07.05.2015

Параллельное расположение артерий и вен важно для поддержания теплокровности

У теплокровных животных артерии и вены располагаются специфическим образом — рядом с артерией почти всегда проходит парная вена. Авторы статьи, опубликованной в журнале Developmental Cell, показали, что такое расположение сосудов помогает теплокровным животным поддерживать более стабильную температуру тела.

Когда-то давно, до изобретения методов биоинженерии, люди могли только гадать, случайна ли закономерность, которая наблюдается у группы живых существ. Теперь, когда ученые могут целенаправленно «сломать» любую интересующую систему, такие сомнения легко разрешить. Например, уже давно известно, что артерии и вены у теплокровных животных располагаются по соседству друг с другом — рядом с артерией, несущей кровь от сердца, обычно есть вена, по которой кровь движется в обратном направлении. Важно ли такое расположение сосудов, и есть ли система, которая его специально организует? Если найти такую систему и «сломать», можно узнать, насколько важной она была.

Ученые нашли молекулы-кандидаты, которые могли заниматься организацией выравнивания сосудов: белок апелин (Apelin) и его рецептор. Рецептор располагался исключительно на венах, а апелин вырабатывался находящимися рядом с ними артериями. Можно было предположить, что с помощью апелина вены могут узнать, не слишком ли далеко от артерий они находятся. Чтобы проверить, важна ли апелиновая система для выравнивания сосудов, ученые получили мышей без апелина, либо без его рецептора. Оказалось, что в коже спины мышей, у которых не было рецептора к апелину, артериолы и венулы располагались совсем не согласованно. Такой же, но менее выраженный эффект был у мышей, не вырабатывавших апелина. Получается, что апелин и особенно его рецепторы (которые, возможно, способны отвечать и на другие молекулы) важны для правильного расположения артерий и вен в коже мышей. Ученые также убедились, что такое парное расположение сосудов действительно характерно только для теплокровных животных (млекопитающих и птиц), а у рыб и рептилий — холоднокровных животных — не наблюдается. Может ли быть такое, что парное расположение артерий и вен важно для поддержания теплокровности?

Чтобы это проверить, ученые заставили мышей без апелина (или его рецепторов) померзнуть и попотеть. Животным пришлось посидеть шесть часов при 4 °C (температура в холодильнике) или же двадцать минут при 41 °C. После холодильника температура у обычных мышей падала в среднем на два градуса, а у мышей с неправильно расположенными артериями и венами — на пять градусов. После нагрева у обычных мышей температура повышалась на 5 градусов, а у мышей с неправильным расположением сосудов — на 7 градусов. Казалось бы, разница между обычными мышами и мышами с неправильно расположенными сосудами составляла всего 2–3 градуса, но на самом деле для теплокровных животных это много (вспомните, как вы себя чувствуете, когда во время болезни у вас на пару градусов поднимается температура). Получается, парное расположение сосудов действительно помогает теплокровным животным поддерживать температуру тела более стабильной. Вероятно, это происходит из-за теплообмена между более горячими артериями, которые несут кровь от сердца, и более холодными венами, которые идут от периферии, где кровь успевает остыть. В результате температура тела в целом становится более стабильной.

Ученые также проследили, как именно в ходе эмбрионального развития артерии и вены правильно ориентируются относительно друг друга. Оказалось, что между 14 и 17 днями развития эмбриона мыши можно наблюдать, как вены постепенно приближаются к артериям. А у мышей без апелиновой системы таких движений вен не было. Венозные клетки эндотелия можно было заставить ползти по градиенту апелина даже в искусственной системе. Получается, на определенной стадии эмбрионального развития теплокровного животного артерии с помощью апелина «подзывают» к себе вены, которые активно к ним движутся.

Кроме того, оказалось, что венам помогают правильно расположиться относительно артерий нейтрофилы, которые разбирают внеклеточный матрикс вокруг вен. Ученые заметили, что нейтрофилы у эмбрионов мышей скапливались между артериями и венами. С момента, когда вены должны были начать движение к артериям, вокруг вен у нормальных мышей становилось меньше коллагена. А у мышей без апелина коллаген не начинал исчезать с вен, когда им пора было устремляться к артериям. Коллаген расщеплялся благодаря выработке нейтрофилами металопротеиназы, и ее тоже стимулировал апелин. Если нейтрофилы эмбрионов отключали при помощи антител к их специфическим рецепторам, у выросших мышей артерии и вены не располагались попарно, так что работа этих клеток очень важна для того, чтобы сосуды могли расположиться оптимальным образом.

Интересно, что апелин вырабатывается и у некоторых холоднокровных животных, у которых не наблюдается выравнивания артерий и вен. Вероятно, у этих животных нейтрофилы не расчищают путь для вен, так что у них не появляется возможности двигаться к артериям. По-видимому, апелин у таких холоднокровных животных выполняет другие функции, не связанные с пространственной организацией сосудистой сети.

Подготовлено по материалам: H. Kidoya et al. APJ Regulates Parallel Alignment of Arteries and Veins in the Skin // Developmental Cell. 2015. V. 33. P. 247–259. DOI:10.1016/j.devcel.2015.02.024.

Источники:

1. elementy.ru