ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ФНКЦ РР |
||
Выяснение физиологических механизмов чувствительности миокарда нескольких видов арктических рыб к воздействию компонентов нефти – полиароматических углеводородов, а также повышения температуры окружающей среды.
Economical development of Arctic region is crucially important for successful progress of Russia. The increasing transportation of oil products by Northern sea route is of especial importance. Meanwhile, such development increases the ecological threats to fragile northern ecosystems. Specifically, the risk of cumulative impact of climate change, more prominent right in the northern latitudes, and potential oil spills gets obvious. Devastating oil spills like the 1989 Exxon Valdez and the 2010 Deepwater Horizon have drawn global attention to the toxicity of crude oil for fishes and raise immediate concern for the impact of Arctic petroleum exploration on polar species. Both pollution and warming are known to target the fish heart impairing its electrical excitability and its contractile capabilities. Robust cardiac function during toxicant and thermal stress is key to survival for fish in the changing Arctic. Therefore, aim of this project is to understand the physiological mechanisms underlying the vulnerability of myocardium in several Arctic fish species to petrochemicals – polyaromatic hydrocarbons and warming of environment.
Часть 1 В результате выполнения этой части исследования предполагается выявить острую токсичность ВРФ Западно-Сибирской нефти на всех уровнях биологической организации сердца и показать проаритмическое действие ВРФ на электрическую активность сердца северной наваги (Eleginus nawaga). Также будет показана связь между нарушениями функционирования ионных каналов на клеточном уровне с нарушениями функционирования сердечно-сосудистой системы в целом. Часть 2 Разные образцы цельной нефти содержат различное количество ПАУ с небольшой молекулярной массой (2-4 кольцевые). Выполнение данной части Проекта позволит установить, какие из этих ПАУ являются наиболее токсичными для сердца рыб. Мы предполагаем, что наиболее мощное проаритмическое воздействие будет оказывать фенантрен, несколько слабее будут действовать его метилированные производные, еще слабее – прочие исследуемые ПАУ (нафталин, флуорен, пирен). Часть 3 Выполнение данной части Проекта позволит оценить влияние известных стрессорных факторов, нагревания и подъема внеклеточной концентрации К+, на уязвимость сердца рыбы к действию ПАУ. Также будут получены первые сведения о влиянии комбинированного воздействия нескольких стрессорных факторов на электрическую активность в сердце арктических рыб. Предполагается, что комбинация стрессорных факторов приведет к нарушениям электрической активности уже при сравнительно слабом воздействии ПАУ. Часть 4 Выполнение данной части Проекта позволит выяснить, в какое время года рыбы наиболее уязвимы к воздействию ПАУ, а также установить механизмы этих сезонных различий. Мы предполагаем, что в кардиомиоцитах наваги, акклиматизировавшейся к зимним условиям среды, проаритмические эффекты ПАУ будут выражены сильнее, чем в миоцитах из сердец рыб, исследованных в летний период, поскольку в кардиомиоцитах зимней наваги ток IKr , предполагаемая главная мишень ПАУ, играет большую роль в обеспечении реполяризации, чем у летней рыбы (Abramochkin & Vornanen, 2015). Часть 5 В данной части работы мы получим первые данные о характеристиках ионных токов и о кардиотоксических эффектах ПАУ в кардиомиоцитах двух наиболее важных промысловых видах рыб Русского Севера, сельди (Clupea pallasi) и трески (Gadus morhua), а также проанализируем межвидовые различия по уязвимости к ПАУ. Предполагается обнаружить существенные межвидовые различия в эффектах ПАУ у наваги, трески и сельди.
На ББС МГУ летом 2020 года нашим коллективом было проведено исследование воздействия трициклического ПАУ фенантрена на электрическую активность сердца наваги. В работе было изучено воздействие фенантрена на основные деполяризующие (INa, ICaL) и реполяризующие (IKr, IK1, IKACh) ионные токи в желудочковых и предсердных кардиомиоцитах наваги, а также на конфигурацию потенциалов действия в желудочковых миоцитах наваги. Ранее исследований кардиотоксического воздействия фенантрена на рыб Арктики не проводилось. Мы обнаружили, что уже в концентрации 3 мкМ (а эта концентрация легко достижима в биологических тканях – см. раздел 4.5) фенантрен более чем в 2 раза подавляет основной реполяризующий ток в кардиомиоцитах наваги – IKr, а в концентрации 10 мкМ вызывает двукратное удлинение потенциала действия. Полученные с помощью специального протокола изменения мембранного потенциала, имитирующего возникновение внеочередного потенциала действия (ранние и поздние постдеполяризации), «транзиторные» токи IKr, позволяющие в норме не допустить развитие полноценных внеочередных потенциалов действия, показали еще большую чувствительность к фенантрену – 1 мкМ вызывал более чем двукратное подавление токов. Вместе с тем, в отличие от ранее изученных видов рыб (форель, зебра-данио, тунец), чувствительность кальциевого тока L-типа к фенантрену у наваги оказалась небольшой (30 мкМ вызывали 17% снижение тока, Fig.6). Таким образом, мы показали, что фенантрен оказывает выраженное ингибирующее воздействие на IKr и реполяризацию, которое является аритмогенным по крайней мере в миокарде желудочка. Вместе с тем, полученные результаты позволили сформулировать целый ряд вопросов в отношении кардиотоксического воздействия ПАУ на рыб Арктики и именно на их разрешение нацелен предлагаемый Проект.
грант РНФ |
# | Сроки | Название |
1 | 12 мая 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Изучение механизмов кардиотоксического воздействия полиароматических углеводородов на организм рыб Арктики |
Результаты этапа: В 2022 году было начато исследование механизмов воздействия полиароматических углеводородов (ПАУ), компонентов нефти, дизельного топлива и других нефтепродуктов, являющихся одними из основных петрогенных загрязнителей Мирового Океана, на миокард рыб Арктики. Все поставленные на 2022 год экспериментальные задачи были успешно решены с использованием целого спектра физиологических методик. С одной стороны, сравнительный анализ кардиотропных эффектов 6 ПАУ, компонентов нефти и дизельного топлива, проведенный с помощью метода пэтч-кламп, позволил найти наиболее интересное для дальнейшего изучения соединение – 3-метилфенантрен, принципиально отличающийся от других протестированных ПАУ, включая исследованный нами ранее фенантрен, ярко выраженной способностью к подавлению быстрого натриевого тока, а следовательно и проведения возбуждения в миокарде наваги. С другой стороны, комплексное исследование кардиотропного действия водорастворимой фракции (ВРФ) нефти, включающей целый набор различных ПАУ, на разных уровнях организации, от клеточного до организменного, позволило выявить целый ряд негативных физиологических эффектов. Наиболее важные эффекты: (1) подавление сократительной активности желудочкового и, в меньшей степени, предсердного миокарда, (2) подавление проведения возбуждения в атриовентрикулярном узле, (3) замедление реполяризации в изолированных желудочковых миоцитах, также проявляющееся на уровне целого сердца в верхушке желудочка, (4) разнонаправленные изменения QT-интервала in vivo с исчезновением нормальной зависимости длительности QT от ЧСС. Первый и второй эффект объясняются продемонстрированной нами методом пэтч-кламп способностью ВРФ ингибировать кальциевый ток L-типа. Третий и четвертый эффекты скорее всего обусловлены подавлением IKr, которое на клеточном уровне является наиболее заметным действием ВРФ. Таким образом, проведенная работа позволила получить представления о кардиотропных эффектах ВРФ нефти у северной наваги и ионных механизмах, лежащих в их основе. | ||
2 | 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Изучение механизмов кардиотоксического воздействия полиароматических углеводородов на организм рыб Арктики |
Результаты этапа: В 2023 году были детально изучены эффекты 3-метилфенантрена, отобранного среди различных ПАУ по результатам работ в 2022 году, на электрическую активность сердца наваги. На изолированных кардиомиоцитах показано, что 3-метилфенантрен оказывает выраженное ингибиторное воздействие на быстрый калиевый ток задержанного выпрямления IKr, быстрый натриевый ток INa и кальциевый ток L-типа ICaL. Концентрации полуингибирования этих токов в желудочковых миоцитах наваги 3-метилфенантреном составили соответственно 0,25 мкМ, 4,7 мкМ и 11,3 мкМ. Воздействие 3-метилфенантрена на электрическую активность желудочковых миоцитов проявляется в виде замедления реполяризации и деполяризации, в крайнем варианте происходит полная потеря возбудимости миоцитов. 3-метилфенантрен оказывает умеренное ингибиторное воздействие на сократительную активность предсердного и желудочкового миокарда наваги, а также увеличивает атриовентрикулярную задержку. Также нам удалось методом оптического картирования продемонстрировать замедление проведения возбуждения в тканевых препаратах предсердия наваги под действием 10 мкМ 3-метилфенантрена. В ходе исследования воздействия ПАУ (3-метилфенантрена в концентрации 3 мкМ и 10% ВРФ нефти) на возбудимость и другие параметры электрической активности желудочковых миоцитов наваги в различных условиях среды было показано, что повышение температуры с 9°С до 15 и 21°С само по себе оказывает минимальное влияние на возбудимость миоцитов, но многократно ускоряет реполяризацию. Повышение внеклеточной концентрации К+ с 3,5 мМ до 5,4 мМ приводит к сильному снижению возбудимости миоцитов и ускорению реполяризации. Показано, что основные эффекты ПАУ, а именно снижение возбудимости и замедление реполяризации в желудочковых миоцитах, сильнее всего выражены при нормальной температуре (9°С), а при экстремальной температуре (21°С) они практически полностью исчезают. При этом различия выраженности эффектов ПАУ при разных температурах среды нельзя объяснить изменением чувствительности токов IKr и INa к ПАУ в зависимости от температуры. При нормальной температуре (9°С) повышение внеклеточной концентрации К+ с 3,5 мМ до 5,4 мМ не оказывает существенного влияния на выраженность эффектов ПАУ в желудочковых миоцитах наваги. Однако, на фоне сочетанного действия экстремально высокой температуры (21°С) и гиперкалиемии 3-метилфенантрен вызывает наиболее мощное подавление возбудимости желудочковых кардиомиоцитов наваги. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".