Введение к работе
Актуальность темы'. В лабораторной и клинической практике используются различные воздействия на физиолого-биохимические свойства клеток организма человека н животных с применением экзогенных эффекторов. Однако эти вещества, прежде чем реализовать эффект на молекулярном уровне внутри клеток, взаимодействуют вначале с клеточной мембраной как пограничной структурой, отделяющей внут-ренюю среду клеток от внешней. Поэтому возможность искусственного управления состоянием и свойствами клеточных мембран их проницае-мостью, электрическими и другими характеристиками ,представляют собой проблему относящуюся к числу первоочередных по степени их важности для теории и практики.
Удобной моделью в работах такого рода служат эритроциты,
составляющие наиболее многочисленную часть форменных элементов
крови. На кафедре физиологии человека и животных СГУ в течение
ряда лет ведутся исследования зависимости функций эритроцитов от
свойств их мембран Показано что ультрафиолетовое и у-облучение
отмывка эритроцитов от плазмы прогревание антикоагулянты различ
ных видов изменяя свойства клеточных мембран действуют на функ
ции клеток - их осмотическую и кислотную устойчивость физико-
химические и функциональные свойства содержащегося в них гемогло-
Ріина (Иржак Kvбунiiн 1QQ7; Иржак Тюрнин 198V Иржак Таюрский
Сафронов..др.,1987,.,Иржак,Мойсеенко 1971). ' , ,
Местом приложения многих воздействий служат такие структурные элементы мембраны, как глнкокаликс и Р-адренорецепторы. Показано что блокада В-адренорецепторов пропранололом существен-но влияе-г на устойчивость эритроцитов по отношению к гемолитикам (Соминский Окунь идр 1988;Петров 1978;Соминский Бердышева и др 1989) их связывание с агонистами изменяет эластичность мембраны (Oonishi а. о. 1991).
С гликокаликсом как с углеводной частью глнкопротеинов и гликолипидов мембраны взаимодействуют углевод-специфические соединения - лектины. При этом может увеличиваться жесткость мембраны эритроцита (Gokhale, 1987), изменяться свойства гемоглобина, содержащегося в них (Мойсеенко, Иржак, 1987).
Одним нз факторов, определяющих функциональную активность клеток, являются кислотно-основные свойства (КОС) их внутрен-
ней среды, зависящие в свою очередь от особенностей ионообмена между клеткой и внешней средой. Данные о влиянии на эти свойства эритроцитов функционального состояния их Р--адренорецепторов весьма немногочисленны и зачастую противоречивы. Относительно зависимости этих свойств от гликокаликса данных в литературе не найдено. Вместе с тем этот вопрос важен, так как кислотно-основное состояние организма, определяемое в первую очередь буферными характеристиками крови, относится к числу важнейших показателей гомеостаза, от которых зависит нормальное функционирование всех систем, начиная с молекулярного уровня (Madchus, 1972). Выяснение роли мембранных структур в поддержании кислотно-основных свойств эритроцитов представляет теоретический интерес для эволюционной и возрастной физиологии и практический интерес для клиники. С учетом этих обстоятельств было предпринято данное исследование.
Данная работа выполнена в соответствии с планами НИР кафедры физиологии человека и животных Сыктывкарского государственного университета ( 47 и 53) и поддержана грантом по естественным наукам Госкомитета РФ по высшему образованию (94-10. 3-57).
Цель работы: Определить зависимость кислотно-основных свойств ядерных и безъядерных эритроцитов от (З-адренорецепторов и гликокаликса клеточной мембраны.
Задачи исследования: Исследовать видовые особенности кислотно-основных свойств эритроцитов человека, крысы и лягушки
-
В контроле при различных температурах и рН
-
После обработки эритроцитов адреналином и пропранололом для активации и ингибирования Р-адренорецепторов
3) После обработки эритроцитов вытяжкой из семян бобов,
содержащей фитогемагглютинины, для изменения свойств гликока
ликса.
-
В условиях разной тонпчности среды инкубации
-
При комплексном воздействии на эритроциты эзих факторов
Научная новита. Впервые проведено сравнительно-физиологическое исследование 1юнообмена со средой ядерных и безъядерных эритроцитов, действующего на их кислотно-основные свойства. Показана степень зависимости этих функций от температуры, рП, осмотических характеристик среды. Отмечается, что кислотно-основные
свойства клеток, определяемые в основном буферными свойствами гемоглобина, модифицируются ионной проницаемостью клеточной мембраны и ионными потоками через нее.
Впервые демонстрируется, что ионообмен со средой эритроцитов человека, крысы, и лягушки зависит от глнкокаликса мембран и (3-адренорецепторов.
Выявленный в работе различный характер действия вытяжки из семян бобов при разных температурах, а также совместное действие вытяжек с пропранололом н адреналином позволяет обсудить особенности структуры мембран, изменений их фазного состояния, от которых зависит ионообмен клеток со средой.
Впервые установлено неспецифическое влияние блокатора Р-адренорецепторов пропранолола на кислотно-оснопные свойства безъядерных и ядерных эритроцитов и проведен анализ с целью выяснения механизма этого влияния . Полученные результаты свидетельствуют о существенных функциональных различиях между мембранами безъядерных и ядерных эритроцитов, что проявляется в особенностях нх реакций на биологически активные вещества, действующие на гликока-ликс и (3-адренорецепторы.
Впервые показано, что ретикулоциты млекопитающих в ответ на изменения тоничности среды реагируют высвобождением протонов подобно зрелым ядерным эритроцитам бесхвостой амфибии Rana temporaria.
Впервые продемонстрировано, что скорости анионного обмена через белок полосы 3 (б.п.З) мембран ядерных эритроцитов при комнатной температуре и безъядерных эритроцитов при температуре 37"С практически одинаковы.
Полученные данные могут дополнить представления об эволюции физико-химических свойств мембран эритроцитов пойкилотермных її гомоПотермных организмов, изменениях в cпособноеin этих клеток к поддержанию гомеостаза в ходе эполюции.
Расширены представления о роли различных структурных компонентов мембран эритроцитов в формировании их функций вообще и ионообмена со средой, в частности.
Научно-практическая значимость. Результаты изучения кислотно-основных свойств бсзъядерных и ядерных эритроцитов, роли мембран этих клеток в процессах их ионообмена со средой, зависимосги этих процессов от ряда структ\рных компонентов мембраны реко-
п
мендуются для использования в сравнительно-физиологических исследованиях.
Полученные данные об особенностях ионообмена со средой эритроцитов человека могут быть применены в клинической практике для коррекции кислотно-основных свойств крови и для дальнейшей разработки представлений об эволюции ее буферных резервов.
Материалы экспериментальной части включены в проводимые на кафедре физиологии человека и животных СГУ курсы "Физиология клеточных мембран", "Сравнительная физиология", "Физиология человека и животных", "Физиология системы крови" и лабораторные практикумы.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Кислотно - основные свойства эритроцитов изменяются под влиянием биологически-активных веществ - пропранолола, адреналина и фитогемагглютининов. Эффект зависит от видовых структурно -функциональных особенностей безъядерных и ядерных эритроцитов и условий среды - рН, температуры, осмолярности.
-
Механизм действия указанных биологически-активных веществ на кислотно-основные свойства эритроцитов состоит в том, что эти вещества, связываясь с мишенями на клеточных мембранах - глико-каликсом и р-адренорецепторами, изменяют транспорт Н-ионов между клеткой и средой.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на конференции "Кислотно-основной и температурный гомеостаз: физиология, биохимия и клиника" (Сыктывкар, 1997); на XIII Коми Республиканской молодежной конференции (Сыктывкар, 1997); на молодежной конференции "Актуальные проблемы биологии" (Сыктывкар, 1998); на VIII международном симпозиуме "Эколого-физиологические проблемы адаптации" (Москва 1998); на конференции молодых ученых России с Международным участием "Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины" (Москва 1998); на XVII съезде Всероссийского физиологического общества (Ростов-на-Дону 1998) на конференции молодых ученых с международным участием «Физиологические механизмы природных адаптации» (Иваново 1999) на международной конференции посвященной 150-летию со дня рождения И П Павлова
(Санкт-Петербург, 1999). По результатам исследований написано 4 статьи и 7 тезисов.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав (обзора литературы, объектов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения), выводов и списка литера-туры. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, включает 54 рисунка. Список цитируемой литературы содержит 229 названий работ, из них 29 - отечественной, 180 - иностранной литературы.