Роль физиологических и средовых факторов в обеспечении половых различий в кардиоваскулярной чувствительности к стрессам человека и животных
Роль физиологических и средовых факторов в обеспечении половых различий в кардиоваскулярной чувствительности к стрессам человека и животных
5
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
РОЛЬ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ И СРЕДОВЫХ ФАКТОРОВ В ОБЕСПЕЧЕНИИ ПОЛОВЫХ РАЗЛИЧИЙ В КАРДИОВАСКУЛЯРНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ К СТРЕССАМ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ
03.00.13 - физиология
На правах рукописи
Игошева Наталия Борисовна
Астрахань 2009
Работа выполнена на кафедре физиологии человека и животных
Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского"
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор
Анищенко Татьяна Григорьевна
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор Мурашев Аркадий Николаевич
доктор медицинских наук, профессор Клочков Виктор Александрович
доктор биологических наук, доцент
Горст Нина Александровна
Ведущая организация - Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный медицинский университет" Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию
Защита состоится " 26 " марта_2009 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.01 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна,1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АГУ.
Автореферат разослан " " 2009 г.
Учёный секретарь диссертационного совета,
доктор биологических наук Ю.В. Нестеров
Общая характеристика работыАктуальность исследования. Нарастающее загрязнение окружающей среды, индустриализация и ухудшение здоровья человека относятся к числу наиболее актуальных проблем физиологии (Агаджанян, 2000; Казначеев и др. 2002; Казначеев, 2007). Наряду с ухудшением экологической обстановки отмечается значительный рост стрессогенности современной жизни. Нарастающая урбанизация, информационные перегрузки, дефицит времени, являясь неотъемлемыми атрибутами современного общества, способствуют развитию эмоциональных стрессорных состояний (Федоров, 1997; Казначеев, Непомнящих, 2000; Судаков, 2004). Мобилизация важнейших систем организма при этом призвана обеспечить поддержание его гомеостаза и адаптацию к воздействующим факторам. Однако, постоянно действующие многочисленные стрессорные ситуации часто приводят к срыву адаптационных механизмов организма и появлению группы патологических процессов, объединяемых термином "болезни цивилизации" (Зикмунд, 1987). Стрессогенные нарушения функций сердечно-сосудистой системы (ССС) являются одной из ведуших причин смертности в современном обществе (Чазов, 2000; Оганов, 2002; Rozansky et al., 2005), причем, как свидетельствуют данные медицинской статистики, мужчины по сравнению с женщинами, обладают повышенной склонностью к сердечно-сосудистым заболеваниям (Оганов, 2000, 2002; European Society of Hypertension, 2003). Вследствие этого в цивилизованных странах отмечается резкое увеличение разницы в продолжительности жизни мужчин и женщин, что представляет важную социальную и медицинскую проблему.Нарушения адаптивных возможностей ССС в условиях нарастающей стрессогенности современной жизни, выраженные в большей степени среди мужчин, диктуют необходимость проведения сравнительного исследования механизмов, обеспечивающих половые различия в чувствительности ССС к стрессорным воздействиям. Есть основания полагать, что половые различия в адаптивных возможностях системы кровообращения могут быть обусловлены половой спецификой кардиоваскулярной стресс-реактивности (Анищенко и др., 2000; Glynn, Christenfeld, Gerin, 1999; Azar, Sharp, Lawson, 2005). Однако, механизмы этих различий изучены крайне недостаточно. Между тем, исследования, выполненные на особях мужского пола выявили положительные корреляции между чувствительностью ССС к стрессам и индивидуальными особенностями вегетативных (Горбунова, 2000) и центральных механизмов регуляции ССС (Ульянинский, 1994; Федоров, 1997; Судаков, 2005), а также типом психоэмоциональной реактивности (Харитонова и др., 2000; Остроумова и др,. 2002; Lee, Watanuki, 2007). Показано, что половые гормоны могут быть важной детерминантой различной у мужчин и женщин предрасположенности к заболеваниям ССС (Мамбетова и др., 2000; Dubey, Jackson, 2001). Однако, в литературе нет единой точки зрения о модулирующем влиянии половых гормонов на кардиоваскулярную чувствительность к стрессам. Наряду с генетическими факторами, ключевую роль в формировании адаптационных возможностей организма играют и факторы внешней среды. Стрессы, воздействующие на организм в критические периоды индивидуального развития, оказывают долговременные и зависимые от пола влияния на нейроэндокринную стресс-реактивность у взрослого потомства (Резников и др., 2004; Weinstock, 2001; McMillen, Robinson, 2005). Вместе с тем вопрос о том, в какой степени пренатальный стресс (ПС) может "программировать" реактивность ССС у взрослых особей, остается неизученным.Таким образом, следует признать, что несмотря на проводимые экспериментальные и клинические исследования половых различий в кардиоваскулярной стресс-реактивности и стресс-устойчивости, многие аспекты этой проблемы оцениваются неоднозначно: требуют уточнения вопросы взаимоотношения средовых и физиологических факторов, в числе последних - гормональных и психо-вегетативной механизмов.Цель и задачи исследования: Цель настоящей работы - изучить половые особенности процессов стресса и адаптации ССС человека и животных к разнообразным стрессорным воздействиям, провести анализ факторов, детерминирующих половые различия в кардиоваскулярной стресс-реактивности и стресс-устойчивости.В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:Изучить закономерности функционального реагирования ССС юношей и девушек на стрессы разной модальности с использованием физиологических и математических подходов.Оценить у юношей и девушек роль психоэмоциональных факторов в реализации кардиоваскулярных реакций и их вегетативной регуляции при учебных стрессорных ситуациях.Исследовать половые особенности вегетативных механизмов регуляции ССС в условиях покоя и стресса, изучив кардиоваскулярные показатели у самок и самцов крыс в условиях фармакологической блокады адренергических и холинергических влияний на ССС.Оценить с учетом полового фактора характер патогенетической взаимосвязи между стресс-реактивностью и стресс-устойчивостью ССС, изучив половые особенности кардиоваскулярной чувствительности и устойчивости к стресс-индуцированным повреждениям миокарда у крыс.Определить роль половых гормонов в обеспечении половых различий в функционировании ССС в условиях покоя и стресса, изучив кардиоваскулярные показатели у интактных, гонадэктомированных животных обоего пола, а также у неонатально андрогенизированных самок крыс.Исследовать долговременные эффекты пренатального стресса на кардиоваскулярную стресс-реактивность у взрослого потомства крыс обоего пола.Научная новизна. В исследованиях на людях и крысах впервые проведено систематическое изучение половых особенностей чувствительности ССС к разнообразным по силе и продолжительности стрессорам. Полученные данные свидетельствуют о более благоприятной стрессорной динамике кардиоваскулярных реакций у женских особей по сравнению с мужскими. В исследованиях на людях впервые показано, что у женщин уровень личностной тревожности и характер переживаемых при стрессе эмоций, играют роль модулятора кардиоваскулярной стресс-реактивности.В исследования на крысах впервые установлены более выраженные в женском организме симпато-парасимпатические влияния на сердечный ритм, что может обеспечивать более точные и адекватные реакции ССС на стрессорные воздействия. Получены оригинальные данные о возможности моделирования на животных половых различий в устойчивости ССС к стрессорным повреждениям. Впервые выявлены половые различия в регуляции метаболизма биогенных аминов при стрессе: у самцов уровни эндогенного блокатора моноаминоксидазы Б - изатина - в крови и тканях сердца и мозга были значительно выше, чем у самок. Эти данные, наряду с обнаруженными в экспериментах in vitro цитотоксическими эффектами изатина, позволяют предположить, что пониженная устойчивость мужских особей к кардио - и цереброваскулярным повреждениям стрессорного генеза может, в определенной степени, обеспечиваться более высокими в мужском организме стрессорными уровнями изатина.Впервые проведены систематические исследования роли половых гормонов в реализации половых различий в кардиоваскулярной активности в покое и при стрессе. В экспериментах на гонадэктомированных крысах обоего пола выявлены модулирующие влияния половых гормонов на ССС, которые в значительной степени опосредуются через холинергический уровень регуляции. Новыми являются данные о влиянии половых гормонов в период половой дифференцировки мозга на формирование половых особенностей кардиоваскулярной стресс-реактивности. Впервые показано, что стресс в раннем онтогенезе приводит к значительным и необратимым изменениям в чувствительности ССС к стрессам у взрослых потомков и оказывает модифицирующие влияния на половые особенности кардиоваскулярной стресс реактивности.Научно-практическая значимость работы. Проведенные исследования свидетельствуют о значительных половых различиях в адаптации ССС к средовым стрессорам разной модальности и продолжительности. Половые различия в кардиоваскулярной стресс-реактивности проявляются в экспериментах на животных и людях и обеспечиваются половыми особенностями вегетативных механизмов регуляции, а также разной у мужских и женских особей ролью психоэмоциональных факторов в реализации реакций ССС и их вегетативной регуляции при стрессе. Обнаруженные факты представляют несомненную важность для понимания механизмов, детерминирующих половые различия в чувствительности ССС к стрессам и устойчивости к заболеваниям стрессорного генеза. Полученные данные о значительных половых различиях в чувствительности к фармакологическим кардиотропным препаратам - адрено - и холиноблокаторам, служат основанием для рекомендации дифференцированного подхода к женскому и мужскому организму при испытании лекарственных средств и проведении лечебных мероприятий. Установлено, что женские и мужские половые гормоны оказывают кардиопротективный эффекты в покое и при стрессе, а их дефицит приводит к ухудшению адаптационных возможностей ССС у особей обоего пола. Эти данные могут представлять практический интерес при профилактике и лечении возрастных кардиоваскулярных нарушений посредством гормональной заместительной терапии. Изучение состояния ССС и нейроэндокринной функции взрослых животных, матери которых были подвергнуты во время беременности стрессу, представляет несомненную важность для практической медицины. Исследование этой проблемы актуально для обоснования параметров здорового образа жизни беременных женщин, а также поиска путей ранней диагностики и профилактики сердечно-сосудистых заболеваний.Апробация работы. Материалы исследования были доложены и обсуждены на отечественных и международных научных конференциях: Всероссийской научной конференции, посвященной 150-летию И.П. Павлова (Санкт-Петербург, 1999), Международном симпозиуме, посвященному Е.В. Науменко (Новосибирск, 1999), Всероссийской конференции "Нелинейные Дни в Саратове для молодых-2000" (Саратов, 2000), 5 Всероссийской конференции "Нейроэндокринология-2000" (Санкт-Петербург, 2000), 10th European Meeting on Hypertension (Goteborg, 2000), 3rd International Congress on Stress (Dublin 2000), 11th European Meeting on Hypertension (Milan 2001), II Российской конференции "Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины" (Москва, 2001), 5th International Congress of Neuroendocrinology (Bristol, 2002), 4th World Congress on Stress (Edinburgh, 2002), Международной конференции “Индивидуальные различия в поведении и физиологии” (Eriche, 2003), 13th European Meeting on Hypertension (Milan, 2003), 2nd International conference on "Developmental origins of adult diseases" (Brighton, 2003), 5th International Сongress on Stress (London, 2004), 3rd International conference on "Developmental origins of adult diseases" (Toronto, 2005), Meeting of The Physiological Society & FEPS (Bristol, 2005).Публикации. По материалам диссертации опубликовано 50 научных работ, в том числе в рекомендованных ВАК РФ - 13.Декларация личного участия автора. Экспериментальные исследования выполнялись автором лично, либо при его непосредственном участии в коллективных работах (Проект Минобразования России-РД 02-1.4 261 и Программа "Фундаментальные исследования и высшее образование"). В совместных публикациях вклад автора составил 50-100%.Объем и структура работы. Диссертация изложена на 297 страницах текста, содержит введение, 6 глав, заключение, выводы и библиографический список, включающий 133 отечественных и 336 иностранных источника. Работа иллюстрирована 65 рисунками и 19 таблицами.Основные положения, выносимые на защиту.Благоприятная стрессорная динамика кардиоваскулярных реакций в сочетании с высокой скоростью восстановительных процессов обуславливают более эффективную в женском организме адаптацию ССС к психоэмоциональным стрессам.Половые различия в кардиоваскулярной стресс-реактивности у человека обеспечиваются разной у мужчин и женщин ролью психоэмоциональных факторов в реализации стрессорных реакций. У женщин изменения показателей гемодинамики и вегетативного гомеостаза при стрессах имеют более дифференцированный характер, и в большей степени зависят от психоэмоционального статуса и знака переживаемых эмоций.Половые различия в чувствительности ССС к стрессорным воздействиям у крыс опосредуются через вегетативные механизмы регуляции, за счет более выраженных в женском организме модулирующих влияний симпатической и парасимпатической систем на сердечный ритм в покое и при стрессе.Половые гормоны играют принципиальную роль в обеспечении половых особенностей кардиоваскулярной стресс-реактивности. В раннем онтогенезе у крыс половые гормоны оказывают программирующие влияния на процессы половой дифференцировки мозга, детерминируя "мужской" или "женский" тип стресс-реактивности ССС. У взрослых животных модулирующие влияния эстрогенов и андрогенов осуществляются через вегетативный уровень регуляции и направлены на ограничение кардиоваскулярной активности в условиях покоя и стресса.Стресс, действующий в раннем онтогенезе, оказывает долговременные и зависимые от пола влияния на кардиоваскулярную стресс-реактивность, вызывает морфофункциональные изменения в нейропептидергических механизмах регуляции ССС. Материалы и методы исследованияВ исследованиях на людях приняли участие 391 студент Саратовского госуниверситета (204 девушки и 187 юношей) в возрасте 17-23 лет. В качестве стрессорных воздействий, близких к средовым ситуациям и адекватных социо-биологическим особенностям человека использовали несколько моделей: шумовое воздействие, сочетание шума с умственным напряжением, решение задач в условиях дефицита времени, а также сдача экзамена. Для выяснения роли эмоционального состояния в реализации ССС реакций на стресс, исследовали показатели гемодинамики и вегетативного гомеостаза у студентов обоего пола во время сдачи экзамена. В зависимости от знака переживаемых эмоций все участники были разделены на следующие группы: 1 - студенты, неудовлетворенные полученной оценкой; 2 - студенты, удовлетворенные результатами экзамена. Для учета личностных психологических особенностей студентов использовался опросник Дж. Тейлор, адаптированный Н.Г. Норакидзе (Норакидзе, 1975). На основании результатов тестирования были сформированы группы: девушки и юноши с высоким, средним и низким уровнем личностной тревожности.Измерение систолического и диастолического артериального давления (САД, ДАД) осуществлялось по методу Короткова. Регистрировался ЭКГ - сигнал во II стандартном отведении и последовательность кардиоинтервалов (R-R интервалов) с помощью цифрового кардиографа VDC-804 (Волжские передовые технологии, Россия). Для оценки состояния вегетативной нервной системы (ВНС) использовали методы математического анализа вариабельности ритма сердца (ВРС) (Баевский и др., 1996). Вычислялись следующие показатели ВРС: стандартное отклонение R-R интервалов (СО), вариационный размах (ДХ), амплитуда моды (АМо), автокорреляционная функция (АКФ), мощность высокочастотных (ВЧ) и низкочастотных (НЧ) колебаний длительности R-R интервалов (программа "Кардионет", Волжские передовые технологии, Россия).В исследованиях на животных использовали половозрелых самок и самцов беспородных крыс (n=320) и крыс линии Sprague-Dawley (n=100). Эксперименты выполнялись в соответствии с принципами Хельсинской декларации о гуманном отношении к животным. В качестве эмоционального стресса (ЭС) использовали ограничение движения животных в плексиглазовом пенале в течение 30 минут. Воздействие эмоционально-болевого стресса (ЭБС) моделировали с использованием жесткой иммобилизации животных продолжительностью 60 мин. Комбинированное воздействие иммобилизации и прерывистого звука силой 100 дБ в течение 120 минут (Романова, 1989) применяли для изучения влияния тяжелого стресса. В качестве модели пренатального стресса использовали сочетанное воздействие иммобилизации беременных самок, интенсивного освещения и повышенной температуры (Ward et al., 1984).Для исследования половых особенностей вегетативных механизмов регуляции ССС анализировали кардиоваскулярные эффекты атропина сульфата (0,2мг/100г веса) и пропранолола (0,1 мг/100г веса) в покое и при иммобилизационном стрессе. Исследования роли половых гормонов в обеспечении половых различий в кардиоваскулярной стресс-реактивности проводились на гонадэктомированных самках и самцах, а также на неонатально андрогенизированных самках крыс. Оперативное удаление половых желез выполняли под нембуталовым наркозом (45 мг/кг) по методу Я.Д. Киршенблата (1969). Маскулинизация мозга проводилась путем подкожного введения тестостерона пропионата (1мг) новорожденным самкам крыс в область головного мозга.Для регистрации сигналов артериального давления (АД) и введения фармакологических препаратов крысам имплантировали катетеры в бедренную артерию и вену (Мурашев, Медведев, Давыдова 1992). Непрерывная регистрация параметров гемодинамики осуществлялась с помощью датчика (Coulbourn Instruments, СШA) и измерительного комплекса PowerLab/400 ML401 (ADInstruments, Австралия). Запись суточных показателей ССС и двигательной активности производили с помощью имплантированных в брюшную аорту крыс радиотелеметрических датчиков (Data Science International, США) и измерительного комплекса (Dataquest IV, США). При тестировании чувствительности сердечного компонента барорефлекса (Kent et al., 1972) регистрировали частоту сердечных сокращений (ЧСС) и среднее АД (ср. АД) при внутривенном болюсном введении фенилэфрина (1, 2, 4 мкг/кг) и нитропруссида (5, 10,20 мкг/кг). Исследования сосудистой функции на артериях брыжейки проводили с использованием миографа (Danish Myotechnology, Дания), согласно протоколу (Mulvany, Halpern, 1977). Регистрировали степень напряжения сосудистой стенки при действии норадреналина (10-6-10-8 М), фенилэфрина (10-5-10-9 М), нейропептида У (10-6-10-9 М), добутамина (10-5-10-9 М), ацетилхолина (10-5-10-9 М) и оксида азота (10-4-10-7М).В экспериментах с использованием тяжелого стресса степень повреждения миокарда оценивали с помощью гистологических и гистохимических методов. Гормональную чувствительность определяли по степени увеличения концентрации кортикостерона в плазме крови радиоиммунным методом (IDS, Великобритания). При исследовании метаболизма биогенных аминов измеряли содержание изатина в крови и тканях крыс методом обращенно-фазовой жидкостной хроматографии высокого разрешения. В экспериментах in vitro тестировали цитотоксические эффекты изатина на модели культуры человеческих дофаминергических нейронов SH-SY5Y. Жизнеспособность клеток оценивали по стандартному МТТ тесту. Апоптоз клеток определяли методом проточной цитометрии на лазерном анализаторе FACScan Cytometer (Becton. Dickinson, США).
