Введение к работе
Актуальность теми: Температура, как известно, является одним из важнейших факторов внешней среды, влияющих на формирование адаптационных механизмов организма, эволгоционно сложившихся и способствующих его выживанию в меняющихся экологических ситуациях (Крепе, 1981; Muhleizen et al. , 1983; Hochachka , 1986). До настоящего времени неизвестно, какие молекулярные процессы лежат в основе терморезистентности, в том числе - холо-довой. Знание биохимических механизмов холодоустойчивости и управление ими существенно расширяют возможности криобиологии и криомедицины, что определяет большое научно-практическое значение и актуальность таких исследований.
Решение проблем холодовой устойчивости связано, по мнению большинства исследователей, главным образом с выяснением особенностей перестройки обмена и его регуляции в процессе общего' охлаждения организма ( Portet- , 1981; Harnett et al. , 1985; Matz , 1986).
Согласно современным представлениям, повреждающие эффекты гипотермии вызваны расстройством нейрогормональной регуляции организма, а также глубоким нарушением физико-химических свойств клеточных мембран и в первую очередь - их липидного компонента (Алимова и др., 1984; Гурин, 1986; Тимофеев, 1986; Slnensky , 1974). РІарушение структуры и свойств гетерогенного липидного бислоя мембран, формирование трансмембранных дефектов составляют первичные звенья повреждения клетки при'действии холода (Тимофеев, 1986; Белоус и др., 1987; Quinn ,1985). Температурные колебания влияют на упаковку жирнокислотных цепей фосфолипидов, на липид-белковые взаимодействия, вызывают фазовые переходы липидов, изменяя функции биологических мембран (Белоус, Бондаренко, 1982; Кубарко, 1984;Neidiетап , 1987). Исключительно велика роль липидов в поддержании температурного гомеостаза, особенно при охлаждении. Но информация, имеющаяся в литературе, не дает полного представления об особенностях метаболических превращений липидов организма теплокровных в динамике гипотермии, об их непосредственном участии в развитии компенсаторно-адаптивных и повреждающих процессов.
Наконец, бесспорным является утверждение, что с модифика-
цией липидного обмена сопряжены эволюционно выработанные адаптационные свойства организма (Крепе, 1981; Жегунов, 1986;Hazel , 1986). Между тем, роль липидов в формировании остественной холо-довой резистентности гомойотерлов практически не изучена, неизвестны метаболические, в том числе липидные, показатели феноти-пического разнообразия признака устойчивости к холоду. В проведенных ранее исследованиях не учитывались внутрипопуляционные колебания признака устойчивости организма к действию низких температур, что в значительной степени затрудняет анализ имеющейся информации.
В овязи с изложенным целью настоящей работы явилось выяснение особенностей метаболизма простых и сложных липидов организма животных с разной холодостойкостью, направленное на раскрытие механизмов формирования естественной холодовой резистентности, выявление фенотипических различий по этому признаку и на изыскание эффективных средств повышения устойчивости к глубокому охлаждению.
Для достижения намеченной цели были поставлены -следующие конкретные задачи:
-
Выработать временные и температурные критерии скорости охлаждения организма для разделения экспериментальных животных на наиболее устойчивых ("терморезистентных" - ТР) и наименее устойчивых ("термолабильных" - ТЛ) к холоду.
-
Изучить количественный состав липидов в основных термо-генных тканях (БЕТ, скелетная мышца), а также в головном мозге, печени, миокарде и сыворотке крови ТІ и ТР крыс в динамике общего охлаждения организма.
-
Исследовать особенности бгосинтеза индивидуальных фракций липидов в печени ТЛ-и ТР животных.
-
Для выяснения метаболических критериев холодостойкости провести сравнительную оценку количественных превращений липидов, а также показателей свертывающей системы крови в организме крыс, различающихся устойчивостью к холоду, в термонейтральных условиях без дополнительного вмешательства и в ответ на введение адреналина.
б. На основе сравнительного анализа особенностей метаболизма липидов у различных по устойчивости к действию холода животных разработать способ повышения их резистентности к охлаждению
Научная новизна. Впервые раскрыта особенности метаболизма липидов важнейших органов и тканей в динамике общей гипотермии в зависимости от степени холодостойкости животных. Выяснено,что механизмы гипотермии у крыс, менее устойчивых к холоду, сопряжены с дефицитом энергетических субстратов липидной природы (НЭКК, ЛГ) в рядо тканой на определенных стадиях охлаждения при отсутствии изменешгй количества ЛГ в БЕТ с усиленным распадом последних в скелетной мышце и миокарде при существенном СШІЖЄ-нии температуры тела; вовлечением липидных компонентов мембран миокарда, скелетной мышцы и БЖТ в начальную реакцию на действие низкой температур», а печени и головного мозга - при длительном влияшш холода. Формирование лее естественной холодовой резистентности сочетается с достаточным обеспечением жизнешюваж-ных органов и тканей НЭЖ на всем протяжении охлаждения за счет гидролиза АГ БЖТ, созданием в печени "депо" холестерина в виде его зфиров, накоплением Ш в печени, головном мозге и миокарде при незначительном снижешш температуры тела, пошшошіем содер-язния ОХ в печени и поїшжеішем количества цереброзидов и холестерина в головном мозге при длительном действіш холода. Отмечена относительная стабильность мембранного состава термогенных тканей у более устойчивых к холоду крыс в начале охлаждения.
Новыми являются данные об особенностях биосинтеза липидов в печени в зависимости от устойчивости жиеотных к холоду, согласно которым процессы синтеза ФХ, холестерина и его зфиров гораздо активное протекают у более холодостойких особей.
Впервые в термонейтральних условиях найдены липиддые критерии фототипического различия крыс по признаку их устойчивости к холоду. Кивотнно с разной холодостойкостью отличаются по содержанию холестерина в головном мозге. Установлена возможность выявления фонотипических различий животных по признаку терморезистентности с помощью введеїшя липолитического агента -адреналина. Наиболее информативными показателями в этом случае служат динамика содержания АГ и ФИ в печени, НЭЖК и ФИ в сыворотке крови, а также динамика скорости свертывания крови до и после введения адреналина.
На основе выявленных закономерностей намечены перспективы разработок способов повышения резистентности теплокровных животных к действию холода. Впервые показана возможность повысить устойчивость крыс к охлаждению при введении ФХ и холесте-
рина в составе липосом в комплексе с оС -токоферолом.
Практическая значимость работы. Предложен оригинальнь/й методический подход, позволяющий учитывать внутрипопуляционныа колебания признака холодовой терморезистентности и на основе временных и температурных критериев гипотермии разделять экспериментальных животных на условно "термолабилышх" и "терморезистентных". Метод отбора животных может быть рекомендован для широкого применения в научно-исследовательской работе по проблемам гипотермии.
Обнаруженная зависимость характера термогенных сдвигов метаболических превращений липидов от холодостойкости животных определяет практические возможности направленной коррекции обмена с целью повышения резистентности животных к холоду. На основе полученных данных об участии ряда липидов в механизмах естественной холодовой резистентности разработан способ повышения устойчивости крыс к охлаждению.
Выявление фенотипических различий метаболизма теплокровных животных по признаку холодостойкости открывает перспективы разработок способов оценки индивидуальной холодовой чувствительности организма. Одним из таких подходов может быть использование метода функциональных нагрузок на липидный обмен организма ли-политическим агентом. В эксперименте в качестве показателя холодоустойчивости можно использовать динамику содержания ФИ в сыворотке крови и скорости свертывания крови до и поело введения адреналина.
Результаты диссертации используются в учебном процессе на кафедре нормальной физиологии, в научно-исследовательской работе в лаборатории биохимических методов исследования ІЩИД и на кафедре микробиологии МШИ (акт внедрения от 15 января 1990 г.).
Положения, выносимые на защиту:
выявленные органоспецифичные изменения метаболизма липидов при охлаждении, их зависимость от глубины гипотермии'и устойчивости животных к холоду;
обнаруженные особенности метаболических превращений липидов теплокровного организма в термонейтральных условиях, сопряженные с высокой устойчивостью к действию холода и отражающие фонстипические различия животных по этому признаку;
- установленная возможность повышения устойчивости к охлаждению посредством направленной коррекции содержания лшшдов путем введения ФХ и холестерина в комплексе с оС-токоферолом.
Апробация диссертации. Материалы диссертации доложены на ІУ Всесоюзном съезде патофизиологов (Кишинев, 1989), Ш Республиканской конференции молодых ученых и специалистов Белоруссии (Гродно, 1989), заседании проблемной комиссии "Нейрогуморалъные и иммунологические механизші регуляции резистентности оргашізма к действию химических и физических факторов", производственном совещаігаи лаборатории биохимических методов исследования ЩМЛ и методическом совете ЦНИЛ МГМИ (Минск, 1989), заседании секции "Биохимия человека и животных" Белорусского биохимического общества (Минск, 1990).
По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ.
Объем и структура диссертации, диссертация изложена на 194 страницах машинописи, содержит 28 рисунков и 34 таблицы; состоит из введения, обоснования выбора темы (I глава), описания материалов и методов исследования (2 глава), изложения собственных результатов исследования (3-7 главы), их обсуждения, заключения, выводов, практических рекомендаций, указателя литературы, включающего ISO источников (94 отечественных и 96 иностранных), приложения (50 стр.).