лекарственных препаратов, корригирующих данные параметры.
Результаты исследований используются в учебном процессе при преподавании курсов «Физиология человека», «Физиология адаптационных процессов» и «Экологическая физиология» на кафедре анатомии и физиологии живых организмов Белгородского национального исследовательского университета.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на 8-й Международной Пущинской школе – конференции молодых учёных «Биология – наука XXI века» (Пущино, 2004), I съезде физиологов СНГ (Сочи, Дагомыс, 2005), XII Международном симпозиуме (Москва, 2007), III Всероссийской научной конференции «Клиническая гемостазиология и гемореология в сердечно-сосудистой хирургии» (Москва, 2007), XX съезде физиологического общества им. И. П. Павлова (Москва, 2007), V Всероссийской конференции, посвященной 100-летию со дня рождения В. Н. Черниговского (С.-Пб, 2007), Международном симпозиуме «Адаптационная физиология и качество жизни» (Москва, 2008), XVI Российском симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твёрдых тел (Черноголовка, 2009), Международной научно-практической конференции «Здоровье в XXI веке» (Тула, 2010), XVII Международной научно-практической конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» (Белгород, 2013).
Положения, выносимые на защиту:
1. Ионы кальция в повышенной концентрации оказывают компенсаторное влияние при развитии неспецифической реакции переактивации, вызванной влиянием интенсивной мышечной нагрузки, тогда как в покое – вызывают изменения, характерные для неспецифической реакции активации.
2. Повышенная концентрация ионов кальция в сочетании с интенсивной мышечной нагрузкой приводит к повышению эффективности осморегуляторных реакций лимфоцитов. Снижение величины использования мембранного резерва лимфоцитами после интенсивной мышечной нагрузки происходит в результате уменьшения морфометрических показателей клеток.
3. Увеличение объёма лимфоцитов при воздействии повышенной концентрации ионов кальция в опытах in vitro происходит в условиях компактизации клеток при уменьшении их распластанности.
Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликованы 1 монография и 6 научных работ, 3 из которых находятся в перечне изданий ВАК, рекомендуемых для публикации диссертационных исследований.
Структура и объём работы. Диссертация изложена на 132 страницах, содержит 15 таблиц, 37 рисунков, состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов исследований, обсуждения, выводов, практических предложений и списка литературы, включающего 268 источников (60 отечественных и 208 зарубежных публикаций).
