Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы внимание исследователей привлекает изучение компенсаторно-приспособительных механизмов, обеспечивающих устойчивость центральной нервной системы к повреждающим воздействиям и стрессорным состояниям. В течение долгого времени большое и даже исключительное внимание биологов и медиков было направлено на исследования стресс-реакций организма в ответ на изменение условий окружающей среды (Селье, 1982, Меерсон, Пшенникова, 1988). С современной точки зрения существуют две стратегии адаптации - резистентная и толерантная (Слоним, 1986, Хочачка, Сомеро, 1988, Malan, Canguilhem, 1989). В ответ на воздействие любого фактора организм отвечает увеличением резистентности или повышением толерантности, что и обеспечивает высокую приспособляемость к изменяющимся условиям среды (Кулинский, Ольховский, 1992, Heller et al., 1986). В связи с вышеизложенным выявление соотношения двух механизмов адаптации и способов их регуляции при экстремальных состояниях является весьма перспективным.
Выяснение механизмов естественной адаптации к низким температурам имеет огромное практическое значение, так как использование гипотермии в качестве метода лечеоного воздействия заставило ученых обратить внимание на частые осложнения, в ряде случаев заканчивающиеся летально (Акимов и др., 1977; Покровский и др., 1992). Поэтому сравнительное изучение биохимических механизмов влияния на организм искусственного и естественного охлаждения представляется весьма актуальным для разработки более совершенных методов лечебной гипотермии (Марченко и др., 1992).
В многочисленных исследованиях гипотермии особое место занимают электрофизиологические методы и описания нейрогуморальной регуляции деятельности головного мозга. Однако, тонкие ультраструктурные особенности организации головного мозга зимнеспящих, лежащие в основе уникальных механизмов их мозговой деятельности в условиях гипотермии, требуют дальнейшего изучения.
В последние десятилетия получены убедительные доказательства того, что основой любых приспособительных реакций мозга является его пластичность. Поэтому особенно актуально в настоящее время изучение центральных синаптических механизмов в работе системы терморегуляции, так как именно в синапсе происходят одни из главных
пластических перестроек, обеспечивающих реализацию адаптационной стратегии (Саркисов, 1994).
Целью работы явилось сравнительное исследование головного мозга гегеротермных и гомойотермних животных при различных режимах гипотермии с использованием комплекса биохимических и элек-тронномикроскопических методов.
В работе были определены следующие задачи исследования:
-
Изучить ультраструктуру сенсомоторной коры головного мозга сусликов и крыс в норме и при различных режимах гипотермии;
-
В больших полушариях и в среднем и промежуточном мозгу крыс в динамике гипотермии и при последующем самосогревании изучить содержание свободных и связанных дикарбоновых аминокислот и ГАМК, являющихся одновременно основными нейромедиаторами и энергетическими субстратами;
-
Изучить содержание свободных и связанных дикарбоновых аминокислот и ГАМК в больших полушариях и в среднем и промежуточном мозгу сусликов при различных режимах гипотермии;
-
Изучить содержание свободных и связанных дикарбоновых аминокислот в головном мозгу сусликов при зимней спячке.
Научная новизна работы:
-
Впервые исследована ультраструктура сенсомоторной коры головного мозга бодрствующих сусликов при нормотермии. Впервые проведен сравнительный анализ ультраструктурных изменений сенсомоторной коры гомойотермных и гегеротермных животных при принудительной гипотермии и показано принципиальное отличие направленности данных изменений.
-
Впервые установлено, что ведущую роль в обеспечении адаптации ЦНС гетеротермов к низким температурам играет активация структур, обеспечивающих нейромедиаторный и энергетический метаболизм, а также изменения синаптоархитектоники, заключающиеся в активации тормозной синоптической сети и появлении активных аксо-аксонных синапсов.
-
Впервые показано, что у гомойотермов при гипотермии наблюдаются неспецифические сдвиги в организации синаптических контактов и частичное повреждение ультраструктуры цитоплазматических органелл.
-
Впервые обнаружено, что содержание свободных и связанных глутамата, аспартата и ГАМК в мозгу гоиойотермоэ изменяется в более широких пределах, чем в мозгу гетеротермов; структуры среднего и промежуточного мозга реагируют на гипотермию более выражено, чем кора больших полушарий.
-
Впервые представлены данные о том, что большая устойчивость гетеротермов к принудительной гипотермии обусловлена поддержанием более стабильных концентраций в мозгу таких лабильных компонентов как глутамияовая, аспарагиновая аминокислоты и ГАМК и большей ассоциацией последних с белками и мембранными структурами нейронов, что подтверждается обнаруженными в данной работе наибольшими величинами связанных форм аминокислот в отделах головного мозга сусликов в состоянии зимней спячки.
Теоретическое и практическое значение: Результаты проведенного исследования нейрохимических изменений в комплексе с изучением ультраструктурных особенностей мозга гомо- и гетеротермов при различных режимах гипотермии расширяют существующие представления о механизмах адаптации организма к низким температурам. Одной из особенностей морфо-функциональной организации мозга гетеротермов является превалирование связанных форм нейромедиатор-ных аминокислот. Полученные в данной работе результаты могут быть использованы для разработки моделей искусственного гипобиоза в экспериментальной биологии и медицинской практике.
Основное содержание работы используется при чтении курсов "Экологической биологии", "Нейрохимии" и "Биологии животных'1 в Дагестанском университете.