Автореферат и диссертация по медицине (14.00.17) на тему:Исследование роли симпатоадреналовой и ренин-ангиотензинной систем в регуляции инактивации норадреналина легкими

1 V *

У

Шы ч

s. ь \L ?r<

.Cs Î •ш Ь

\_ __ i £tí ■

I

{Начальник s i

на\

iifMM

62 12/29

КЫРГЫЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

УДК 612.25+616-003.720:577,175.859

БОНЕЦКИЙ Александр Анатольевич

ИССЛЕДОВАНИЕ РОЛИ СИМПАТОАДРЕНАЛОВОЙ И РЕНИН-АНГИОТЕНЗИН-НОй СИСТЕМ В РЕГУЛЯЦИИ ИНАКТИВАЦИИ НОРАДРЕНАЛИНА ЛЕГКИМИ

14.00.17 - нормальная физиология

• Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Руководитель: кандидат биологических наук Федоров В.И.

Бишкек -

1994

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ,,,.,,,,,,,,........,,,,,,,,,,,,4,,,..... 4

Глава I, ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ..4 ♦ У

141ф Историческая Справка 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 9

1.2, Клеточный и молекулярный механизм легочной инактивации норадреналина ..................... , , 10

1.2.1. Захват норадреналина............................ 10

14 2,2, Внутриклеточный метаболизм норадреналина ........ 11

1.2.3, Морфологическая и клеточная локализация захвата

и метаболизма норадреналина ..................... 12

1.2.4, Сравнение легочного поглощения норадреналина

с другими системами захвата норадреналина ,,,,,,, 12

1.2.5, Легочный захват серотонина .... ..,,,,. ..»,,,,,,, , 13

1.3. Факторы, влияющие не легочную инактивацию норадреналина ,,..,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 14

1.3.1, Изменение легочного кровотока ,44444,4444444444,4 14

1.3.2, Изменение площади активного эндотелия ..,....,,,, 15

14З4З4 Патологические нарушения легких 4 4 4 4 4 4 , 4 , 4 4 4 4 4 4 4 4 1 6 1.4. Функциональная роль легочной инактивации

норадреналина .........................п

г ,444444444 44444444444, 4 4 444 1/

Регуляция легочной инактивации норадреналина ,,,. 19 1,5,1, Предпосылки к изучению регуляции легочной

инактивации норадреналина ........,.............4 19

14642, Легочная инактивация норадреналина как элемент

Функциональной системы .......................... 21

1.5.3. Внутрисистемная регуляция уровня циркулирующего норадреналина ..........

........*.................... с о

1.5.4. Взаимодействие ренин-ангиотензинной системы

с симпатоадреналовой системой ..........?н

Глава II. МЕТОДИКА ............................................0Q

4 4*4« & Ö

2.1, Подготовка животных ............................ 29

2.1.1, Катетеризация крыс ,,,,.. оо

Г *............♦ «,,,,,,, ¿3

2 Л , 2, Имплантация крысам хронических катетеров ........ 30

2.2, Экспериментальные воздействия ................... 31

¿.¿Л, экспериментальные модели ц животных ............. 31

2.2.2. Введение препаратов .......................... 32

2.3, Регистрация параметров гемодинамики .........32

2.4, Забор крови ......................^

444444444444444444444444444 U U

2.5, Анализ катехоламинов ................33

2.5.1, Разработка электрохимического детектора ......... 34

2.5.2, Разработка процедуры экстракции катехоламинов ,.,34 2,5,2, Ход экстракции ,,,,,,,..,.................. gg

2.5.4, Условия хроматографирования .............,.,,,,,, 36

2.5.5, Расчет концентрации катехоламинов ............... 38

2.6, Математическая обработка результатов экспериментов .....................t........ ^

2.7, Протокол опытов .,.,............................. 40

Глава III, ИССЛЕДОВАНИЕ ЛЕГОЧНОЙ ИНАКТИВАЦИИ НОРАДРЕНАЛИНА

ПРИ ДЕЙСТВИИ НА ОРГАНИЗМ СТРЕССА И КР0В0П0ТЕРИ ., 45

3.1, Влияние хронического стресса на легочную инактивацию норадреналина ..... ..... ............. 45

3.2, Влияние острого стресса на легочную инактивацию норадреналина ....................4.......... ^ ^

3.3, Влияние кровопотери на легочную инактивацию норадреналина .....,,,.,,.. в с

44444444444444444444444 UÜ

Глава IU. ИССЛЕДОВАНИЕ РОЛИ КАТЕХОЛАМИНОВ И АДРЕН0РЕЦЕПТ0Р0В В РЕГУЛЯЦИИ ЛЕГОЧНОЙ ИНАКТИВАЦИИ НОРАДРЕНАЛИНА ..61 4,1. Влияние инфузии катехоламинов на легочную

инактивацию норадреналина ....................... g2

4,2. Исследование легочной инактивации норадреналина

при адреноблокаде ...........69

4.2.1, Влияние на легочную инактивацию норадреналина альфа-адреноблокады ,,,,,.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 69

4.2.2, Влияние на легочную инактивацию норадреналина бета-адреноблокады .................,............ 73

Глава и. ИССЛЕДОВАНИЕ РОЛИ РЕНИН-АНГИОТЕНЗИННОЙ СИСТЕМЫ

В РЕГУЛЯЦИИ ЛЕГОЧНОЙ ИНАКТИВАЦИИ НОРАДРЕНАЛИНА .. 84

5.1, Влияние инфузии ангиотензина II на легочную инактивацию норадреналина ......................, 84

5.2, Влияние кровопотери на легочную инактивацию норадреналина на фоне ингибирования ренин-ангиотензинной системы ,......................... 88

Глава и1. ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ............... 93

6.1, Характер внутрисистемной регуляции легочной инактивации норадреналина ....................... 93

6.2, Механизм изменения уровня инактивации норадреналина в легких при действии факторов, связанных с активизацией симпатоадреналовой системы ,,,,,,,,, 96

6.3, Влияние ангиотензина II на легочную инактивацию

норадреналина ............ .... ........ ........... 98

ВЫВОДЫ ................................................102

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .............................. ЮЗ

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

Исследованию различных сторон функционирования симпатоадрена-ловой системы в последние годы посвящено немало работ. Интерес экспериментаторов к данному предмету определяется той важной и многогранной ролью, которую играет симпатоадреналовая система в организме. Однако, несмотря на определенные успехи в изучении физиологии симпатоадреналовой системы, некоторые аспекты проблемы остаются слабо изученными, В том числе сказанное относится к звену метаболизма данной системы, хотя значимость его в формировании уровня циркулирующих катехоламинов несомненна (Меньшиков, 19693,

Сравнительно недавно стало известно, что одним из главных путей элиминации катехоламинов и других гормонов из крови является их захват и инактивация эндотелиальными клетками легочных сосудов , По данным литературы вклад легких в общий клиренс норадре-налина может достигать 45 "Л ( £1111$,1980; Ез1ег еЬ а!,,1984),

Хотя наряду с легкими в метаболизме норадреналина принимают участие и другие органы, прежде всего печень, легочная инактивация норадреналина с точки зрения регуляции уровня циркулирующего норадреналина представляет особый интерес в силу стратегического расположения легких, принимающих весь сердечный выброс крови,так что в системный кровоток поступает кровь, полностью "обработанная" легкими.

Исходя из закономерностей организации управляющих систем, можно предполагать, что легочная инактивация норадреналина, представляющая собой компонент регуляции уровня активности гормонального звена симпатоадреналовой системы, находится под контро-

лем как самой симпатоадреналовой системы, так и других регулятор-ных систем организма. Среди последних особое место занимает ре-нин-ангиотензинная система. Как известно, ангиотензин II является одним из ведущих регуляторов симпатоадреналовой системы и оказывает активизирующее влияние на всех уровнях ее организации. Несмотря на очевидность существования регуляции процесса инактивации норадреналина в легких, данная проблема в литературе практически не освещена. Исследования, посвященные изучению легочной инактивации норадреналина, носят в основном биохимическую или фармакологическую направленность,

Настоящая работа представляет собой попытку с позиции системного подхода изучить регуляцию легочной инактивации норадреналина на внутрисистемном С в рамках симпатоадреналовой системы) и мешсистемном (взаимодействие симпатоадреналовой и ре-нин-ангиотензинной систем) уровнях.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель исследования - выявить характер и механизм влияния симпатоадреналовой и ренин-ангиотензинной систем на легочную инактивацию норадреналина в условиях относительного покоя и при активизации данных систем. Исходя из поставленной цели, выдвинуты следующие задачи:

1. Используя модели эндогенной активизации симпатоадреналовой системы (хронический стресс, острый стресс, кровопотеря), установить характер влияния активизации симпатоадреналовой системы на легочную инактивацию норадреналина,

2. Исследовать роль циркулирующих катехоламинов и адренорецеп-торов в регуляции легочной инактивации норадреналина.

3. Изучить характер влияния ангиотензина II на легочную инакти-

- о -

вацию норадреналина. 4, Исследовать роль эндогенной ренин-ангиотензинной системы в регуляции легочной инактивации норадреналина в условиях относительного покоя и при активизации данной системы, вызываемой кровопотерей.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Получены оригинальные данные по влиянию на легочную инактивацию норадреналина экстремальных состояний, сопровождающихся активизацией симпатоадреналовой системы: хронического психо-соци-ального стресса, острого иммобилизационного стресса, кровопотери. Установлено, что в этих условиях легочная инактивация норадреналина снижается. Обнаружена отрицательная корреляция между уровнем циркулирующего норадреналина и величиной легочной инактивации норадреналина. Показано, что экзогенное введение норадреналина, создающее гипернорадреналинемию той же степени, что и при иммобили-зационном стрессе,также приводит к подавлению легочной инактивации норадреналина. Блокада альфа-адренорецепторов у животных, находящихся в состоянии относительного покоя, не влияет на величину легочной инактивации норадреналина, однако у крыс с блокадой альфа-адренорецепторов не происходит снижения легочной инактивации норадреналина в ответ на иммобилизационный стресс.

Таким образом, впервые показано существование положительной обратной связи в регуляции легочной инактивации норадреналина, заключающейся в следующем: выброс норадреналина в результате активизации симпатоадреналовой системы приводит к ингибированию метаболизма норадреналина в легких, что, в свою очередь, способствует увеличению уровня циркулирующего норадреналина. Механизм положительной обратной связи опосредован альфа-адренорецепторами,

Выявлено, что в состоянии относительного покоя пропранолол -блокатор бета-адренорецепторов подавляет легочную инактивацию норадреналина.

Показано, что пятиминутная инфузия крысам прессорных доз ан-гиотензина II вызывает дозозависимое угнетение легочной инактивации норадреналина. Установлено, что ренин-ангиотензинная система не оказывает тонического воздействия на легочный метаболизм норадреналина в состоянии относительного покоя, но снижает инактивацию норадреналина в легких в состоянии активизации.

Таким образом, выявлен еще один механизм активизирующего влияния ренин-ангиотензинной системы на симпатоадреналовую систему -подавление ее метаболического звена на уровне легочной инактивации норадреналина.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ

Патологические нарушения легочной ткани, особенно эндотелия капилляров, приводят не только к нарушению дыхательной функции легких, но также и их метаболических функций. Наблюдаемые при этом сдвиги базальной активности легочного метаболизма норадреналина, а также сужение диапазона изменения этой активности в ответ на активизацию симпатоадреналовой и ренин-ангиотензинной систем могут служить причиной ухудшения адаптивных возможностей организма и в некоторых случаях даже приводить к развитию вторичных заболеваний (Julio,1991), что необходимо учитывать в клинической практике.

Также необходимо принимать во внимание данные о влиянии на легочную инактивацию норадреналина различных адреноблокаторов.

Материалы исследований могут использоваться в экспериментальной работе для учета уровня легочной инактивации норадреналина

при состояниях организма, связанных с активизацией симпатоадре-наловой и ренин-ангиотензинной систем.

Разработанный метод определения катехоламинов в плазме крови, а также электрохимический детектор для реализации данного метода внедрены в ряде НИИ и клиник СНГ. Среди них Ленинградский НИИ кардиологии, Казахский НИИ кардиологии, Всесоюзный научный центр молекулярной диагностики, Киевский НИИ нейрохирургии, ВНИИЦ профилактической медицины МЗ СССР, Харьковский НИИ эндокринологии и химии гормонов, Северо-Кавказский госмединститут.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Активизация симпатоадреналовой системы сопровождается снижением легочной инактивации норадреналина.

2. Снижение легочной инактивации норадреналина при активизации симпатоадреналовой системы связано с выбросом норадреналина и опосредовано альфа-адренорецепторами.

3. Физиологический смысл обнаруженного феномена заключается в обеспечении повышенной концентрации циркулирующего норадреналина по механизму положительной обратной связи, что является более экономичным, чем усиление синтеза и секреции норадреналина.

4. Ангиотензин II в прессорных дозах подавляет легочную инактивацию норадреналина.

5. Ренин-ангиотензинная система в состоянии относительного покоя не оказывает тонического влияния на легочную инактивацию норадреналина, тогда как активизация ренин-ангиотензинной системы вызывает подавление легочной инактивации норадреналина.

Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ i Л. ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Первые сообщения о легочной инактивации норадреналина появились в 60-х годах нынешнего столетия. Whitby, Axelrod и Heil-Malherbe (19613 обнаружили, что после внутривенной инъекции меченного норадреналина происходит быстрое накопление метки в таких органах как сердце, селезенка, легкие» Исследователи обратили внимание на тот факт, что если в сердце и селезенке спустя 2 часа содержание метки продолжало оставаться высоким, то в легких количество меченного норадреналина значительно снижалось. Таким образом, было показано, что легкие способны не только захватывать и концентрировать норадреналин, но также инактивировать его путем метаболической конверсии.

В 1964 г. Eisman, Bryant и Waltuch сообщили о поглощении норадреналина легкими собак, перфузируемыми кровью in vitro. Однако методические недоработки не позволили авторам дать точную количественную оценку этого процесса.

Спустя четыре года Ginn и Uane (1968 3 на кошках и собаках показали, что легкие поглощают до 362 норадреналина, инфузи-руемого внутривенно, тогда как адреналин проходит через легкие без заметного захвата.

В 1969 г, Masck, Svec, Dlabac и Raskowa описали захват норадреналина легкими мышей, В это же время Hughes, Gil lis и Bloom (1969 3 сообщили об экспериментах с перфузией крысиных легких меченным норадреналином. Авторам работы удалось измерить концентрацию норадреналина и его метаболитов в легких.

Начиная с 70-х годов началось интенсивное изучение различных аспектов легочной инактивации норадреналина, что позволило сформулировать представление о молекулярном механизме этого процесса, его локализации, выявить специфические черты, раскрыть его некоторые клинические и физиологические аспекты.

1,2, КЛЕТОЧНЫМ И МОЛЕКУЛЯРНЫЙ МЕХАНИЗМ ЛЕГОЧНОЙ

ИНАКТИВАЦИИ НОРАДРЕНАЛИНА ;

Как было установлено, процесс легочной инактивации нор-адреналина протекает в два этапа:

1) захват молекулы норадреналина из просвета сосуда и транспорт внутрь эндотелиальной клетки; 2) метаболическая дезактивация молекулы норадреналина внутри клетки, 1,2,1, ЗАХВАТ НОРАДРЕНАЛИНА

Захват норадреналина является скорость-лимитирующим фактором, Он представляет собой активный процесс, идущий с потреблением энергии и характеризующийся такими свойствами как насыщаемость , зависимость от температуры, концентрации ионов калия и натрия в перфузионной среде, наличие высокой структурной специфичности, отсутствие стереоспецифичности. Захват норадреналина в легких подавляется ингибиторами Ма+-К+-АТФ-азы, ингибиторами ферментов тканевого дыхания, Аноксия оказывает инги-бирующий эффект на захват норадреналина. Отсутствие глюкозы в перфузионной среде не влияет на степень захвата, следовательно, энергетическое обеспечение транспорта норадреналина осуществляется за счет окислительного метаболизма неуглеводных субстратов (Hughes et al.,1969; luasawa et al,,1973; Iuasawa.Qillis,1973; Nicholas et al,,1974),

В настоящее время механизм легочного захвата норадреналина представляется следующим образом (Hart,Block, 1989), Наружная мембрана эндотелиальной клетки содержит переносчик, который транспортирует молекулу норадреналина из экстрацеллюлярного пространства внутрь клетки. С наружной поверхности клеточной мембраны, где концентрация ионов натрия высокая, Na+ связывается с переносчиком и индуцирует конформационные изменения в его структуре, которые приводят к активизации активного центра,

- и -

обеспечивающего связывание с молекулой норадреналина. После захвата молекулы норадреналина переносчик движется через мембрану» транспортируя норадреналин от наружной поверхности мембраны к внутренней»

Низкая внутриклеточная концентрация ионов натрия, поддерживаемая за счет На+-К+-АТФ-азы, приводит к отделению иона натрия от переносчика в цитоплазму клетки. При этом конформация переносчика возвращается к своему исходному состоянию, что вызывает потерю аффинитета к норадреналину, молекула которого отделяется от переносчика и попадает в цитоплазму. Переносчик после этого возвращается на наружную поверхность клеточной мембраны, обращенной в просвет сосуда и цикл транспортировки повторяется.

1.2.2. ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ МЕТАБОЛИЗМ НОРАДРЕНАЛИНА

После поступления из сосудистого пространства внутрь клетки норадреналин, не накапливаясь, подвергается метаболической инактивации, что обеспечи�