Введение к работе
Актуальность темы. Изучение гипогликемии и ее последствий для организма занимает важное место среди проблем современной биологии и медицины.
Гипогликемия - широко распространенное состояние, возникающее при инсуломе поджелудочной железы, алкогольной интоксикации, заболеваниях печени и желудочно-кишечного тракта, но чаще всего инсулиновая гипогликемия сопровождает лечение сахарного диабета (Балаболкин, 2000; Cryer,2004, 2006; Briscoe, Davis, 2006 и др.).
Эпизоды симптоматической гипогликемии наблюдаются у пациентов с инсулинодефицитом при интенсивной терапии около 10 раз в неделю, а тяжелой гипогликемии, сопровождающиеся временной утратой трудоспособности и госпитализацией – по крайней мере, один раз в год (Hepburn et al., 1993; Briscoe, Davis, 2006). По разным оценкам, от 2 до 7 % смертей пациентов с сахарным диабетом первого типа связано с гипогликемией (Cryer, 2004; Дедов, 2005).
Предшествующие эпизоды гипогликемии уменьшают нейроэндокринный, симтоматический и когнитивный ответы при последующих гипогликемиях не только при дефиците эффектов инсулина (Segel et al., 2002), но и у недиабетических пациентов (Davis et al., 1997). Компенсаторные реакции при последующих гипогликемиях возникают при меньших концентрациях глюкозы, т.е. при более тяжелой гипогликемии. Это приводит к развитию бессимптомных гипогликемий. Механизмы ослабления симпатоадреналового ответа при последующих гипогликемиях неизвестны (Cryer, 2004, 2005; Briscoe, Davis, 2006). Поскольку мозг исключительно зависим от глюкозы и является первым органом, повреждающимся при гипогликемии (McAuley et al., 2001; Cryer et al., 2003; Zammitt, Frier, 2005), нарушения в нем обмена могут быть причиной уменьшения симпатоадреналового ответа при последующих гипогликемиях (Cryer, 2005).
Инсулин крови сам по себе не влияет на обмен мозга в целом (Ames, 2000; Brown, 2004). Действие больших доз инсулина, вызывающее определенную неврологическую симптоматику и повреждение нейронов, опосредовано гипогликемией (Siesjo, Agardh, 1983; McAuley et al., 2001; Cryer et al., 2003; Zammitt, Frier, 2005 и др.). Купирование гипогликемического ступора и комы глюкозой приводит к сравнительно быстрому восстановлению электрофизиологических и метаболических показателей. Исследования нарушений гомеостазиса Са2+ при нейрогликопении (Kristian et al., 1993) привели к представлению о эксайтотоксической природе повреждения нейронов при гипогликемии (Wieloch, 1985; Nehlig, 1997).
Несмотря на обилие информации о нарушениях метаболизма в мозге собственно при гипогликемии, изменения, возникающие в восстановительном периоде после купирования гипогликемической комы глюкозой и сроки нормализации связанных с гипогликемией нарушений обмена в головном мозге, до настоящего времени достаточно не исследованы. Повреждение нейронов может возникать не собственно в состоянии гипогликемии, а в восстановительном периоде. Кроме того, купирование гипогликемической комы в реальных условиях часто сопровождается гипергликемией, которая сама по себе может служить причиной нарушений обмена в нервной ткани (Siesjo et al. 1988; Suh et al., 2007). Именно значительные колебания уровня глюкозы в крови приводят к большему развитию окислительного стресса, повреждению эндотелия сосудов и увеличивают риск развития кардиоваскулярных расстройств у пациентов с сахарным диабетом (Ceriello et al., 2008).
Состояния нейрогликопении в ходе лечения больных сахарным диабетом и при других заболеваниях, осложнением которых является гипогликемия, встречаются неоднократно. Поэтому изменения обмена, возникающие в мозге при нейрогликопении, могут создавать метаболический фон, усугубляющий течение последующих эпизодов гипогликемии; возможна "суммация" неблагоприятных изменений.
Гипогликемия увеличивает риск развития последующих гипогликемий. Вопросы о том, как мозг адаптируется к возобновляющимся гипогликемиям и как это может приводить к увеличению повреждаемости нервных клеток, и каким образом возможные индуцированные гипогликемией изменения метаболизма в мозге могут способствовать защите его от повреждения, остаются открытыми (Sherwin, 2008).
Поскольку состояния гипогликемии широко распространены в клинической практике и способны приводить к необратимому повреждению нейронов, исследование патохимии гипогликемии также имеет непосредственное практическое значение в отношении разработки способов защиты нейронов от гипогликемического повреждения.
Систематического изучения изменений метаболизма мозга, которые могут быть следствием неоднократного воздействия на него гипогликемии, не проводилось.
Цель и задачи исследования.
Цель исследования состояла в определение механизмов инсулиновой гипогликемии в патохимии нервных расстройств, связанных с нейрогликопенией.
Основные задачи исследования:
1. Определение принципиальной возможности и сроков восстановления основных биохимических параметров в мозге после купирования гипогликемической комы глюкозой.
2. Выявление изменений метаболизма в мозге при неоднократной нейрогликопении, способствующих развитию повреждения нейронов и постгипогликемической энцефалопатии.
3. Выяснение взаимосвязи различных изменений обмена в мозге крыс, возникающих в результате неоднократно перенесенной гипогликемии.
Научная новизна.
Впервые получены комплексные данные о состоянии энергетического обмена, метаболизма медиаторных аминокислот и процессов перекисного окисления липидов в различных отделах мозга животных при гипогликемии.
Установлено, что в отличие от однократной гипогликемии, неоднократно перенесенная гипогликемия вызывает серьезные нарушения энергетического обмена: снижение интенсивности гликолиза и гликогенолиза, активности ферментов энергетического обмена и нарушения распада гликогена в мозге.
Впервые выявлены стойкие нарушения метаболизма аминокислот в мозге животных, неоднократно перенесших гипогликемию: уменьшение активности глутаминазы и глутаматдекарбоксилазы в больших полушариях и уменьшение уровня ГАМК в стволе мозга, увеличение активности аденозинмонофосфатдезаминазы и уменьшение количества аспартата в больших полушариях мозга.
Впервые проведено комплексное исследование показателей, характеризующих интенсивность перекисного окисления липидов и систему антиоксидантной защиты в мозге при гипогликемии. Установлено, что неоднократно перенесенная гипогликемия приводит к снижению мощности антиоксидантных систем в мозге: уменьшению активности супероксиддисмутазы и продуцирующих восстановленную форму НАДФ дегидрогеназ.
Впервые проведена оценка общих показателей энергетического и азотистого обмена в организме экспериментальных животных при гиперинсулинизации. Установлено, что многократное введение высоких доз инсулина вызывает в организме в целом катаболические изменения, связанные с активацией конринсулярного аппарата.
Теоретическое и практическое значение работы. В процессе работы выявлены характерные для гипогликемии изменения метаболизма в головном мозге и в организме в целом. Проведена оценка фактора неоднократно возникающей гипогликемии в развитии нарушений обмена в головном мозге. В процессе исследования выявлены основные закономерности изменений показателей энергетического обмена, метаболизма нейромедиаторных аминокислот и перекисного окисления липидов в головном мозге при гипогликемии и оценено значение различных нарушений метаболизма в патохимии постгипогликемической энцефалопатии. Высказано предположение об увеличении потребления кетоновых тел мозгом крыс, неоднократно перенесших тяжелую гипогликемию. Установлено, что именно неоднократная нейрогликопения вызывает комплекс нарушений метаболизма, включающий в себя уменьшение гликолитической и митохондриальной энергопродукции, нарушения обмена гликогена, снижение активности ферментов синтеза ГАМК и активацию цикла пуриновых нуклеотидов в мозге, инициацию процессов перекисного окисления.
Полученные в работе данные необходимо учитывать при организации исследования нарушений обмена в головном мозге при различных патологических состояниях. Результаты работы могут служить основой для разработки профилактических и реабилитационных мероприятий в ходе лечения пациентов с сахарным диабетом, а также при других заболеваниях, сопровождающихся гипогликемией.
Положения, выносимые на защиту:
1. Изменения метаболизма, возникающие в мозге при однократной инсулиновой гипогликемии, обусловлены нейрогликопенией и имеют, в основном, обратимый характер.
2. Неоднократно перенесенная гипогликемия приводит к нарушению энергетического обмена, метаболизма нейротрансмиттерных аминокислот и активации процессов перекисного окисления липидов в мозге.
3. Большинство выявленных изменений энергетического, аминокислотного обмена и активация перекисного окисления липидов наблюдаются преимущественно в стволе мозга.
4. Общие нарушения метаболизма у животных, неоднократно перенесших инсулиновую гипогликемию, свидетельствуют об активации контринсулярного аппарата, увеличении катаболизма аминокислот и белков и сходны с таковыми при сахарном диабете.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на конференции “Физиологические механизмы развития экстремальных состояний ”(Санкт-Петербург, 1995), на Первом Российском конгрессе по патофизиологии с международным участием “Патофизиология органов и систем. Типовые патологические процессы” (Москва, 1996), на конференции “Состояние и перспективы современного лекарствоведения” (Ярославль, 1997), на конференции “Фундаментальные и прикладные аспекты современной биохимии”, посвященной 100-летию кафедры биохимии СПбГМУ им.акад.И.П.Павлова (Санкт-Петербург, 1998), на 12-м Международном конгрессе по нейрохимии (Санкт-Петербург, 1998), на конференции “Актуальные вопросы общей и военной патологической анатомии”, посвященной 140-летию кафедры патологической анатомии Военно-медицинской академии (Санкт-Петербург, 1999), на Всероссийской конференции “Проблемы медицинской энзимологии” (Москва, 2002), на Всероссийской конференции “Механизмы синаптической передачи” (Москва, 2004), на 5-й науч.-практ. конф. с международным участием “Достижения фундаментальных наук в решении актуальных проблем медицины” (Астрахань-Волгоград-Москва, 2006), на IV съезде Российского общества биохимиков и молекулярных биологов с международным участием (Новосибирск, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 работ, включая 14 статей в журналах, рекомендованных ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из общего введения, описания основных методов (Глава 1), трех глав результатов собственных исследований (Главы 2-4), каждая из которых включает литературную справку, описание использованных методических приемов, результаты, обсуждение и краткое резюме. Работа заключается семью общими выводами и списком литературы, состоящим из 664 литературных источника. Работа изложена на 285 страницах, содержит 27 рисунков и 18 таблиц.
