Відділ загальної та молекулярної патофізіології
З 2007 року -
Відділ загальної та молекулярної патофізіології
Відділ експериментальної кардіології Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України було організовано в 1972 р. на базі відділу біофізики кровообігу, який, в свою чергу, був створений в жовтні 1964 р.
За роки, що минули з дати організації відділу, його співробітники пройшли досить довгий та плідний шлях творчих пошуків і надбань. З 1964 по 1966 рр. відділом керував кандидат медичних наук, безпосередній учень академіка М.М. Горєва Марат Авіатович Кондратович, а з 1966 по 1972 обов’язки зав. відділом біофізики кровообігу виконував канд. мед. наук О.О. Мойбенко при консультативній допомозі академіка М.М. Горєва. До організації відділу нервово-м’язової фізіології в керівництві відділом біофізики кровообігу приймав участь доктор мед. наук Михайло Федорович Шуба, в подальшому – академік НАНУ. Саме академіку АМН СРСР М.М. Горєву та академіку НАНУ М.Ф. Шубі слід завдячувати тому, що така структурна одиниця, як відділ біофізики кровообігу (з 1972 року – відділ експериментальної кардіології, з 2007 року – відділ загальної та молекулярної патофізіології) зберігся та плідно працює до сьогодення.
В доробку співробітників відділу біофізики кровообігу були роботи по біофізиці кровоносних судин, їх розтяжності в різних регіонах артеріального судинного русла. Була розроблена установка для порівняння реакцій судин при перфузії їх з постійним об’ємом крові (метод резістографії) та постійним тиском перфузії, за допомогою якої були отримані оригінальні дані про різні біофізичні властивості, зокрема – жорсткість та розтяжність судин різних ділянок судинного русла в дослідах in vivo. Це давало змогу визначитись з перерозподілом потоків крові в різні регіональні судинні ділянки при змінах системного артеріального тиску. В подальшому за допомогою цього методу була виконана дисертаційна робота Г.І. Марченко “Кардіо- та гемодинаміка при ангіотензивній гіпертензії” (1978р.), в якій були приведені дані про різну розтяжність судин м’язів, мозку і серця.
В період 1964-1974 рр. були проведені фундаментальні дослідження по регуляції мозкового та коронарного кровообігу. Були розроблені спеціальні методи досліджень цих найважливіших, але важкодоступних ділянок судинного русла: метод ізоляції та аутоперфузії артеріального судинного русла мозку, методи катетеризації й автоперфузії коронарного судинного русла у тварин без відкриття грудної порожнини та збереженні природнього дихання, методи штучного кровообігу та гемодинамічної ізоляції, роздільної перфузії ізольованого in situ серця та судинного русла. Це дозволило отримати нові дані про роль рефлексогенного поля серця в рефлекторній регуляції кровообігу. На основі отриманих даних були виконані кандидатські дисертації Л.А. Грабовського (1972), І.Е. Бурякова (1976), В.Б. Павлюченко (1984), а також докторська дисертація О.О. Мойбенка “Роль рецепторного поля серця в регуляції кровообігу” (1973). Вперше встановлено, що кардіогенні депресорні рефлекси з зони лівого шлуночка виникають не тільки у відповідь на розтягнення цієї порожнини серця, але й при змінах скорочувальної активності міокарду лівого шлуночка. Це рефлекторне розширення судин ніби готує судинне русло до входу в нього підвищеної кількості крові в результаті підсилення роботи серця. Ця кардіоваскулярна реакція є першою в процесі адаптації системи кровообігу в стресових ситуаціях при викиді великої кількості адреналіну з наднирників, яка передує аналогічній реакції з артеріальних барорецепторів і по своїй інтенсивності вона не поступається вазомоторним рефлексам з каротидних синусів. В той же час пресорні рефлекси з серця значно менше виражені, ніж з артеріальних барорецепторів.
Як показали дослідження останнього часу, кардіогенні депресорні рефлекси значно в більшій мірі NO-залежні, ніж рефлекси з артеріальних барорецепторних зон. Інгібування продукції NO практично повністю знімає рефлекторне розширення судин у відповідь на подразнення рецепторів серця на відміну від депресорних та пресорних реакцій з рецепторної зони каротидних синусів. Те саме стосується і депресорних реакцій з серця, які виникають при гострій регіонарній ішемії та інфаркті міокарду. Ці дані опубліковані в низці фундаментальних статей, монографії О.О. Мойбенко „Роль рефлексогенних зон серця в регуляції кровообігу” (1979), кандидатській дисертації В.В. Даценка (2004) та монографії „Ендогенні механізми кардіопротекції”, яка щойно вийшла у світ (2008).
З 1974 року і по теперішній час незмінним завідувачем відділу є академік НАН України Олексій Олексійович Мойбенко, учень М.М. Горєва та провідний патофізіолог України. 3 1992 р. О.О. Мойбенко – Президент наукового товариства патофізіологів України.
Основні напрями наукової роботи відділу загальної та молекулярної патофізіології в теперішній час - дослідження системних, органних та молекулярно-генетичних механізмів розвитку та компенсації патологічних процесів переважно в серцево-судинній системі та їх експериментальна терапія. Створено нові оригінальні моделі гострої локальної ішемії і реперфузії міокарда, гострого локального імунного ураження серця і цитотоксичного кардіогенного шоку. Головними перевагами цих моделей є їх максимальна наближеність до фізіологічних умов життєдіяльності організму при збереженні природного дихання та кровообігу в грудній порожнині. Розроблені нові автоматизовані методи та пристрої для оцінки скоротливості міокарда. Розроблені модифікації методів дослідження на культурі неонатальних кардіоміоцитів, зокрема, вперше проведені досліди по вивченню механізмів кардіопротекції при посткондиціюванні на ізольованих неонатальних кардіоміоцитах (В.С. Нагібін). Проводяться досліди на ізольованих органелах клітин – мітохондріях кардіоміоцитів (С.М. Пивовар), а також розроблені методи морфофункціональної оцінки стану саркоплазматичного ретикулуму (Л.В. Тумановська). Впроваджені гістохімічні методики розпізнавання механізму смерті клітин (некроз, апоптоз, аутофагія) (В.Є. Досенко, В.С. Нагибін, Л.В. Тумановська).
Останніми роками при відділі сворено лабораторію молекулярно-генетичного аналізу, в якій проводяться дослідження із використанням найсучасніших молекулярно-генетичних методів: полімеразна ланцюгова реакція в реальному часі, полімеразна ланцюгова реакція в поодиноких клітинах, заглушення генів за допомогою інтерферуючих РНК, трансфекція клітин із застосуванням електропорації, визначення поліморфізму поодиноких нуклеотидів та інші. Зокрема, вперше досліджено можливість заглушення гену ключового ферменту в патогенезі ішемії-реперфузії – 5-ліпоксигенази за допомогою інтерферуючих дволанцюгових мікроРНК. Доведено дуже сильний інгібуючий вплив мікроРНК на експресію гена ліпоксигенази, який супроводжується зниженням активності фермента та зменшенням площі некротичного ураження міокарду. Ці результати обґрунтовують можливість використання цього високоефективного методу в лікувальній практиці (О.Лісовий).
Вперше детально описані генетичні особливості системи оксиду азоту в українській популяції. Доведено, що хворі з поліморфізмом eNOS продукують значно менше оксиду азоту та розтяжність їх судин зменшена. Ці дані можуть пояснити відносно велике поширення серцево-судинних хвороб в Україні (В.Є. Досенко).
Значна увага приділяється дослідженню ролі мембранних механізмів, а саме – змін активності іонотранспортних ферментів, ролі ендогенних речовин мембранного походження (простаноїди, лейкотрієни) у патогенезі серцево-судинних захворювань. Досліджена роль циклооксигеназного та ліпоксигеназного шляхів метаболізму арахідонової кислоти в розвитку цитотоксичного кардіогенного шоку та атеросклеротичного ураження судин.
Визначено роль гострої гіпоксії та гіпотермії як індукторів пізнього прекондиціювання серця, вперше показано зміни експресії синтаз оксиду азоту і шаперонів в різних камерах серця та роль кальційзалежних калієвих каналів у відстроченій кардіопротекції (А.Г. Портніченко, М.І. Василенко). Вперше встановлено рефлекторний зв’язок між змінами скоротливої активності міокарда та тонусоом артеріальних судин, вперше детально описана регіональна структура кардіогенних рефлексів. Вперше визначена роль системи NO в реалізації вазомоторних механізмів компенсації серцевої діяльності при гострій ішемії та інфаркті міокарда.
Вперше виявлена переважна участь nNOS в формуванні кардіогенних депресорних рефлексів та встановлені видові відмінності включення системи NO в розвиток цих рефлексів, що співпадає з розподілом NOS-вмісних нейронів в структурах довгастого мозку (В.Б. Павлюченко, В.В. Даценко).
Досліджуються механізми кардіопротекції, які реалізуються шляхом модифікації жирнокислотного складу фосфоліпідів мембран та активації АТФ залежних калієвих каналів. Сумісно з співробітниками Інституту органічної хімії НАНУ розроблені нові активатори АТФ-залежних калієвих каналів. Вперше визначені механізми кардіопротекторної дії цих активаторів, зокрема, “флокаліну”, серед яких антиоксидантна дія, модуляція активності ферментів системи NOS (інгібування активності iNOS та активація eNOS). „Флокалін” – високоефективний кардіопротектор і спазмолітик, придатний для лікування гострого інфаркту міокарда та для лікування спастичних реакцій в урологічній практиці. Цей препарат на протязі 2004-2008 р.р. повністю підготовлений до промислового випуску (Р.Б. Струтинській, С.М. Пивовар).
Завдяки співдружності з хіміками-синтетиками (Інститут органічної хімії НАНУ) були апробовані нові серії ω-3 жирних кислот, виготовлених з рослинної сировини, та закладене підґрунтя до створення нового препарату (А.М. Шиш). Особлива увага приділена визначенню ендогенних механізмів кардіопротекції при гострому інфаркті та реперфузії міокарду і системі оксиду азоту та мон оксиду вуглецю (М.Я. Юзьків, Т.В. Кукоба).
Вперше показано, що дилатація коронарних судин неішемізованих ділянок міокарда є NO-залежною реакцією. Вперше показано, що система оксиду азоту бере вирішальну участь в рефлекторних депресорних реакціях периферичних артеріальних судин великого кола кровообігу, що виникають при локальній ішемії міокарду і які зменшують після навантаження на уражене ішемією серце.
В останні роки зусилля співробітників відділу були спрямовані на визначення ендогенних механізмів розвитку порушень діяльності серцево-судинної системи при гострій ішемії-реперфузії та інфаркті міокарду. Визначена особлива роль активації катаболічних ферментів – фосфоліпаз в ішемічній деградації фосфоліпідів мембран, активації ліпоксігеназного шляху, метаболізму арахідонової кислоти, протеосомального протеолізу, апоптозу та аутофагії, а також вільнорадикальних процесів у розвитку порушень структури та функції серця при гострій ішемії та інфаркті міокарду. Розроблені методи дослідження ішемічних ушкоджень серця на культурі неонатальних кардіоміоцитів (В.С. Нагібін), ізольованому серці (А.Г. Портніченко, А.М. Шиш) та його фрагментах.
Спеціальна увага у відділі була приділена розробці методів молекулярних та генетичних досліджень, а саме – визначенню експресії білків за допомогою вестерн-блотінгу (А.Г. Портніченко) та визначенню експресії генів за допомогою полімеразної ланцюгової реакції в реальному часі (В.Є. Досенко). В результаті створені дві активно діючі неструктурні лабораторії молекулярного та генетичного аналізу. Це дозволяє вести досліди у відділі загальної та молекулярної патофізіології на широкому методичному фронті: від молекулярного рівня до рівня цілісного організму.
Співробітники відділу широко кооперуються з спеціалістами інших галузей: біохіміками (чл.-кор. НАНУ Н.М. Гулая, канд. хім. наук. А.В. Коцюруба), фармакологами та фармацевтами (проф. Н.П. Максютіна, проф. М.А. Мохорт), хіміками органіками (акад. НАНУ В.П. Кухарь, акад. НАНУ Лозинський, проф. Л.М. Ягупольский, канд. хім. наук О.В. Харченко та інші), клініцистами (проф. О.М. Пархоменко, канд. мед. наук С.М. Кожухов). Ця співдружність дозволила активно розробляти та впроваджувати в медичну практику нові високоефективні лікарські препарати. Так був розроблений перший у світовій практиці водорозчинний інгібітор ліпоксигенази, антиоксидант та модулятор активності системи оксиду азоту - корвітин, придатний до внутрішновенного введення хворим з гострим інфарктом міокарду. Цей препарат пройшов повну доклінічну та клінічну апробацію та впроваджений в клініку. Зараз він в досить великих масштабах виготовляється на Борщагівському хіміко-фармацевтичному заводі (м. Київ, директор Л.В. Безпалько, науковий супроводжувач випуску - канд. хім. наук А.С. Шаломай), реалізується через аптечну мережу та широко і успішно використовується в лікувальній практиці клініцистами (проф. О.М. Пархоменко). Доведено, що використання корвітину в перші часи після інфаркту суттєво зменшує розміри ураженого міокарду та негативні метаболічні зміни в організмі і значною мірою попереджує наслідки цього важкого захворювання. На основі отриманих даних були захищені докторська дисертація докторанта відділу Ю.М. Колчина (1991), кандидатська дисертація О.Ю. Феліпової (2003), а також співробітників інших установ (кандидатська дисертація С.М. Кожухова).
Останнім часом розробки співробітників відділу присвячені створенню нових препаратів та методів лікування набули досить великого поширення. Зокрема, ефективність клінічного застосування корвітину знайшла підтвердження при терапії гострого інфаркту міокарда та серцевої недостатності (кандидатська дисертація А.Л. Сапатого, Івано-франківськ, 2009), при церебральній патології (кандидатська дисертація В.Ю. Слесарчук, Дніпропетровськ, 2009), при хронічній гіперімунокомплексемії (кандидатська дисертація О.В. Садляк, Львів 2008) та інш. В останні роки наукові розробки співробітників відділу загальної та молекулярної патофізіології слугували основою для виконання та захисту кандидатських дисертацій В.І. Азарова (2001), Р.Б. Струтинського (2002), С.М. Пивовар (2004), В.В. Даценко (2004), М.Я. Юзків (2004), О.Ю. Гарматіної (2004), А.М. Шиш (2006), докторської дисертації С.В. Ружило “Механізми впливу Трускавецької води Нафтусі на судинну систему та фізичну працездатність” (2006) та узагальнені в великій монографії „Эндогенные механизмы кардиопротекции как основа патогенетической терапии заболеваний сердца” (Київ, Наукова думка, 2008, 520с.), яка відзеркалює пріоритетний напрям досліджень, що стосуються системних та молекулярно-генетичних механізмів ендогенної кардіопротекції та механізмів дії сучасних груп фармакологічних засобів, в тому числі – розроблених співробітниками відділу.
В останні роки наукова праця значної частини співробітників відділу загальної та молекулярної патофізіології спрямована на визначення ролі генетичних факторів в патогенезі таких розповсюджених захворювань як гострий коронарний синдром і інфаркт міокарда, атеросклероз та гіпертонічна хвороба, ішемічні ураження мозку. Показані особливості поліморфізму генів ендотеліальної нітрооксид синтази та ангіотензин перетворюючого ферменту в українській популяції, які можуть визначати досить широке поширення цих хвороб в Україні. Розроблюються підходи до генетичних методів терапії серцево-судинних захворювань, зокрема пригнічення за допомогою мікроРНК активності деяких генів, які можуть брати участь в патогенезі цих захворювань. На матеріалі цих досліджень захищена докторська дисертація В.Є. Досенко “Роль алельного поліморфізму генів ендотеліальної NO-синтази та протеасоми в патогенезі серцево-судинних захворювань: молекулярно-генетичні аспекти” (2006), матеріали якої ввійшли в склад двох монографій, виданих в 2008 році, а також кандидатська дисертація В.С. Нагібіна (2007).
Одержано премію ім. О.О. Богомольця НАНУ (О.О. Мойбенко, 1994), Державні премії України у галузі науки і техніки (О.О. Мойбенко, 1996, 2003 рр.), премія ім. М.Д. Стражеска НАНУ (О.О. Мойбенко, В.Є. Досенко, 2008р.).
