Энергетический метаболизм, ионный гомеостаз и структура внутриклеточной воды эритроцитов в условиях действия низкочастотной вибрации

Доценко О.И.

Донецкий национальный университет,  Донецк, Украина

e-mail: dots_don@ukr.net

Вибрация относится к факторам, обладающим высокой биологической активностью. Однако действие вибрации на изолированные клетки и ткани до сих пор не является предметом специальных исследований, хотя каждому исследователю должно быть ясно, что механизм биологического действия вибрации, как и других видов механических колебаний, не может быть разгадан до тех пор, пока не будет изучено ее действие на клетки.

И цитоплазма, и мембрана клетки содержат сеть полноразвернутых белков, поляризующих и структурирующих воду в многослойные образования [1]. Участие воды в образовании единого водно-липидно-белкового комплекса клетки и ее сенсорная способность реагировать на слабые, в том числе и механические воздействия, предопределяет ее функцию преобразования слабых внешних сигналов в изменение состояния активности кислородзависимых реакций в клетке [2]. Активные формы кислорода (АФК), такие как супероксид-, гидроксил- радикалы и пероксиды, являющиеся промежуточными продуктами основного метаболизма, могут индуцировать окислительный стресс, который, в свою очередь, может приводить к изменениям и перестройкам в клетке. Известно, что генерация АФК при внешнем воздействии и усиление энергетического и пластического обмена при энергозависимом связывании кальция и уменьшении его концентрации в цитозоле вызывает переход геля в золь (разжижение цитоплазмы). Увеличение же концентрации кальция в цитозоле при его вхождении в клетку или высвобождении из внутриклеточных депо будет способствовать переходу золя в гель (желатинизации) [3].

В связи со сказанным выше, в докладе будет рассмотрено влияние   низкочастотной вибрации на ионный гомеостаз,  энергетический и окислительно-восстановительный метаболизмом эритроцитов in vitro.

Суспензия эритроцитов подвергалась вибрации в интервале частот
8 ¸ 32 Гц (интенсивность вибрации 75 ¸105 Дб) в течение 3-х часов.

 В качестве экспериментальных данных, характеризующих интенсивность энергетического обмена, использованы динамика изменений концентраций глюкозы, АТФ, 2,3-ДФГ и неорганического фосфата. Поток через пентозный путь характеризовали скоростью выделения CO₂, регистрируемого с помощью мембранного  CO₂–электрода и активностью глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы.

Интенсивность окислительно-восстановительных процессов характеризовали динамикой изменения концентраций восстановленного глутатиона и H₂O₂ в эритроцитах и изменением активности глутатионредуктазы.  Изменение внеклеточной концентрации ионов K⁺ и Ca²⁺ регистрировали с помощью ионселективных электродов. Об общем содержании калия в эритроцитах судили по его высвобождению после полного гемолиза, вызванного добавлением детергента.

Кинетику выхода осмотически активной воды клетки изучали методом светорассеяния.

Показано, что низкочастотная вибрация приводит к снижению содержания АТФ и повышению окислительной нагрузки на клетку. Рост окислительной нагрузки происходит при увеличении интенсивности вибрационного воздействия. Показано, что снижение концентрации АТФ и изменение структуры внутриклеточной воды приводит к десорбции ионов  K⁺ и выходу их из клетки. Обсуждается роль ионов Ca²⁺ в изменении объема эритроцитов при действии вибрации.

Предложен механизм влияния низкочастотной вибрации на процессы деструктурирования внутриклеточной воды, и, связанные с ними изменения активностей внутриклеточных ферментов.

Литература:

1.  Линг Г. Физическая теория живой клетки: незамеченная революция.– СПб.: Наука, 2008.– 376 с.

2.  Лобышев В.И.  Вода как сенсор слабых воздействий физической и химической природы // Рос. Хим. Ж.– 2007.- LI, № 1.

3.  Загускни С.Л. Внутриклеточные механизмы лазерной терапии // МИС–РТ.–2005.– № 36.

© Copyright 2008. All rights reserved. Contact to Victor Martynyuk: ubs@science-center.net  tel.: +38 050 6535592