Введение к работе
Актуальность проблемы. Участие белков в осуществления специфических функций нервной системы ^обусловлено наличием в их составе различных функциональных групп, о? содержания а состояния которых во многом зависят нейрональная активность. Именно поэтому изучение общего содержания я реакционной способности функциональных групл в бедках мозга при различных экстремальных воздействиях на организм, как я при многих его патологических состояниях, очень ваяно для понимания механизмов их развития. Однако подобных исследований пра условии воздействия на'организм искусственных газовых атмосфер, нарушающих его естественный газообмен, проведено мало.
Анализу состояния функциональных групп в белках мозга при воздействии на организм измененной газовой среды посвящены работы З.С.Гершенович и А.А.Крачэвской (I960), А.М.Гольденберг (1964), А.Г.Конопелько (1965) а более поздние публикации А.Г.Мендзерацной п С.А.Лйсоаской (1976), И.Н.Зыковой (1981), Н.А.Соколовой я соавт. (1983).
Эта отдельные исследования не носялн комплексного характера, проводились на различных тавотных, в разных условиях эксперимента и касались, в основном, гапербаряческих воздействий кислорода кла тяжелых степеней гапобарачесяой гипоксия, хоторкэ, как известно, приводят к глубокому расстройству изтаболязна я Енрашниону по-вревденио клеточных ультраструктур (Аксенова Й.Е., Шрешшскяй B.J1., 1974; Нричевсхая A.A., Jyicaa А.И., 1975). Поэтов на основании анализа результатов указанных работ не только нельзя сделать каких-либо обобщающих выводов об ответной реакция белков иозга на изменение газового рзетма оргенизма, но. и невозможно оцэнить конкретное участие я роль в этой процесса тех яли иных функциональных групп.
йгесте с тем, остается по-сущзству не освеї^енннм вопрос о содержания и роли функциональных групп белков мозга в общей ответной реакции нервной ткана на вдыхание гадоксичэсетх и гаперокси-ческкх газовых сызсзй при обычном барометрической давления. Известно, что таким воздействиям человек нередко подворгазтся пря выполнении работ з замкнутых пространствах, при неисправностях наркозно-дкхательной аппаратуры, во время сеансов кислородной те-
рапии, при пользовании высотными кислородными приборами и т.д.
Очень важно изучение в этом плане и гиперкапнических состояний, которые могут развиваться не только при нарушении функций внешнего дыхания (Низовцев В.П., 1973), но и могут быть следствием неисправностей систем регенерации искусственной атмосферы герметических помещений - орбитальных станций, батискафов, подводных лодок и т.д. В последнем случае это нередко приводит к развитию сочетанных гипоксическо-гиперкапнических и гипероксическо-гипер-капнических состояний (Агаджанян Н.А., Граменецкий П.М., 1977).
С учетом практической значимости сказанного, было предпринято изучение ряда важных функциональных групп в растворимых белках различных отделов головного мозга животных, подвергнутых в одинаковых и строго контролируемых условиях одчочасовому нормобаричес-кому воздействие искусственных газовых смесей с различными парциальными давлениями кислорода, азота и углекислого газа.
Цель работы: установить общие закономерности участия функциональных групп белков головного мозга в ответной реакции нервной ткани на вдыхание газовых смесей с различным содержанием кислорода и углекислого газа и на основании результатов исследования дать оценку возможности я целесообразности применения этих газов в определенных сочетаниях.
Задачи исследования: изучить содержание акидных, аминных, всех типов карбоксильных и сульфгндрильных групп в растворимых белках различных отделов головного мозга белых крыс после одночасового, нормобарического воздействия на организм следующих газовых смесей:
а) воздушная смесь - контрольная серия экспериментов;
б) воздух + 10% COg (воздупно-гиперкапническая газовая смесь);
в) чистый кислород (гипероксическая газовая среда);
г) кислород + 10% СО*) (гйпероксичзоко-гипвркапническая смесь);
д) 10% кислорода + 90% азота (гипоксическая смесь с парциаль
ным давлением кислорода, соответствупшим высоте 6000 м);
е) 10% кислорода + 80% азота + 10% С0 (гипоксическо-гипер-
капняческая смесь).
Научная новизна работы состоит прежде всего в том, что в одинаковых и строго контролируемых условиях эксперимента одновременно изучено содержание и реакционная способность ряда важнейших функциональных групп в белках головного мозга крыс после одночасового воздействия на организм в норыобарическнх условиях некоторых
2'
важных с практической точки зрения газовых смесей как с пониженню!, так и повышенным, относительно нормы, содержанием кислорода, а также их сочетаний с углекислым газом.
С учетом возможностей примененных методов исследования, раскрыты новые, более конкретные закономерности участия каждого типа функциональных групп белков различных отделов головного мозга в общей ответной реакции нервной ткани на вдыхание организмом тех ила иных газовых смесей и на наличие и уровень в их составе отдельных газовых компонентов. На основании анализа полученных данных высказано предположение о возможности обратимого взаимодействия физически растворенного в цитозоле нейронов углекислого газа со свободными аминогруппами белков мозга, что может вести к формировании карбаминовых группировок и изменения кислотно-основных свойств белковых молекул. Обсуждена вероятная роль такого обратимого карбаминирования белков в поддержании тканевого кислотно-щелочного баланса в условиях нарушенного газообмена.
На основании полученных результатов обоснована неблагоприятная тенденция в реакции белков мозга на одночасовое вдыхание в норыобаряческих условиях чистого кислорода я крайне отрицательное влияние кислородно-гиперкапнических воздействий на организм. Продемонстрировано благоприятное влияние на белковые структуры мозга добавок углекислого газа к вдыхаемым газовым смесям с пониженным содержанием кислорода.
В ходе выполнения исследований в соавторстве внесено 3 рационализаторских предложения, касающихся устройства для затравки животных проточными газовыми смесями, ях забоя, а также методики потенциокетряческого микротитрования белков (удостоверения на рационализаторские предложения #> 643, 644, 687, выданные БРЙЗом СГМй).
Научно-практическое значение полученных результатов состоит' в том, что они не только расширяют уже существуйте представления о механизме влияния на организм и, в частности, на ткань мозга отдельных газовых компонентов нормобарической искусственной атмосферы и их различных в количественном и качественном отношении сочетаний, но и позволяют определить перспективное направление дальнейших исследований.
Полученные экспериментальные данные о крайне неблагоприятном воздействии на белки мозга вдыхаемой гипероксическо-гиперкапнячес-кой газовой смеси должны приниматься во внимание в клинической
практике при применении с лечебной целью газовых смесей типа кар-богена, а гакяе при назначении кислородной терапии больным, у которых в силу тех или иных причин нарушен процесс элиминации из организма углекислого газа.
Результаты исследований необходимо учитывать как при решении проблем создания искусственной атмосфери в замкнутых пространствах применительно к конкретным целям обитания в них человека, так и при разработке мер борьбы с нештатными ситуациями, вынуждающими человека пребывать в газовой среде с измененными исходными параметрами.
Апробация работы. Материалы исследования апробированы: на 3-м Всесоюзном биохимическом съезде (Рига, 1974), на 7-й и 10-й Всесоюзных конференциях по нэйрохикии (Ростов-на-Дону, 1976; Горький, 1987), на совместных заседаниях Смоленских отделений Всесоюзных обществ биохимиков, фармакологов, патофизиологов и биологов (1974, 1984, 1986, 1988), а такке на расширенном заседании кафедры биологической химии и лаборатории энзимологии отделения молекулярной биологии Туртуского государственного университета (1989).
Публикации. По тєіїє диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Структура и объем работы,. Диссертация изложена на 188 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литература, опасання методов исследования, язлоеєняя полученных результатов а их обсуждения, закладная, шбодов, а такЕЗ указателя литературы, занимающего 42 страішцз и включащзго 234 отечественных и 127 иностранных источников. В тексте диссертаций приводится 16 таблиц.