ФИЗИОЛОГИЯ РАЗВИТИЯ
УДК 612.1;612.26;612.6
ТКАНЕВОЕ ПАРЦИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ КИСЛОРОДА В ОРГАНАХ КУР ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ ЭМБРИОГЕНЕЗА И В ПЕРВЫЕ ДНИ
ПОСЛЕ ВЫЛУПЛЕНИЯ
© 2014 г. В. М. Беличенко*, А. С. Турганбаева*, ***, Е. В. Ходырев*, Л. П. Кислякова**, Ю. Я. Кисляков**, К. А. Шошенко*
*Научно-исследовательский институт физиологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения РАМН
630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 4, Россия **Институт аналитического приборостроения РАН, 198095, г. Санкт-Петербург, ул. Ивана Черных, 31-33, Россия ***Институт горной физиологии Национальной академии наук Киргизской республики 720048, г. Бишкек, ул. Горького, 1/5, Киргизская республика E-mail: shoshenko@physiol.ru Поступила в редакцию 21.08.13 г.
Окончательный вариант получен 20.12.13 г.
Цель работы — измерить у развивающихся кур тканевое парциальное давление кислорода (рО2) в полушариях головного мозга, печени, грудной и икроножной мышце, и оценить связь этого показателя с ранее измеренными нами величинами (лазер-Допплер флоуметрия) объемной скорости кровотока (ОСК) в этих органах. Исследовались 10-, 15-, 19-суточные эмбрионы и 4-суточные наркотизированные уретаном цыплята. Измерения рО2 в поверхностных слоях органов проводилось мембранным амперометрическим О2-электродом типа Кларка с диаметром катода ~50 мкм, помещенным в центр датчика, с внешним диаметром 3.4 мм. Обнаружено заметное органное различие как самих величин тканевого рО2, так и динамики их изменения в изучаемый период. Наиболее значимые из них: 1 — самое низкое рО2 (и ОСК) наблюдается в мозге и, особенно, в печени у 10-суточ-ных эмбрионов; 2 — в последующий период эмбриогенеза рО2 в мозге в 1.9 раза растет (растет и ОСК), в грудной мышце падает в 1.7 раза, а в печени и икроножной мышце меняется мало, при этом ОСК в печени и обеих мышцах не меняется; 3 — после вылупления, рО2 в печени и грудной мышце кратно увеличивается (также растет и ОСК), а в мозге и икроножной мышце, несмотря на увеличение ОСК (большее в мышце), достоверно не меняется. При анализе полученных данных рассматриваются два возможных механизма изменения тканевого рО2 в развивающихся органах кур; один обусловлен особенностями внутрисердечных потоков крови, а другой связан с характером диссоциации оксигемоглобина в русле органа, определяемым спецификой его окислительного метаболизма.
Ключевые слова: тканевое парциальное давление кислорода, органный кровоток, печень, головной мозг, мышцы, куры, эмбрионы.
Б01: 10.7868/80475145014050036
ВВЕДЕНИЕ
Парциальное давление дыхательных газов (рО2 и рСО2), измеренное в сравнительно небольшом участке органа, где располагаются органные клетки и мельчайшие кровеносные сосуды, по большей части капилляры, характеризует внеклеточную дыхательную среду, в которой живут эти клетки. Концентрация кислорода в такой среде определяется тремя факторами: а) скоростью его доставки в орган, которая определяется объемной скоростью кровотока и кислородной емкостью крови; б) скоростью его потребления клетками и в) особенностями диссоциации оксигемоглоби-
на, характерными для тканевой среды того или другого органа (эффект Бора или влияние рН). На примере скелетных мышц кур показано, что в период их постнатального развития четко проявляется количественная связь между О2-запросом органа, структурой его кровеносной системы (в частности, его капиллярного русла) и величиной органного потока крови (Беличенко и др., 2005).
В условиях эмбриогенеза теплокровных может возникать четвертый фактор — неодинаковый газовый состав крови, вытекающей из сердца в восходящую аорту (из левого желудочка) и в начало ее дорзального отдела, в основном, из правого желудочка через артериальный (боталлов) проток.
Существует мнение, что газовый состав этих двух потоков крови неодинаков: в левый желудочек попадает более аэрированная кровь (через межпредсердное овальное отверстие), текущая по нижней полой вене из плаценты у млекопитающих или хориоаллантоисной мембраны (ХАМ) у птиц, а в правый желудочек — чисто венозная кровь, в основном, из верхней половины туловища.
У птиц различие концентраций кислорода в крови сердечных желудочков впервые было показано P.T. White (1974) на 16-суточном курином эмбрионе. Согласно его экспериментальным данным и расчетам насыщенность крови кислородом в правом и левом желудочках значительно различается — 28 и 50%, а в дорзальной аорте она равна 33%, будучи в 1.5 раза ниже, чем в аорте.
Однако движущей силой, обеспечивающей диффузию кислорода (как и углекислого газа) через барьеры, отделяющие вне- и внутриклеточную среды, является его парциальное давление (рО2). Однако его величина не отражает напрямую насыщенность крови кислородом, так как зависит, особенно у эмбрионов, от уровней рН и рСО2, влияющих на О2-связывающие свойства гемоглобина (Lapennas, Reeves, 1983). Так, у 6-су-точного куриного эмбриона при реально существующих изменениях рН в крови от 7.89 до 7.42 насыщенность ее кислородом снижалась в 2.5 раза до 40% при рО2 в среде 80 торр и до 20% при 50 торр (Baumann, Meuer, 1992). Возможно поэтому рО2 в крови мозговых артерий и дорзальной аорты (микроэлектродная полярография) у эмбрионов не различалось: 41 и 45 торр у 4-суточных и 47 и 48 торр у 6-суточных. Добавим, что применительно к эмбрионам млекопитающих утверждение о разной аэрации потоков крови из левого и правого желудочков существует давно (Sadler, 2000), однако многочисленные исследования не показывают существенной разницы в них величин рО2 и даже О2-емкости (Itskovitz et al., 1987; Sanhueza et al., 2005).
Мало данных о величинах рО2 в ткани самих эмбриональных органов. Для куриных эмбрионов нам известна одна обзорная работа, показавшая, что тканевое рО2 (полярографический микроэлектрод) ниже его венозной величины и достоверно снижается у 6-суточных эмбрионов, по сравнению с 4-суточными, от 11.4 до 8.4 торр в тканях передней части туловища (мозг, глаза, шея) и от 8.3 до 6.6 торр в тканях задней части (спина, крыло, лапа, почка), причем в половине измеренных участков рО2 было <5 торр (Baumann, Meuer, 1992). Тканевое рО2 у плодов млекопитающих (данные на овцах в последнюю четверть беременности) неоднократно измерялось в теменной коре на глубине около 5 мм флуоресцентным кислородным датчиком (диаметр около
400 мкм), не поглощающим кислород. Оно равнялось 8—11 торр и было существенно ниже величин рО2, измеренных в крови мозговых артерий (21—23 торр) и не менее 17 торр в крови вен: (Itsk-ovitz et al., 1987; Bishai et al., 2003; Pena et al., 2007). По мнению исследователей, низкая величина рО2 в ткани мозга, прежде всего, обусловлена частичным ее разрушением и нарушением кровотока при введении датчика.
Приведенный обзор показывает крайнюю бедность данных, характеризующих кислородную среду (показателем ее служит тканевое рО2), в которой происходит эмбриональное развитие органных клеток и формируются сами органы. Ранее мы выявили своеобразие в динамике эмбрионального кровоснабжения этих органов, которое могло быть связано с разной локализацией источников их кровоснабжения: головной мозг и грудная мышца получали кровь из дуги аорты, а печень и икроножная мышца — из ее дорзальной части (Беличенко и др., 2011; Турганбаева и др., 2011; Беличенко и др., 2014). Естественно возникла необходимость сопоставить во время эмбриогенеза динамику изменения в органах тканевого рО2 и объемной скорости кровотока, что и послужило целью настоящей работы.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Работа выполнялась на открытой поверхности скелетных мышц (оксидативной икроножной красной и гликолитической белой грудной), теменной области полушарий головного мозга и печени у 10-11-, 14-15- и 18-20-суточных (далее по тексту 10-, 15- и 19-суточные) эмбрионов и 4— 7-суточных цыплят кур породы Леггорн белый. Эмбрионы выращивались до необходимого возраста из племенных яиц (ЗАО Птицефабрика "Ново-Барышевская", Новосибирск) в лабораторном помещении в инкубаторах "ДИП 56Ж" (Искитим) и "Поседа М31" (Оренбург) при температуре 38°C с аэрацией атмосферным воздухом, насыщенным водяными парами, и автоматической ротацией.
Для измерения тканевого рО2 использовали микропроцессорный анализатор кислорода "О2-01MF" (ООО "Аналитические микротехнологии", Санкт-Петербург), позволяющий непрерывно измерять рО2 в биологических растворах и тканях, их температуру и атмосферное давление воздуха. Сенсорный блок содержал миниатюризированный мембранный амперометрический О2-электрод типа Кларка со встроенным полупроводниковым датчиком температуры. Высокоточный датчик атмосферного давления на основе интегральной микросхемы располагался в корпусе анализатора. Регистрацию и управление процессом измерений осуществляли с помощью компьютерной программы, обеспечивающей непрерывную графи-
ческую запись и цифровую обработку сигналов сенсоров, автоматическое выполнение заданных процедур калибровки, осуществляемых с автоматической термо- и барокомпенсацией, и контролем допускаемого предела случайной погрешности текущих измерений.
Торцевой участок электрода, отделенный от исследуемой ткани проницаемой для кислорода полимерной (фторопластовой) мембраной толщиной ~5 мкм, представлял собой стеклянную поверхность диаметром ~3.4 мм с выведенным платиновым катодом диаметром ~50 мкм, контактирующим с тонким слоем электролита (суммарный объем до 50 мкл). Конструкция обеспечивала корректные условия измерения рО2 в ткани, при которых радиус сенсорной площади, соприкасавшейся с поверхностью ткани, более чем в 60 раз превышал радиус катода, предотвращая случайный контакт чувствительной части сенсора с окружающим атмосферным воздухом во время процедуры измерения. Для калибровки показаний анализатора использовали дистиллированную воду, аэрированную воздухом в течение 20 мин при комнатной температуре. Для оценки нулевого уровня рО2 использовали свежеприготовленный 0.5% раствор сульфита натрия в дистилляте. Измерения рО2 в калибровочных растворах проводили при 34°C.
Подготовка скелетных мышц (оксидативной красной икроножной и гликолитической белой грудной), полушарий головного мозга и печени куриных эмбрионов
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.