Буклетик о биофизике от РГМУ

НОМ «МБФ РГМУ. Специальность «медицинская биофизика» ГОУ ВПО РГМУ Росздрава, 2010г.

Владимировым и Э. М. Коганом с помощью метода флуоресцентных зондов удалось обнаружить, что при отсутствии кислорода исчезает трансмембранный потенциал, удерживающий ионы кальция внутри митохондрий. В результате происходит нарушение барьерной функции митохондрий, что является одной из главных причин гибели клеток при гипоксии. Второй процесс, приводящий к нарушению барьерной функции мембран это перекисное окисление липидов. В работах Ю.А. Владимирова,

В.Ф. Антонова, Е.А. Корепановой и Л.Г. Коркиной было показано, что ПОЛ увеличивает ионную проницаемость модельных фосфолипидных мембран

(БЛМ). Позже в в работе Ю.А. Владимирова, Г. И. Клебанова и сотрудников было показано, что при ПОЛ происходит усиление самопроизвольного выхода ионов кальция из липосом. Тогда же был сделан вывод о том, что ПОЛ увеличивает проницаемость фосфолипидного слоя для ионов кальция.

После обобщения данных, полученных на кафедре биофизики,

академиком РАМН Ю.А. Владимировым была сформулирована гипотеза о четырех основных механизмах нарушения барьерных функций мембран в патологии: 1) перекисное окисление липидов, 2) активация мембранных фосфолипаз, 3) механическое (осмотическое) растяжение мембран; 4)

адсорбция на поверхности мембран поликатионов, в частности чужеродных белков. Эти четыре механизма в дальнейшем подтвердились большим количеством экспериментальных работ.

В ходе дальнейших исследований БЛМ А.В. Путвинскому удалось обнаружить еще одно действие Уф-индуцированного ПОЛ: снижение электрической прочности мембран, которое приводило к их пробою электрическим полем. В дальнейшем в серии работ Т.В. Пучковой, О.В.

Парнева и А.В. Путвинского было показано, что потенциал пробоя, который может служить мерой прочности мембран, снижался Основатель и первый заведующий кафедрой медицинской биофизики, академик РАМН Ю.А.

Владимиров.при перекисном окислении липидов. Также было показано, что электрический пробой мембран может происходить под воздействием не только внешнего электрического поля, но и под действием

21

трансмембранного потенциала, т. е. в результате самопробоя под действием электрического поля. И в 1975 г. была высказана гипотеза, что самопробой мембраны электрическим полем – одна из причин повреждения мембран в патологии. Одновременно было показано, что и другие механизмы повреждения мембран, помимо ПОЛ, а именно действие фосфолипазы,

механического растяжения мембраны или адсорбция на поверхности мембраны поликатионных белков (протаминов, гистонов) - все они приводили к снижению электрической прочности мембран и создавали возможность ее самопробоя собственным электрическим полем.

Изучение механизма повреждения мембран адсорбирующимися на их поверхности пептидами (Ю.А. Владимиров, Е.А. Корепанова) показало возможность локального и временного нарушения барьерной функции мембран путем образования в них динамических ион-транспортных структур

(ионных каналов) из пептида и липидных компонентов мембраны. Появление

«зародышей» каналов в мембране, по-видимому, также способствует самопробою мембран собственным электрическим потенциалом.

Обнаруженный механизм имеет прямое отношение к антибактериальному и токсическому действию некоторых поликатионных антибактериальных пептидов.

Заведующая учебной частью кафедры, доцент Е.А. Корепанова.

Таким образом, получила дальнейшее развитие гипотеза о четырех механизмах повреждения мембран в патологии: в качестве исполнительного элемента этих четырех механизмов был предложен электрический самопробой мембран, который и рассматривался как основной механизм

22

нарушения функции мембран в патологии. С другой стороны, в конце 70-х гг.

появился интерес к противоположному эффекту, а именно к упрочению барьерных функций мембран, которые могут происходить под действием ряда факторов в первую очередь под действием холестерина. Было показано,

в частности, что холестерин, с одной стороны, тормозит процесс развития ПОЛ, по-видимому, за счет увеличения микровязкости липидного бислоя, а,

с другой стороны, увеличивает электрическую прочность мембран - не только интактных, но и поврежденных под действием перекисного окисления. В итоге, было сформулировано предположение о том, что биологическая роль холестерина заключается именно в увеличении электрической стабильности мембраны. До этого момента процесс накопления холестерина в организме всегда рассматривался только как негативный, связанный с процессом старения или развития сердечно-

сосудистых заболеваний. Нашли свое клиническое применение и исследования фотоиндуцированного перекисного окисления липидов. При лечении псориаза широко используется псорален с последующим облучением кожи ультрафиолетовым светом. Однако А.Я. Потапенко с сотрудниками показали, что фотовозбужденный псорален окисляет липиды кожи, вызывая эритему. Применение же антиоксидантов резко снижает этот эффект и вдвое ускоряет курс лечения.

Доцент кафедры А.И. Деев. Научный интерес – геронтология.

Интересен цикл работ М.А. Бабижаева, А.И. Деева, В.E. Формазюка и Ю.А. Владимирова (1985 - 1991 гг.) по механизму возникновения катаракты глаз и поиска способов торможения развития катаракты. Основываясь на

23

собственных данных, они предполагают, что при общем радиоактивном облучении организма возникает «окислительный стресс». Продукты окисления в хрусталике образуют хромофоры, которые поглощают естественный ультрафиолетовый свет, проходящий через хрусталик глаза, и

генерируют при этом активные формы кислорода. Последние повреждают мембраны и белки, вызывая помутнение. Ведется поиск веществ, способных замедлить эти процессы.

Большое внимание в медицине последнего десятилетия уделялось применению лазеров. Несмотря на оптимистические сообщения клиницистов, ученые испытывали значительный скепсис, поскольку молекулярный механизм действия лазера оставался совершенно неясным.

Сравнительно недавно Ю.А. Владимировым, E.А. Горбатенковой и О.А.

Азизовой было обнаружено явление фотореактивации лазером защитного фермента супероксиддисмутазы, который может быть ответственным за улучшение заживления ран. Кроме того, Ю.А. Владимиров, Г.И. Клебанов и другие сотрудники показали, что при действии лазерного облучения на кровь человека увеличивается антиокислительная активность плазмы, а также происходит усиление ее иммунной активности.

Параллельно с научной деятельностью шел процесс обучения не только студентов МБФ, а в первые годы существования кафедры и студентов лечебного и педиатрического факультетов. Все лекционные курсы (их было

10) вначале разрабатывались, а затем прочитывались Ю.А. Владимировым.

Уже только после этого чтение лекционных курсов передавалось его ученикам.

В результате этой деятельности Ю.А. Владимировым в соавторстве были написаны учебник и учебное пособие по биофизике для студентов медико-биологических и врачебных факультетов. Одновременно шло создание первых на факультете практикумов: Ю.А. Владимиров, Д.И.

Рощупкин. «Спектральные методы исследований»; Г.E. Добрецов, В.А.

Петров. «Молекулярная биофизика», В.Ф. Антонов, Ю.М. Петренко

«Биофизика клетки». Ю.А. Владимиров впервые на факультете опубликовал

24

свои лекции по биофизике на сайте МГУ им. М.В.Ломоносова в сети Интернет. Студенты имеют возможность работать в компьютерном классе с выходом в Интернет.

Студенты на занятиях в компьютерном классе.

Наукоемкие технологии в здравоохранении в настоящее время сосредоточиваются на диагностических задачах. Клиническая лабораторная диагностика – медицинская специальность, которая на основе исследования биологических проб предоставляет врачу объективную информацию о состоянии пациента. Зачастую, эта информация является решающей при постановке диагноза, бывает окончательной в онкологической,

инфекционной, гематологической и других клиниках, может быть использована для слежения и коррекции лечения. Клинико-диагностические лаборатории работают на правах отделений стационаров, экспресс-

лаборатории функционируют при отделениях интенсивной терапии,

реанимации, искусственной почки, трансплантации органов и тканей. В

системе здравоохранения имеются централизованные, специализированные лаборатории, мощные лабораторные отделения при диагностических

центрах.

Врач клинической лабораторной диагностики должен владеть навыками исследователя, арсеналом современных диагностических методологий, быть

25

использовать компьютерные технологии и одновременно знать патогенетические закономерности заболеваний и принципы их диагностики.

Эти же требования предъявляются к выпускникам медико-биологического факультета РГМУ. Независимое развитие лабораторной службы здравоохранения и медико-биологического факультета не могло продолжаться долго, тем более что многие выпускники МБФ активно работают в клинико-диагностических лабораториях НИИ и лечебно-

профилактических учреждениях системы здравоохранения России.

В 2000 г. при кафедре биофизики МБФ был создан курс клинической лабораторной диагностики, возглавил который выпускник МБФ профессор В.В. Долгов. Курс функционирует на базе клинико-диагностической лаборатории Городской клинической больницы им. С.П. Боткина. На курсе работают доценты А.П. Ройтман, М.Е. Почтарь, Л.А. Романова. Студенты всех отделений медико-биологического факультета имеют возможность прослушать курс лекций по основным направлениям клинической лабораторной диагностики. Для студентов 6-го курса организован спецкурс – клиническая лабораторная диагностика. На спецкурсах студенты осваивают диагностические технологии, работают на современных лабораторных приборах: биохимических анализаторах, проточных фотометрах,

гематологических анализаторах, счетчиках крови, проточном цитофлуориметре, иммуноферментных анализаторах, системах электрофореза, лазерном нефелометре, автоматических и полуавтоматических коагулометрах, анализаторах изображения, приборах

«сухой химии» и другой лабораторной технике. Они осваивают методы клинической биохимии, гематологии, иммунологии, бактериологии,

коагулологии, общеклинических исследований, изучают методологию контроля качества результатов лабораторных анализов. Фактически студенты приобретают профессию врача клинической лабораторной диагностики, что немаловажно для их дальнейшей судьбы. Эта специальность официально открыта для выпускников медико-биологического факультета, российское здравоохранение возлагает большие надежды на молодых образованных

26

специалистов по развитию медицинской лабораторной диагностики,

внедрению новых диагностических методов и технологий в диагностический процесс.

Курс, располагаясь на базе современной многопрофильной больницы,

входит в один комплекс с кафедрой клинической лабораторной диагностики Российской медицинской академии последипломного образования,

обеспечивает выполнение студентами дипломных работ по актуальным темам, связанным с использованием биохимических и биофизических исследований для решения задач клинической лабораторной диагностики. По специальности «Клиническая лабораторная диагностика» выпускники МБФ могут продолжить обучение в клинической ординатуре и аспирантуре. После завершения обучения им выдается соответствующий сертификат. При курсе официально утверждена ординатура по клинической лабораторной диагностике. Клиническая лабораторная диагностика – научная медицинская специальность, в Москве работает Диссертационный совет, на котором можно защищать кандидатские и докторские диссертации по специальности -

клиническая лабораторная диагностика. В связи с общей тенденцией к формализации медицины, с развитием платной медицинской помощи все больше требуется грамотных специалистов по клинической лабораторной диагностике, перспективы работы по этой специальности самые благоприятные.

Открытие курса по клинической лабораторной диагностике при МБФ, с

одной стороны, веление времени, с другой, - это еще одно свидетельство того, что стремление к познанию в медицине и в целом в здравоохранении остается внутренней потребностью и движущей силой медико-

биологического факультета РГМУ.

СОВРЕМЕННЫЕ СФЕРЫ НАУЧНЫХ ИНТЕРЕСОВ КАФЕДРЫ МЕДИЦИНСКОЙ БИОФИЗИКИ

27

Поскольку преподавание такой быстро развивающейся дисциплины, как медицинская биофизика, невозможно без постоянного профессионального самосовершенствования преподавателей, все преподаватели кафедры медицинской биофизики МБФ продолжают заниматься научной работой.

Конечно, недостаток материального обеспечения научного процесса накладывает на эту работу определенные ограничения, но, тем не менее,

интерес к науке не угас. На кафедре постоянно защищаются кандидатские и докторские диссертации аспирантов, докторантов и соискателей.

Аспирантка Т. Жидкова измеряет дыхание митохондрий.

Идет защита кандидатской диссертации.

Заведующий кафедрой медицинской биофизики, профессор А.Н. Осипов

– один из ведущих специалистов в области исследования роли

28

свободнорадикальных процессов в жизни клеток. Поэтому одно из основных направлений работы кафедры – выяснение роли свободных радикалов,

генерируемых в клетках в норме и при различных заболеваниях. Например,

относительно недавно удалось показать, что гем, компонент гемоглобина и многих ферментов, в определенных условиях может стать источником этих радикалов.

Работа в лаборатории. Старший преподаватель Т.В. Мачнева и аспирант Е.А. Буравлев.

Одним из традиционных направлений научной работы являются фотобиология и фотомедицина, т.е. исследования механизмов биологического и терапевтического (лечебного) действия света на живые организмы.

Экспериментальная установка для изучения действия лазерного излучения.

29

В настоящее время эти направления представлены исследованиями по изучению молекулярно-клеточных механизмов действия лазерного излучения и по выявлению причин появления лечебной активности после облучения ультрафиолетовым светом. Как ни странно, эти, казалось бы,

далекие друг от друга, тематики оказались достаточно близкими – похоже,

что и действие лазерного излучения, и появление терапевтической активности у крови после ультрафиолетового облучения связаны с явлением так называемого апоптоза – «запрограмированной» гибели клеток,

определяемой включением определенных частей клеточного генома.

Еще одно традиционное направление работ на кафедре медицинской биофизики – биофизика клеточных мембран. Искусственная липидная мембрана, с помощью которой моделируют мембраны клеток, в норме никаких ионов не пропускает. Клеточные же мембраны отличаются наличием селективной (т.е. избирательной) ионной проницаемости, которая является следствием присутствия встроенных в эти мембраны специальных белков-переносчиков ионов, и белков-ионных каналов. Но подобные ионные каналы можно получить и в искусственных липидных мембранах при определенных условиях, например, встраивая в липидный мембранный бислой некоторые лекарства. Такой подход позволяет, с одной стороны,

исследовать свойства ионных каналов как таковых, а с другой – понять,

каков механизм действия на клетки лекарственных соединений. Этим сейчас и занимаются в группе, руководимой доцентом кафедры медицинской биофизики Е.А. Корепановой.

В последнее время на кафедре появились и прикладные исследовательские работы. Например, профессор Д.И. Рощупкин, ранее внесший очень значительный вклад в развитие фотобиологического направления исследований, сейчас активно занимается разработкой противотромбоцитарных препаратов, которые, в случае успеха проводимых исследований, позволят в какой-то степени предупредить или отсрочить развитие таких тяжелых патологий, как инсульты и инфаркты. Другой пример прикладных работ – исследования доцента А.И. Деева, который

30