научная статья по теме Влияние донора монооксида углерода на сократительную функцию гладких мышц сосудов при нормоксии и гипоксии Биология

Текст научной статьи на тему «Влияние донора монооксида углерода на сократительную функцию гладких мышц сосудов при нормоксии и гипоксии»

DOI: 10.12731/WSD-2015-7-6 УДК 616-092.18:612.73

ВЛИЯНИЕ ДОНОРА МОНООКСИДА УГЛЕРОДА НА СОКРАТИТЕЛЬНУЮ ФУНКЦИЮ ГЛАДКИХ МЫШЦ СОСУДОВ ПРИ НОРМОКСИИ И ГИПОКСИИ

Ковалев И.В., Бирулина Ю.Г., Петрова И.В., Гусакова С.В.

Монооксид углерода (СО) относится к семейству газотрансмиттеров, является важной сигнальной молекулой, вовлечен в широкий спектр физиологических процессов организма, в том числе, в механизмы регуляции сократительной активности сосудистых гладких мышц. Известно, что сократительная функция гладких мышц может изменяться при различных патологических процессах, например, при гипоксии, а значит, будет происходить и модификация газовой коммуникации. Целью исследования было изучение действия донора СО (CORMII) на сократительные свойства гладкомышечных клеток (ГМК) сосудов в условиях нормоксии и гипоксии. Полученные результаты свидетельствуют, что CORM II в условиях нормоксии индуцирует расслабление сосудистых ГМК как при гиперкалиевой деполяризации мембраны ГМК, так и при активации а-адренорецепторов фенилэфрином (ФЭ, 1 мкМ). Причем, на фоне ФЭ-индуцированного сокращения концентрация CORM II, обеспечивающая полумаксимальный релаксирующий эффект, на порядок ниже, чем при действии гиперкалиевого раствора (10 и 100 мкМ соответственно). При блокировании калиевых каналов мембраны ГМК с помощью тетраэтиламмония (ТЭА, 10 мМ) наблюдалось угнетение релаксирующих эффектов СО. Следовательно, механизм действия СО на сократительную активность гладких мышц связан с повышением калиевой проводимости мембраны ГМК. В условиях гипоксии релаксирую-щие эффекты CORMII ослаблялись, что может быть связано с более интенсивным ингибирующим действием гипоксии на один из компонен-

тов калиевой проводимости мембраны и/или другие внутриклеточные мишени СО.

Ключевые слова: монооксид углерода; газотрансмиттеры; гладкие мышцы; калиевые каналы; гипоксия.

INFLUENCE OF CARBON MONOXIDE DONOR ON VASCULAR SMOOTH MUSCLES CONTRACTILE FUNCTION UNDER NORMOXIA AND HYPOXIA

Kovalev I.V., Birulina Yu. G., Petrova I.V., Gusakova S.V.

Carbon monoxide (CO) belongs to a family of gasotransmitters. It is an important signaling molecule that involved in a wide range of physiological processes in the organism, including the mechanisms of regulation of vascular smooth muscle contractile activity. It is known that contractile function of vascular smooth muscle cells (VSMC) may change in different pathological processes, like as hypoxia. In this case the modification of gaseous communication will occur. The aim of this study was to investigate the CO donor (tricarbonyldichlororuthenium (II)-dimer, CORMII) influence on the contractile properties of VSMC under normoxia and hypoxia. Obtained data show that under normoxia, CORM II induces relaxation of vascular smooth muscle segments, precontracted both with highpotassium solution and phenylephrine (PE, 1 ^M). Moreover, in PE-induced contraction, the concentration of CORM II providing a half-maximal relaxing effect was significantly lower than under the action of high potassium solution (10 and 100 ^M, respectively). The blocker of potassium channels - tetraethylammonium (TEA, 10 mM) led to decrease of the CO-induced relaxation. Therefore, we can conclude that the mechanism of CO action on the smooth muscles contractile activity is associated with an increase of potassium conductance of VSMC membranes. Under hypoxic conditions, the relaxing effect of CO was decreased both in high potassium- and PE- precontracted smooth muscle segments, but in varying degrees. This may be due to a more intense inhibitory effect of hypoxia on the

one of the components of the membrane potassium conductance and/or other intracellular targets of CO.

Keywords: carbon monoxide; gasotransmitters; smooth muscles; potassium channels; hypoxia.

С момента открытия монооксида азота началось активное изучение роли газотрансмиттеров в регуляции многих физиологических и патологических процессов в организме, которое продолжается и по сей день [1-3]. Принципиальной особенностью всех газовых посредников является их способ передачи сигналов в клетку, не требующий лиганд-рецеп-торного взаимодействия [3]. В семейство газовых посредников наряду с монооксидом азота включены также сероводород, монооксид углерода (СО) и другие газообразные молекулы В последнее время растет интерес ученых к исследованию механизмов реализации различных эффектов СО в клетках [1,5]. Известно, что он продуцируется эндогенно при распаде гема под действием ферментов - гемоксигеназ [5-7] и выполняет важную роль в осуществлении многих внутриклеточных процессов.

CO рассматривают также в качестве важного протекторного фактора и модулятора сосудистого тонуса, как в норме, так и при различных патологических процессах, например, при гипоксии [8-10]. Было показано, что СО, продуцируемый ГМК сосудов, действуя через различные молекулярные механизмы, является одним из ключевых регуляторов роста этих клеток, препятствует ремоделированию сосудистой стенки при гипоксии [11-13]. Доказано, что дополнительное экзогенное введение СО с использованием его донаторов обеспечивает защиту клеток сосудов от повреждений [14], но вот молекулярные механизмы данного эффекта только предстоит раскрыть.

Не менее интересным представляется влияние СО на сократительную активность гладкомышечных клеток (ГМК). Предполагается, что его релаксирующее действие на гладкие мышцы может быть опосредовано изменением ионной проводимости мембраны ГМК и, в первую очередь, активацией калиевых каналов плазмалеммы [15-17]. На основную роль

при этом претендуют кальций-активируемые калиевые каналы большой проводимости, которые имеют в своей структуре особый гем-связыва-ющий сайт, являющийся мишенью для связывания СО [17,18]. Активно обсуждается также вмешательство СО в механизмы функционирования вторичных посредников, в частности циклического гуанозинмонофос-фата (цГМФ), реализация внутриклеточных эффектов которого осуществляется с помощью цГМФ-зависимых протеинкиназ (ПК-G) [15, 19].

В связи с вышесказанным, целью настоящего исследования явилось изучение действия монооксида углерода на сократительные свойства сосудистых гладких мышц в условиях нормоксии и гипоксии.

Материалы и методика исследования

В качестве объекта исследования использовались изолированные деэндотелизированные кольцевые сегменты грудного отдела аорты крыс-самцов Wistar.

Для исследования сократительной активности сосудистые гладкомы-шечные сегменты фиксировали с помощью стальных крючков в аэрируемых камерах объемом 10 мл специализированной механографической установки Myobath II (Германия), заполненных физиологическим раствором Кребса и термостатируемых при температуре 37°C, рН 7,4. Механическое напряжение сосудистых сегментов изучалось с помощью аппаратно-программного обеспечения LAB-TRAX-4/16. После 40-50-минутной инкубации сегментов в растворе Кребса дважды вызывали гиперкалиевое сокращение (эквимолярное замещение 30 мМ NaCl на KCl), которые прекращали после достижения стабильной величины их амплитуды. Далее, в зависимости от целей эксперимента, использовали физиологический раствор с добавлением тестируемых соединений. Гипоксический раствор Кребса создавали путем пропускания через него газообразного азота (чистота 99,99%) в течение 15 минут. Уровень кислорода в растворе оценивали с помощью портативного оксиметра HI 9145 (HANNA Ins., Германия). Объемная доля кислорода в гипоксическом растворе Кребса не превышала 5,0±0,2%.

Все растворы готовили на основе дистиллированной воды путем добавления соответствующих реактивов. Физиологический раствор Кребса содержал (мМ): 120,4 NaCl, 5,9 KCl, 2,5 CaCl2, 1,2 MgCl2, 5,5 глюкозы, 15 NH2C(CH2OH)3 [tris(hydroxymethyl)-amimmethane]. Используемые реактивы: донор СО - tricarbonyldichlororuthenium(II)-dimer (CORM II), те-траэтиламмония хлорид (ТЭА), фенилэфрин (ФЭ) (Sigma, США).

Амплитуды сократительных ответов рассчитывали в процентах от контрольных значений, которые принимали за 100%. В качестве контрольных служили значения амплитуды сократительных ответов на действие гиперкалиевого (30 мМ KCl) раствора или а1-адреномиметика фе-нилэфрина (1 мкМ). Анализ данных проводили при помощи программы SPSS 17.0 for Windows. Фактические данные представлены в виде «сред-нее±ошибка среднего» (X±m). Статистический анализ проводили с помощью U-критерия Манна-Уитни (Mann-Whitney test) и Т-критерия Уил-коксона (Wilcoxon singed ranks test). Различия между выборками считали статистически значимыми при p<0,05 [20].

Результаты исследования и их обсуждение

Для изучения влияния СО на протекание физиологических процессов в клетках сегодня активно используют его доноры (CORMs), которые представляют собой карбонилы переходных металлов, способные в растворе диметилсульфоксида выделять СО [1].

Добавление донора СО - CORM II в концентрациях 1-1000 мкМ (рис. 1, а) на фоне сокращений ГМК, индуцированных действием гиперкалиевого (30 мМ KCl) раствора, приводило к дозозависимому снижению механического напряжения (МН) гладкомышечных сегментов. При этом 1 и 5 мкМ CORM II не оказывали достоверного влияния на изменение величины гиперкалиевого сокращения, а в концентрации CORM II 100 мкМ происходило расслабление гладких мышц аорты крысы, близкое к полумаксимальному, величина МН гладкомышечных сегментов составила 58,4±6,7% (n=6, p<0,05).

Сокращения гладких мышц сосудов можно также воспроизводить, используя физиологически активные вещества, в частности, агонисты а1-а-

дренергических рецепторов. В нашем исследовании мы применяли а1-адреномиметик - фенилэфрин (ФЭ). Амплитуда сокращений сосудистых ГМК в ответ на добавление 1 мкМ ФЭ в раствор Кребса была сравнима с ответной реакцией на действие 30 мМ хлорида калия. На фоне сокращения гладкомышечного сегмента, вызванного ФЭ, добавление CORM II в концентрациях от 1 до 1000 мкМ приводило к дозозависимому расслаблению ГМК. Релаксирующий эффект близкий к полумаксимальному наблюдался при действии 10 мкМ CORM II, величина МН составила 59,7±4,8% (п=6, р<0,05) (рис. 1, б).

CORMII 5«1(И 5*1«-' 5«НН

а

б

Рис. 1.

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.

Показать целиком