«Анализ ассоциации молекулярно-генетических маркеров адаптации к гипоксии с уровнем адренореактивности» - Дипломная работа

Содержание

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 5

ВВЕДЕНИЕ 6

Глава 1. Обзор литературы 9

1.1. Гипоксия 9

1.2. Адренореактивность организма 10

1.3. Ген ACE 12

1.3.1. Белковый продукт, его строение и функции 13

1.3.2. Строение и функции гена 13

1.3.3. Полиморфный вариант гена 14

1.4. Ген BDKRB2 15

1.4.1. Белковый продукт, его строение и функции 15

1.4.2. Строение и функции гена 16

1.4.3. Полиморфный вариант гена 16

1.5. Ген eNOS3, его строение и функции белкового продукта гена 17

1.5.1. Белковый продукт, его строение и функции 17

1.5.2. Строение и функции гена 18

1.5.3. Полиморфный вариант гена 18

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 19

2.1. Материалы исследования 19

2.2. Методы исследования 19 

2.2.1. Выделение ДНК методом фенольно-хлороформной экстракции. 19

2.2.2. Полимеразная цепная реакция ДНК 22

2.2.3. ПДРФ анализ продуктов амплификации 25

2.2.4. Электрофорез ДНК в полиакриламидном геле 25

2.2.5. Методы статистической обработки данных 26

2.2.6. Биоинформатические методы 27

2.2.7. Определение типа адренореактивности эритроцитов 27

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 30

3.1. Определение типа адренореактивности эритроцитов в исследованных группах

3.2. Анализ распределения частот генотипов и аллелей в исследованных группах 31

3.2.1. Анализ распределения частот полиморфизма I/D гена ACE в исследованных группах 31

3.2.2. Анализ распределения частот полиморфизма +9/-9 гена BDKRB2 в исследованных группах 34

3.2.3. Анализ распределения частот полиморфизма G/T гена eNOS3 в исследованных группах 39

Глава 4. Методические рекомендации по внедрению результатов выпускной квалификационной работы в программе высшего учебного заведения 44

4.1. Роль биологического образования 44

4.2. Обоснование работы 46

4.3. Лабораторная работа на тему «Определение скорости оседания эритроцитов (СОЭ)» 47

4.4. Применение логико-смысловой модели в образовательном процессе 52

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57

ВЫВОДЫ 60

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 61

ПРИЛОЖЕНИЯ 67

Введение

Гипоксия является состоянием организма, обусловленным низкой концентрацией кислорода в отдельных тканях и органах или организме в целом. Она оказывает заметное влияние на физиологические процессы и метаболизм в организме, которые являются составляющими работоспособности и здоровья человека, вне зависимости от того, чем она вызвана [1].

Темпы развития гипоксии, характер факторов её появления, отличительные признаки реакций компенсации и приспособления в различных органах определяют скорость проявления функциональных и структурных изменений в разных органах, вследствие гипоксии [1].

Состояние гипоксии является стрессом для организма. Под влиянием стрессового фактора резко повышается секреция адреналина и норадреналина. Во время стресса эти гормоны играют важную регуляторную роль. При постоянных стрессорных воздействиях, которые встречаются часто в условиях современной жизни, повышенное содержание катехоламинов в крови может способствовать развитию некоторых заболеваний [2].

Важной ролью катехоламинов является влияние на систему крови, в частности, на функции эритроцитов. В условиях патологии изменяется степень агрегации эритроцитов. Это ведёт к ухудшению оксигенации тканей и способствует развитию ишемии и тромбоза [2].

Ишемическая болезнь сердца (ИБС) является органическим и функциональным поражением миокарда, вызванным недостатком или прекращением кровоснабжения сердечной мышцы (ишемией). ИБС является самой распространенной в мире причиной внезапной смерти, в том числе лиц трудоспособного возраста. Сильный стресс и нервное перенапряжение относят к возможным факторам развития данного заболевания [3, 4].

Ведущей причиной стресса является очень высокая напряженность труда, обусловленная совокупностью высоких интеллектуальных и эмоциональных нагрузок, а также нерациональным режимом труда и отдыха вследствие чрезвычайно высокой производственной нагрузки. Активация симпато-адреналовой системы (САС) относится к одному из наиболее хорошо изученных стресс-инициирующих факторов, формирующих опасность перехода от стадии устойчивой адаптации к дизадаптации, к возникновению деструктивных изменений на клеточном уровне и дисрегуляторных - на системном. Выявление начальных стадий дизадаптивных процессов может дать ценный материал для предупреждения последствий адаптационного срыва [5].

Адренореактивность эритроцитов (АРЭ) признаётся адекватной моделью системных показателей активности САС, показывая при этом общие принципы изменения мембранных и клеточных структур при воздействии на них катехоламинов. Реакция эритроцита в ответ на воздействие адреналина, находящаяся в зависимости от характеристик функционального состояния самих клеток, определяет степень нормального обеспечения организма кислородом [6].

Существенную роль в приспособлении человека к нехватке кислорода играют гены, кодирующие белки-регуляторы сердечно-сосудистой системы (ССС). Среди них такие гены как ген ангиотензинпревращающего фермента (ACE), эндотелиальной синтазы NO (eNOS3), ген рецептора к брадикинину 2 типа (BDKRB2) [1].

В связи с этим, целью данной работы является проведение анализа взаимосвязи полиморфных вариантов в генах сердечно-сосудистой системы ACE, BDKRB2 и eNOS3 с типом адренореактивности у индивидов для использования результатов в эффективной корректировке физических и психологических нагрузок и предотвращении формирования нарушений функционирования сердечно-сосудистой системы.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1. Определение типа адренореактивности у индивидов в исследуемых группах;

2. Анализ распределения частот генотипов и аллелей по полиморфным локусам в исследуемых выборках;

3. Анализ ассоциаций полиморфных вариантов по генам ACE, eNOS3 и BDKRB2 с результатами тестов на определение типов адренореактивности в исследуемых группах;

4. Разработка методических рекомендаций по применению теоретического и экспериментального материала выпускной

квалификационной работы в программе высшего учебного заведения.

Практическая значимость. Полученные сведения об ассоциации полиморфных вариантов генов, кодирующих белки основных нейрогуморальных систем, в том числе симпато-адреналовой системы, можно рекомендовать в практике медико-генетического консультирования для предотвращения развития патологий сердечно-сосудистой системы, таких как ишемическая болезнь, у людей. Данные исследования являются частью программы Центра молекулярно-генетических и инновационных исследований при кафедре генетики БГПУ им. М. Акмуллы по изучению генетических основ способностей человека.

Работа была исполнена в Центре молекулярно-генетических и инновационных исследований при кафедре генетики Башкирского государственного педагогического университета им. М. Акмуллы.

Выдержка из текста работы

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Гипоксия

Большое внимание специалистов привлекает изучение влияния гипоксии на организм человека. Гипоксия является одним из стрессовых состояний для организма. При физической нагрузке часто появляются различные по своей напряжённости состояния нехватки

кислородообеспечения, как результат дисбаланса между резко возрастающими потребностями организма в энергии и возможностями их обеспечения [1].

Нехватка кислорода в тканях приводит к недостатку макроэргических соединений, которые образуются при протекании сопряжённых с окислительно-восстановительными реакциями процессов фосфорилирования на внутренней части мембран митохондрий. В таком случае основным источником энергии для клеток различных органов и тканей, а также нервной системы, становится глюкоза. Вместе с тем главным источником энергии миокарда при нормальном снабжении его кислородом выступают высшие жирные кислоты [7].

При недостатке кислорода в миокарде способ энергетического обеспечения меняется, и в результате лактат становится основным источником энергии. Это становится причиной заметного уменьшения энергообеспечения миокарда. В ответ на воздействие гипоксии проявляются морфологические признаки ишемической болезни сердца, которая занимает ведущее место по своей медико-социальной значимости и влиянию на общую заболеваемость, нарушение трудоспособности, инвалидизацию во всех странах мира [8, 9].

По данным P. Heidenreich и соавт. [10], распространенность ИБС к 2030 г. увеличится на 9,3%, а прямые медицинские затраты возрастут на 198% по сравнению с таковыми в 2010 г. Таким образом, ИБС остается главной 9

причиной смертности и инвалидизации населения. Очевидно, что сложившаяся ситуация обусловливает необходимость улучшения лечебнопрофилактических мероприятий при этом заболевании [11].

К развитию гипоксии приводит большая часть экстремальных состояний организма и видов патологии. Большую роль в обеспечении адаптационных возможностей организма и активации его запасов играет симпато-адреналовая система (CAC). Увеличение познаний в области адренореактивности эритроцитов (АРЭ) это один из способов, с помощью которого можно судить о функциональном состоянии САС [1, 6].

1.2. Адренореактивнось организма

Показателем, являющимся прогнозирующим и описывающим нормальную реакцию организма при не меняющихся условиях труда, которые не вызывают возникновение стресса у организма, является адренореактивность [12].

При ситуациях, являющихся экстремальными, к которым относятся гипоксия, эмоциональное перенапряжение, физическое переутомление, гипотермия, происходит увеличенное освобождение катехоламинов. В сравнении с показателями при уровне покоя их количество может повыситься больше чем в 10 раз [13]. Одновременно с этим исследователи утверждают, что если соблюдать обычные для этого человека условия труда и отдыха, то показатели в—АРМ будут стабильны [14, 15, 16].

Симпатикотония и защитная десенситизация адренорецепторов будут отражаться повышенными значениями в—АРМ (более двадцати усл. ед.) и увеличенной ЧСС. Ваготонический тип управления может проявляться низкими величинами показателей в—АРМ и ЧСС, они говорят о увеличенной чувствительности адренорецепторов к катехоламинам эндогенного происхождения [12].

Если вследствие взаимодействия с внешними факторами активность САС будет регулярно повышаться, у клеточных мембран будет прогрессировать защитная десенситизация, тогда величины в-АРМ могут повышаться до 60 усл. Ед [14, 15, 16].

О возможно существующей сильной взаимной связи между состоянием организма и изменениями в морфологии эритроцитов говорит то, что различные перестройки в функции жизненной клетки организма влияют на качество эритроцитов, их функциональные характеристики и находятся в зависимости от их состояния. Изменения адренореактивных свойств разных тканей в организме (например под влиянием катехоламинов изменение в клетках и мембранных составляющих) и эритроцитов имеют однонаправленный характер [17].

Заключение

Большое внимание специалистов привлекает изучение влияния гипоксии на организм человека. Гипоксия является одним из стрессовых состояний для организма. При физической нагрузке часто появляются различные по своей напряжённости состояния нехватки

кислородообеспечения, как результат дисбаланса между резко возрастающими потребностями организма в энергии и возможностями их обеспечения [1].

В ответ на воздействие гипоксии проявляются морфологические признаки ишемической болезни сердца, которая занимает ведущее место по своей медико-социальной значимости и влиянию на общую заболеваемость, нарушение трудоспособности, инвалидизацию во всех странах мира [8, 9].

К развитию гипоксии приводит большая часть экстремальных состояний организма и видов патологии. Большую роль в обеспечении адаптационных возможностей организма и активации его запасов играет симпато-адреналовая система. Адренореактивность эритроцитов признаётся правдивой моделью системных показателей активности симпато-адреналовой системы, показывая при этом общие принципы того, как изменяются мембранные и клеточные структуры при воздействии на них катехоламинов [1, 6].

К генам определяющим факторы адаптации к гипоксии относят гены сердечно-сосудистой системы ACE, BDKRB2 и eNOS3. Все эти гены связаны с адаптацией организма к стрессорным влияниям.

Данное исследование посвящено анализу генетических ассоциаций аллельных вариантов генов ACE, BDKRB2 и eNOS3 с различными типами адренореактивности эритроцитов. Был проведен анализ распределения частот генотипов и аллелей по локусам данных генов в группах имеющих различный тип адренореактивности эритроцитов.

В данной работе показано, что генотип D/D гена ACE достоверно чаще встречается в группе с антиагрегационным типом АРЭ, а генотип I/I и аллель *1 в группах с агрегационным и ареактивным типами АРЭ в выборке больных ИБС.

Генотип -9/-9 гена BDKRB2 достоверно реже встречается в группе с антиагрегационым типом адренореактивности эритроцитов, чем в группе с ареактивным типом в выборке здоровых, что подтверждается и в выборке больных с антиагрегационным типом адренореактивности эритроцитов, где наблюдается также достоверное понижение частоты генотипа + 9/+9 и повышение частоты генотипа + 9/-9 по сравнению с группами больных с ареактивным и агрегационым типами и с группой здоровых с антиагрегационным типом адренореактивности эритроцитов. В группе больных с агрегационным типом адренореактивности эритроцитов

достоверно чаще встречается генотип -9/-9, чем в группе здоровых с агрегационным типом. А в группе больных с ареактивным типом адренореактивности эритроцитов достоверно чаще встречается генотип -9/-9 и реже +9/-9, чем в группе здоровых с ареактивным типом.

Генотип G/G гена eNOS3 достоверно чаще встречается в группах с агрегационным и ареактивным типами адренореактивности эритроцитов, чем в группе с антиагрегационным типом в выборке здоровых. Наблюдается достоверное повышение частот генотипа G/T и аллеля *Т в группе с антиагрегационным типом адренореактивности эритроцитов, чем в группах с агрегационным и ареактивным в выборке здоровых. В группе больных с антиагрегационным типом адренореактивности эритроцитов также подтверждается достоверное увеличение частоты аллеля *Т, чем в группах больных с агрегационным и ареактивным типами. В группе больных с агрегационным типом достоверно чаще встречается генотип G/T, чем в группе больных с антиагрегационным типом. Генотип T/T достоверно чаще встречается в группе больных с антиагрегационным типом, чем в группе здоровых с антиагрегационным типом адренореактивности эритроцитов.

Список литературы

1. Бахчеван Е. Л., Чеботарь С. В. Молекулярно-генетические

маркеры адаптации к гипоксии у спортсменов //Вестник Одесского национального университета. Биология. - 2015. - Т. 20. - №. 1. - С. 69-81.

2. Тихомирова И. А., Муравьев А. В., Гусева Е. П. Адренореактивность организма и агрегатные свойства эритроцитов в норме и при патологии //Регионарное кровообращение и микроциркуляция. - 2006. - Т. 5. - №. 2. - С. 63-68.

3. Попов А. П., Сопрунов Н. И. Заболевание сердца: ишемическая болезнь сердца (ИБС) //Международный научный журнал «Вестник науки». - 2019. - Т. 4. - №2.

4. Белкина Л. М. Защита сердца от ишемических повреждений с

помощью факторов, активирующих стресс-лимитирующие системы : автореферат дис. доктора биологических наук : 14.00.16. - Москва, 1994. - 49 с. : ил.

5. Иванов С. А. и др. Исследование симпатоадреналовой системы и

критерий прогноза индивидуальной стрессоустойчивости у врачей хирургического профиля //Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. - 2015. - Т 20. - №. 2.

+ еще 41 источник

Примечания

Оригинал в pdf