ЕНДОТЕЛІЙ ІОКСИД АЗОТА - тема наукової статті з фізики з журналу - Природа

азота

Ціна:

Автори роботи:

ГАЙНУЛІНА ДІНА КАМІЛІВНА

СОФРОНОВА СВІТЛАНА ІВАНІВНА

ТАРАСОВА ОЛЬГА СЕРГІЇВНА

Науковий журнал:

Рік виходу:

Текст наукової статті на тему «ЕНДОТЕЛІЙ ТА ОКСИД АЗОТУ»

Ендотелій та оксид азоту

Д.К.Гайнулліна, С.І.Софронова, О.С.Тарасова

Тонус кровоносних судин та рівень артеріального тиску в організмі регулюються злагодженою роботою багатьох систем та механізмів, серед яких важливу роль відіграє ендотелій судин. Секреція оксиду азоту (NO) - одна з ключових функцій ендотеліальних клітин, а їх дисфункцію при різних захворюваннях лікарі часто пов'язують із зменшенням продукції NO. Які ж сучасні ставлення до роботи цієї системи? Спробуємо відповісти на це питання у нашій статті.

Шар клітин, що вистилає всі кровоносні та лімфатичні судини, а також серцеві порожнини, вперше описав у 1847 р. Т.Шванн як «виразно помітну мембрану», яку через 18 років В.Гіс назвав ендотелією. У порівняно великих судинах (артеріях і венах) цей шар служить бар'єром між кров'ю і гладкими клітинами, а стінки дрібних судин, капілярів, повністю побудовані з ендотеліальних клітин. Їхня загальна кількість дуже велика: у тілі дорослої людини сумарна маса перевищує 1 кг!

У 50-60-х роках XX ст. вчені, озброївшись електронним мікроскопом, в деталях описали будову ендотелію, проте його роль у регуляції функцій серцево-судинної

Тарасова О.С., 2014

Діна Камівна Гайнулліна, кандидат біологічних наук, науковий співробітник кафедри фізіології людини та тварин біологічного факультету Московського державного університету імені М.ВЛомоносова, спеціаліст у галузі фізіологіїкровообігу. Область наукових інтересів – особливості регуляції судинної системи в ранньому постнатальному онтогенезі.

Світлана Іванівна Софронова, аспірант тієї ж кафедри, займається проблемами гормонального регулювання синтезу ендотеліального оксиду азоту.

Ольга Сергіївна Тарасова, доктор біологічних наук, професор тієї ж кафедри та провідний науковий співробітник лабораторії фізіології м'язової діяльності Державного наукового центру України Інституту медико-біологічних проблем РАН, спеціаліст у галузі кровообігу та автономної нервової системи. Область наукових інтересів – взаємодія системних та локальних механізмів регуляції серцево-судинної системи.

системи залишалася незрозумілою. Аж до 1980 р. ендотелій вважався лише селективно проникним бар'єром між кров'ю та судинною стінкою, хоча вже тоді було відомо, що він здатний виділяти речовини, що перешкоджають згортанню крові.

Початок сучасним уявленням про функції ендотелію було покладено у 1980 р., коли Р.Фарчготт та Дж.Завадський звернули увагу на його роль у регуляції тонусу судин [1]. В елегантних експериментах дослідники довели, що така речовина, як

ацетилхолін викликає розслаблення препаратів аорти, ізольованих з організму кролика, тільки за наявності ендотелію. Це спостереження виявилося настільки важливим, що згодом Фарч-Готт став одним із лауреатів Нобелівської премії (1998). В наш час залежна від ендотелію реакція судин у відповідь на ацетилхолін та інші речовини описана у величезній кількості наукових праць, виконаних на різних артеріальних судинах — не тільки великих, а й дрібних, що регулюють кровопостачання органів (рис.1).

До 1986 р. з'ясувалося, що розслаблення гладкого м'яза судин викликає саме оксид.азоту (NO), що виділяється з ендотелію під дією ацетилхоліну. Як же за такий короткий час (всього шість років) вдалося вичленувати NO з довгого ряду інших претендентів на роль посередника між ендотелією та гладким м'язом судин? Справа в тому, що ще за 10 років до знаменитої роботи Фарчготта та Завадські було вивчено судинорозширювальну дію NO. Адже на той час уже 100 років нітрогліцерином (він служить джерелом молекул NO) лікували стенокардію, що виникає через спазми судин серця. Ідентичність ендотеліального розслаблюючого фактора та NO встановили і за такими показниками, як надзвичайна нестабільність (особливо у присутності активних форм кисню), інактивація при взаємодії з гемоглобіном та спорідненими білками, а також здатність викликати подібні біохімічні зміни у клітинах гладком'язових судин.

В організмі людини та тварин оксид азоту – один із ключових ендогенних регуляторів

серцево-судинної та інших систем. У 1992 р. його назвали молекулою року, а щорічна кількість публікацій про його функції в організмі сьогодні становить кілька тисяч. Ендотелій можна назвати гігантським ендокринним органом, в якому клітини не зібрані воєдино, як у залозах внутрішньої секреції, а розосереджені в судинах, що пронизують усі органи та тканини нашого тіла. У нормальних фізіологічних умовах ендотелій активується головним чином механічно: напругою зсуву, що створюється потоком крові [2], або розтягнення судини під її тиском. Крім того, ендотеліальні клітини можуть активуватися регуляторними молекулами, наприклад пуриновими сполуками (АТФ і АДФ), пептидами (брадикініном, кальцитонин-ген-родинним пептидом *, субстанцією Р та ін.).

Крім оксиду азоту в клітинах ендотелію синтезуються й інші речовини, що впливаютьтонус судин, кровопостачання тканин та артеріальний тиск [3]. Так, помічниками NO у розслабленні судин можуть бути простациклін (простаг-ландин Ь) та ендотеліальний гіперполяризуючий фактор. Частка їх участі залежить від статі та виду тварини, типу судинного русла та розмірів судини. Наприклад, дія NO сильніше проявляється в порівняно великих судинах, а гіперполяризуючого фактора - в дрібніших.

В ендотелії утворюються не тільки судинорозширювальні речовини, а й судинозвужувальні: деякі простагландини, тромбоксан, пептиди ендотелін-1 та ангіотензин II, супероксид-аніон. У здоровому організмі секреторна активність ендотелію спрямована продукції сосудорасширяющих чинників. Але при різних захворюваннях (системної або легеневої гіпертензії, ішемії міокарда, цукровому діабеті тощо) або у здоровому організмі при старінні секреторний фенотип ендотелію може змінюватися у бік судинозвужувальних впливів [3].

Незважаючи на різноманіття регуляторних механізмів, залежних від ендотелію, його нормальну функцію найчастіше пов'язують зі здатністю секретувати NO. Коли при захворюваннях ендотелій змінює свої властивості, лікарі називають такий стан дисфункцією ендотелію, маючи на увазі при

Рис.1. Криві, що ілюструють експерименти на двох сегментах дрібної артерії, що приносить кров до шкіри задньої кінцівки миші. Як і в дослідах Фарчготта та Завадськи [1], препарати попередньо скорочували норадреналіном, а потім додавали ацетилхолін. Видно, що норадреналін спричиняє скорочення судин незалежно від наявності ендотелію. Однак додавання ацетилхоліну призводить до розслаблення сегмента тільки з інтактним ендотелією, на сегмент з пошкодженим ендотелією воно впливу не надає.

* Кальцитонін-ген-споріднений пептид (Calcitonin Gene RelatedPeptide) утворюється з того ж гена, що і кальцитонін, при альтернативному мРНК-сплай-сингу в мозку та периферичній нервовій системі.

це зменшення продукції NO. У зв'язку з такою важливістю NO ми розглянемо сучасні уявлення про його регуляторну роль, спочатку в нормі, а потім за деяких форм судинної патології.

Синтез та регуляція NO в ендотелії

У природі синтез оксиду азоту може протікати різними шляхами. Так, у тропосфері він утворюється з O2 та N2 під дією грозових розрядів, у рослинах – завдяки фотохімічній реакції між NO2 та каротиноїдами, а в організмі тварин – при взаємодії нітритів та нітратів з білками, що містять атоми металів (наприклад, з гемоглобіном). Всі ці реакції йдуть без участі біологічних каталізаторів — білків-ферментів, тому контролювати швидкість порівняно важко. Однак в організмі тварин основна кількість NO як регулятора фізіологічних процесів утворюється під дією спеціальних ферментів NO-синтаз (NOS), а джерелом атома азоту є амінокислота L-аргінін [4, 5].

Існує кілька різновидів (ізо-форм) NO-синтаз, які кодуються різними генами. У 1990 р. з мозку щури виділили нейрональну форму ферменту (nNOS). Трохи пізніше у клітинах імунної системи (макрофагах) виявили індуцибельну NOS (iNOS), а в ендотелії – ендотеліальну NOS (eNOS). Ще одна ізоформа NOS локалізується у мітохондріях, вона регулює процеси клітинного дихання. Оскільки у синтезі NO бере участь велика кількість кофакторів, всі ізоформи ферменту мають їм специфічні ділянки зв'язування. Кожна молекула NOS складається із двох однакових половинок. Для їх об'єднання в димер необхідний кофактор тетрагідробіоптерін. При його нестачі eNOS перемикається на продукціюактивних форм кисню (супероксид-аніону та Н2О2), що може призводити до пошкодження ендотелію та інших клітин судинної стінки.

Дві ізоформи ферменту – eNOS та nNOS – називають конститутивними, тому що вони завжди присутні у клітинах і синтезують NO у відносно невеликих (порівняно з iNOS) кількостях, причому активність цих ізоформ регулюється фізіологічними стимулами. На відміну від них, iNOS постійно синтезується лише в деяких клітинах, наприклад в макрофагах, а в ендотеліальних, нервових та багатьох інших з'являється лише у відповідь на зовнішні, в основному запальні, стимули (наприклад, елементи клітинних стінок бактерій - бактеріальні ліпополі- сахариди). Активна iNOS продукує NO у 1000 разів швидше, ніж eNOS та nNOS. Макрофаги використовують такі великі кількості NO для умертвіння збудників перед тим, як їх знищити.

Таким чином, основна NO-синтаза в судинній стінці - eNOS, і вона міститься переважно в ендотелії. Транскрипцію гена eNOS у гладком'язових клітинах запобігають спеціальним механізмам, наприклад метилювання «стартової» ділянки. Синтаза зв'язується із зовнішньою мембраною ендотеліальної клітини в особливих вп'ячуваннях, кавеолах, де зосереджена велика кількість регуляторних молекул (різних іонних каналів та рецепторів). Така «фіксація» ферменту забезпечує його функціональний зв'язок із рецепторами та каналами, що полегшує регуляцію активності eNO

Для подальшого читання статті необхідно придбати повний текст. Статті надсилаються у форматіPDFна вказану при оплаті пошту. Термін доставки становитьменше 10 хвилин. Вартість однієї статті -150 рублів.

Подібні наукові роботи на тему «Фізика»

БОЛЄЄВА Г.С., МОЧАЛОВ С.В., ТАРАСОВА О.С. - 2014 р.