Введение к работе
Актуальность проблемы. Механизмы развития организма, его органов и физиологических систем, всегда привлекали внимание исследователей. В результате интенсивных научных поисков достаточно полно были изучены морфологические аспекты онтогенеза и его составной части - гистогенеза [А.А.Клишов, 1984]. Одновременно появились определенные сведения и об особенностях функционирования органов и тканей в эмбриональном периоде и раннем постнатальном онтогенезе. Вместе с тем, несмотря на интенсивные научные поиски в различных направлениях, многие аспекты онтогенеза, в особенности развития функций клеток, не исследованы. В наибольшей степени это касается гистогенеза филогенетически значительно более молодой, чем скелетные мышцы, гладкомышечной ткани [А.А. Клишов, 1989]. Практически нет данных о механизмах формирования дефинитивных функций гладкомышечных клеток (ГМК), функциональных свойствах ГМК в различные возрастные периоды, хотя их значение для нормальной деятельности внутренних органов и организма в целом огромно. В частности, не известны электрофизиологические и сократительные параметры созревающих гладкомышечных клеток. особенности ионной проницаемости их цитоплазматической мембраны, механизмов ионного обмена, электрогенеза. Практически не исследован характер и степень чувствительности развивающихся ҐМК к различным физиологически активным веществам (ФАВ). Не изучены механизмы рецепции ФАВ на различных этапах созревания гладких мышц.
Для функционирования, а возможно и созревания клеток, огромное значение имеют внутриклеточные сигнальные механизмы. Например, циклический 3,5-аденозинмонофосфат, который играет роль вторичного мессенджера для передачи информации от их рецепторного аппарата к внутриклеточным эффекторам [Е.П.Феденко, Н.Г.Доман, 1983; Н.А.Юдаев, С.А. Афиногенова, 1983; Е.С.Северин, О.Б.Глотов, С.МДудкин и др., 1985; И.В.Комиссаров, 1986; M.B.Sparrow, 1984; M.B.Feinstein, G.B.Zavoiko, S.P.Halenda. 1985; K.E.Kamm, J.R.Stull, 1989; A.P.Somlyo. 1992]. Установлено также, что в передаче сигнала от рецепторов к исполнительным механизмам клеток важное значение имеют фосфатидилинозитиды [Е.П.Феденко, Н. Г.Доман, 1983; И.В.Комиссаров, 1986; М.Б.Баскаков, В.Б.Студницкий, М.А.Медведев, Б.И.Ходоров, 1989, Б.С. Утешев, 1992; M.J.Berridge, R.F.Irvin, 1984; E.Suematsu, 1984; M.lino, 1987; A.P.Somlyo, A.V.Somlyo, M.Bond et all., 1987; A.P.Somlyo, J.V.Walker, 1988]. Одновременно, выявлено участие аденилатциклазного механизма
и в регуляции функций ионных каналов цитоплазматической мембраны
[П.Г.Косткж, 1984; П.Г.Костюк, П.А.Дорошенко, Н.И.Кононеко, 1987; А.Н.Верхратский,
1992; L.Byerly, 198В; A.M.Brown, L. Bimbaumer,1990]. Вместе с тем, в настоящее
время особое внимание привлекают катионы кальция. В частности обнаружено, что
они контролируют ионную проницаемость и электрическую возбудимость
цитоплазматической мембраны клеток, регулируют активность аденилатциклазного
и фосфоинозитольного сигнальных механизмов. Помимо этого кальций
обеспечивает клеточную подвижность, деление клеток и другие стороны их
жизнедеятельности. [Р.С.Орлов, В.Я.Изаков, А.Т.Кеткин и др., 1971; Б.И.Ходоров,
1975; П. Д.Брежестовский, 1980; М.Ф.Шуба 1977, 1978, 1981; К.Ю.Богданов,
С.И.Захаров, Л.В.Розенштраух, 1983; В.Н.Данилова, 1985; В.В.Рекалов,
В.М.Тараненко, М.Ф.Шуба, 1985; П.Г.Костюк, 1986; M.Dieter, 1985; G.Droogmans,
B.Himpens, R.Casteels, 1985; S.Ebashi, 1985; S.LHu, Y.Yamamoto, C.Y.Kao, 1989,
A.P.Somlyo, 1982, 1987, 1988, 1989, 1992; C.Van Breemen, 1989; T.Yorio, L.W.Frazier,
1990; T.B.Bolton,' 1991]. Ионы кальция оказывают свое действие на указанные
клеточные процессы как через кальцийрецептивные белки (кальмодулин,
кальцийсвязывающий мозгоспецифичный белок S-100), так и путем
непосредственного воздействия на клеточные ферменты, например, кальпаины,
протеинкиназы [Р.Н.Глебов, Г.Н.Крыжановский, 1983; М.Б.Баскаков, И.В.Ковалев,
М.А.Медведев, Н.П.Ларионов, 1984; В.Н.Данилова, 1985; В.В.Шерстнев,
В.П.Никитин, А.Л.Рылов, 1987; Л. И.Сологуб, И.С.Пашковская, 1988; Н.Б.Гусев, А.В.Воротников, 1991; H.P.Jones, 1985; LRaeymaekers, L.R.Jones, 1986; J.T.Stull, M.N.Munnally, 1986; Walsh M.P.,1987}. Особенно важен для регуляции внутриклеточных процессов полифункциональный кальцийрецептивный белок -кальмодулин, который найден практически во всех живых клетках [Р.Н.Глебов Г.Н.Крыжановский, 1983; Н.П.Ларионов, 1984; J.F.Head, R.J.Bimbaum, 1980; H.R.Jones, 1985; S.B. Alberts, D.Bray, J.Lewis et all, 1987]. Оценивая имеющиеся данные, можно выдвинуть предположение, что кальциевые регуляторные механизмы клеток филогенетически являются наиболее древними, так как ионы кальция достаточно легко обмениваются через клеточные мембраны, активно влияют на их фосфолипиды и связываются с белками. Однако, несмотря на огромное значение сигнальных, в частности, кальцийзависимых механизмов в деятельности клеток, динамика их формирования в процессе созревания ГМК также не исследована. Например, не установлены онтогенетические закономерности изменения кальциевой проводимости мембраны, величина вклада ионов кальция в
электрогенез, механизмы спонтанной и вызванной активности. Не выяснена онтогенетическая динамика физиологической активности кальцийрецептивных белков, в частности кальмодулина. Неизвестна степень участия в регуляции клеточных функций на разных этапах онтогенеза, других сигнальных систем ГМК. Кроме этого, не изучены изменения физиологических свойств и механизмов деятельности ГМК в период старения. Это представляет чрезвычайный практический интерес, так как при старении наблюдаются нарушения моторно-эвакуаторной функции желудочно-кишечного тракта, двигательной активности мочевыводящей системы. Это возможно связано не только с инволюционными изменениями системных механизмов регуляции гладкомышечных органов, но и нарушением функций ГМК.
Целью данного исследования является изучение особенностей функций ГМК и закономерностей развития кальцийзависимых механизмов регуляции цитофизиологических процессов в постнатальном онтогенезе.
Для реализации указанной цели были определены задачи.
1. Изучить электрофизиологические и сократительные свойства ГМК в
постнатальном онтогенезе.
2. Установить особенности проницаемости цитоплазматической мембраны
для основных ионов и их роль в процессах электрогенеза и сокращений ГМК на
этапах развития организма.
-
Определить чувствительность к физиологически активным веществам развивающихся, зрелых и стареющих гладкомышечных клеток.
-
Выяснить значение кальциевого и других сигнальных механизмов для функционирования гладкомышечных клеток в процессе их эволюции и инволюции.
Научная новизна работы. В настоящей работе впервые описаны
электрофизиологические и сократительные свойства различных гладкомышечных
клеток на этапах постнатапьного онтогенеза. В частности, установлено, что в
ранний период развития ГМК величина мембранного потенциала (МП) ниже, чем у
зрелых клеток и клеток стареющих животных. Параметры потенциалов действия
(ПД) ГМК животных различных возрастных групп также отличаются.
Продолжительность плато ПД ГМК мочеточников новорожденных морских свинок и
белых крыс значительно больше, а частота спайков на нем меньше, чем у зрелых,
особенно старых животных. Ниже частота генерации, но больше длительность
спайковых ПД ГМК taenia coli новорожденных морских свинок. Особенности
электрофизиологических свойств ГМК новорожденных животных являются
следствием своеобразия пассивной и активной проницаемости мембран этих ГМК для потенциапобразующих ионов, механизмов ее регуляции. Обнаружено, что проницаемость клеточной мембраны для ионов натрия от рождения к старению постепенно снижается. Выяснено, что в процессе развития и старения скорость базального Са-Са обмена через цитоплазматическую мембрану ГМК уменьшается. При этом в выведении ионов кальция из клеток на ранних этапах развития принимает участие не только Са-АТФаза, но и Na-Ca обменный механизм. Роль ионов в механизмах генерации сложных ПД также изменяется. Возрастает значение ионов кальция и понижается натрия. Изменяются и функциональные свойства кальциевых каналов.
Материалы диссертации используются для чтения курса лекций по физиологии в Омской государственной медицинской академии, Омском аграрном университете, Омском педагогическом университете, Сибирской академии физической культуры. В процессе выполнения диссертации получено 9 удостоверений на рацпредложения.
Положения, выносимые на защиту:
-
В процессе постнатального онтогенеза наблюдаются значительные изменения функциональных свойств и механизмов деятельности гладкомышечных клеток, которые проявляются различиями параметров электрофизиологической и сократительной активности, ионной проницаемости клеточной мембраны, активного транспорта.
-
В неонатальном периоде гладкомышечные клетки являются функционально незрелыми, так как не закончено формирование мембранных ионно-транспортных систем, рецепторного аппарата, механизмов сопряжения рецепторов с эффекторами.
-
Развитие механизмов электрогенеза, электромеханического сопряжения, сигнальных систем, рецепторного аппарата ГМК происходит гетерохронно.
-
В процессе старения наблюдаются инволюционные изменения механизмов деятельности гладкомышечных клеток, выражающиеся нарушениями процессов электрогенеза, ионного обмена.
Материалы диссертации доложены:
-
XIV съезде Всесоюзного физиологического общества им. И.П.Павлова, Баку, 1983.
-
VI Всесоюзной конференции по физиологии вегетативной нервной системы, Ереван, 1986.
3.1 съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока, Новосибирск. 1987.
4. Республиканской конференции "Проблемы нейрогуморальной регуляции
физиологических функций висцеральных систем", Омск, 1991.
5. I Всероссийском съезде физиологов, Пущино, 1993.
6. Всероссийской конференции (с участием представителей стран СНГ)
"Биоритмы пищеварительной системы и гомеостаз", Томск, 1994.
7. 2 съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока, Новосибирск, 1995.
8. Юбилейной научной сессии, посвященной 75-летию Омской
государственной медицинской академии.
9. Заседаниях Омского отделения Всероссийского физиологического
общества.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, разделов, посвященных методикам исследования, глав, в которых изложены полученные результаты, обсуждения результатов исследования, выводов, списка литературы. Диссертация изложена на 325 страницах машинописного текста, материалы работы проиллюстрированы 115 рисунками и 45 таблицами. Список литературы включает 180 отечественных и 262 зарубежных источника.