Введение к работе
Актуальность темы
Колебания уровня метаболитов в крови существенно влияют на функциональное состояние сердечно-сосудистой системы В частности, при изменениях содержания глюкозы в крови функционирование сердечной мышцы может нарушаться под влиянием возбуждения симпатических нервов и увеличения секреции катехоламинов надпочечниками, а также в результате изменений тканевого метаболизма (Фаучи Э, 2002, Феллинг и соавт, 1985) Гипогликемия сопровождается значительными колебаниями частоты и силы сердечных сокращений, изменениями ударного и минутного объема, нередко наблюдается снижение кровяного давления из-за слабости сердечной мышцы (Холодова Е А, Ivioxopi Т В, 1988) Изменения энергообеспечения являются важным фактором, влияющим на сократительную способность миокарда (Opie L Н., 1998, Taegtmeyer Н et al, 2002) Нарушения энергообмена могут быть обусловлены собственно гликопенией, колебаниями концентрации других субстратов энергообмена в крови, изменениями процессов использования различных метаболитов
Гипогликемия может быть следствием различных причин и наблюдается как в норме, так и при патологических состояниях, но чаще всего она является результатом повышения уровня инсулина (Зайчик А Ш, Чурилов Л П, 2000) Гипогликемия может возникать и на фоне предшествующей гипергликемии Такая ситуация имеет место, например, при неадекватной терапии сахарного диабета или после приема пищи (спонтанная реактивная гипогликемия) (Феллинг и соавт, 1985, Сгуег РЕ et al, 2003) Гипогликемия может развиваться при тяжелых физических нагрузках (Дембо А Г, Земцовский Э В , 1989; Макарова Г А, 2004) Нормальной физиологической реакцией на снижение концентрации глюкозы в крови является повышение секреции контринсуляриых гормонов, увеличивающих мобилизацию гликогена и глкжонеогенез, что в конечном итоге способе гвуст поддержанию уровня гликемии Одним из физиологических эффектов инсулина является увеличение поглощения и утилизации глюкозы клетками, но продолжительная гипогликемия в конечном итоге значительно ослабляет этот процесс, как и контринсулярные гормоны, которые уменьшают проницаемость клеточных мембран для глюкозы и снижают включение глюкозы во внутриклеточный обмен (Сгуег РЕ, 2001, 2005) Утилизация миокардом других субстратов энергообмена (жирных кислот, трнацилглицеролов и кетоновых тел) может
быть ограничена снижением их продукции под действием инсулина (Timothy GR, 1996)
В том случае, когда гипогликемия развивается на фоне инсулинодефинита, неблагоприятные изменения субстратного обеспечения энергообмена могут быть особенно существенными, так как они накладываются на уже имеющиеся морфологические и метаболические изменения, обусловленные недостатком гормона (Генес В С, 1980, Джавадов С А , 1983, Холодова Е А., Мохорт Т В , 1988, Taegtmeyer Н et al, 2002) При недостатке инсулиновых эффектов нарушается и реализация гормональных контринсулярных сигналов (Сгуег Р Е, 2002, Enoksson S et al, 2003) Значительные перепады уровня глюкозы в крови и связанные с ними резкие изменения секреции гормонов, ответственных за регуляцию гликемии, могут значительно модифицировать обмен в миокарде и приводить к функциональным нарушениям Еще 30 лет назад высказывалось мнение о том, что нарушения функциональной способности миокарда при инсулинодефиците могут быть обусловлены периодически возникающей гипогликемией (Генес В С, 1980).
Исследования, проводимые с использованием различных моделей гипоинсулинемии, не только дают возможность изучать метаболические взаимоотношения между различными, в том числе, и противоположно направленными гормональными воздействиями, но и позволяют понять многие механизмы развития сахарного диабета (Волчегорский и соавт, 2002, Баранов В Г и соавт, 1983, Нещерет А Л, 1990, Young ME et al, 2002)
Важность и недостаточная изученность проблем, связанных с энергообеспечением миокарда при гипогликемии, определила выбор темы нашего исследования
Цель исследования
Оценить влияние гипогликемии на субстратное обеспечение и процессы катаболизма различных субстратов энергообмена в миокарде у здоровых животных и животных с инсулиновой недостаточностью
Задачи исследования
1 Изучить изменения содержания энергетически важных субстратов в крови и миокарде при инсулиновой гипогликемии у здоровых животных и животных с инсулиновой недостаточностью
2 Исследовать скорость гликолиза и активность окислительных
ферментов в сердечной мышце при гипогликемической коме у здоровых
животных и животных с инсулиновой недостаточностью
3 Определить активность аминотрансфераз и ферментов
дезашширования в миокарде при гипогликемической коме у здоровых
животных и животных с инсулиновой недостаточностью.
Научная новизна работы
Получены новые данные об изменениях уровня энергетически важных субстратов и их использовании миокардом при снижении концентрации глюкозы в крови и в период последействия Установлено, что при гипогликемии уменьшается доступность большинства энергетически важных субстратов крови (триацилглицеролов, свободных жирных кислот, кетоновых тел, аминокислот) При этом содержание триацилглицеролов в миокарде снижается, а уровень гликогена увеличивается При гипогликемии, вызываемой на фоне предшествующей инсулиновой недостаточности, изменения более выражены.
При исследовании процессов катаболизма углеводов и активности окислительных ферментов в миокарде впервые установлено, что гипогликемия не вызывает существенных нарушений активности ферментов цикла трикарбоновых кислот и ферментов, продуцирующих восстановленный НАДФ Скорость гликолиза и гликогенолиза при гипогликемии у здоровых животных возрастает, а при гипогликемии, развивающейся на фоне продолжительной инсулиновой недостаточности, этот эффект не проявляется
В ходе исследования впервые установлено, что при инсулиновой гипогликемии, развивающейся на фоне предшествующей инсулиновой недостаточности скорость процессов катаболизма аминокислот (активность аминотрансфераз, глутаматдегидрогеназы и АМФ-дезаминазы) в миокарде увеличивается Указанные изменения ферментативной активности не обнаруживаются при гипогликемии у исходно здоровых животных и развиваются лишь при длительном снижении уровня глюкозы в крови
Научно-практическая значимость
Полученные данные позволили оценить значимость различных субстратов для энергообеспечения функционирования миокарда при гипогликемии Выявлены важные особенности метаболического ответа на гипогликемию в зависимости от исходного гормональної о статуса организма Результаты работы важны для понимания механизма изменений
функционирования миокарда при гипогликемии как в норме, так и при патологических состояниях.
Установлено, что потенциальная мощность окислительных процессов не является фактором, лимитирующим энергообеспечение и функционирование миокарда при гипогликемии, большее значение имеет снижение притока субстратов энергообмена В ходе исследования установлено, что при гипогликемии, развивающейся на фоне предшествующего инсулинодефицита, увеличивается использование аминокислот для энергообеспечения миокарда, что может иметь неблагоприятные отдаленные последствия для функционирования сердечной мышцы Признаки повышенного катаболизма аминокислот обнаруживаются и после купирования гипогликемического состояния
Полученные данные являются основой для разработки мероприятий, направленных на коррекцию неблагоприятных метаболических изменений в миокарде при гипогликемии
Основные положения, выносимые на защиту
Гипогликемия не вызывает значительных нарушений активности окислительных ферментов Потенциальные возможности использования углеводов в миокарде при гипогликемии возрастают, однако в условиях дефицита глюкозы этот эффект не реализуется При гипогликемии нарастает использование жиров (в том числе эндогенных триацилглицеролов миокарда) для покрытия энергозаграт.
Увеличение в миокарде активности ферментов, ответственных за катаболизм аминокислот и снижение уровня аминокислот в крови при гипогликемии, развивающейся на фоне предшествующего инсулинодефицита, свидетельствует об увеличении использования этих субстратов для энергообеспечения Подобные изменения могут нарушать протеиносинтез В целом, обнаруженные изменения могут приводить к нарушению энергообмена миокарда, снижению субстратного обеспечения пластических процессов и, таким образом, снижать функциональные возможности сердца.
3) Через 1 час после купирования гипогликемической комы,
развивающейся на фоне инсулинодефицита, полного восстановления
исследованных показателей энергообмена не происходит Сохраняются
признаки повышенного катаболизма аминокислот
Апробация работы
Основные результаты исследования доложены и обсуждены на
Всероссийской конференции «Механизмы синаптической передачи» (Москва, 2004), конференции «Региональная медицинская наука тенденции и перспективы развития Аспирантские чтения - 2004 Самара. 2004, VI конгрессе молодых ученых и специалистов (Томск, 2005), конференции «Достижения фундаментальных наук в решении актуальных проблем медицины» (Астрахань-Волгоград-Москва, 2006)
Публикации
По теме диссертации опубликовано 12 работ в центральной и местной печати
Связь задач исследования с проблемным планом биологических наук.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научных исследований Ярославской государственной медицинской академии (номер государственной регистрации 0120 0600924)
Объем и структура диссертации
Работа представлена на 135 страницах печатного текста, содержит 33 таблицы, 20 рисунков и состоит из введения, обзора литературы, 3 главы экспериментальных исследований, заключеїшя, выводов и списка литературы Библиографический указатель включает 178 источник литературы, из них 123 на иностранных языках
