Компоненты сфингомиелинового цикла и активность нейтральной сфингомиелиназы печени крыс на различных фазах голодания

-b

и первые два уравнения системы (3) выполняются

р2 + b2

тождественно. Третье уравнение этой системы принимает вид: p2dty = -bdz. Это уравнение отражает тот факт, что асимптотическое направление ортогонально полю a. Причем, любое направление, ортогональное полю a, является асимптотическим, то есть распределение Д2, ортогональное полю a, является плоским.

Имеем винтовые линии, располагающиеся на соосных цилиндрах, которые бесконечное число раз обвиваются вокруг соответствующего цилиндра. При этом с каждым витком любая из винтовых линий поднимается на высоту 2nb. Если b = const, то есть не зависит от р2, то любое направление, ортогональное вектору, являющимся касательным к любой винтовой линии, будет асимптотическим. Это будет выполняться в любой точке, где расположено семейство винтовых линий. Тем самым, в данной области будет определено распределение, все направления которого являются асимптотическими. Заданное распределение является плоским. Полученный результат сформулируем в виде следующего вывода: распределение Д2 в евклидовом пространстве E3 является плоским тогда и только тогда, когда линии нормальной конгруэнции к нему будут винтовыми линиями, которые с каждым витком поднимаются на одну и ту же постоянную высоту.

Используем приведенную выше теорию для изучения геометрии линий тока крови, когда кровь движется турбулентно и линии тока являются винтовыми линиями.

При ламинарном движении крови по сосуду распределение скоростей по сечению сосуда носит параболический профиль. В случае турбулентного течения профиль распределения скоростей становится практически вертикальным. Ввиду этого средняя скорость движения крови оказывается почти постоянной по всему сечению сосуда и только в незначительном слое около стенок сосуда, благодаря прилипанию, скорость начинает уменьшаться. Профиль скоростей выглядит следующим образом:

Рис. Профиль скоростей при турбулентном движении крови.

В данном случае считаем, что скорость крови по абсолютной величине постоянна при данном турбулентном движении, при котором линии тока представляют собой винтовые линии, лежащие на цилиндрах, не зависит от радиуса цилиндра, по которому движется рассматриваемая частица крови или на котором расположена соответствующая винтовая линия.

В формулах (1) в качестве Ь возьмем модуль вектора скорости V. Тогда полная кривизна векторного поля скорости крови будет иметь вид:

K =

-v(p2v' - v) v2 (Р + v2)2 = (Р + v2)2 '

так как v = 0 ввиду наложенного выше условия о постоянстве модуля скорости v.

Величина неголономности вектора скорости крови v вычисляется следующим образом: (v rotv) = 2v.

' 2v

(ез, rote3) = —--

p + v2

Ввиду того, что v ф 0 во всем рассматриваемом участке сосуда, то из формулы (8) следует, что поле вектора e3 будет него-лономным и для него не существует семейства поверхностей таких, что в каждой точке вектор поля направлен по нормали к поверхности семейства, проходящей через эту точку. Значит, данное векторное поле будет ортогонально распределению Д2, которое не является голономным.

Направление смещения dx, принадлежащее распределению Д2 и ортогональное векторному полю e3 , будет асимптотическим,

если нормальная кривизна этого поля в направлении dx равна нулю. Отсюда следует, что асимптотическое направление определяется из векторного уравнения: [e3 de3] = /dx где / g R.

Аналогично тому, как это делалось несколько выше, находится уравнение, из которого определяется ц:

/ +

Корни уравнения (9) находятся следующим образом:

-(аз,rofe3)± J(ёз,rote3f - 4K (10) /2 =-2-

Из формул (9) и (10) легко видно, что (е3 fOte3 )2 - 4K = 0, то есть ц=ц2. Тогда, с учетом того, что

[е3 de3] =/dX, любое направление, ортогональное полю ез и

принадлежащее распределению Д2, является асимптотическим, то есть распределение Д2 будет плоским.

Теорема. Если турбулентное движение крови имеет в качестве линий тока винтовые линии, то данные винтовые линии ортогональны плоскому распределению, тем самым турбулентному движению крови в участке сосуда, линии тока которого представляют собой винтовые линии, соответствует плоское распределение и наоборот.

Замечание. Здесь нужно помнить, что не зависимо от радиуса цилиндра, на котором лежит винтовая линия, частица крови будет подниматься на постоянную высоту.

Заключение. Изучение турбулентного движения крови, основывающееся на геометрии интегральных линий векторного поля скорости крови, можно проводить, основываясь не только на геометрии поверхностей, но и на геометрии распределений, а также на геометрии нормальной конгруэнции линий к распределению. Такой подход, во многом, позволяет облегчить задачу рассмотрения такого сложного движения крови как турбулентное, которое имеет место в сердце, при выбросе крови из сердца, в местах разветвления сосудов, при патологических изменениях в сосудах, а также в тех случаях, когда число Рейнольдса по каким-либо причинам превышает критическое значение.

Литература

1. Кузнецов, Г.В. Моделирование гемодинамических процессов в «геодезических» сосудах при движении крови с завихрениями / Г.В. Кузнецов, А.А. Яшин//ВНМТ.- 1998.- Т.5, № 34.- С. 32-34.

2. Кузнецов, Г.В. Моделирование движения крови с завихрениями в случае наличия поверхностей полной энергии / Г.В. Кузнецов// ВНМТ.- Т.7, № 3-4.- С. 49-50.

3. Кузнецов, Г.В. Математическая гемодинамика: Монография / Г.В. Кузнецов, А. А. Яшин / НИИ НМТ, 2002.- 280 с.

STUDYING THE TURBULENCE OF BLOOD FLOW

ON THE BASIS OF ITS STRUCTURAL CHARACTERISTICS

G.V. KUZNETSOV

All-Russia Correspondence Financial and Economic Institute, Chair of Mathematics and Information Science

The article highlights the stationary whirl of blood flow, lines of flow, the velocities of which being screw lines. Normal congruence of lines to flat distribution in three-dimensional Euclidean space is considered.

Key words: turbulence of blood flow, plaques, screw lines, coaxial cylinders, flat distribution, integrated lines of blood velocity vector.

УДК 577.125:591.436:612.391

КОМПОНЕНТЫ СФИНГОМИЕЛИНОВОГО ЦИКЛА И АКТИВНОСТЬ НЕЙТРАЛЬНОЙ СФИНГОМИЕЛИНАЗЫ ПЕЧЕНИ КРЫС НА РАЗЛИЧНЫХ ФАЗАХ ГОЛОДАНИЯ

П.Г.БУРОВ, Д.И.КУЗЬМЕНКО, В.Ю.СЕРЕБРОВ*

Статья посвящена исследованию динамики голодания крыс без ограничения доступа к питьевой воде. Изучались содержание основных компонентов сфингомиелинового цикла, активность его ключе-

ГОУ ВПО Сибирский государственный медицинский университет Мин-здравсоцразвития России, 634050, Россия, г. Томск, ул. Московский тракт, 2

вого фермента - нейтральной сфингомиелиназы в печени, а также

изменение некоторых эндокринно-метаболических показателей в

сыворотке крови.

Ключевые слова: сфингомиелиновый цикл, голодание, метаболическая адаптация печени крыс.

Формирование системного структурного следа долговременной фенотипической адаптации неразрывно связано с процессом оптимизации состава клеточной популяции органов и тканей, доминирующих в реакциях приспособления к изменившимся условиям существования организма [2]. Важную роль в этом играет апоптоз [7], одним из регуляторов которого являются компоненты сфингомиелинового цикла (СМ-цикла), обладающие свойствами вторичных посредников. В первую очередь это: про-апоптотик церамид и сфингозин-1-фосфат - активатор пролифе-ративных процессов [3]. Имеются сведения о том, что компоненты СМ-цикла активно участвуют в адаптации энергетического обмена скелетных мышц [6]. Этот важный аспект в отношении метаболической адаптации печени остается не изученным. Вопрос представляет несомненный интерес, поскольку печень играет ключевую роль в обеспечении энергетического гомеостаза на уровне целостного организма при изменениях его функционального состояния различного генеза. Не является исключением состояние голодания. Интерес к изучению роли различных сигнальных систем в адаптивном ответе печени на голодание обусловлен потребностью создания технологий лечебного голодания нового поколения, которые должны стать не только средством более эффективной профилактики и борьбы с избыточной массой тела, но занять достойное место в комплексной коррекции состояния организма больных, страдающих сердечно-сосудистой патологией, сахарным диабетом и злокачественными новообразованиями [13]. В норме апоптоз гепатоцитов регулируется с помощью transforming growth factor ß1 [10]. Природа проапопто-тического сигнала в печени в условиях её функционального напряжения не изучена.

Цель исследования — изучение содержания важнейших метаболитов СМ цикла и активности его ключевого фермента в печени крыс на I и II фазах голодания. Эти фазы голодания представляют наибольший интерес, в связи с тем, что именно на этих сроках происходят, соответственно, мобилизация адаптивных механизмов и реализация метаболической адаптации печени [8]. III фаза голодания, которая быстро трансформируется в необратимую стадию процесса, завершающуюся летальным исходом, представляет меньший интерес.

Материалы и методы исследования. Исследования проведены на самцах крыс Вистар массой 140-160 г, полученных из вивария Сибирского государственного медицинского университета. Содержание, питание, уход за животными и выведение их из эксперимента осуществляли в соответствии с требованиями правил проведения работ с использованием экспериментальных животных (приложение к приказу Министерства высшего и среднего специального образования СССР № 742 от 13.11.1984). Методом случайной выборки были сформированы группа «контроль» (интактные крысы, n=15) и четыре группы «опыт» (в каждой n=15), которых подвергали голоданию без ограничения доступа к питьевой воде в течение 1, 2, 3 суток (I фаза) и 6 суток (II фаза голодания) [8]. Печень перфузировали in situ ледяным 0,9 % раствором NaCl через v. portae. Материалами для исследования служили 10% (масса: объем) гомогенат печени и сыворотка крови. Липидный экстракт из гомогената получали методом Фолча. Количество общих липидов в экстракте определяли гравиметрическим методом. Содержание компонентов СМ-цикла оценивали методом тонкослойной хроматографии в системе растворителей толуол:метанол (7:3). Использованы пластины «Sorbfil» (ЗАО Сорбполимер, Россия), сорбент - силикагель марки СТХ-1А толщиной 110 мкм (зернение 5 -17 мкм). В качестве свидетелей использовали стандартные растворы (1 мг/мл) соответствующих сфинголипидов: сфингомиелина, сфингозина и церамида («Sigma-Aldrich», США). Активность ключевого фермента СМ цикла - нейтральной сфингомиелиназы (нСМазы) в печени определяли по скорости убыли субстрата (сфингомиелина), избирательный гидролиз которого катализирует нСМаза [1], активность исполнительной каспазы-3 в печени определяли по [9] с применением искусственного флуоригенного субстрата N-acetyl-(Asp-Glu-Val-Asp)-7-amino-4-methylcoumarin ("Sigma-Aldrich", США). Интенсивность флуоресценции продукта amino-4-methylcoumarin (AMC) измеряли при длине волны 430 нм на флуориметре «ФЛЮОРАТ 02 АБЛФ-Т Люмэкс» (Россия), (длина волны возбуждения флуоресценции - 360 нм). В сыворотке крови определяли концентрацию кортикостерона (Corticosterone EIA Kit, "Cayman Chemical", США), фактора некроза опухоли-а (Rat TNFa ELISA Kit, «Thermo Scientific», США), неэстерифициро-ванных жирных кислот (НЭЖК) [4]. Поскольку выборка данных не подчинялась закону нормального распределения, нами был использован непараметрический критерий Вилкоксона. Стати-

стическую обработку проводили с использованием пакета программ Statistica 6.0. Критический уровень значимости (р) при проверке статистических гипотез в данном исследовании принимали равным 0,05. Результаты представлены в формате M ± m , где М — выборочное среднее, т (SEM) - ошибка среднего.

Результаты и их обсуждение. Данные, характеризующие динамику содержания компонентов СМ-цикла в печени крыс при голодании, представлены в табл. 1. На разных сроках голодания в печени наблюдали фазные изменения содержания компонентов СМ-цикла. Для сфингомиелина (СМ) была характерна тенденция к снижению концентрации по сравнению с контролем в начальные сроки голодания (на 1 и 2 сутки) и достоверное увеличение на 32% на 6 сутки (р<0,05). Содержание сфингозина в печени голодавших животных было понижено: достоверные сдвиги по сравнению с контролем наблюдали на 1, 2 и 6 сутки эксперимента (р<0,05). Содержание церамида на 1 и 2 сутках голодания уменьшалось (достоверное снижение по отношению к контролю отмечено на 2 сутки голодания, (р <0,05) в то время как на 3 и 6 сутках наблюдения демонстрировало тенденцию к увеличению. С учетом того, что в СМ-цикле церамид образуется в результате ферментативного гидролиза мембранного сфингомиелина, а проявление регуляторных эффектов компонентов сфингомиелинового цикла определяется не их абсолютной концентрацией, а соотношением [11], нами был вычислен индекс, который представлял собой отношение содержания церамида к содержанию СМ в печени животных (церамид/СМ). Как следует из табл. 1, индекс оказался достоверно повышенным в 1,6 раза по сравнению с контролем на 3 сутки голодания (р<0,05).

Таблица 1

Изменение содержания компонентов сфингомиелинового цикла в печени крыс

Показатель Контроль (n=15) Голодание, сутки

1

СМ 46,63 ±3,40 29,70±5,48 39,30±3,96 41,77±2,73 61,61±5,45*

Сфингозин 8,17±1,28 1,74±0,69* 4,05±0,53* 5,74±0,39 3,82±0,23*

Церамид 11,93±1,34 7,74± 2,34 9,28±0,87* 12,5±0,98 12,51±0,90

Церамид / СМ 0,20±0,02 0,29± 0,11 0,28± 0,04 0,32±0,02* 0,21±0,03

Примечание: СМ - сфингомиелин. Здесь и в табл. 2 и 3, п - число животных в соответствующих группах. * - р<0,05 - достоверные изменения по сравнению с контролем.

В табл. 2 представлена динамика активности ключевого фермента сфингомиелинового цикла - нСМазы в печени крыс. Максимальное и достоверное увеличение по сравнению с контролем активности нСМазы в 2,2 раза по сравнению с контролем (р<0,05) приходилось на 3 сутки голодания. Сопоставление динамик индекса церамид/СМ (табл. 1) и активности ключевого фермента СМ цикла - нСМазы (табл. 2) выявило взаимное соответствие между этими показателями: максимумы совпадали по времени, что пришлось на 3 сутки.

Таблица 2

Изменение активностей нейтральной сфингомиелиназы

Показатель Контроль (n=15) Голодание, сутки

1

Нейтральная сфингомие-линаза 5,93±0,85 9,73±2,41 5,59±1,68 13,05±1,45* 8,68±1,11

Каспаза-3 0,67±0,08 0,84±0,09 0,76±0,01 1,35±0,30* 0,98±0,16

Примечание: * P<0,05 - достоверные изменения по сравнению с контролем.

Одним из естественных активаторов нСМазы является поливалентный цитокин - фактор некроза опухоли-а (ФНО-а) [15]. Голодание формирует стойкое повышение концентрации глюко-кортикоидов в крови, которые определяют продукцию и содержание в крови ФНО-а [5]. Известно, что в образовании ФНО-а значительный вклад вносит жировая ткань, причем продукция цитокина зависит от её массы, которая при голодании претерпевает существенные изменения [12]. Учитывая это, мы изучили динамику концентраций кортикостерона и ФНО-а в сыворотке крови экспериментальных животных (табл. 3). Оказалось, что уже на ранних сроках голодания (1 и 2 сутки) имела место тенденция к росту концентрации ФНО-а в сыворотке крови. Достоверный прирост концентрации цитокина по сравнению с контролем наблюдали на 3 (в 1,22 раза; р<0,05) и 6 (в 1,3 раза; р<0,05) сутки эксперимента.

Таблица 3

Изменение концентрации кортикостерона

Показатель Контроль (n=15) Голодание, сутки

1

Кортикостерон 0,683+0,036 0,981+0,063** 1,040+0,064** 1,030+0,050** 0,995+0,023**

ФНО-а 0,150+0,008 0,152+0,011 0,171+0,020 0,183+0,014 * 0,192+0,017 *

НЭЖК 0,195+0,031 0,736+0,064* 0,669+0,082* 0,742+0,049* 0,649+0,059**

Примечание: * - P<0,05; ** - P<0.01 достоверные изменения по сравнению с контролем

Наши результаты дают основание полагать, что закономерные изменения содержания метаболитов СМ цикла в печени голодавших животных обусловлены фазным изменением активности ключевого фермента цикла - нСМазы. Фермент активировался на 3 сутки голодания, что приводило к закономерному сдвигу баланса между метаболитами СМ цикла, и, соответственно, к достоверному увеличению индекса церамид/СМ на 3 сутки эксперимента. Динамика концентрации ФНО-а в крови голодавших крыс свидетельствовала о том, что цитокин мог быть одним из факторов, участвующих в активации нСМазы. Дополнительным свидетельством в пользу того, что на 3 сутки голодания в печени крыс формируются условия для активации нСМазы, являются наши результаты о том, что концентрация НЭЖК в крови голодавших животных быстро нарастала, достигая максимальной значений на 3 сутки (табл. 3). Это согласуется с данными литературы, согласно которым усиливающийся поток НЭЖК в печень также может оказывать активирующее воздействие на ключевой фермент СМ-цикла [3].

ФНО-а, наряду с другими биоактивными молекулами, активирует нСМазу, что лежит в основе запуска церамид-опосредованной проапоптотической сигнализации в клетках различных типов [11]. Одними из признанных биохимических маркеров перехода процесса апоптотической гибели клеток в свою завершающую стадию, является активация исполнительных каспаз-3, -6 и -7 [14]. Принимая во внимание эти обстоятельства, мы изучили динамику активности исполнительной каспазы-3 в печени голодавших крыс (табл. 2). Как следует из данных табл. 2, активность исполнительной каспазы-3 демонстрировала тенденцию к росту, начиная с 1 суток голодания. Максимальная активность фермента была зарегистрирована на 3 сутки голодания (повышение в 2 раза по сравнению с контролем (р<0,05). К 6 суткам эксперимента активность каспазы-3 уменьшалась, оставалась в 1,5 раза выше таковой в контроле.

Таким образом, наши результаты свидетельствуют о том, что одним из элементов перестройки метаболизма печени к завершению I фазы голодания является активация СМ-цикла. В результате этого формируются условия для проявления церамид-опосредованной проапоптотической сигнализации, которая, по-видимому, участвует в адаптивной оптимизации клеточной популяции печени и является одним из элементов системного структурного следа адаптации органа, реализующейся на II фазе голодания.

Выводы.

1. Наибольшая активность нейтральной сфингомиелиназы в печени крыс была отмечена на 3 сутки голодания (превышение контрольного значения в 2,2 раза; p<0,05).

2. На этот же срок эксперимента пришелся максимум отношения содержания церамида к сфингомиелину, которое в 1,6 раза превышал таковое в контроле (p<0,05).

3. Максимум активности исполнительной каспазы-3 в печени крыс пришелся на 3 сутки голодания: активность фермента в 2 раза превышала контроль (p<0,05).

4. К третьим суткам эксперимента (завершение I фазы голодания) в печени животных формировались условия для проявления церамид-опосредованной проапоптотической сигнализации.

Литература

1. Бабенко, Н.А. Биохимия / Н.А. Бабенко.- 1991.- Т. 56.-вып. 2. С. 367-353

2.Меерсон, Ф.З. Адаптация к стрессорным ситуациям и физическим нагрузкам / Ф.З. Меерсон, М.Г. Пшенникова.- М.: Медицина, 1988.- 256 С.

3. Bartke, N. J. Lipid Res / N. Bartke, Y.A. Hannun.- 2009.-Vol. 50.- P. S91-S96.

4. Duncomb, W. Clin. Chim. Acta / W. Duncomb.- 1964. Vol. 9.- N 1.- P. 122-131.

5. J. Immunol / G. Fantuzzi [et al.].- 1995.- Vol. 155.- P. 35523555.

6. Exp. Physiol / J.W. Helge [et al.].- 2004.- Vol. 89.- N 1.-P. 119-127.

7. Kiechle, L..Clin. Chim. Аcta / L. Kiechle, X. Zhang.- 2002.-Vol.326.- P.27-45.

8. Biochem. Biophys. Res. Commun / Li Rong-Ying [et al]. 2006.- Vol. 344.- P. 562-570.

9. Nicholson, D.W. Cell Death and Differentiation / D.W. Nicholson.-1999.- Vol. 6.- P. 1028-1042

10. Proc. Natl. Acad. Sci. USA / Oberhammer F. A. [et al.].-1992.- Vol. 89.- P. 5408-5412.

11. Ruvolo, P.P. Pharmacol.Res / P.P. Ruvolo.- 2003.-Vol. 47.- P. 383-392.

12. J. Endocrinology / Sewter C.P. [et al.].- 1999.- Vol. 163.-P. 33-38.

13. Varady, K.A.. Am. J. Clinical Nutrition / K.A. Varady, M.K. Hellerstein.- 2007.- Vol. 86.- P. 7-13.

14. Walczak, H. Exp. Cell. Res / H. Walczak, P.H. Krammer.-2000.- Vol. 256.- P. 58-69.

15. Biochim. Biophys. Acta / Zheng W. [et al.].- 2006.-Vol. 1758. P. 1864-1884.

THE COMPONENTS OF SPHINGOMYELINOSIS CYCLE AND NEUTRAL SPHINGOMYELINASE ACTIVITY OF RATS' LIVER AT VARIOUS PHASES OF STARVATION

P.G. BUGROV, D.I. KUZMENKO, V.YU. SEREBROV Siberian State Medical University, Tomsk

The article concerns the studies of starvation dynamics at rats without restriction of access to drinking water. The contents of basic components of sphingomyelinosis cycle, activity of its key enzyme -neutral sphingomyelinase in the liver as well as changes of some endocrine and metabolic indices in blood serum were studied.

Key words: sphingomyelinosis cycle, starvation, rats' liver metabolic adaptation

УДК 611.34

ИНДЕКС ЖИЗНЕСПОСОБНОСТИ ШОВНОЙ ПОЛОСЫ ПРИ КИШЕЧНОЙ ПЛАСТИКЕ МОЧЕВОГО ПУЗЫРЯ В КРИТИЧЕСКИХ ЗОНАХ

Р.А. АХМЕДОВ*, М.Р. РАМАЗАНОВ*, Р.Х. ГАЛЕЕВ**, М.М. РАМАЗАНОВ*

Статья посвящена исследованию гемоциркуляции в шовных полосах анастомозов для предупреждения несостоятельности швов при

кишечной пластике мочевого пузыря в критических зонах.

Ключевые слова: критические зоны, несостоятельность швов.

До настоящего времени межкишечные анастомозы при кишечной пластике мочевого пузыря формируют без исследования гемоциркуляции в шовных полосах и без учета критических зон.

На основании анатомических исследований считали, что в критических зонах возникают нарушения кровоснабжения [5,6].

Вместе с тем несостоятельность швов межкишечных анастомозов при кишечной пластике мочевого пузыря колеблется от 6,9% до 28,5% [1,2].

Профилактика несостоятельности швов анастомозов при кишечной пластике мочевого пузыря является актуальной проблемой.

Цель исследования - исследование гемоциркуляции в шовных полосах анастомозов для предупреждения несостоятельности швов ишемического генеза при кишечной пластике мочевого пузыря в критических зонах.

Материалы и методы исследования. В работе приведены анализ 25 больных, которые перенесли кишечную пластику мочевого пузыря. Из них, 10 больных контрольной группы перенесли кишечную пластику мочевого пузыря без исследования гемо-циркуляции в зоне анастомозов и без учета критической зоны F. Trevs и 15 больных основной группы перенесли илеоцистопла-стику с учетом критической зоны F. Trevs и индекса жизнеспособности (10 больных) и сигмоцистопластику (5 больных) с учетом критической зоны P. Sudeck и с исследованием гемоциркуля-ции с помощью индекса жизнеспособности шовной полосы по формуле, предложенной М.Р. Рамазановым [4].

В эксперименте на 30 собаках выполнена кишечная пластика мочевого пузыря.

* Дагестанская государственная медицинская академия, Республика Дагестан, г. Махачкала, пл. Ленина,1

Оренбургский тракт, Республиканская клиническая больница, кафедра урологии Казанской медицинской академии, г. Казань.