Метаболические процессы при общем охлаждении организма

ЛИТЕРАТУРА

1. Бронхиальная астма у детей: диагностика, лечение и профилактика [Текст]: научно-практическая программа.-М., 2004.-46 с.

2. Бронхиальная астма у детей [Текст]/под ред. С.Ю.Каганова.-М.: Медицина, 1999.-368 с.

3. Определение чувствительности плечевой артерии к напряжению сдвига на эндотелии как метод оценки состояния эндотелийзависимой вазодилата-ции с помощью ультразвука высокого разрешения у больных артериальной гипертонией [Текст]/Иванова О.В. [и др.]//Кардиология.-1998.-№3.-С.37-42.

4. Пульмонология детского возраста и ее насущные проблемы [Текст]/С.Ю.Каганов, Н.Н.Розино-ва//Рос. вестн. перинатологии и педиатрии.-2000.-№6.-С.6-11.

5. Легочная гипертония при системных заболеваниях соединительной ткани [Текст]/Н.А.Кароли, А.П.Ребров//Тер.архив.-2005.-№12.-С.83-88.

6. Дифференциальная диагностика бронхиальной

астмы у детей раннего возраста

[Текст]/Т.В.Куличенко [и др.]//Рос. вестн. перинатологии и педиатрии.-2000.-№6.-С.25-29.

7. Естественное течение бронхиальной астмы [Текст]/И.В. Смоленов, Н. А. Смирнов//Соп$Шит medicum. -2001.-Приложение .-С.14-16.

8. Легочная гипертензия и поражение сердца при хронических неспецифических заболеваниях легких [Текст]/Н.Р.Палеев, Л.Н.Царькова, Н.К.Черейская //Кардиология.-1988.-№12.-С.58-63.

9. Non-invasive detection in children and adults at risk of atherosclerosis [Теxt]/Celemajer D.S. [et al.]//Lancet.-1992.-Vol.340, №12.-С.1111-1115.

10. Endothelin produces pulmonary vasoconstriction and systemic vasodilation [Теxt]/H.L.Lipnton, T.A.Hautb, W.I.Kmrnner//J. Appl. Physiol.-1989.-Vol.66.-C.1008-1012.

Поступила 27.02.2006

УДК 612.014.44:576.344:616-003.96 М.М.Луценко

МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ОБЩЕМ ОХЛАЖДЕНИИ ОРГАНИЗМА

ГУ Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания СО РАМН

РЕЗЮМЕ

Изложен материал, освещающий реакцию нейрогуморальной системы и липидного обмена в ответ на общее охлаждение организма кроликов при температуре -300С по 3 часа ежедневно в течение 5, 15 и 30 дней.

SUMMARY

M^.Lutsenko

METABOLIC PROCESSES IN THE ORGANISM SUBJECTED TO HYPOTHERMIA

The paper describes the neurohumoral system reaction and lipid metabolism in response to hypothermia in rabbits subjected to the temperature -300С for 3 hours daily during 5, 15 and 30 days.

Приспособление к холоду у высших животных и человека представляет одну из сложных адаптационных реакций организма. Воздействие холодом приводит к изменениям реакции термогенеза - увеличению теплообразования [11, 12, 13, 2]. Химические механизмы, связанные с увеличением теплообразования, являются чрезвычайной мерой защиты организма от холода [1, 8] и активизируется лишь после того как до конца исчерпывается возможность физиологической терморегуляции. У большинства млекопитающих в раннем возрасте химическая терморегуляция осуществляется в основном за счет несократительного термогенеза [5]. При действии холода эти изменения направлены на увеличение производства тепла путем усиления окислительных процессов в организме [3]. При этом основная термогенная нагрузка переносится на те функции, нестабильность которых не опасна и изменения уровня их не влечет за собой перестроек в других жизненных процессах [11]. К таким функциям относятся обмен веществ: катаболизм липидов, окис-

лительно-восстановительные процессы в клетках [14].

Регуляция энергетических процессов осуществляется через симпатическую нервную систему (адреналовый комплекс) путём активизации ферментов, катализирующих липолиз и гликогенолиз [4, 7, 9, 10]. Тесная взаимосвязь между процессами всех видов веществ не позволяет говорить об изолированной регуляции одной из сторон обмена, ибо всякий сдвиг в регуляции одной из сторон неизбежно влечет за собой изменение регуляции другого. Преимущество того или иного источника энергии (липиды или углеводы) диктуется эффективностью активизирующего воздействия [6]. Характер изменения важных физиологических и биохимических параметров позволяет судить о деятельности соответствующих регуляторных систем и эффективности функционирования защитно-

приспособительных механизмов, обеспечивающих восстановление постоянства внутренней среды организма и его подвижного равновесия при низкой температуре окружающей среды.

Можно выделить два типа холодовой адаптации: I тип - адаптация к длительному постоянному действию умеренного холода; II тип - адаптация к прерывистому действию сильного холода.

У животных холодовая адаптация первого типа выражается увеличением теплопродукции за счет несократительного термогенеза, благодаря повышению чувствительности ткани к норадреналину. Это является основным механизмом адаптации к холоду у животных, которые в норме защищены шерстью от его влияния. У человека наиболее часто развивается холодовая адаптация второго типа.

Материалы и методы исследования

Опыты проводились на кроликах возрастом 6 мес. Животные подвергались общему охлаждению в климатокамере 1ЬКА-3101. В опыте было использовано 70

Таблица 1

Спектр жирных кислот в плазме периферической крови кроликов, при общем охлаждении организма в различные сроки в климатокамере при температуре -300С по 3 часа ежедневно

Жирные кислоты Шифр ЖК Интактные животные После 5-днев-ного охлаждения при -300С в течение 3 ч. После 15-днев-ного охлаждения при -300С в течение 3 ч. После 30-днев-ного охлаждения при -300С в течение 3 ч.

Лауриновая С12:0 0,47±0,15 0,95±0,3 1,2±0,05 0,9±0,04

Лауролеиновая С12:1 0,31±0,05 0,65±0,1 0,8±0,02 0,7±0,02

Миристиновая С14:0 1,55±0,04 2,93±0,5 2,8±0,4 0,6±0,03

Миристолеиновая С14:1 0,65±0,01 0,85±0,02 0,6±0,01 0,7±0,02

Пентадеценовая С15:0 0,3±0,08 0,27±0,07 0,4±0,01 0,5±0,01

Пальмитиновая С16:0 26,9±2,7 34,5±2,5 2,42±1,6 24,3±1,4

Пальмитолеиновая С16:1 1,3±0,7 8,7±1,2 0,9±0,08 1,4±0,1

Маргариновая С17:0 1,6±0,10 0,75±0,1 1,4±0,02 1,5±0,02

Гептадекановая С17:1 0,92±0,06 0,64±0,09 0,5±0,01 0,6±0,01

Стеариновая С18:0 18,9±1,5 15,0±1,0 19,8±1,0 17,8±0,04

Олеиновая С18:1 15,7±1,2 25,0±1,8 14,0±0,6 14,3±0,9

Линолевая С18:2 26,3±2,0 16,2±1,3 27,5±1,4 30,0±2,1

Линоленовая С18:3 0,9±0,04 1,0±0,09 0,7±0,04 1,6±0,09

Эйкозадиеновая С20:2 0,5±0,04 0,54±0,04 0,5±0,01 1,5±0,01

Эйкозатетраеновая С20:3 0,5±0,03 0,59±0,01 0,8±0,02 1,1±0,02

Арахидоновая С20:4 1,9±0,08 4,58±0,05 10,9±0,9 8,0±0,8

животных, которые были разбиты на 4 группы: интакт-ные (1) - 10 животных; подвергавшиеся общему охлаждению в течение 5 дней по 3 часа при температуре -300С ежедневно (2) - 20 кроликов; кролики, подвергавшиеся общему охлаждению в течение 15 дней по 3 часа при температуре -300С ежедневно (3) - 20 животных; кролики, подвергавшиеся общему охлаждению в течение 30 дней по 3 часа ежедневно (4) - 20 животных.

После завершения исследований у кроликов забиралась из ушной вены кровь на биохимические исследования: АКТГ, норадреналин, серотонин, кортизол (спектрофотометрически). Был выполнен анализ содержания в периферической крови общих липидов, триглицеридов, холестерина, а также фосфолипидов в плазме крови и мембранах эритроцитов методом тонкослойной хроматографии. В плазме периферической крови и мембранах эритроцитов определялось содержание жирных кислот методом газовой хроматографии. Спектрофотометрически определяли в периферической крови перекиси жирных кислот (МДА). После забора крови кролики забивались путём эмболии через ушную вену после чего производили забор надпочечников, легких, а также гипоталамическую зону головного мозга, где определяли гистохимическим методом по Гомо-ри, активность нейросекреторных клеток.

Результаты исследования и их обсуждение

Прежде всего после воздействия на организм кроликов низкой температуры отмечалось активизация нейросекреторных клеток в области супраоптического ядра гипоталамуса. Резко увеличиваются размеры капилляров, которые вступают в контакт с нейросекреторными клетками, содержащими большое количество секреторных гранул.

Одновременно в периферической крови увеличивалось содержание серотонина: на 15 день охлаждения -0,35±0,06 мкмоль/л, а на 30 день эксперимента до

0,53±0,04 мкмоль/л (интактные кролики - 0,15±0,02 мкмоль/л). Наряду с включением в активную работу

ядер гипоталамуса при общем охлаждении организма, мы отмечали интенсивную реакцию всей адренало-надпочечниковой системы организма. Так, до воздействия на организм низких температур в периферической крови кроликов определялось в среднем 240±2,9 нг/мл АКТГ. После пятидневного эксперимента продукция АКТГ затемно усилилась и в периферической крови кроликов количество АКТГ содержалось уже 520±21 нг/мл. Через 30 дней воздействия на организм животных низкой температуры (по 3 часа при -300С ежедневно) количество АКТГ увеличилось до 1050±25,0 нг/мл. Одновременно в эту реакцию включались и надпочечники, так как количество кортизола увеличилось до 158,0±2,5 нг/мл (контроль - 145,0±1,8 нг/мл); к 15 дню -до 180,0±2,0 нг/мл, а через 30 дней охлаждения животных в климатокамере при -300С по 3 часа ежедневно, кортизол увеличился в периферической крови до 206,8±22,0 нг/мл. При охлаждении организма резко повысилось в периферической крови и содержание но-радреналина: на 5 день охлаждения - 5,8±0,7 мкг%; на 15 день - 6,2±0,5 мкг%, а к 30 дню эксперимента - до 7,5±0,8 мкг% (интактные - 3,9±0,24 мкг%). Такие изменения в гормональном статусе гипофиз-

надпочечниковой системы отражалось на морфологическом состоянии надпочечников животных. Если в норме клубочковая зона выражена хорошо и клетки, образующие её имеют в среднем диаметр ядер от 5,5 до 6,2 мкм, при среднем значении 5,8±0,7 мкм, то по мере воздействия на организм холода отмечается уже на 15 день эксперимента заметное увеличение клеток как наружной, так и внутренней пучковой зон. Клубочковая зона уплощается и заметно уменьшаются размеры их ядер. Напротив, диаметр ядер клеток, составляющих пучковую зону коры надпочечников резко увеличиваются до 7,5-8±0,5 мкм. Коэффициент отношения становится уже не 5,8/6,0=0,87, а сдвигается в сторон клеток пучковой зоны и становится 0,76.

В условиях общего охлаждения организма резко

Таблица 2

Спектр жирных кислот в мембранах эритроцитов периферической крови кроликов, при общем охлаждении организма в различные сроки в климатокамере при температуре -300С по 3 часа ежедневно

Жирные кислоты Шифр ЖК Интактные животные После 5-днев-ного охлаждения при -300С в течение 3 ч. После 15-днев-ного охлаждения при -300С в течение 3 ч. После 30-днев-ного охлаждения при -300С в течение 3 ч.

Лауриновая С12:0 1,45±0,04 1,58±0,08 1,7±0,06 1,5±0,09

Лауролеиновая С12:1 0,97±0,037 0,84±0,01 0,6±0,01 0,5±0,02

Миристиновая С14:0 1,6±0,2 1,72±0,3 следы следы

Миристолеиновая С14:1 0,93±0,03 0,68±0,02 0,7±0,02 0,8±0,03

Пентадеценовая С15:0 0,96±0,3 0,68±0,03 0,5±0,02 0,7±0,06

Пальмитиновая С16:0 24,8±1,4 36,0±1,5 23,5±1,4 27,3±1,5

Пальмитолеиновая С16:1 0,7±0,04 7,2±1,2 0,9±0,07 0,9±0,04

Маргариновая С17:0 1,7±0,09 0,7±0,1 1,2±0,08 2,0±0,09

Гептадекановая С17:1 1,0±0,2 0,46±0,09 0,5±0,02 0,7±0,07

Стеариновая С18:0 15,0±0,8 6,8±0,8 17,0±0,5 14,0±1,1

Олеиновая С18:1 20,3±1,1 20,4±1,4 17,4±0,7 15,6±1,3

Линолевая С18:2 28,2±1,6 16,1±2,3 29,7±1,1 30,0±1,9

Линоленовая С18:3 1,6±0,09 0,7±0,05 следы следы

Эйкозадиеновая С20:2 0,5±0,03 0,95±0,01 0,9±0,03 0,9±0,07

Эйкозатетраеновая С20:3 0,8±0,03 0,89±0,02 0,69±0,05 1,5±0,03

Арахидоновая С20:4 2,6±0,03 2,5±0,3 6,8±0,5 6,3±0,8

меняется характер липидного обмена. Так, в периферической крови, как в плазме так и в мембранах эритроцитов по мере охлаждения организма увеличивалось содержание арахидоновой кислоты. В плазме крови уже при однократном охлаждении содержание арахидоно-вой кислоты увеличивалось до 4,58±0,5% (интактные кролики - 1,9±0,08%). На 5 день охлаждения процентное содержание арахидоновой кислоты повысилось до 10,9±0,9%, оставаясь до конца эксперимента в пределах 8,0±0,8% (табл. 1).

Аналогичная закономерность выявлялась и при анализе жирнокислотного состава мембран эритроцитов. После однократного охлаждения организма в мембранах эритроцитов мы обнаружили 2,5±0,3% арахидоно-вой кислоты, содержание которой увеличивалось в последующем, по мере охлаждения организма кролика в климатокамере при -300С. На 5 день эксперимента процентное содержание арахидоновой кислоты увеличилось до 6,8±0,5%, а к 30 дню охлаждения определялось в пределах 6,3±0,8% (табл. 2). Анализируя состав фосфолипидов как в плазме, так и мембранах эритроцитов, мы обнаружили , что увеличение арахидоновой кислоты способствовало повышению в мембранах эритроцитов лизофосфатидилхолина. Через 5 дней после охлаждения организма содержание лизофосфатидилхолина в мембранах эритроцитов увеличилось до 5,0±0,5% (до охлаждения - 0,7±0,05%). К 30 дню эксперимента содержание лизофосфатидилхолина в эритроцитарных мембранах увеличивалось до 8,5±0,8% (табл. 3).

В плазме периферической крови к 5 дню охлаждения организма содержание лизофосфатидилхолина составило 3,0±0,2% (интактные кролики - 0,4±0,05%). К 15 дню эксперимента - 5,2±0,8%, а на 30 день охлаждения его содержание увеличилось до 7,0±0,8% (табл. 4).

В сложившейся ситуации отмечалось усиление пе-рекисного окисления липидов. Среди всего многообразия эффектов перекисного окисления наиболее существенны такие явления как деградация жирных кислот

биомембран. Такие нарушения вызывают прежде всего изменения проницаемости мембранных структур. Это подтверждается на структуре мембран эритроцитов при охлаждении кроликов в течение 30 дней ежедневно по 3 часа при температуре -300С.

В этих условиях обнаруживается «текучесть» как мембран эритроцитов, так и мембран эндотелиальных клеток особенно в капиллярах легких. У интактных кроликов в периферической крови определяется не более 0,75-0,87±0,04 мкмоль/мл перекисей жирных кислот (МДА). После охлаждения кроликов в климатокамере в течение 5 дней по 3 часа ежедневно при температуре -300С количество перекисей резко увеличивается и составляет 1,63±0,1 мкмоль/мл. По мере дальнейшего охлаждения количество перекисей в плазме периферической крови увеличивается и достигает к 15 дню эксперимента до 1,85±0,3 мкмоль/мл, а на 30 день охлаждения животных до 2,2±0,4 мкмоль/мл. Исследование мембран эритроцитов подтверждает, что при стрессовом состоянии вызванном длительным воздействием низких температур на организм на протяжении длительного времени липиды клеточных мембран подвергаются липидному перекисному окислению.

На 5 день охлаждения организма животных в мембранах эритроцитов обнаруживается 20,29±0,08 нмоль МДА (интактные животные - 17,5±1,3 нмоль). На 30 день содержание перекисей в мембранах увеличивалось до 22,0±0,8 нмоль.

Выводы

Таким образом общее охлаждение организма продолжительное время при довольно низкой температуре (-300С) приводит к активизации гипофизарно-

надпочечниковой системы организма, на фоне которой происходит резкое нарушение липидного обмена: выброс в кровь эйкозаноидов, повышенный синтез лизо-фосфатидилхолина. Перестройка фосфолипидов в мем-

Таблица 3

Содержание различных классов фосфолипидов в мембранах эритроцитов периферической крови кроликов при общем охлаждении организма в различные сроки в климатокамере при температуре -300С по 3 часа ежедневно

Фосфолипиды Интактные животные После 5-дневного охлаждения при -300С в течение 3 ч. После 15-дневного охлаждения при -300С в течение 3 ч. После 30-дневного охлаждения при -300С в течение 3 ч.

Фосфатидилхолин 38,0±6,4 18,0±1,3 32,8±4,6 26,3±2,5

Фосфатидилэтаноламин 23,5±7,7 45,0±2,9 29,9±6,3 27,8±1,8

Фосфатидилсерин 5,0±0,2 3,1±0,4 6,0±0,9 7,5±0,9

Фосфатидилинозитол 8,7±1,0 12,0±1,6 8,0±0,6 9,4±1,1

Фосфатидные кислоты - 1,9±0,05 - -

Сфингомиелин 24,1±6,5 18,0±1,5 17,3±0,8 20,5±1,8

Лизофосфатидилхолин 0,7±0,05 2,0±0,09 6,0±0,5 8,5±0,8

Таблица 4

Содержание различных классов фосфолипидов в плазме периферической крови кроликов при общем охлаждении организма в различные сроки в климатокамере при температуре -300С по 3 часа ежедневно

Фосфолипиды Интактные животные После однократ-ного охлаждения при -300С в течение 5 дней После 15-дневного охлаждения при -300С в течение 3 ч. После 30-дневного охлаждения при -300С в течение 3 ч.

Фосфатидилхолин 24,0±4,0 28,3±3,6 28,5±1,8 29,0±2,1

Фосфатидилэтаноламин 45,0±5,5 43,3±2,9 40,0±3,1 36,2±1,8

Фосфатидилсерин 8,3±1,4 3,9±0,8 6,6±0,9 4,0±0,6

Фосфатидилинозитол 4,6±1,8 3,0±0,5 4,5±0,3 7,0±0,8

Фосфатидные кислоты 3,2±0,5 3,5±0,3 - -

Сфингомиелин 14,5±0,8 15,0±0,6 15,2±1,2 16,8±1,1

Лизофосфатидилхолин 0,4±0,05 3,0±0,2 5,2±0,8 7,0±0,8

бранах эритроцитов выражалась в «текучести» мембран. Аналогичные изменения мы наблюдали и со стороны клеточных мембран эндотелиальных клеток мелких сосудов в зоне аэрогематического барьера легких кроликов, подвергавшихся общему охлаждению.

При сложившейся ситуации в организме подопытных животных отмечался метаболический ацидоз. После длительного охлаждения организма снижалось рН периферической крови, а также рО2 до 75,1±2,1 мм рт. столба (интактные кролики - 95±1,2 мм рт. столба).

Вышеприведенные метаболические изменения при общем охлаждении организма отразились на структурно-функциональном состоянии сердечно-сосудистой системы в целом и миокарде сердца в частности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мышечная система и химическая терморегуляция [Текст]/К.П.Иванов.-М.; Л.-1965.-128 с.

2. Кислородное голодание и температура тела [Текст]/К.П.Иванов.-М., 1968.-215 с.

3. О температурном эффекте мышечного сокращения после адаптации к холоду [Текст]/К.П.Иванов, Е.Я.Ткаченко, М.А.Якименко//Физиол. журн. СССР-1970.-Т.56.-С.1438-1443.

4. Влияние сдвигов жирового обмена на приспособление млекопитающих к холоду [Текст]/

Н.И.Калабухов//Адаптация организма человека и животных к экстремальным природным факторам среды.-Новосибирск, 1970.-С.192-201.

5. Возрастные особенности тканевого дыхания в связи с развитием химической терморегуляции в пост-

натальном онтогенезе [Текст]/И.А.Корниенко,

Г.М.Маслова, И.И.Гохблит//Терморегуляция. Адаптация к холоду.-Новосибирск, 1970.-С.90-99.

6. Некоторые биохимические аспекты проблемы адаптации [Текст]/Л.Е.Панин//Медико-биологические аспекты процессов адаптации.-Новосибирск, 1975.-С.34-43.

7. Адренергический контроль термогенеза при экспериментальной и природной адаптации к холоду [Текст]/Ю.Ф.Пастухов, В.В.Хаскин//Усп. физиол. наук.-1979.-Т.10, №3.-С.121-142.

8. Экологическая физиология животных [Текст]/ А.Д.Слоним.-М., 1971.-С.448.

9. Аккумуляция энергии в клетке [Текст]/ В .П. Скулачев. -М., 1969.-С.440.

10. Катехоламины и химическая терморегуляция

при акклиматизации к холоду

[Текст]/В.И.Соболев//Физиол. журн. СССР.-1979.-Т.65.-С.593-603.

11. Энергетика теплообразования и адаптация к холоду [Текст]/В.В.Хаскин.-Новосибирск, 1975.-198 с.

12. Биохимические механизмы адаптации к холоду [Текст]/В .В .Хаскин//Физиология терморегуляции. -Л.: Наука, 1984.-С.237-256.

13. Длительная адаптация организма человека и животных к холоду [Текст]/М.А.Якименко//Там же.-С.223-232.

14. Сердечно-сосудистые заболевания в приполярных регионах азиатского Севера [Текст]/Ю.П.Никитин// Материалы 13 Международного конгресса по приполярной медицине/под ред. Л.Е.Панина.-Новосибирск: ООО «Риц», 2006.-С.13.