| Разработка и оценка адекватности in vivo моделей для исследования сердечно-сосудистой системы
Диссертация
Автор: Мурашев, Аркадий Николаевич
Название: Разработка и оценка адекватности in vivo моделей для исследования сердечно-сосудистой системы
Справка: Мурашев, Аркадий Николаевич. Разработка и оценка адекватности in vivo моделей для исследования сердечно-сосудистой системы : диссертация доктора биологических наук : 03.00.13, 14.00.25 / Мурашев Аркадий Николаевич; [Место защиты: Ин-т теорет. и эксперим. биофизики РАН] - Пущино, 2007 - Количество страниц: 188 с. ил. Пущино, 2007 188 c. :
Объем: 188 стр.
Информация: Пущино, 2007
Содержание:
1 МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ У ЛАБОРАТОРНЫХ ГРЫЗУНОВ
11 Способы введения фармакологических веществ лабораторным животным (грызунам)
12 Методы регистрации артериального давления и частоты сердечных сокращений у лабораторных грызунов
13 Измерение центрального венозного давления
14 Измерение давления в левом желудочке сердца
15 Изучение параметров гемодинамики с помощью микросфер
16 Измерение среднего циркуляторного давления наполнения
17 Изучение тонической и рефлекторной кардиохронотропной регуляции
18 Метод изучения структурного компонента сопротивления сосудистого русла и периферической адренореактивности
19 Метод количественной оценки процессов фильтрации и реабсорбции жидкости в микрососудистом русле
2 КРЫСЫ SHR-SP КАК МОДЕЛЬ АРТЕРИАЛЬНОЙ ГИПЕРТОНИИ
21 Сравнительный анализ параметров сердечно-сосудистой системы у крыс W K y и SHR-SP
22 Изучение вопросов наследования гипертензии при скрещивании крыс SHR-SP и W K Y
23 Фармакологическая коррекция артериального давления у крыс SHR-SP с помощью гипотензивного препарата центрального действия моксонидина
3 НАРУШЕНИЕ РИТМА СЕРДЦА С П О М О Щ Ь Ю ЭНДОТЕЛИНА И БЛОКАДЫ NO-СИНТАЗЫ У КРЫС И М Ы Ш Е Й О
4 МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЛОБАЛЬНОЙ И Ш Е М И И ГОЛОВНОГО МОЗГА НА КРЫСАХ SHR-SP
5 МОДЕЛЬ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТРАНСКАПИЛЛЯРНОГО ОБМЕНА ЖИДКОСТИ У НАРКОТИЗИРОВАННЫХ КРЫС
6 ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КРЫС SHR-SP КАК МОДЕЛИ АРТЕРИАЛЬНОЙ ГИПЕРТОНИИ
61 Изучение стресс-реакции сердечно-сосудистой системы у крыс SHR-SP
62 Изучение гемодинамических эффектов антидепрессантов у крыс SHR-SP
63 Влияние эндотелина и оксида азота на АД и ЧСС у крыс W K Y и SHR-SP
64 Гемодинамические эффекты эндотелина
65 Изучение центральных эффектов ЕТ-1 на АД и ЧСС у крыс W K Y и SHR-SP
ВЫВОДЫ
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Введение:
Актуальность проблемы. Современная клиническая медицина базируется на интеграции практического опыта, фундаментальных исследований и результатов экспериментального моделирования [Чазов, 2003; 2005; Гогин, 2005а; 20056]. Одной из важных задач экспериментального моделирования на лабораторных животных является то, в какой степени полученные результаты на биомоделях можно экстраполировать на организм человека [Каркищенко, 2004; 2005]. К настоящему времени имеется огромное количество экспериментальных биомоделей. Прогресс в развитии молекулярной биологии позволил получать и использовать в экспериментальной медицине трансгенных и нокаутных животных [Пальцев, 1999]. Однако вопрос об адекватности той или иной экспериментальной биомодели процессам, протекающим в организме человека, остается открытым в большинстве случаев, поэтому актуальность данной проблемы очевидна.От того, насколько модель на лабораторных животных будет адекватна патологическим процессам в организме человека, зависит формирование представлений о механизмах физиологических процессов, ответственных за реализацию действия фармакологических препаратов, и стратегия выбора новых физических агентов и химических веществ с определенными фармакологическими свойствами. Процесс исследования новых фармакологических веществ можно условно подразделить на этапы: изучение эффективности на экспериментальных биомоделях, получение данных о фармакокинетике и испытание на безопасность. Первичный скрининг биологической активности новых химических веществ обычно проводят в исследованиях in vitro. Из огромного числа химических веществ выбираются те, которые проявили биологическую активность. Затем результаты опытов in vitro проверяют на экспериментальных моделях лабораторных животных. На этом этапе возникает проблема создания адекватной модели для изучения биологической активности нового химического вещества. Результаты исследований об активности нового химического вещества, полученные на ш vivo моделях, необходимо будет экстраполировать на организм человека.Фармакокинетические параметры показывают, что происходит с химическим веществом при попадании его в организм животного или человека, его метаболизм, распределение по органам и тканям, а также выведение из организма. Фармакокинетика позволяет установить зависимость "концентрация - эффект", видоспецифическая вариабельность которой меньше, чем у зависимости "доза - эффект" [Фирсов с соавт., 2005].В связи с этим, полученные результаты фармакокинетических исследований на лабораторных животных могут быть использованы для экстраполяции данных на организм человека.Испытание на безопасность включает в себя токсикологические исследования по изучению общетоксического действия и исследования специфических видов токсичности [Арзамасцев с соавт., 2005]. По окончании проведения доклинических исследований, главной задачей которых является оценка соотношения терапевтической ценности изучаемого фармакологического вещества и тех нежелательных эффектов, которые могут возникнуть при его использовании, необходимо оценить возможность применения его для человека [Гуськова, 2003; Гуськова, Фисенко, 2005].Таким образом, на каждом из этих этапов встает задача экстраполяции результатов, полученных на лабораторных животных на организм человека.Как правило фармакокинетику и испытание на безопасность изучают на здоровых животных, а эффективность на экспериментальных биомоделях адекватных заболеваниям человека. Оценка адекватности экспериментальных биомоделей представляет собой систему доказательств, показывающих, что полученные результаты на животных могут быть экстраполированы на человека с определенной степенью вероятности. п р и разработке экспериментальных биомоделей используют принцип подобия. В своей монографии Н.Н.Каркищенко [2004] рассматривает пять критериев подобия: - пространственное сходство, общность морфо-функциональных характеристик у человека и его биомодели; - сходство метаболических, нейрогуморальных и экзокринных функций; - сходство эффектов морфо-функциональных систем по их реагированию на исследуемое воздействие; - сопоставимость констант или иных параметров, количественно оцениваемых и математически описываемых в системе гомогенных функций; - временное сходство, гомохрония.При создании экспериментальных биомоделей на лабораторных животных обычно используют следующие методические приемы: - селекция по заданному фенотипическому признаку патологического состояния; - модификация генотипа, приводящая к развитию патологии (трансгенные и нокаутные животные); - фармакологическая модуляция функционального состояния организма, провоцирующая патологические изменения в нем; - инструментальные воздействия на организм, вызывающие развитие патологического процесса; - изменения внешних условий среды обитания, приводящие к патологии.В настоящее время в руководстве «Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ», изданному под общей редакцией Р.У.Хабриева в 2005 году, имеется описание экспериментальных биомоделий различных патологических состояний сердечно-сосудистой системы для изучения фармакологических веществ, обладающих кардиотоническим [Крыжановский с соавт., 2005], антиаритмическим [Каверина с соавт., 2005], антиангинальным [Чичканов, Цорин, 2005], гипотензивным [Петров, с соавт., 2005] действием и для лечения нарушений мозгового кровообращения [Мирзоян с соавт., 2005]. Фармакологическая коррекция нарушений сердечно-сосудистой системы является одной из важнейших проблем современной фармакологии и медицины, на это указывает высокий уровень смертности и инвалидности населения от сердечно-сосудистых заболеваний.Смертность от сердечно-сосудистых заболеваний составляет 55,4% от всех случаев смерти [Чазов, 2002]. Кроме этого, при разработке новых лекарственных средств, а также новых профилактических и терапевтических подходах необходимо учитывать их влияние на качество жизни [Колпакова, 2000]. В связи с этим, разработка и оценка адекватности животных биомоделей для изучения кардиоваскулярных препаратов является важной и актуальной проблемой.Цель и задачи исследования. Цель работы - разработка и оценка адекватности соответствующим процессам, протекающим в организме человека, in vivo моделей для исследования сердечно-сосудистой системы.В соответствии с целью были определены следующие задачи: 1) провести комплексное изучение параметров сердечно-сосудистой системы у гипертензивных крыс SHR-SP (Spontaneous Hypertensive Rat Stroke Prone) в сравнении с нормотензивными крысами W K Y с целью оценки адекватности перестройки регуляторных механизмов в условиях повышенного артериального давления (АД) у крыс процессам, развивающимся при артериальной гипертонии у человека; 2) исследовать аритмогенные свойства эндотелина при его внутривенном введении у бодрствующих мышей и крыс и изучить роль нервной системы в развитии нарушения ритма сердца, вызванного эндотелином в условиях блокады NO-синтазы; 3) создать адекватную модель глобальной ишемии головного мозга и провести морфо-функциональное исследование на бодрствующих крысах 8НК-8Р, моделируя у них глобальную ишемию головного мозга путем билатеральной окклюзии сонных артерий; 4) разработать модель для изучения транскапиллярного обмена жидкости на крысах и оценить ее адекватность; 5) провести сравнительный анализ гемодинамических эффектов у нормотензивных и гипертензивных крыс при воздействии физиологических (иммобилизационного стресса) и фармакологических (антидепрессантов) факторов, а также агентов парокринной системы клеток эндотелия кровеносных сосудов (эндотелина и оксида азота).Научная новизна работы. Впервые проведен комплексный анализ функциональных характеристик сердечно-сосудистой системы у крыс 8НК8?, и показано, что крысы 8НК-8Р являются адекватной экспериментальной моделью артериальной гипертонии. Обнаружено, что нейрогенные механизмы играют ключевую роль в развитии нарушений ритма сердца у мышей и крыс, вызванных эндотелином, введенным внутривенно на фоне блокады синтеза оксида азота с помощью Ь-КАМЕ. Впервые доказано, что адекватная модель глобальной ишемии головного мозга у бодрствующих крыс 8НК-8Р в отличие от нормотензивных крыс может быть создана путем билатеральной окклюзии сонных артерий. Разработана новая экспериментальная модель, позволяющая количественно изучать процессы фильтрации и реабсорбции жидкости в микроциркуляторном сосудистом русле у наркотизированных крыс путем измерения артериовенозной разности плотности крови при постуральных изменениях. Обнаружено, что у крыс 8НК-8Р в ответ на стрессорное воздействие вместо гипертензивной реакции, наблюдаемой у нормотензивных крыс, развивается гипотензия, что свидетельствует о нарушении механизмов адаптации при артериальной гипертонии. Антидепрессанты дезипрамин и тетриндол у крыс 8НК-8Р поразному влияют на сердечно-сосудистую систему, хотя и вызывают одинаковые седативные эффекты. Установлено, что одной из причин патологически высокого АД у крыс SHR-SP являются изменения во взаимодействии эндотелина и оксида азота.Теоретическая и практическая значимость. Полученные данные углубляют и дополняют представления о методических подходах, которые следует использовать при разработке и оценке адекватности in vivo моделей для изучения сердечно-сосудистой системы. Разработанные и изученные на уровне целого организма экспериментальные модели перспективны для исследования физиологических механизмов развития артериальной гипертонии, нарушения ритма сердца, глобальной ишемии головного мозга, а также для их фармакологической коррекции. Разработана модель для количественной оценки процессов фильтрации и реабсорбции жидкости в микроциркуляторном сосудистом русле, приемлемая для изучения механизмов развития отеков и исследования новых противоотечных препаратов. Полученные данные об изменениях в механизмах взаимодействия эндотелина и оксида азота у гипертензивных крыс, позволяют рассматривать их как важные патогенетические факторы артериальной гипертонии и создают основу для направленного поиска новых фармакологических препаратов, а также дополняют знания о физиологии парокринной системы эндотелиальных клеток кровеносных сосудов.Результаты диссертационного исследования используются в научноисследовательской работе лаборатории биологических испытаний Филиала Института биоорганической химии им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН и включены в руководство по доклиническому изучению фармакологических веществ Росздравнадзора РФ. На защиту выносятся следующие положения диссертации: 1. Повышенный симпатический тонус сердца и сосудов, пониженая чувствительность барорефлекса, участие У-хромосомы и митохондриальной ДНК в наследуемости высокого уровня АД, возможность фармакологической коррекции АД с помощью моксонидина (гипотензивного препарата центрального действия) указывают на то, что крысы SHR-SP, имеющие А Д диастолическое около 150 мм рт.ст. и систолическое около 200 мм рт.ст., являются адекватной экспериментальной моделью для изучения физиологических механизмов и поиска средств коррекции артериальной гипертонии.2. Показано, что у крыс и мышей эндотелии, введенный внутривенно на фоне блокады синтеза оксида азота с помощью L - N A M E , вызывает экстрасистолию и атриовентрикулярный блок. Ганглиоблокатор (гексаметоний), блокаторы парасимпатической (атропин) и симпатической (атенолол) нервной системы оказывают влияние на проявление аритмогенных свойств эндотелина, что свидетельствует о важной роли нервной системы в развитии этих нарушений ритма сердца.3. Билатеральная окклюзия сонных артерий в течение 40-50 минут у бодрствующих крыс SHR-SP вызывает структурные нарушения митохондрий в дендритах пирамидных нейронов области C A I гиппокампа, сопровождается гипертензией и тахикардией, а также является причиной гибели животных, что свидетельствует об ишемии головного мозга и указывает на адекватность этой модели данному состоянию, в отличие от нормотензивных крыс, у которых для создания ишемии головного мозга требуется дополнительный отягощающий фактор - снижение А Д до 50 мм рт.ст.4. Доказано, что процессы фильтрации и реабсорбции жидкости в микроциркуляторном сосудистом русле у наркотизированных крыс можно оценивать путем измерения артериовенозной разности плотности крови при постуральных изменениях. Показано, что данная модель может быть применена для изучения механизмов развития отеков и действия противоотечных препаратов.5. Гипотензивная реакция, обнаруженная у крыс SHR-SP при стрессе, позволяет рекомендовать эту модель для исследования нарушений механизмов адаптации сердечно-сосудистой системы на стрессорное воздействие.6. Крысы SHR-SP как модель артериальной гипертонии могут быть использованы при исследовании антидепрессантов с целью выявления у них гемодинамических эффектов.7. Показано, что эндотелии является важным регуляторным пептидом периферического и центрального действия, имеющий широкий спектр влияния на сердечно-сосудистую систему. Доказано, что важными патогенетическими факторами артериальной гипертонии у крыс SHR-SP являются изменения во взаимодействии эндотелина и оксида азота.Апробация работы. Основные результаты работы были доложены, обсуждены и опубликованы в материалах следующих конгрессов, симпозиумов и конференций: съезд Российского общества фармакологов, Москва, 1995; конференция "Современные аспекты артериальных гипертензий", Санкт-Петербург, 1995; Российский конгресс по патофизиологии, Москва, 1996; Annual World Assembly " American college of angiology", Barcelona, 1996; Российский национальный конгресс "Человек и лекарство", Москва, 1997, 1998, 1999, 2000; International Congress of Pathophysiology, Lahti, 1998; конференция "Механизмы функционирования висцеральных систем", Санкт-Петербург, 1999, 2001; конференция «Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины», Москва, 2001; conference "Laboratory animals in biomedical research", Warsaw, 2001; конференция "От современной фундаментальной биологии к новым наукоемким технологиям", Пущино, 2001; конференция «Биология - наука 21-го века», Пущино, 2002; съезд токсикологов России, Москва, 2003; конференция «Клинические исследования лекарственных средств», Москва, 2003; отчетная конференция ФИБХ РАН, Пущино, 2004; конференция «Ломоносов-2004», Москва, 2004; конференция «Биологические основы индивидуальной чувствительности к психотропным средствам», Москва, 2006; OECD/Russia Federation workshop on "Biosecurity of microbial resources complementing innovation", Moscow, 2006; заседание секции «Биомедицина» Ученого совета ИТЭБ РАН, 2007.Публикации. По теме диссертации опубликовано 52 печатных работы, из них 28 статей в журналах, 2 статьи в коллективной монографии, 1 руководство и 21 работа в материалах конгрессов, симпозиумов и конференций.
|