Поделиться


Научная работа

Кафедра физиологии МБФ


Научная работа коллектива посвящена изучению механоэлектрической обратной связи в сердце и ее ионных механизмов на клеточном уровне. Исследования проводятся совместно с коллегами из ведущих Университетов Германии, Швейцарии и Великобритании, США. Сотрудники подразделения А.Г. Камкин, И.С. Киселева, В.Е. Казанский, Д.В. Кондратьев, Н.Н. Лысенко, Н.Е. Лапина, Е.В. Лаврентьева, О.В.З аварицкая и другие проводят исследования в различных направлениях основной научной темы кафедры.

Результат научной работы коллектива – значительное количество рецензируемых статей в зарубежных журналах, имеющих высокий impact index, издание монографий как на русском так и на английском языках, регулярное участие всех сотрудников в международных съездах, симпозиумах, конференциях.

Только за 2000-2005 годы в международной печати совместно с зарубежными коллегами опубликовано 72 рецензируемые научные статьи. На русском языке издана монография «Механоэлектрическая обратная связь в сердце» авторов А.Г. Камкина, В.Н. Ярыгина, И.С. Киселевой (2003 год). В печати находится монография на английском языке «Mechanisms of the mechanoelectric feedback in the heart» авторов A.Kamkin, I. Kiseleva, H. Scholz, G.Isenberg. Профессора А.Г.Камкин и И.С.Киселева утверждены титульными редакторами международного сборника обзорных научных статей «Mechanosensitivity in Cells and Tissues». Editors: Andre Kamkin & Irina Kiseleva (2005). В процессе работы находится учебно-научное издание, построенное по монографическому принципу «Физиология и молекулярная биология мембран клеток» авторов А.Г. Камкина и И.С. Киселевой, которое планируется к выходу в свет в начале 2006 года. На международных мероприятиях - съездах, симпозиумах, конференциях представлено 84 научных доклада и опубликовано столько же тезисов докладов. В рамках этих исследований за 5 лет выполнены и защищены 1 докторская диссертация и 3 кандидатских диссертации. Выполняются 3 докторские и 5 кандидатских диссертаций.


Научная теория, разработанная коллективом кафедры

Существо разработанной коллективом научной теории сводится к следующему. Механоэлектрическая обратная связь в сердце подразумевает, что механические изменения в миокарде приводят к изменению в нем электрических процессов. Базовым элементом для реализации механоэлектрической обратной связи в сердце являются не только кардиомиоциты, но и сердечные фибробласты. Оба типа клеток имеют механосенситивные ионные каналы, которые включаются при механическом воздействии на ткань, которое, разумеется, передается ко всем отдельным клеткам.

В результате механического воздействия кардиомиоциты несколько деполяризуются. Происходит изменение формы потенциалов действия, что особенно проявляется в изменениях на фоне фазы реполяризации. На уровне 50% или 90% амплитуды потенциала действия в фазу реполяризации появляется, так называемая, механоиндуцированная деполяризация. Появление механоиндуцированной деполяризации связано с работой механосенситивных ионных каналов, и, в частности, с катионнеселективной проводимостью, в основе которой лежит проводимость для ионов натрия. Детально изучен механизм проводимости ионов через механосенситивные ионные каналы. На фоне механо-индуцированной деполяризации при достижении порога возникают экстра потенциалы действия, что ведет к экстрасистолии, а при стабильной механоиндуцированной деполяризации и к фибриляции. В здоровом сердце этот механизм, включающийся при растяжении ткани, работает в области максимальных физиологических границ растяжения, и обратим после снятия растяжения. В патологических условиях, которые ведут, например, к гипертрофии миокарда, малейшее растяжение ткани приводит к механоиндуцированной деполяризации в результате повышения чувствительности ткани к механическому воздействию и увеличению тока через механосенситивные ионные каналы. Это связано с экспрессией механосенситивных ионных каналов, в результате чего увеличивается канальная плотность и, следовательно, амплитуда максимального тока через эти каналы. Чувствительность кардиомиоцитов к растяжению сердечной ткани повышается и с возрастом животного или человека.

Механическое воздействие на сердечные фибробласты приводит к двум реакциям. Первая реакция – деполяризация в виде пиков (возникновение механоиндуцированных потенциалов) в результате активации механосенситивных ионных каналов при сжатии клетки, которое происходит в момент сокращения ткани. Вторая реакция – гиперполяризация в результате инактивации механосенситивных ионных каналов при растяжении клеток. Детально изучен механизм проводимости ионов через механосенситивные ионные каналы. Выраженная степень реакции фибробластов на механическое воздействие позволяет говорить о них как о природных механоэлектрических преобразователях в сердце. Смещение мембранного потенциала в сторону гиперполяризации достигает значительных величин за счет электрофизиологических свойств этих клеток. При патологии сердца чувствительность фибробластов к механическому воздействию резко возрастает за счет увеличения канальной плотности. Чувствительность фибробластов к растяжению сердечной ткани повышается и с возрастом животного или человека.

Таким образом, и кардиомиоциты и в большей степени фибробласты эффективно преобразовывают механическую энергию в электрические ответы. В основе механизма преобразования механической энергии лежит работа цитоскелета клеток. Фибробласты могут эффективно модулировать работу кардиомиоцитов в результате взаимодействия этих клеток. Количество фибробластов в сердце достаточно велико. Особенно они распространены в предсердиях и, прежде всего, в зоне синоатриального узла, окружая пейсмейкерные клетки со всех сторон. Взаимодействие кардиомиоцитов в сердце, как известно, осуществляется через высокопроницаемые контакты их мембран. Взаимодействие фибробластов в сердце также осуществляется через высокопроницаемые контакты. Более сложен вопрос взаимодействия в сердце кардиомиоцитов с фибробластами. На основании исследований коллектива, в которых было показано электрическое взаимодействие этих клеток в целом сердце, было предположено, что между кардиомиоцитами и фибробластами существуют одиночные коннексоны или коннексоны лежащие кластерами. В настоящее время эта точка зрения полностью доказана гистоиммунохимическим методом с применением конфокального микроскопа.

И так, растяжение кардиомиоцита приводит к его деполяризации, а растяжение фибробласта к его гиперполяризации. В физиологичеких условиях установлено некое равновесие этих процессов. При патологии реакция на растяжение крайне выражена у обоих типов клеток. В этом случае важна степень их межклеточного взаимодействия и степень реакции на механическое воздействие у каждого типа клеток. Если гиперполяризация у фибробластов больше, чем деполяризация у кардиомиоцитов (разумеется, прежде всего, у пейсмейкерных клеток) и влияние со стороны фибробластов большее, наблюдается урежение ритма сердца вплоть до его остановки. Если деполяризация у кардиомиоцитов больше, чем переданная от фибробластов гиперполяризация, то наблюдаются аритмии вплоть до фибриляции сердца. Математическое моделирование этих ситуаций полностью подтверждает экспериментальные данные.

Эта принципиально новая теория имеет не только фундаментальное значение с позиций новых представлений о работе сердца в норме и патологии, но и клиническое, особенно для случаев медленного хронического растяжения миокарда, например, при увеличении внутрисердечного давления. В этом случае, даже изменение позы человека, перенесшего, например, инфаркт миокарда, за счет изменения наполнения сердца и, следовательно, растяжения ткани сердца, приводит к известным драматическим последствиям.


Основые научные работы кафедры

  1. Kamkin A, Kiseleva I, Lozinsky I. Activation and inactivation of a non-selective conductance by local compression and stretch of cultured cardiac fibroblasts. For: Basic Res Cardiol. 2008; (ready).
  2. Kamkin A, Kiseleva I, Kirischuk S. Single mechanically gated channels recorded in cell-attached configuration during mechanical deformation of acutely isolated cardiac fibroblasts. Pflugers Arch. 2008; (submitted).
  3. Kondratev D, Kazanski V, Kamkin A. Роль кальция в реакции сердца на механическое воздействие. Usp Fiziol Nauk. [Successes of physiological sciences] 2008; (accepted) Review. Russian.
  4. Mechanosensitivity in Cells and Tissues: Mechanosensitivity of Nervous System. Andre Kamkin and Irina Kiseleva - editors. SPRINGER. 2008; 400 pages (accepted).
  5. Textbook «Physiology and molecular biology of cell membranes» Kamkin A, Kiseleva I. Academia Publishing House Ltd. 2008; Format 70x100 1/16 (17x24 cm), 600 pages. Russian. (in press)
  6. Textbook «The atlas on physiology» Kamkin A, Kiseleva I. Geotar Publishing House Ltd, 2008: Moscow, Russian (in press). Format 60x90/8 (22x29 cm), 500 pages. Russian. (in press)
  7. Textbook «Actual methods of modern physiology» Andre Kamkin and Irina Kiseleva - editors. Geotar Publishing House Ltd, 2008: Moscow, Russian (in press).
  8. Kirmse K, Dvorzhak A, Grantyn R, Kirischuk S. Developmental downregulation of excitatory GABAergic transmission in neocortical layer I via presynaptic adenosine A(1) receptors. Cereb Cortex. 2008;18(2):424-432.
  9. Fedorov VV, Lozinsky IT. Is the beta3-adrenergic receptor a new target for treatment of post-infarct ventricular tachyarrhythmias and prevention of sudden cardiac death? Heart Rhythm. 2008;5(2):298-299.
  10. Mechanosensitivity in Cells and Tissues: Mechanosensitive Ion Channels. Andre Kamkin and Irina Kiseleva - editors. SPRINGER. 2007: 498 р.
  11. Kamkin A, Kiseleva I. Mechanically gated channels and mechanosensitive channels. In: Mechanosensitivity in Cells and Tissues: Mechanosensitive Ion Channels. Andre Kamkin and Irina Kiseleva (editors). SPRINGER, 2007, pp. xiii-xviii. Editorial.
  12. Kamkin A, Kiseleva I, Lozinsky I. Experimental methods of studying of mechanosensitive channels and possible errors in data interpretation In: Mechanosensitivity in Cells and Tissues: Mechanosensitive Ion Channels. Andre Kamkin and Irina Kiseleva (editors). SPRINGER, 2007, p. 3-35. Review.
  13. Kamkin AG, Kiseleva IS, Kirishchuk SI, Lozinski? IT. Voltage-gated calcium channels Usp Fiziol Nauk. [Successes of physiological sciences] 2007; 38(1):14-38. Review. Russian.
  14. Textbook «The fundamental practical course on physiology» Kamkin, Andre, editor. Kamkin Andre, Kiseleva Irina, Suchova Galina. Moscow: Academia Publishing House Ltd. 2007, Format 70x100 1/16 (17x24 cm), 443 pages. Russian.
  15. Kirmse K, Dvorzhak A, Henneberger C, Grantyn R, Kirischuk S. Cajal Retzius cells in the mouse neocortex receive two types of pre- and postsynaptically distinct GABAergic inputs. J Physiol. 2007;585(Pt 3):881-895.
  16. Leuner K, Kazanski V, Muller M, Essin K, Henke B, Gollasch M, Harteneck C, Muller WE. Hyperforin--a key constituent of St. John's wort specifically activates TRPC6 channels. FASEB J. 2007;21(14):4101-11.
  17. Petrushanko IY, Bogdanov NB, Lapina N, Boldyrev AA, Gassmann M, Bogdanova AY. Oxygen-induced Regulation of Na/K ATPase in cerebellar granule cells. J Gen Physiol. 2007;130(4):389-398.
  18. Fedorov VV, Lozinsky IT, Sosunov EA, Anyukhovsky EP, Rosen MR, Balke CW, Efimov IR. Application of blebbistatin as an excitation-contraction uncoupler for electrophysiologic study of rat and rabbit hearts. Heart Rhythm. 2007;4(5):619-626.
  19. Riedel T, Lozinsky I, Schmalzing G, Markwardt F. Kinetics of P2X7 receptor-operated single channels currents. Biophys J. 2007;92(7):2377-2391.
  20. Kamkin AG, Kiseleva IS, Kirishchuk SI, Lozinski? IT. Voltage-gated calcium channels Usp Fiziol Nauk. [Successes of physiological sciences] 2006;37(4):3-33. Review. Russian.
  21. Dyachenko V, Rueckschloss U, Isenberg G. Aging aggravates heterogeneities in cell-size and stress-intolerance of cardiac ventricular myocytes. Exp Gerontol. 2006;41(5):489-496.
  22. Xian Tao Li, Dyachenko V, Zuzarte M, Putzke C, Preisig-Muller R, Isenberg G, Daut J. The stretch-activated potassium channel TREK-1 in rat cardiac ventricular muscle. Cardiovasc Res. 2006;69(1):86-97.
  23. Wilhelm J, Kondratev D, Christ A, Gallitelli MF. Stretch induced accumulation of total Ca and Na in cytosol and nucleus: a comparison between cardiac trabeculae and isolated myocytes. Can J Physiol Pharmacol. 2006;84(3-4):487-98.
  24. Jors S, Kazanski V, Foik A, Krautwurst D, Harteneck C. Receptor-induced activation of Drosophila TRP gamma by polyunsaturated fatty acids. J Biol Chem. 2006 Oct 6;281(40):29693-702.
  25. Yoo S, Dobrzynski H, Fedorov VV, Xu SZ, Yamanushi TT, Jones SA, Yamamoto M, Nikolski VP, Efimov IR, Boyett MR. Localization of Na+ channel isoforms at the atrioventricular junction and atrioventricular node in the rat. Circulation. 2006;114(13):1360-71.
  26. Fedorov VV, Hucker WJ, Dobrzynski H, Rosenshtraukh LV, Efimov IR. Postganglionic nerve stimulation induces temporal inhibition of excitability in rabbit sinoatrial node. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2006;291(2):H612-23.
  27. Efimov IR, Fedorov VV. Precordial thump and commotio cordis: the yin and yang of mechanoelectric feedback in the heart. Heart Rhythm. 2006 Feb;3(2):187-8.
  28. Kamkin A, Kiseleva I, Lozinsky I, Scholz H. Electrical interaction of mechanosensitive fibroblasts and myocytes in the heart. Basic Res Cardiol. 2005;100(4):337-345.
  29. Mechanosensitivity in Cells and Tissues Kamkin, Andre; Kiseleva, Irina, editors Moscow: Academia Publishing House Ltd.; 2005, 498 pages.
  30. Kamkin A and Kiseleva I. Mechanosensitivity of Cells from Various Tissues In: Mechanosensitivity in Cells and Tissues Kamkin, Andre; Kiseleva, Irina, editors Moscow: Academia Publishing House Ltd.; 2005, p. 1-21. Editorial.
  31. Kamkin A, Kiseleva I, Wagner KD, Scholz H. Mechano-Electric Feedback in the Heart: Evidence from Intracellular Microelectrode Recordings on Multicellular Preparations and Single Cells from Healthy and Diseased Tissue. In: Mechanosensitivity in Cells and Tissues Kamkin, Andre; Kiseleva, Irina, editors Moscow: Academia Publishing House Ltd.; 2005, p. 165-202. Review.
  32. Kamkin A, Kiseleva I, Lozinsky I, Wagner K-D, Isenberg G, Scholz H The Role of Mechanosensitive Fibroblasts in the Heart In: Mechanosensitivity in Cells and Tissues Kamkin, Andre; Kiseleva, Irina, editors Moscow: Academia Publishing House Ltd.; 2005, p. 203-229. Review.
  33. Fedorov VV, Trifonova OP, Glukhov AV, Rosen MR, Rosenshtraukh LV. The Role of Mechano-Electrical Feedback in the Cholinergic Atrial Fibrillation Initiation In: Mechanosensitivity in Cells and Tissues Kamkin, Andre; Kiseleva, Irina, editors Moscow: Academia Publishing House Ltd.; 2005, p. 313-335.
  34. Fedorov VV, Li L, Glukhov A, Shishkina I, Aliev RR, Mikheeva T, Nikolski VP, Rosenshtraukh LV, Efimov IR. Hibernator Citellus undulatus maintains safe cardiac conduction and is protected against tachyarrhythmias during extreme hypothermia: possible role of Cx43 and Cx45 up-regulation. Heart Rhythm. 2005;2(9):966-75.
  35. Efimov IR, Fedorov VV. Chessboard of atrial fibrillation: reentry or focus? Single or multiple source(s)? Neurogenic or myogenic? Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2005 Sep;289(3):H977-9. Review.
  36. Isenberg G, Kondratev D, Dyachenko V, Kazanski V, Gallitelli MF. Isolated Cardiomyocytes: Mechanosensitivity of Action Potential, Membrane Current and Ion Concentration In: Mechanosensitivity in Cells and Tissues Kamkin, Andre; Kiseleva, Irina, editors Moscow: Academia Publishing House Ltd.; 2005, pp 126-164, Review
  37. Kondratev D, Christ A, Gallitelli MF. Inhibition of the Na+-H+ exchanger with cariporide abolishes stretch-induced calcium but not sodium accumulation in mouse ventricular myocytes. Cell Calcium. 2005;37(1):69-80.
  38. Safiulina VF, Kas'yanov AM, Markevich VA, Bogdanova OG, Dvorzhak AY, Zosimovskii VA, Ezrokhi VL. Studies of the synaptic plasticity of field CA3 of the hippocampus during tetanization of the perforant path. Neurosci Behav Physiol. 2005;35(7):693-698.
  39. Textbook «Fundamental and Clinical Physiolohy» Kamkin, Andre; Kamenskiy Andrej, editors. Bauer Christian (Schwiez), Berne Robert (USA), Cook David Ian (Australia), Kamkin Andre (Russia), Kiseleva Irina (Russia), Klinke Rainer (Germany), Kutchai Howard (USA), Levy Matthew (USA), Lingard Jennifer (Australia), Luciano Dorothy (USA), Scheid Peter (Germany), Sherman James (USA), Silbernagl Stefan (Germany), Van Lennep Ernst (Australia), Vander Arthur (USA), Voigt Karlheinz (Germany), Wegman Eric (Australia), Willis William (USA), Young John Atherton (Australia). Moscow: Academia Publishing House Ltd. 2004; Format 60x90/8 (22x29 cm), 1072 pages. Russian.
  40. Safiulina VF, Kas'ianov AM, Markevich VA, Bogdanova OG, Dvorzhak AIu, Zosimovski? VA, Ezrokhi VL. Study of synaptic plasticity of hippocampal CA3 area as a result of tetanization of perforant path. Zh Vyssh Nerv Deiat Im I P Pavlova. 2004;54(4):542-547. Russian.
  41. Sharifov OF, Fedorov VV, Beloshapko GG, Glukhov AV, Yushmanova AV, Rosenshtraukh LV. Roles of adrenergic and cholinergic stimulation in spontaneous atrial fibrillation in dogs. J Am Coll Cardiol. 2004 Feb 4;43(3):483-90.
  42. Isenberg G, Kazanski V, Kondratev D, Gallitelli MF, Kiseleva I, Kamkin A. Differential effects of stretch and compression on membrane currents and [Na+]c in ventricular myocytes. Prog Biophys Mol Biol. 2003;82(1-3):43-56. Review.
  43. Kamkin A, Kiseleva I, Isenberg G, Wagner KD, Gunther J, Theres H, Scholz H. Cardiac fibroblasts and the mechano-electric feedback mechanism in healthy and diseased hearts. Prog Biophys Mol Biol. 2003; 82(1-3):111-120. Review.
  44. Kamkin A, Kiseleva I, Isenberg G. Activation and inactivation of a non-selective cation conductance by local mechanical deformation of acutely isolated cardiac fibroblasts. Cardiovasc Res. 2003;57(3):793-803.
  45. Kamkin A, Kiseleva I, Isenberg G. Ion selectivity of stretch-activated cation currents in mouse ventricular myocytes. Pflugers Arch. 2003; 446(2):220-231.
  46. Kamkin A, Kiseleva I, Wagner KD, Bohm J, Theres H, Gunther J, Scholz H. Characterization of stretch-activated ion currents in isolated atrial myocytes from human hearts. Pflugers Arch. 2003; 446(3):339-346.
  47. Kamkin A, Kiseleva I, Wagner KD, Lozinsky I, Gunther J, Scholz H. Mechanically induced potentials in atrial fibroblasts from rat hearts are sensitive to hypoxia/reoxygenation. Pflugers Arch. 2003; 446(2):169-174.
  48. Monograph. Mechanoelectrical feedback in the heart. Kamkin A, Kiseleva I, Jarigin. Moscow, Mlesna, 2003: 351 pages. Russian.
  49. Kondratev D, Gallitelli MF. Increments in the concentrations of sodium and calcium in cell compartments of stretched mouse ventricular myocytes. Cell Calcium. 2003;34(2):193
  50. Wagner S, Seidler T, Picht E, Maier LS, Kazanski V, Teucher N, Schillinger W, Pieske B, Isenberg G, Hasenfuss G, Kogler H. Na(+)-Ca(2+) exchanger overexpression predisposes to reactive oxygen species-induced injury. Cardiovasc Res. 2003 Nov 1;60(2):404-12.
  51. Kamkin AG, Kiseleva IS, Iarygin VN. Mechanosensitive ion channels. Usp Fiziol Nauk. [Successes of physiological sciences] 2002;33(3):3-37. Review. Russian.
  52. Kamkin A, Kiseleva I, Wagner KD, Pylaev A, Leiterer KP, Theres H, Scholz H, Gunther J, Isenberg G. A possible role for atrial fibroblasts in postinfarction bradycardia. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2002;282(3):H842-9.
  53. Kamkin AG, Kiseleva IS, Iarygin VN. Ion mechanisms of the mechanoelectrical feedback in myocardial cells. Usp Fiziol Nauk. [Successes of physiological sciences] 2001;32(2):58-87. Review. Russian.
  54. Kamkin A, Kiseleva I, Wagner KD, Scholz H, Theres H, Kazanski V, Lozinsky I, Gunther J, Isenberg G. Mechanically induced potentials in rat atrial fibroblasts depend on actin and tubulin polymerisation. Pflugers Arch. 2001; 442(4):487-97.
  55. Godecke A, Heinicke T, Kamkin A, Kiseleva I, Strasser RH, Decking UK, Stumpe T, Isenberg G, Schrader J. Inotropic response to beta-adrenergic receptor stimulation and anti-adrenergic effect of ACh in endothelial NO synthase-deficient mouse hearts. J Physiol. 2001;532(Pt 1):195-204.
  56. Sharifov OF, Fedorov VV, Beloshapko GG, Yushmanova AV, Rosenshtraukh LV. Effects of E047/1, a new antiarrhythmic drug, on experimental atrial fibrillation in anesthetized dogs. J Cardiovasc Pharmacol. 2001 Nov;38(5):706-14.
  57. Kamkin A, Kiseleva I, Isenberg G. Stretch-activated currents in ventricular myocytes: amplitude and arrhythmogenic effects increase with hypertrophy. Cardiovasc Res. 2000;48(3):409-20.
  58. Kamkin AG, Kiseleva IS. Mechanoelectrical feedback in the healthy heart and in the heart with pathologies. Usp Fiziol Nauk. [Successes of physiological sciences] 2000;31(2):51-78. Review. Russian.
  59. Kamkin A, Kiseleva I, Wagner KD, Leiterer KP, Theres H, Scholz H, Gunther J, Lab MJ. Mechano-electric feedback in right atrium after left ventricular infarction in rats. J Mol Cell Cardiol. 2000;32(3):465-77.
  60. Kiseleva I, Kamkin A, Wagner KD, Theres H, Ladhoff A, Scholz H, Gunther J, Lab MJ. Mechanoelectric feedback after left ventricular infarction in rats. Cardiovasc Res. 2000;45(2):370-8.
  61. Wagner K, Kamkin A, Kiseleva I, Theres H, Scholz H, Gunther J. Effects of metoprolol and ramipril on action potentials after myocardial infarction in rats. Eur J Pharmacol. 2000;388(3):263-266.
  62. Fedorov VV, Sharifov OF, Beloshapko GG, Yushmanova AV, Rosenshtraukh LV. Effects of a new class III antiarrhythmic drug nibentan in a canine model of vagally mediated atrial fibrillation. J Cardiovasc Pharmacol. 2000;36(1):77-89.