2 курс / Нормальная физиология / Роль_газотрансмиттеров_в_механизмах_транспорта_кислорода_кровью

Министерство просвещения РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д. Ушинского», Ярославль, Россия

Учреждение образования «Гродненский государственный медицинский университет»,

Гродно, Республика Беларусь

Роль газотрансмиттеров в механизмах транспорта кислорода кровью в различных условиях кислородного обеспечения

Монография

Ярославль − Гродно

2022

Подготовка материалов монографии осуществлялось в рамках международного научного проекта Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований и Российского фонда фундаментальных исследований «БРФФИ– РФФИ-2020» № М20Р-428 – БРФФИ и № 20-515-00019- РФФИ (Главы 1-6) и в рамках научного проекта РФФИ, № 20-015-00143А (Глава 7).

Рецензенты:

профессор кафедры биохимии Гродненского государственного университета им. Янки Купалы доктор биологических наук И.Б. Заводник;

заведующий кафедрой медицинской физики с курсом медицинской информатики Ярославского государственного медицинского университета профессор, доктор биологических наук М.М. Фатеев

Авторы: Акулич Н.В., Билецкая Е.С., Засимович В.Н., Зинчук В.В., Иоскевич Н.Н., Ковальчук-Болбатун Т.В., Михайлов П.В., Муравьев А.В., Смотрин С.М., Тихомирова И.А. Роль газотрансмиттеров в механизмах транспорта

кислорода кровью в различных условиях кислородного обеспечения

[Текст] : монография / под редакцией А.В. Муравьева, В.В. Зинчука, – Ярославль ; Гродно : Канцлер, 2022. – 208 с.

В коллективной монографии рассматривается проблема транспорта эритроцитами кислорода при разных условиях его метаболизма в норме и при различных формах патологии. Оригинальным является то, что транспорт дыхательных газов рассматривается параллельно с анализом роли газовых медиаторов(О3) или газотрансмиттеров, таких как оксид азота (NO), монооксид углерода (СО) и сульфид водорода (H2S) в этих процессах. Хотя озон и не является классическим газотрансмиттером, однако, он модулирует сигнальную активность других биологических регуляторов и рассматривается как важный участник клеточных регуляторных каскадов. В содержании ряда глав монографии проблеме взаимодействия газотрансмиттеров и озона в регуляции кислородтранспортной функции крови уделено существенное внимание. Монография адресована специалистам в области физиологии и патофизиологии кровообращения и микроциркуляции, докторантам, аспирантам и магистрантам медицинского и биологического профиля подготовки.

УДК 612.1; 579.61

ББК 28.70

ISBN 978-5-907590-08-3

© А.В. Муравьев, В.В. Зинчук, 2022

2

Оглавление

Предисловие___________________________________________4

Глава 1. Роль газовых медиаторов (СО, NO и H2S) в регуляции микрореологии клеток крови и ее транспортного потенциала

(Муравьев А.В., Зинчук В.В.)_____________________________5

Глава 2. Влияние озона на механизмы транспорта кислорода при гипо/гипероксических условиях (В.В. Зинчук, Е.С. Билецкая)_42

Глава 3. Эритроцитарная L-аргинин-NO-система при различных значениях парциального давления кислорода (Н.В. Акулич,

В.В. Зинчук)__________________________________________65

Глава 4. Коррекция кислородзависимых процессов при термическом ожоге кожи у беременных крыс методом низкоинтенсивного лазерного облучения крови (Т.В. КовальчукБолбатун, В.В. Зинчук, С.М. Смотрин)____________________87

Глава 5. Реперфузионно-реоксигенационный синдром при ретроградной эверсионно-петлевой эндартерэктомии при хронической атеросклеротической окклюзии (В.Н. Засимович,

В.В. Зинчук, Н.Н. Иоскевич)____________________________102

Глава 6. Возрастные изменения максимального потребления кислорода, гемореологии и микроциркуляции у лиц с разным уровнем двигательной активности (П.В. Михайлов)________131

Глава 7. Роль сероводорода в сердечно-сосудистой системе

(И.А. Тихомирова)____________________________________168

Сведения об авторах__________________________________207

3

ПРЕДИСЛОВИЕ Зинчук В.В., Муравьев А.В.

Данная монография создана в рамках выполнения международного научного проекта, финансируемого Белорусским республиканским фондом фундаментальных исследований и Российским фондом фундаментальных исследований (№ М20Р-428–БРФФИ и № 20-515-00019- РФФИ). Авторами монографии являются сотрудники учреждения образования «Гродненский государственный медицинский

«Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д. Ушинского» и других организаций Беларуси и России.

Проведенные исследования демонстрируют значение газотрансмиттеров монооксида азота и сероводорода для формирования механизмов транспорта кислорода кровью в различных режимах кислородного обеспечения. Показано значение газотрансмиттеробразующей функции в адекватном обеспечении кровотоком тканевых потребностей в кислороде при гипоксии и таких состояниях, как термическом ожоге и реперфузионно-реоксигенационного синдрома при хронической атеросклеротической окклюзии сосудов нижних конечностей. В монографии представлены данные о возможности коррекции реологических и кислородсвязующих свойств крови, основанные на изменении функционирования системы газотрансмиттеров. Полученные данные могут быть использованы в медицине в качестве фактора коррекции патологий, связанных с продукции

Результаты исследования могут быть использованы в качестве основы для разработки новых способов повышения адаптационных резервов организма при участии газотрансмиттеров в условиях гипоксии, а также в практической медицине в качестве фактора коррекции патологий, связанных с нарушением продукции газотрансмиттеров (монооксид азота, сероводород), возникающих при гипоксических состояниях организма.

4

Глава 1. Роль газовых медиаторов (СО, NO и H2S) в регуляции микрореологии клеток крови и ее транспортного потенциала

Муравьев А.В., Зинчук В.В.

ФГБОУ ВО «Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д. Ушинский», Ярославль, Россия, e.mail: alexei.47@mail.ru

Учреждение образования «Гродненский государственный медицинский университет», Гродно, Республика Беларусь

Введение

В передаче регуляторных сигналов к эффекторным клеткам наряду с синаптической формой используется и другой способ межклеточной и внутриклеточной коммуникации – передача информации с помощью газовых медиаторов или газотрансмиттеров (ГТ). К ним относятся оксид азота (NO), монооксид углерода (СО) и сульфид водорода (H2S) [1, 2, 3]. Все три указанных газа соответствуют всем критериям, определяющим их как газовые медиаторы или трансмиттера (ГТ). Термин газотрансмиттер относится к газообразной молекуле, которая синтезируется и высвобождается в биологической системе и обладает функцией преобразования сигнала. Ниже приведены критерии идентификации для газотрансмиттера. Соединение должно быть [4]:

1.Газом;

2.Быть эндогенно и ферментативно вырабатываемым регулируемым образом;

3.Вызывать, при экзогенном применении, четко определенные физиологические эффекты в соответствующих концентрациях, которые имитируют действие эндогенно продуцируемого ГТ на клетки тканей;

4.Действовать на определенные клеточные мишени;

5.Использовать особый механизм инактивации.

5

В течение многих десятилетий оксид азота, монооксид углерода и сульфид водорода описывались как токсичные газы, оказывающие повреждающие действие на организм человека. Вместе с тем, относительно недавно было найдено, что указанные выше соединения эндогенно синтезируются многими клетками организма и являются сигнальными молекулами, выполняющими как аутокринную, так и паракринную регуляцию во многих тканях и органах тела человека и животных [5]. Изучение механизмов регуляторных влияний газовых медиаторов представляет собой интересную и важную задачу современной биологии, причем не, только животных, но и растений. Все три известных газотрансмиттера участвуют в регуляции сердечно-сосудистой системы: сердца и сосудов [1- 3]. Известно, что артериальное давление и перфузия тканей в значительной мере регулируются артериолами, сосудами, расположенными непосредственно перед нутритивными капиллярами. Этот тип микрососудов формирует обширную сеть и называется «резистивными сосудами». Для поддержания перфузии адекватной, запросу тканей, эти сосуды реагирует на эндокринные, паракринные и аутокринные сигналы. В системе кровообращения клетки-соседи получают паракринные регуляторные воздействия и, в том числе этими сигнальными молекулами являются газотрансмиттеры. Все три ГТ способствуют релаксации гладкомышечных клеток сосудов, что сопровождается расширением мелких артерии и артериол и обеспечивается эффективная перфузия [2]. Внутриклеточный молекулярный каскад газотрансмиттеров включает образование циклических нуклеотидов (цАМФ/цГМФ) и синтез и активацию внутриклеточные протеинкиназы (PKA/PKG). Другой сигнальный путь этих газотрансмиттеров может включать регуляцию калиевых каналов (АТФ - и кальцийзависимых калиевых каналов), что также вызывает вазодилатацию. Так, например, было показано, что вазорелаксация в ответ на действие H2S возникает в результате активации АТФ-зависимых калиевых каналов (K+ATP), а также потенциалзависимых калиевых каналов [6]. Что касается монооксида углерода, то его сосудорасширяющий эффект может быть связан с активацией

6

2)В капиллярах, лишенных мышечных элементов, оптимизация тканевой перфузии, и следовательно, доставки кислорода клеткам, возможна при положительных изменениях деформируемости эритроцитов;

3)В условиях гипоксии или механического напряжения на мембране эритроцитов происходит выделение АТФ в плазму крови, с последующей деградацией этой молекулы до АДФ и АМФ. Данные соединения активируют пуринергические

рецепторы (типа P2Y13) эндотелиальных клеток сосудов, стимулируют образование NO, и последующей релаксации гладкомышечных клеток, ведущей к вазодилатации [16];

4)Эритроциты, при оптимальной деформируемости, могут более эффективно транспортировать NO, а наличие собственной NO-синтазы в активной форме, обеспечивает эндогенный синтез этого газового медиатора.

Вработе Ulker P et al. [17] подтверждается гипотеза о том, что NOS в эритроцитах активна и экспорт NO из RBC усиливается механическим напряжением сдвига на мембране клетки. При инкубации эритроцитов с донором оксида азота, с нитропруссидом (НПН) было выявлено умеренное увеличение (на 8-10%, p<0,05) их деформируемости и выраженное снижение агрегации, при этом был обнаружен дозозависимый эффект (рис. 1). Следовательно, полученные результаты исследования подтверждают то, что инкубация эритроцитов с донором оксида азота или со стимулятором еNOS (L-аргинин) приводит к положительным микрореологическим ответам эритроцитов [18, 19]. Что касается клеточной молекулярной мишени для NO в эритроцитах, то было установлено, что после ингибирования р-ГЦ с помощью 1H-[1,2,4]-oxadiazolo[4,3- a]quinoxalin-l-one (ODQ, 0,5 мкМ), микрореологические эффекты НПН практически полностью устранялись (рис. 2).

9

Рис. 1. Изменение деформируемости (ИУЭ)

и агрегации эритроцитов (ПАЭ) после их инкубации с нитропруссидом натрия (НПН).

Примечания: ИУЭ – индекс удлинения эритроцитов как показатель их деформируемости; ПАЭ – показатель агрегации эритроцитов; концентрации НПН (мкМ) указаны в скобках.

* Отличие от контроля статистически достоверно (p < 0,05)

Рис. 2. Изменение деформируемости (ИУЭ)

иагрегации эритроцитов (ПАЭ) после их инкубации

снитропруссидом натрия (НПН), ODQ и их сочетанным

воздействием (НПН+ ODQ).

Примечание: * Отличие от контроля статистически достоверно

(p< 0,05)

10