Биофизические процессы в гладкомышечной клетке детрузора мочевого пузыря при реабилитационной электростимуляции: модельное исследование

Abstract

Работа была направлена на поиск подходов, обеспечивающих биофизически обоснованный выбор параметров электростимуляции гладкомышечных клеток (ГМК) детрузора мочевого пузыря (ДМП). Такая стимуляция широко применяется при реабилитации пациентов, оперированных по поводу врожденных пороков развития. Исследования были выполнены на компьютерной модели с учетом экспериментальных данных о присущих биологическому прототипу ионных каналах и насосах сарколеммы и механизмах регуляции внутриклеточной концентрации кальция ([Ca²⁺]i ). Изучали сопряженные изменения мембранного потенциала (МП), парциальных трансмембранных токов и [Ca²⁺]i, которые вызывались толчками деполяризующего тока, организованными соответственно протоколам реабилитационной стимуляции (в пачки или «конверты» с постоянной или трапецеидально модулированной амплитудой). Модельная ГМК ДМП отвечала на действие одиночного стимула генерацией потенциала действия (ПД), близкого к таковому у прототипа. Раздражение как пачками, так и «конвертами» одинаковых стимулов приводило к установлению одинаковых вынужденных электрических и концентрационных колебаний с параметрами, зависящими от длительности межстимульных интервалов (МСИ). Такие колебания и регенеративные ответы, вызванные стимуляцией с типичными для реабилитационных протоколов МСИ 5 и 50 мс (сопоставимыми с длительностями абсолютной и относительной рефрактерности модельной ГМК), существенно различались; размах и средний уровень деполяризационных изменений МП и [Ca²⁺]i были более высокими при высокочастотной стимуляции. В случае коротких МСИ [Ca²⁺]i , не успевая возвращаться к базальному уровню, колебалась в диапазоне значений, которые в других возбудимых клетках превышают физиологическую норму. Эти данные подчеркивают необходимость точного устранения кинетических характеристик механизмов, определяющих поступление и экструзию Ca²⁺ в ГМК ДМП, для предотвращения возможных побочных цитотоксических влияний высоких уровней [Ca²⁺]i . Существенным для наблюдавшихся процессов биофизическим параметром ГМК ДМП был также потенциал инверсии (ECl) кальцийзависимого хлорного тока, активирующегося, в частности, парасимпатическими влияниями на М2/М3-холинорецепторы. При периодическом превышении значения ECl высокочастотными колебаниями МП указанный ток изменял свое основное (деполяризующее) направление на противоположное (гиперполяризующее).

Робота була спрямована на пошук підходів, які забезпечують біофізично обґрунтований вибір параметрів електростимуляції гладеньком’язових клітин (ГМК) детрузора сечового міхура (ДСМ). Така стимуляція широко застосовується при реабілітації пацієнтів, оперованих з приводу вроджених вад розвитку. Дослідження були виконані на комп’ютерній моделі з урахуванням експериментальних даних щодо притаманних біологічному прототипу іонних каналів і насосів сарколеми та механізмів регуляції внутрішньоклітинної концентрації кальцію ([Ca²⁺]i ). Вивчали сполучені зміни мембранного потенціалу (МП), парціальних трансмембранних струмів та [Ca²⁺]i , котрі викликалися поштовхами деполяризуючого струму, організованими відповідно до протоколів реабілітаційної стимуляції (в пачки або «конверти» з постійною або трапецеїдально модульованою амплітудою). Модельна ГМК ДСМ відповідала на дію поодинокого стимулу генерацією потенціалу дії (ПД), близького до такого у прототипу. Подразнення як пачками, так і «конвертами» однакових стимулів призводило до встановлення однакових вимушених електричних і концентраційних коливань з параметрами, залежними від тривалості міжстимульних інтервалів (МСІ). Такі коливання та регенеративні відповіді, викликані стимуляцією з типовими для реабілітаційних протоколів МСІ 5 і 50 мс (порівнянними з тривалостями абсолютної та відносної рефрактерності модельної ГМК), істотно розрізнялися; розмах і середній рівень деполяризаційних змін МП і [Ca²⁺]i були більш високими при високочастотній стимуляції. В разі коротких МСІ [Ca²⁺]i , не встигаючи повертатися до базального рівня, коливалась у діапазоні значень, які в інших збудливих клітинах перевищують фізіологічну норму. Ці дані підкреслюють необхідність точного встановлення кінетичних характеристик механізмів, що визначають надходження та екструзію Ca²⁺ у ГМК ДСМ для запобігання можливим побічним цитотоксичним впливам високих рівнів [Ca²⁺]i . Істотним для спостережних процесів біофізичним параметром ГМК ДСМ був також потенціал інверсії (ECl) кальційзалежного хлорного струму, що активується, зокрема, парасимпатичними впливами на М2/М3холінорецептори. При періодичному перевищенні значення ECl високочастотними коливаннями МП вказаний струм змінював свій основний (деполяризаційний) напрямок на протилежний (гіперполяризаційний).