Поиск - новости науки и техники

Как крыса в колесе. Физические нагрузки должны приносить удовольствие.

Профессор биологического факультета МГУ  им. М.В.Ломоносова Ольга ­Тарасова – физиолог. Ее группа исследует механизмы регуляции работы сердечно-сосудистой системы. И одна из центральных проблем, интересующих ученого, – как влияют гормоны щитовидной железы на кровеносные сосуды? Это важно установить как для фундаментальной науки, так и для практической медицины, поскольку снижение активности щитовидной железы (гипотиреоз) женщин очень часто происходит у беременных и может навредить работе сердечно-сосудистой системы плода, а затем ребенка и взрослого. За подробностями “Поиск” обратился к ученому.
– Сердечно-сосудистая система младенцев функционирует так же, как у взрослых, или иначе?
– Организм новорожденного – вовсе не уменьшенная копия взрослого, – рассказывает Ольга Сергеевна. – Мы проводим исследования на крысах, поскольку новорожденный крысенок по своему развитию близок к недоношенному младенцу, родившемуся семимесячным. А двухнедельный крысенок – к ребенку, появившемуся в свой срок. Артериальное давление у новорожденных крысят (и детей) намного ниже, а сосуды работают иначе, чем у взрослых. В стенках сосудов есть так называемые гладкие мышцы, они регулируют просвет сосудов и количество поступающей к органам крови: при сокращении мышц количество крови уменьшается, при расслаблении, наоборот, растет. Кроме мышечных клеток в сосудах есть эндотелий – тонкий слой плоских клеток, выстилающий сосуды изнутри. Примерно 30 лет назад ученые выяснили: эндотелий – не просто граница между кровью и стенкой сосуда, а важный регулятор тонуса. Он секретирует большое количество активных молекул, самая изученная и, пожалуй, самая главная из них – оксид азота. Из эндотелия он проникает в гладкие мышцы и вызывает их расслабление. Роль эндотелия важна в любом возрасте: недостаток оксида азота может привести к тяжелым заболеваниям – гипертонии, атеросклерозу, инфаркту миокарда и даже инсульту. Врачи хорошо это знают и придумали специальное название: “дисфункция эндотелия” (то есть нарушение его нормальной деятельности). Мы показали, что в новорожденном организме работа сосудистого эндотелия изменена противоположным образом: он постоянно секретирует большое количество оксида азота, который вызывает расширение сосудов и снижает давление крови. Поэтому у малышей давление в два раза ниже, чем “120 на 80”, а сосуды и сердце не испытывают чрезмерных нагрузок. Так у ребенка действует своего рода “система защиты и безопасности”, поскольку сердце у них бьется еще слабо, а сосуды тонкие и при высоком давлении могли бы разорваться.
– А щитовидная железа какую роль играет в этом действе?
– Щитовидная железа – важнейший регулятор развития органов и тканей, расходования энергии в клетках. Если ее гормонов (тироксина и трийодтиронина) будет слишком много, человек возбудится, у него повысится температура, участится сердцебиение. Если, наоборот, не хватает – становится вялым и апатичным, ему трудно двигаться и общаться. Для нас важно, что гормоны щитовидной железы дирижируют процессами развития организма. Как показали опыты на лягушках, стоит буквально капнуть гормоном щитовидной железы в банку с головастиками – и они раньше обычного превратятся в лягушат, у них быстрее отрастут лапки и отпадет хвост. Гормоны щитовидной железы необходимы для развития плода человека. В первые три месяца беременности плод целиком зависит от гормонов матери. Затем у него начинает работать щитовидная железа, но плод все равно нуждается в материнских гормонах, потому что своих не хватает. Если щитовидная железа будущей мамы секретирует мало гормонов, ребенок может родиться неполноценным. К сожалению, такие нарушения у беременных женщин довольно частое явление. При сильном снижении гормонов ребенок будет страдать от недоразвитости нервной системы, вплоть до кретинизма, и его уже вряд ли удастся вылечить, поскольку в работе мозга произойдут необратимые изменения. Таким образом, гормоны щитовидной железы запускают заложенные в нашем геноме программы развития органов и тканей – подобное влияние называют программирующим. В его отсутствие развитие клеток пойдет неправильным путем, и их работа будет изменена не только сразу после рождения, но и в течение всей жизни. Программирующее действие гормонов щитовидной железы хорошо изучено для нервной системы, а вот для сосудов таких исследований не было.
По нашей гипотезе, гормоны щитовидной железы необходимы для полноценного развития и созревания кровеносных сосудов, в том числе для формирования эндотелиальной “системы защиты и безопасности” в организме ребенка и далее в течение всей жизни человека. Наши исследования стали возможны благодаря поддержке Российского научного фонда, выделившего нам грант (№14-15-00704), сначала на три года, а затем еще на два. Результаты исследований отражены в цикле статей, многие из которых опубликованы в журналах из верхней четверти научного рейтинга (так называемый тoп-25).
– Как вы проверяли свою гипотезу?
– Мы впервые задались вопросами: какие механизмы регулируют особую работу эндотелия сосудов в новорожденном организме? Важны ли для этого гормоны щитовидной железы матери? Если да, то что будет при нарушении функции материнской щитовидной железы? Чтобы получить ответы, мы давали беременным крысам вещество, которое подавляло работу щитовидной железы. Оно входит в состав лекарства “Пропицил”, его прописывают людям и даже новорожденным, у которых повышена активность этого органа. Сразу отмечу, что дозировка лекарства для самок была низкой, поскольку нас интересовали не глубокие патологии развития, а снижение активности щитовидной железы, нередко происходящее у беременных женщин. В итоге содержание тироксина и трийодтиронина в крови крысят оказалось сниженным, но сильных отклонений в общем развитии не произошло. Они почти не отличались от своих ровесников по массе тела и всего на день позже открывали глаза. А вот количество оксида азота, секретируемого эндотелием сосудов, снизилось, в связи с этим сосуды имели склонность к спазмированию. То есть снижение активности щитовидной железы у матери во время беременности может привести к сбою работы “системы защиты и безопасности” в сердечно-сосудистой системе ребенка.
– Может ли организм справиться с таким нарушением дальше?
– Чтобы ответить на этот вопрос, мы довели крысят, родившихся от получавших лекарство самок, до взрослого состояния. Для крыс это три месяца и далее. Стоило перестать давать маме-крысе лекарство – и картина постепенно изменялась к лучшему: у крысят включалась собственная щитовидная железа – и они росли вполне здоровыми. Через две недели после отмены лекарства содержание тироксина и трийодтиронина в крови крысят уже было нормальным. Более того, при проведении специальных крысиных поведенческих тестов мы не выявили у них сильных изменений двигательной активности, тревожности и способности к решению “умственных” задач, то есть не произошло серьезных изменений в деятельности нервной системы. А вот работа эндотелия сосудов у взрослых крыс, у которых развитие происходило на фоне недостатка гормонов щитовидной железы, была нарушенной. Наиболее отчетливо это стало видно в сердце – центральном органе системы кровообращения: эндотелий его сосудов почти полностью терял способность к секреции оксида азота. Это подтверждает нашу гипотезу, что нормальная работа эндотелия сосудов также программируется гормонами щитовидной железы. Особо хочу отметить, что развивающийся эндотелий не менее зависим от щитовидной железы, чем нервная система.
– Если ваши фундаментальные исследования со временем получат практическое применение, как их можно будет использовать?
– Известно, что снижение секреции оксида азота в сосудах сердца служит грозным предвестником серьезных последствий для самого сердца и сердечно-сосудистой системы в целом. Оно ограничивает увеличение кровоснабжения сердца, необходимое во время физических нагрузок. С годами у такого человека может развиться артериальная гипертония, повысится риск случаев инфаркта миокарда и инсульта. Если врачи будут располагать более полными данными о состоянии и работе сосудов, то им удастся предупредить целый ряд тяжелейших заболеваний. Поэтому функционирование щитовидной железы у будущих матерей должно находиться под пристальным вниманием медиков. И мам, и малышей с плохо работающей щитовидной железой необходимо отнести к группе риска и постоянно контролировать их здоровье.
Месяц назад у нас вышла еще одна статья о том, что последствия нехватки гормонов щитовидной железы можно сгладить путем физической тренировки. Отмечу, что такой традиционный тренажер, как беговая дорожка, мало пригоден для крыс, поскольку в природе они бегают совершенно иначе – не на длинные дистанции, а короткими перебежками. Но если в клетке установить колесо, крыса с удовольствием им воспользуется. Мы разработали уникальный аппаратно-программный комплекс для произвольной тренировки крыс в колесе. “Произвольная тренировка” – это такой тип физической нагрузки, при котором крыса сама решает, отдыхать ей или бежать, с какой скоростью и как долго. А наш комплекс позволяет оценивать суммарный пробег, скорость бега и распределение активности животных в течение суток. Система обеспечивает дистанционный контроль эксперимента через Интернет: и теперь, не выходя из дома, можно узнать, какая из крыс бегает, а какая отдыхает. Мы тренировали крыс начиная с шестинедельного возраста. Сначала “больные” крысята бегали сравнительно плохо – число пробежек у них было пониженным, но на седьмой-восьмой неделях тренировок они уже не отставали от своих здоровых сверстников. Бежали в колесе, как белки, и были вполне счастливы, поскольку состояние их сосудов заметно улучшилось. По результатам нашей работы врачи могут рекомендовать пациентам из группы риска физические упражнения, не изнуряющие, а для своего удовольствия. Проверенный временем способ “бегом от инфаркта” может найти новое применение: для профилактики и лечения сердечно-сосудистых нарушений, которые могут возникнуть как следствие материнского гипотиреоза.

Записал Юрий Дризе
Фотоснимки предоставлены О.Тарасовой

Нет комментариев