Введение к работе
Актуальность темы
Потенциальная возможность человека и животных адаптироваться к условиям низких температур актуальная проблема современной биологии и медицины. Особый интерес исследователей привлекает удивительная способность ряда видов млекопитающих в течение многих месяцев переживать неблагоприятные условия среды за счет перестройки организма на пониженный уровень жизнедеятельности. Так, у сусликов в состоянии зимней спячки в десятки-сотни раз снижается уровень метаболизма, а температура тела падает почти до 0С [Lyman et al., 1982; Калабухов, 1985; Ануфриев, Васильев, 1990]. Низкотемпературное состояние может быть достигнуто и у незимоспящих животных в условиях гипоксии, гиперкапнии и пониженной температуры окружающей среды. В этих условиях крысы или мыши впадают в состояние так называемого «холодового наркоза» со снижением температуры тела до 14С и понижением в 6-7 раз уровня метаболизма со способностью этих животных без патологических последствий самостоятельно возвращаться к норме в обычных условиях [Майстрах, 1964; Игнатьев и др., 1995, 1998]. Искусственная гипотермия находит широкое применение в медицинской практике в связи с необходимостью временного значительного снижения обмена веществ и уровня потребления кислорода при пониженной температуре. Различают общую и локальную гипотермию. Общая подразделяется на «мягкую» (3532С) и «умеренную» (32-27С). При мягкой гипотермии обычно используется легкая нейровегетативная фармакологическая блокада. При умеренной гипотермии, с современным многокомпонентным интубационным наркозом, применяется искусственная аппаратная вентиляция легких, релаксация и нейровегетативная блокада [Edwards, 1999; Liu, Yenari, 2009; Marion, Bullock, 2009; Turk, 2010]. Для адаптационной медицины, космической биологии и физиологии стресса особый интерес представляет изучение влияния более глубокой гипотермии (ниже 27С). В этом отношении перспективны исследования искусственного
гипометаболического состояния млекопитающих.
При переходе функций организма млекопитающих на пониженный уровень активности в условиях низкой температуры окружающей среды существенная роль отводится липидам [Гурин, 1986; Aloia, Raison, 1989; Dark, 2004;], в частности, липидам ядер [Brown, London, 1998; Alessenko, Burlakova, 2002; Albi et al., 2008]. Роль липидов при гипотермии, влияние низких температур при искусственном гипобиозе на синтез липидов в тканях животных практически не исследовано. Изучение влияния искусственного гипобиоза на метаболизм мембранных липидов у млекопитающих представляет фундаментальный и практический интерес.
Цель работы:
Целью является выяснение участия липидов ядер нейронов и глии неокортекса (органа, регулирующего процессы гипобиоза) и роль метаболизма липидов клеток тимуса (органа иммунной системы) в адаптации млекопитающих к искусственному гипобиозу.
Задачи исследования:
Изучить:
-
Влияние искусственного гипобиоза на количество фосфолипидов (сфингомиелина, фосфатидилхолина, фосфатидилсерина, фосфатидилинозитола, кардиолипина и фосфатидилэтаноламина) и нейтральных липидов (холестерина, моно- и диглицеридов, свободных жирных кислот) в гомогенате и ядерных фракциях нейронов и глии коры головного мозга крыс линии Wistar;
-
Количество и метаболизм липидов тимоцитов (по включению 2- [14С]-ацетата in vitro) у крыс линии Wistar в состоянии искусственного гипобиоза и через 24 часа после окончания охлаждения.
-
Сопоставить изменения липидного обмена тимоцитов с эффектами искусственного гипобиоза на клеточный цикл;
-
Оценить биологическую активность состояния искусственного гипобиоза у крыс по критериям изменения структуры ДНК тимоцитов и индукции синтеза холестерина.
Научная новизна работы
Впервые показано, что ядра нейронов и глии неокортекса крыс содержат в 4 раза меньше фосфолипидов и холестерина, и в 4-5 раз больше свободных жирных кислот, моно- и диглицеридов, чем гомогенат неокортекса.
Впервые показано, что адаптация млекопитающих к искусственному гипобиозу сопровождается специфическими изменениями липидного состава ядер нейронов и глии неокортекса: в состоянии искусственного гипобиоза у крыс отношения холестерин/фосфолипиды (М/М) в ядрах нейронов и глии увеличено; в глиальных ядрах увеличено количество холестерина и сфингомиелина. Таким образом, впервые обнаружена функциональная роль липидов ядер в ответе нервных клеток на состоянии искусственного гипобиоза млекопитающих. Обнаружена специфичность изменений липидного состава неокортекса и тимуса крыс в состоянии искусственного гипобиоза: в тимусе растет количество свободных жирных кислот и фосфолипидов при отсутствии изменений в ткани неокортекса. Таким образом, выявлены отличия функциональной роли липидов в разных тканях. Впервые обнаружена высокая интенсивность ацилирования моноглицеридов в тимоцитах крыс. Впервые исследован липидный состав и синтез липидов в тимоцитах у крыс в состоянии искусственного гипобиоза и через 24 часа после окончания охлаждения. Впервые обнаружен эффект последействия искусственного гипобиоза по критерию липидного обмена в тимоцитах. Установлено, что состояние искусственного гипобиоза не повреждает структуру ДНК и не индуцирует синтез холестерина. Показана функциональная роль липидов в адаптивных реакциях млекопитающих на состояние искусственного гипобиоза.
Научная и практическая значимость работы
Исследования посвящены кардинальному вопросу о роли липидов в формировании состояния искусственного гипобиоза у млекопитающих.
Результаты диссертационной работы важны для адаптационной медицины и функциональной биохимии липидов, необходимы для понимания путей адаптации млекопитающих к низким температурам окружающей среды и для поиска способов поддержания длительного, глубокого и безопасного гипобиоза, возможно, с помощью модуляции липидного обмена.
Результаты представляют практический интерес, направляя внимание исследователей к поиску способов увеличения устойчивости млекопитающих к экстремальным условиям посредством регуляции липидного обмена. Данные диссертации важны для адаптационной медицины, космической биологии и радиобиологии.
Апробация работы
Результаты исследований и основные положения диссертации были представлены и обсуждены на следующих конференция: на 12-й, 13-й, 14-й, 15-й и 16-й школах-конференциях молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2008 г., 2009 г., 2010 г., 2011 г., 2012 г.); на 21-й зимней международной молодежной научной школе «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии» (Москва, 2009 г.); на 16-й международной конференции «Ломоносов-2009» (Москва, 2009 г.); на II и III всероссийском с международным участием конгрессе биологов «Симбиоз России» (Пермь, 2009 г.; Нижний Новгород, 2010 г.); на XVI Всероссийском симпозиуме «Структура и функции клеточного ядра» (Санкт-Петербург, 2010 г.).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 3 статьи в отечественных журналах.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 98 страницах машинописного текста, содержит 9 рисунков, 4 таблицы. Список цитируемой литературы включает 220 источников.
