Введение к работе
Актуальность работы
Проблема изучения и профилактики стресса на современном этапе развития общества является одной из важных проблем физиологии и медицины. Количество физиологических и психоэмоциональных стресс-факторов в современных условиях постоянно возрастает. Это обстоятельство приводит к развитию нарушения адаптационных возможностей в организме, что, в свою очередь, может привести к развитию заболеваний различной этиологии (Chrousos, Gold, 1992; Барабой, 2006). В современной науке прослеживается тенденция выявления специфических изменений организма при его альтерации. Логично предположить, что множественность реакций в каждом конкретном случае является отражением единого общебиологического процесса, связанного с развитием типовых защитных и компенсаторно-приспособительных реакций организма в ответ на альтерирующее воздействие. В связи с изложенным, актуальность приобретает изучение общих закономерностей, происходящих в организме человека и животных процессов, что связанно как с развитием теоретических представлений о развитии адаптационного процесса, так и при поиске эффективных корригирующих способов воздействия на организм при альтерации его систем. Адаптивный или повреждающий эффект любого фактора, а тем более комплекса факторов, как стресс, реализуется в условиях целостного организма опосредованно - через мембранные системы клеток. Состояние мембраны во многом определяет протекание физиологических и биохимических процессов и тем самым является исходным звеном в сложной цепи приспособительных модификаций на всех уровнях (Рязанцева и др., 2004). В этом плане эритроцитарные мембраны представляют собой удобный объект исследования, поскольку отражают общие принципы структуры мембран клеток организма. Кроме того, они обладают такими преимуществами как простота выделения, стабильность в искусственной среде, своеобразие организации, не усложненной внутриклеточными мембранами, вследствие отсутствия органелл и ядерного аппарата (Гильмутдинов, 1994; Takakuwa, 2001; Новицкий и др., 2006).
Биологическое состояние мембраны клетки напрямую связано с поверхностным зарядом, о наличии которого можно судить по электрофоретической подвижности клеток (Харамоненко, Ракитянская, 1974; Козинец и др., 2007). В последнее время анализу электрофоретической подвижности эритроцитов (ЭФПЭ) как одному из жизненно важных параметров гомеостаза человека уделяется повышенное внимание (Nihei et al., 2008). Это связано с тем, что регистрация перемещения клеток крови в электрическом поле позволяет оценить не только их электрокинетический потенциал и, следовательно, морфо-функциональное состояние мембран, но и состояние гомеостаза организма в целом. Например, снижение отрицательного заряда и, как следствие, ЭФПЭ определяет повышение агрегабельности эритроцитов (Левин, Шереметьев, 1981; Vicant, 1994), свидетельствуя о нарушении реологических свойств крови (Викулов и др., 2003), изменяя не только вязкость и структуру крови, но и инициируя процесс тромбообразования (Stoltz, Donner, 1991). Установлены выраженные изменения ЭФПЭ крови у больных при различных видах патологии органов и систем организма (Козинец, 2008). Важно отметить, что анализ литературных данных свидетельствует об однообразной реакции подвижности эритроцитов - ее снижении при самых разных заболеваниях: у пациентов, страдающих хронической почечной недостаточностью (Бирюкова и др., 2003), с заболеваниями органов дыхания (Аладашвили и др., 2003), при интоксикациях (Dobrzynska et al, 2006; Козинец и др., 2007), ишемической болезни сердца (Махнева, 2011), сердечно-сосудистых (Шилов и др., 2004; Пантюхина и др., 2010) и онкологических заболеваниях (Veshapidze et al, 2007), физических нагрузках и психическом напряжении (Шамратова, 2002).
Однонаправленность изменения ЭФПЭ при различных видах заболеваний позволяет предположить, что изменение ЭФПЭ является отражением общих закономерностей изменения гомеостаза организма. В связи с тем, что в основе многих патологических
процессов лежит развитие разной степени выраженности стресса, можно ожидать, что изменение ЭФПЭ является ранним критерием стресс-реакции и возникающей альтерации. Однако процессы, происходящие на мембранном уровне, и механизмы, вызывающие изменения ЭФПЭ, связанные с тем или иным видом патологии, мало изучены.
Очевидно, что развитие различных по патогенезу патологических процессов и состояний сопровождается молекулярными изменениями плазматических мембран клеток, являющихся как непосредственной мишенью повреждающего действия патогенных факторов, так и вовлеченных в патологический процесс, в связи с инициацией универсальных механизмов повреждения клетки (Kiefer, Snyder, 2000). Между тем традиционный анализ структурно-функционального состояния клеток, проводимый сразу после воздействия стресс-фактора, не только не дает исчерпывающей информации о состоянии организма, но и нередко маскирует реальную картину происходящих изменений. С позиций развития общего адаптационного синдрома, следует подчеркнуть, что электрокинетический потенциал эритроцитов, отражающий морфофункциональное состояние их мембран, зависит от состояния организма в целом и требует исследования морфофункциональных характеристик клеток в динамике развития адаптационного процесса, с учетом последовательного включения стресс-реализующих систем организма, в частности симпато-адреналовой и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой (Меерсон, Малышева, 1993; Kamal et all., 2001). Проведение комплексного анализа изменения электрокинетических свойств клеток и их морфофункциональных свойств позволит получить обобщающие положения о базисных механизмах и общих закономерностях реагирования клеточных систем при патологии разного генеза, развитии стресс-реакции и адаптационных процессов. Раскрытие ключевых универсальных механизмов адаптационных перестроек клеточных мембран крайне важно при разработке диагностики развития патологического процесса, и патогенетически обоснованной стратегии восстановления функциональных свойств клеток при патологии.
В связи с вышеуказанным, целью работы явилось изучение электрокинетических свойств эритроцитов крови человека и животных, их взаимосвязь со структурно-функциональным состоянием мембран эритроцитов в норме и при альтерации функций организма.
Для достижения данной цели были сформулированы следующие задачи:
Изучить динамику изменения электрокинетических свойств эритроцитов по ЭФПЭ в процессе развития стресс-реакции организма человека и животных при действии различных экстремальных факторов.
Провести сравнительное исследование ЭФПЭ крови животных разных таксономических групп при развитии у них стресс-реакции.
Выявить закономерности изменения электрокинетических и структурно-функциональных трансформаций мембран эритроцитов при активации симпатоадреналовой и гипофизарно-надпочечниковой систем организма.
Исследовать модификацию белок-липидного спектра мембран, изменение процесса ПОЛ и состояния системы глутатиона в эритроцитах, активность Na-K-АТФазы, трансформацию морфометрических показателей клеток при различных видах альтераций организма.
Оценить взаимосвязь ЭФПЭ со структурно-функциональными свойствами эритроцитарных мембран на фоне общих неспецифических адаптационных реакций организма при изучаемых видах воздействия.
Изучить морфофункциональные характеристики эритроцитов крови животных и человека в динамике восстановления нарушенных функций организма фармакологическими и физиотерапевтическими средствами.
Проанализировать возможность использования исследования ЭФПЭ в качестве раннего и значимого критерия развития стресс-реакции в организме, характеристики
тяжести и динамики альтерационного процесса и эффективности корригирующих воздействий.
Научная новизна
Впервые проведен комплексный анализ изменения электрокинетических свойств эритроцитов и их взаимосвязь с модификацией морфофункциональных характеристик мембраны на различных экспериментальных моделях напряжения и нарушения функций организма крыс разного патогенеза, а также при исследовании патологии у людей. Впервые выявлена фазность изменения ЭФПЭ, зависящая от включения ведущих нейро-гормональных систем организма, таких как симпатоадреналовая и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая. На основании результатов исследования сформулирована концепция о закономерностях изменения ЭФПЭ, реализующихся через структурно-функциональную модификацию мембран, связанных с изменением рецепторной реактивности клеток в ходе развития стресс-реакции, позволяющая рассматривать эритроцит как биологическую систему, отражающую гомеостаз организма в целом. Впервые показано, что изменение ЭФПЭ является универсальным маркером развития не только патологического процесса в ходе действия альтерирующего фактора, но и включения адаптационных процессов в организме при развитии резистентности в ответ на действие адаптогенов. Доказана возможность использования ЭФПЭ в качестве метода диагностики стресс-реакции организма при его альтерации и степени развития адаптационных процессов в ответ на действие адаптогенов.
Теоретическая и практическая значимость работы
Работа выполнена в соответствии с плановыми НИР кафедры. Часть работы выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (Государственный контракт № П604).
Работа является экспериментальным исследованием с перспективным практическим выходом, позволяющим разработать новые диагностические методы в медицине. Результаты исследования используются в учебном процессе кафедры физиологии и биохимии человека и животных Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского и кафедры неврологии, психиатрии и наркологии факультета повышения квалификации врачей Нижегородской государственной медицинской академии. Полученные результаты позволяют обосновать эффективность и целесообразность использования фармакологических и физиотерапевтических средств в динамике восстановления нарушенных функций. Полученные результаты исследования внедрены в практику в неврологической клинике Нижегородской Областной больницы им. Н.А.Семашко. По результатам исследования предложен способ оценки функциональной активности коры надпочечников организма, основанный на измерении электрофоретической подвижности эритроцитов крови (патентная заявка № 2011101256/001560 от 19.09.2011.) и внедрен в практику способ исследования ЭФПЭ в качестве критерия оценки степени адаптационных процессов организма у больных с хронической ишемией головного мозга (патент на изобретение № 2371193 от 27.10.2009).
Положения, выносимые на защиту
Изменения ЭФПЭ человека и животных носят однотипный характер независимо от вида воздействующего фактора и его длительности: первоначальное уменьшение ЭФПЭ с последующим ее увеличением, превышающим исходные значения, и восстановление по мере отмены действия стрессора. Межгрупповые различия имеют лишь количественный характер и варьируют по времени, определяясь спецификой альтерационного воздействия.
Закономерности изменения ЭФПЭ при различных экстремальных воздействиях и патологии являются отражением общей неспецифической реакции организма на раздражитель, связаны с развитием стресс-реакции и вовлечением стресс-реализующих систем, таких как симпатоадреналовая и гипофизарно-надпочечниковая, определяющих структурно-функциональную модификацию эритроцитов на действие чрезвычайных
раздражителей. Типовые изменения ЭФПЭ, реализующиеся через морфофункциональную модификацию мембран, связаны с изменением рецепторной реактивности клеток.
3. ЭФПЭ зависит от мембранно-клеточных характеристик эритроцитов и
опосредована перестройками белок-липидной составляющей мембран при изменении
баланса про- и антиоксидантных систем клетки. Динамика ЭФПЭ при трансформации
структурно-функциональных свойств эритроцитов обусловлена изменением активности
Na-K-АТФазы, перестройками метаболизма клеток, вызывающих морфологическую
модификацию эритроцитов в ответ на стрессовое воздействие.
4. Изменения ЭФПЭ и морфофункциональных показателей эритроцитов при
моделировании повторяющегося и хронического стресса у животных и патологии у людей
однотипны с острым стрессом, что подтверждает целесообразность изучения ЭФПЭ как
модели исследования развития не только стресс-реакции в организме, но и модели,
позволяющей исследовать развитие патологического процесса. Степень изменения ЭФПЭ
при патологии определяется восстановлением морфофункциональных характеристик
эритроцитов на фоне развития адаптационных процессов у больных в ходе терапии и
показывает эффективность фармакологических и физиотерапевтических средств в
качестве адаптогенов.
5. ЭФПЭ, связанная с универсальными изменениями структурно-функционального
состояния клеток, позволяет рассматривать эритроциты как биологическую систему,
отражающую гомеостаз организма в целом, позволяющую проанализировать механизмы,
по которым реализуется стадийность, общность и специфичность того или иного
патологического процесса.
Апробация работы
Основные положения работы были доложены и обсуждены на IV ,V, VI VII научно-
практических конференциях по апитерапии «Апитерапия сегодня», Рыбное, 1994, 1997,
1998, 2000; на XXXIV международном конгрессе по пчелокультуре, Лозанна, 1995; на
Российской конференции «Экология, здоровье и природопользование», Саратов, 1997; на
Втором Европейском конгресе «Акупунктурные Белые Ночи», Санкт-Петербург, 1997; на
XXXV международном конгрессе по пчелокультуре, Антверпен, Бельгия, 1997; на
Всероссийской научной конференции с международным участием, посвящ. 150-летию
акад. И.П.Павлова, Санкт-Петербург, 1999; на XXXVI международном конгрессе по
пчелокультуре, Ванкувер, Канада, 1999; на. X Международной научно-практической
конференции по апитерапии. Рязань, 2002; на 4-й Международной научно-практической
конференции «Пчеловодство -XXI», Москва, 2003; на IX Всероссийском съезде
неврологов, Ярославль, 2006; на VIII Международном конгрессе по адаптационной
медицине, Москва, 2006, на II Международной конференции «Человек и
электромагнитные поля», Саров, 2007, на XIII Всероссийской научно-практической конференции «Успехи апитерапии», Адлер, 2008; на 9-й научно-практической конференции «Интермед», Москва, 2009; на XIV Международном симпозиуме «Эколого-физиологические проблемы адаптации», Москва 2009; на XIV Международном симпозиуме «Эколого-физиологические проблемы адаптации», Москва 2009; на международной конференции «Пчеловодство XXI век. Пчеловодство, апитерапия и качество жизни», Москва 2010; на XXI съезд физиологического общества им. И.П. Павлова, Калуга, 2010; на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы современной науки и образования» Башкирия, Сибай, 2010; на II Межрегиональной научно-практической конференции неврологов и нейрохирургов Приволжского федерального округа «Высокие технологии в медицине», Н.Новгород, 2011; на IV Международной конференции по АСМ в науке и медицине, Париж, 2011; на Международной научно-практической конференции «Пути развития пчеловодства в России через успешный опыт регионов России, стран СНГ и Дальнего Зарубежья», Ярославль, 2011. Апробация работы проведена на заседании кафедры физиологии и биохимии человека и животных ННГУ им. Н.И. Лобачевского.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 74 работ, из них 22 - в изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК МО РФ; получен 1 патент РФ, 1 патентная заявка.
Объем и структура диссертации
Работа изложена на 248 страницах машинописного текста; состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, заключения, выводов, списка литературы, включающего 428 источников, из которых 267 отечественных и 161 иностранных; содержит 74 таблицы и 30 рисунков.
Личный вклад соискателя
В исследованиях, которые положены в основу диссертационной работы, соискатель ставил проблему, подбирал методы исследования, планировал и принимал участие в проведении экспериментальных исследований, в оценке результатов и формулировке выводов.
Похожие диссертации на Исследование типовых изменений электрокинетических свойств эритроцитов в норме и при альтерации функций организма
