Відділ фізіології кровообігу

Версія за 14:03, 5 квітня 2012

Відділ фізіології кровообігу і дихання (зав. академік АМН СРСР М.М. Горєв) був створений у 1953 році як структурний підрозділ Інституту фізіології ім.О.О. Богомольця АН УРСР. На базі цього відділу в 1960 році був організований відділ фізіології кровообігу (зав. професор М.І Гуревич). З 1986 року відділ очолює чл.-кор. НАНУ В.Ф. Сагач.

Дослідження відділу спрямовані на з’ясування ролі ендотелію та оксиду азоту в реакціях серця і судин у фізіологічних і патофізіологічних умовах. Співробітниками відділу були отримані пріоритетні дані про залучення оксиду азоту (NO) до регуляції кровообігу нейронами вентролатерального відділу довгастого мозку. Показано, що NO має гальмівний вплив на нейрони, викликаючи зміни судинного тонусу та скоротливої функції серця. Отримані дані, які свідчать про участь ендогенного NO в реалізації рефлекторних реакцій системи кровообігу. Ці роботи мають високий рівень цитування і визнання закордонних колег. Вперше показано, що розвиток фундаментальних судинних реакцій – реактивної і функціональної гіперемії – є ендотелійзалежним і зумовлений дією NO; і був запропонований метод оцінки функціонального стану ендотелію, який нині широко використовується для визначення розвитку дисфункції ендотелію у людей з серцево-судинною патологією. Дослідження механізмів залучення NO до розвитку гіперемії показало, що зміни мембранного потенціалу при дії ендотелійактивуючих речовин спричинені відкриттям Ca2+- залежних калієвих каналів, а також Ca2+- та Na+-провідних каналів. Зміни внутрішньо- та зовнішньоклітинної концентрації іонів водню є важливим модулятором електричних реакцій ендотеліальних клітин та ендотелійзалежних відповідей судинних гладеньких м’язів.

В.Ф. Сагачем вперше було обґрунтувано головна роль синтезу NO в реалізації фундаментального механізму регуляції скоротливої активності міокарда. Встановлено, що навантаження серця об’ємом призводить до підвищення синтезу NO в клітинах серця, який значною мірою зумовлює ефективність гетерометричної регуляції скорочення міокарда (механізма Франка-Старлінга) – найменш енергоємного підвищення сили скорочення. Показано, що недостатність синтезу ендогенного NO має вирішальне значення в підвищенні жорсткості міокарда і розвитку діастолічної дисфункції серця, а також призводить до збільшення споживання кисню клітинами та кисневої вартості роботи серцевого м’яза. Недостатній синтез ендогенного NO в результаті зниженої активності NO-синтаз і, як наслідок, суттєве зменшення ендотелійзалежної дилатації судин та ефективності реакції серця на навантаження об’ємом, спостерігаються при атеросклерозі, гіпертензії, діабеті, паркінсонізмі та у старих тварин. Показано важливе значення в розвитку зазначених змін підвищеної активності аргінази – альтернативного споживача субстрату для синтезу NO – L-аргініну. Стимуляція синтезу NO за допомогою його попередника L-аргініну істотно відновлює активність ферменту NO-синтази, вміст у тканинах NO та реактивність серця і судин при зазначених патологічних станах. Вищенаведені результати представлені в роботах, відзначених премією ім.. О.О. Богомольця (1994) та Державними преміями України в галузі науки і техніки (1996, 2003).

В останні роки основним напрямом наукової діяльності відділу є вивчення значень змін функціонального стану мітохондрій у реактивності серцево-судинної системи. Досліджено роль мітохондріальних NO-синтаз, NO та антиоксидантів у змінах функціональної активності мітохондрій та чутливості мітохондріальної пори до відкривання при різних функціональних станах організму – старіння, гіпертензія, експериментальний цукровий діабет.В умовах експериментів на ізольованих мітохондріях було показано, що NO, який синтезується in vivo мітохондріальною NO-синтазою, пригнічує відкривання в мітохондріях мультибілкового каналу (mitochondrial permeability transition pore) – ключового гравця в розвитку апоптотичної та некротичної загибелі клітин. Показано, що відкривання цього мітохондріального каналу лежить в основі порушень серцевої діяльності та коронарного кровообігу при реперфузії міокарда, що спостерігаються при тромболізисі, трансплантації органів тощо. Доведено, що завдяки тому, що відкривання мітохондріальної пори гальмується під впливом NO, вона значно легше відкривається в умовах його нестачі, а саме у старих тварин і при експериментальному паркінсонізмі.

Завдяки вперше розробленому методу визначення відкривання пори в умовах ізольованих органів і цілого організму стало можливим вивчення функціональних наслідків цього процесу. Відкривання пори супроводжується виходом у кров суміші продуктів обміну аденіннуклеотидів, що отримало назву „мітохондріальний фактор”. Він легко визначається і є хорошим маркером пошкоджень тканин у клініці, що підтверджено даними, отриманими при операціях на серці в Інституті серцево-судинної хірургії ім. М.М. Амосова та в клінічній лікарні № 8 м.Києва при операціях на судинах кінцівок. Показана можливість блокади відкривання пори та порушень функції серця за допомогою прекондиціювання, впливу мелатоніну, коензиму Q та попередників його синтезу.

Співробітники

Аспіранти

Студенти

Об’єкти дослідження

• Тварини: щури; мурчаки;
• Органи: серце; аорта; ворітна вена; мозок; печінка.
• Тканини: міокард; ендотелій; судинні гладеньки м'язи; плазма і сироватка крові.
• Клітини: кардіоміоцити; епітеліоцити; еритроцити; нейрони; гепатоцити.
• Субклітинні структури: мітохондрії серця, печінки і мозку

Методи

Фізіологічні

• метод реєстрації in vivo показників кардіодинаміки, скоротливої активності міокарда і об’єму шлуночків серця у щурів (Miller)
• реєстрація показників скоротливої функції ізольованого за методом Лангендорфа серця щурів;
• газовий аналіз розчинів для оцінки споживання кисню серцевим м’язом;
• реєстрація скорочувальних реакцій гладеньких м’язів ізольованих препаратів судин (аорта, ворітна вена);
• реєстрація гемодинамічних показників in vivo;
• петч-клемп-відведення від ендотеліоцитів;
• стереотаксичне введення речовин у структури головного мозку;
• моделювання однобічного хронічного дефіциту дофаміну (експериментальний геміааркінсонізм);
• поведінкові тести на щурах.

Біохімічні

• диференційне центрифугування (одержання препаратів мітохондрій);
• спектрофотометрична реєстрація відкривання мітохондріальної пори;
• абсорбційна та флуоресцентна спектроскопія;
• потенціометрія (дослідження транспорту і трансмембранного обміну іонів Н+, К+, Са2+; оцінка змін внутрішньомітохондріальної концентрації цих катіонів; реєстрація мембранного потенціалу та змін мітохондріального об'єму, дослідження синтезу та гідролізу АТР),
• полярографія (вивчення споживання кисню у мітохондріях, оцінка показників функціонального стану мітохондрій; вивчення синтезу АТР; дослідження потенціал-залежного транспорту катіонів К+ та Са2+);
• оцінка протонного потоку та протонофорного роз'єднання дихального ланцюга мітохондрій);
• потенціометричний метод реєстрації мембранного потенціалу мітохондрій;
• визначення активності конститутивної та індуцибельної синтаз оксиду азоту, аргінази, активності ферментів синтезу сірководню, НАДН-залежної нітратредуктази;
• визначення стаціонарних пулів сечовини, нітрат-аніону, нітрит-аніону, дієнових коньюгатів, малонового діальдегіду, H2S, Н2О2, тромбоксантів, лейкотриєнів, сечовини, сечової кислоти, поліамінів, білірубіну, заліза, Фн, вільних та звязаних SH-груп;
• визначення кислотної резистентності (гемолізу) та ериптозу еритроцитів;
• визначення швидкості генерації супероксидного радикаланіону та гідроксильного радикалу;
• визначення пулів сумарних низькомолекулярних (нітрозо цистеїн + нітрозоглутатіон) і високомолекулярних (нітрозильовані білки) нітрозо тіолів;
• спектрофотометрична оцінка оптичної густини розчинів і вивільнення мітохондріального фактора.

Молекулярно-генетичні

• вестерн-блот аналіз;
• полімеразно-ланцюгова реакція.

Наукове співробітництво

• Лабораторія нанобіотехнологій Інституту біохімії ім О.В.Палладіна НАН України, м.Київ.
• Відділ хімії та біохімії ферментів Інституту біохімії ім О.В.Палладіна НАН України, м.Київ.
• Лабораторія експериментальної нейрохірургії «ДУ Інституту нейрохірургії НАМН України, м.Київ.
• Кафедра радіобіології Національного медичного університету ім О.О.Богомольця, м.Київ.
• Лабораторія промислової токсикології та гігієни праці при використанні хімічних речовин ДУ «Інститут медицини праці НАМН України», м. Київ.
• Факультет фізичного виховання Запорізького державного університету, м. Запоріжжя.
• Білоруський державний університет, кафедра фізіології людини і тварин, м Мінськ.