Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 9
1.1. Эволюция представлений о биокристалломике и методы исследования кристаллогенных свойств биологических жидкостей 9
1.2. Молекулярные механизмы структурообразования в биологических жидкостях 15
1.3. Дегидратационная структуризация компонентов крови и ее диагностическое значение 29
Глава 2. Материал и методы исследования 32
2.1. Общая схема и объем исследования 32
2.2. Пробоподготовка в биокристалломике 34
2.3. Методы исследования в биокристалломике 36
2.4. Методика моделирования термической травмы на животных 48
2.5. Методы статистической обработки результатов 51
Глава 3. Дегидратационная структуризация сыворотки крови животных в норме и при реализации стресс-ответа 52
3.1. Сравнительная характеристика кристаллогенной активности сыворотки крови здоровых животных 52
3.2. Биокристаллоскопическая оценка динамики физико-химических свойств сыворотки крови животных при моделировании физиологического стресса 68
3.3. Преобразования кристаллогенеза биологической жидкости в условиях дистресса (на примере термической травмы) 73
Глава 4. Анализ кристаллогенной и инициирующей способности крови человека в условиях эу- и дистресса 85
4.1. Биокристалломная характеристика сыворотки крови и других биологических жидкостей организма человека 85
4.2. Особенности дегидратационной структуризации сыворотки крови человека при некоторых физиологических состояниях 92
4.3. Трансформация кристаллогенных свойств сыворотки крови при траматическом стрессе (на примере термического ожога) 100
Обсуждение результатов 120
Выводы 135
Практические рекомендации 137
Список использованной литературы 138
- Молекулярные механизмы структурообразования в биологических жидкостях
- Методика моделирования термической травмы на животных
- Биокристаллоскопическая оценка динамики физико-химических свойств сыворотки крови животных при моделировании физиологического стресса
- Особенности дегидратационной структуризации сыворотки крови человека при некоторых физиологических состояниях
Введение к работе
Актуальность. Кровь представляет собой одну из важнейших систем жизнеобеспечения организма, обладающую рядом особенностей. Высокая митотическая активность гемопоэтической ткани обусловливает ее повышенную чувствительность к действию повреждающих факторов, а генетическая детерминированность размножения, дифференцировки, структуры и обмена веществ кровяных клеток создают предпосылки как для геномных нарушений, так и для изменений генетической регуляции (Быков В.Л., 2003).
Являясь связующим звеном в механизмах нейроиммуноэндокринной регуляции, система крови обладает высокодифференцированными функциями, которые четко распределены между ее различными элементами (Козлов В.А., 2001; Полунин И.Н., Наумова Л.И., Сердюков В.Г., 2007, 2010). Поэтому кровь - не просто саморегенерирующаяся структура, а сложный комплекс компонентов, включающихся в общую систему. При этом она работает на основе саморегуляции, индуцируемой конечным результатом деятельности морфофункциональной системы (Роуз М.Дж., Берлинер Н., 2001; Павло-ва М.М., 2007; Дерюгина А.В., 2012).
Несколько десятилетий назад была впервые изучена способность сыворотки крови к формированию определенной картины при дегидратации на стекле (Савина Л.В. с соавт., 1987; Каликштейн Д.Б. с соавт., 1990), что положило начало масштабным исследованиям в данной области биомедицины. Этими работами подтверждено, что исследование кристаллогенной активности сыворотки крови, несомненно, представляет большой интерес с точки зрения ее научно-практической значимости (Шабалин В.Н., Шатохина С.Н., 2001; Орлов Б.Н. с соавт., 2002; Пахмутов И.А. с соавт., 2004, 2005) и потенциальной диагностической ценности (Потехина Ю.П., 2004; Шабалин В.Н., Шатохина С.Н., 2004; Обухова Л.М., 2010; Яхно Т.А., 2011). В то же время единичны исследования по изучению границ физиологической вариабельности кристаллизации жидких биологических сред (Денисов А.Б., 2007; Мартусевич А.К., Камакин Н.Ф., 2007; Воробьев А.В., Мартусевич А.К., Перетягин С.П., 2008). Недостаточно полно изучено возможное влияние функционального состояния организма на результат кристаллизации рассматриваемой биологической жидкости (Мартусевич А.К., Сафарова Р.И, 2007; Мартусевич А.К., 2008). Несмотря на это, ранее высказывались предположения о потенциальной способности кристаллизации биологических жидкостей выступать в качестве индикатора адаптации организма, тем не менее данная методология была реализована только в отношении некоторых жидких биосред человека (Волчецкий А.Л., 1999).
Следует отметить, что абсолютное большинство публикаций в рассматриваемой области касаются изучения характера дегидратационной структуризации биологических субстратов организма человека, тогда как биосредам животных уделяется существенно меньше внимания (Громова И.П.. 2005; Стекольников А.А. с соавт., 2009). Кроме того, единичны сообщения о видовых особенностях их кристаллизации (Мартусевич А.К., Жданова О.Б., 2006; Обухова Л.М., 2010). С другой стороны, даже имеющиеся работы позволяют подтвердить диагностическое значение исследования кристаллогенных свойств биологических жидкостей, прежде всего – сыворотки крови, в ветеринарной и экспериментальной медицине (Пахмутов И.А. с соавт., 2004, 2005; Мартусевич А.К. с соавт., 2009; Анашкина А.А., 2012). В связи с этим, целесообразно проведение анализа кристаллогенной активности сыворотки крови животных и человека в аспектах видовой специфичности и адаптации к различным стрессирующим воздействиям. Данная работа является попыткой решения этих проблем.
Цель исследования: изучить кристаллогенные свойства сыворотки крови животных и человека в сравнительном аспекте и оценить адаптивность их ответа на некоторые стрессирующие воздействия.
Задачи работы:
-
Сформировать и апробировать комплекс методов исследования собственной и инициированной кристаллизации образцов сыворотки крови некоторых видов животных.
-
Провести сравнительное изучение собственной и инициированной кристаллизации сыворотки крови животных и человека.
-
Сопоставить изменения кристаллогенных свойств сыворотки крови животного и человека на физическую нагрузку и острый травматический стресс (термическую травму).
Научная новизна. Впервые с помощью визуаметрии, биогравиметрии и спектрометрии получены сравнительные данные о кристаллогенной активности сыворотки крови у животных различных видов и человека. Установлены диапазоны их физиологической вариации. Представлены сведения о характере реакции крови человека и животного на физиологический стрессор (физическая нагрузка) по ее способности к собственной и инициированной кристаллообразователем структуризации. На основании этого расширены представления о видовых особенностях адаптации млекопитающих к стрессирующим воздействиям. Продемонстрированы сдвиги физико-химических характеристик сыворотки крови при травматическом стрессе у животных и человека.
Научно-практическая значимость.
Результаты работы позволяют получить объективные данные о видовых особенностях кристаллогенных свойств сыворотки крови человека и некоторых видов животных, что может служить базисом для разноплановых экспериментальных и клинических исследований, а также разработки новых диагностических технологий, основанных на анализе кристаллогенных свойств рассматриваемого биологического субстрата.
Полученные данные позволяют уточнить значимость оценки характера дегидратационной структуризации образцов сыворотки крови как одного из индикаторов адаптации к стрессорам различного происхождения.
Положения, выносимые на защиту:
-
Кристаллогенные свойства сыворотки крови являются видо- и субстрат-специфичной характеристикой данной биологической жидкости, косвенно отражающей функциональное состояние и адаптационные возможности организма животных и человека при воздействии стресс-факторов.
-
Действие физиологических стрессоров приводит к значимому, дифференцированному, но кратковременному (адаптивному) изменению показателей собственной и инициированной кристаллизации сыворотки крови.
-
По сравнению с физиологическими воздействиями травматический стресс сопровождается более существенными и продолжительными (дизадаптивными) сдвигами ее кристаллогенной активности.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на VI Междунар. научн. конф. «Системный анализ в медицине» (Благовещенск, 2012), II Междунар. конф. «Процессы самоорганизации в высыхающих каплях многокомпонентных жидкостей: эксперименты, теории, приложения» (Астрахань, 2012), Первой Всеросс. научн. конф. молодых ученых-медиков «Инновационные технологии в медицине XXI века» (Москва, 2012), Междунар. конф. молодых ученых «Экспериментальная и теоретическая биофизика-13» (Пущино, 2013), XV научно-практ. конф. с междунар. участием «Молодежь и медицинская наука в XXI веке» (Киров, 2014), VIII Междунар. научн. конф. «Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация как форма самоорганизации вещества» (Иваново, 2014).
Реализация результатов исследования
Разработанные технологии используются при проведении научных исследований в Кировской государственной медицинской академии, Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии. Материалы диссертационной работы внедрены в учебный процесс профильных кафедр Кировской государственной медицинской академии, Вятской государственной сельскохозяйственной академии и Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии.
Публикация результатов исследования
По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура диссертации. Текст диссертации изложен на 161 странице, состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, 2 глав с изложением результатов собственных исследований, обсуждения результатов, выводов и списка литературы. Список литературы включает 222 источника, в том числе 117 - отечественных и 105 - зарубежных авторов. Диссертация содержит 12 таблиц и 33 рисунка.
Молекулярные механизмы структурообразования в биологических жидкостях
Расшифровка молекулярных механизмов структурообразования биологических субстратов при дегидратации последних требует проведения обширных экспериментальных исследований в области биокристаллоскопии, однако подобные работы единичны (Залесский М.Г., Эмануэль В.Л., Краснова М.В., 2004; Залеский М.Г., 2005). Важно отметить, что изучение характера воздействия различных факторов производилось избирательно, несистематично. Так, в отдельных сообщениях показаны особенности структуризации биосубстрата с учетом свойств подложки (Барер Г.М. с соавт., 1998; Jones W. T., Resnick M., 1990), создания изоляции образца от внешней среды путем вакуумирования (Савина Л.В., 1999) или помещения в закрытую ячейку (Антропова И.П., Габинский Я.Л., 1997), влияния рН и осмолярности среды (Болгов С.В. с соавт., 2002; Белова Л.М., Потехина Ю.П., 2003; Martusevich A.K., Kamakin N.F., 2007), магнитного поля (Бузоверя М.Э. с соавт., 2004), низкоинтенсивного и гелий-неонового лазерного излучения (Минц Р.И. с соавт., 1989; Бритова А.А., Романюк В.Ю., 2007) и других факторов. Эти воздействия принципиально различаются по механизму влияния на кристаллизацию биосреды, что затрудняет объединение полученных результатов в единый массив и составление общего представления о факторах, модулирующих биокристаллогенез. Кроме того, систематизации данных существенно препятствует качественный описательный подход исследователей к анализу кристаллоскопических образцов, базирующийся на нахождении специфичных признаков или маркеров изучаемых потенциальных триггеров. Сейчас практически единственным вариантом объективизации данных визуальной морфометрии является применение специализированных компьютерных программ обработки кристаллограмм и тезиграмм (Бузоверя М.Э. с соавт., 2003, 2004; Денисов А.Б., 2004; Чухман Т.П.с соавт., 2004), но этот подход также не лишен недостатков. В частности, к их числу относятся высокая вариабельность кристаллических и аморфных структур в микропрепарате высушенной биологической жидкости (Барер Г.М., Денисов А.Б., Стурова Т.М., 2003), существенные трудности в унификации данного способа анализа к различным биосубстратам (Василиадис А., Шабалин В.Н., Шатохина С.Н., 2001), невозможность фиксации возможных уникальных характеристик и/или структур фации и др. На возможность использования иных методов верификации результатов кристаллоскопии, основанных на учете физико-химических характеристик дегидратирующегося биосубстрата или уже сформированных биокристаллов, указывают лишь А.А. Девяткин с соавт. (рентгеноструктурный анализ]) и Т.А. Яхно с соавт. (акустомеханический импеданс). В то же время только интегративный физико-биохимический подход позволяет комплексно оценить процессы, приводящие к формированию кристаллоскопической и тезиграфической картины биоматериала, строго соответствующей всему массиву стабильных и динамических факторов, индивидуализированно связанных с состоянием организма человека. Роль протеинового компонента в кристаллогенезе биосред На основании данных литературы и многолетних собственных изысканий в области экспериментальной биокристаллоскопии предполагается, что ведущая роль в формировании фации как информационно насыщенного отпечатка жидкой биологической ткани принадлежит белкам и протеинсодержащим соединениям (Рапис Е.Г., 2003; Дрокин С.И. с соавт., 2004; Залеский М.Г., 2005; Воробьев А.В., Мартусевич А.К., Перетягин С.П., 2008; Обухова Л.М., 2010). При этом, с нашей точки зрения, остальные компоненты биологической среды, придающие последней выраженную гетерогенность, выступают в качестве универсальных или в различной степени специфичных модуляторов кристаллообразования (Мартусевич А.К. с соавт., 2009-2013). В модельных экспериментах на белковых и белково-солевых растворах (Белова Л.М., Потехина Ю.П., 2003; Яхно Т.А. с соавт., 2004), а также при исследовании локализации протеинового компонента кристаллоскопической картины реальных биосубстратов (Дерябина Н.И., Залеский М.Г., 2005; Мартусевич А.К., 2010; Обухова Л.М., 2010) было показано, что белки играют многогранную роль в генезе кристаллоскопической и тезиграфической фации.
В этом плане представляет интерес тот факт, что биосреды с высоким содержанием белка и растворы индивидуальных белков и их смесей образуют аналогичные дегидратационные картины. Подобное заключение позволяют сделать как наши собственные результаты, так и данные литературы (Белова Л.М., Потехина Ю.П., 2003; Яхно Т.А. с соавт., 2004), что дополнительно обосновывает значимость протеинового компонента в процессах дегидратационной самоорганизации биологических сред.
Конкретизируя тезис о полифункциональности белков как базиса последующего биокристаллогенеза, необходимо подчеркнуть следующие моменты:
1. белки создают ограниченное пространство для формирующейся фации, образуя особый сетчатый «каркас» по свободной, не соприкасающейся с подложкой, поверхности образца («скин-слой») и придавая высыхающей капле клиновидную пространственную конфигурацию (Яхно Т.А. с соавт., 2004);
2. белки способны выступать в качестве самостоятельных активных центров кристаллообразования как в индивидуальном виде (монокристаллы), так и в форме соединений, в т. ч. комплексных, с другими компонентами биоматериала (гетерокристаллы). Это свойство протеинов в некоторых случаях может быть диагностически значимым при условии достаточной изученности вопроса о специфических морфотипах отдельных белков (Савина Л.В., 1999). Примерами подобных заболеваний-кандидатов на специфическую кристаллодиагностику являются миеломная болезнь, миоглобинопатии, амилоидозы, другие болезни накопления и т. д.;
3. белки могут являться модуляторами кристаллогенеза как протеиновых, так и небелковых элементов биологического субстрата (Мартусевич А.К. с соавт., 2009-2011). Подобный кооперативный эффект, как указывалось выше, может приводить либо к образованию кристаллов, состоящих исключительно из модулируемого вещества, либо к формированию структур, представляющих собой результат сокристаллизации модулятора и преобразуемого соединения (Мартусевич А.К., Зимин Ю.В., 2010). Последнее обстоятельство существенно затрудняет идентификацию химического состава новообразованных биокристаллов, т. к. позволяет получить информацию лишь в форме определенных условных параметров или в виде особых маркерных структур. Следует заметить, что это требует предварительной (до использования с диагностической или исследовательской целью) разработки оценочных параметров и/или нахождения маркерных элементов и характеристик. В целом, подводя итог данному краткому описанию роли белковых молекул в биокристаллогенезе, можно свидетельствовать об их превалирующем значении в формировании кристаллоскопической и тезиграфической фации. Немаловажным моментом, дополнительно подчеркивающим принципиальное место протеинового компонента в формировании особенностей процесса и результата кристаллизации биологического субстрата, является тот факт, что присутствие в последнем белковых молекул непосредственно определяет и «маркирует» биогенность анализируемого материала. Понятие о кристаллопротеоме. Его состав
К диагностической ценности белков как компонентов биосред и биологических субстратов в последнее время привлечено значительное внимание научной общественности. Результатом этих изысканий стала молодая биологическая наука – протеомика, предметом изучения которой являются белки организма. Следует отметить, что акцент исследований данной дисциплины в настоящее время сдвинут в сторону выявления специфических маркеров патологических состояний, прежде всего, онкомаркеров (Медведева Н.В. с соавт., 2006). Их выделение производится многочисленными высокотехнологичными инструментальным методами (ВЭЖХ, масс-спектроскопия, 3D-электрофорез и др.). С другой стороны, известная давно способность белков к образованию кристаллов в этом плане практически не используется, несмотря на имеющиеся значительные предпосылки (Волчецкий А.Л. с соавт., 1999; Артишевская Н.И., Павлович О.В., 2000; Рапис Е.Г., 2003; Рихванов Л.П. с соавт., 2004; Голованова О.А., 2009). Так, широко распространенный рентгеноструктурный анализ как способ определения состава различных элементов в своей основе содержит этапы получения и последующего исследования монокристаллов белков.
Все вышеперечисленное создает существенный базис для нового перспективного направления биологии и биохимии – кристаллопротеомики. Под кристаллопротеомом мы предлагаем понимать кристаллическую структуру всех белков определенного биологического образца и целостного организма.
Методика моделирования термической травмы на животных
Эксперимент проводили на половозрелых крысах-самцах линии Вистар массой 150-180 г. Содержание и обращение с животными соответствовали требованиям приказа Минздрава СССР № 755 от 12 августа 1977 г. (Разъяснение о сохранении действия приказа МЗСР РФ №05-гр-466/л от 23.11.2007 г.).
Экспериментальные модели различных вариантов термической травмы воспроизводят следующим образом (патент РФ №2408081 от 27.12.2010 г.). Группе животных под эфирным наркозом наносили контактный термический ожог IIIB-IV степени специальным устройством (площадь – 20% поверхности тела; рис. 2.4).
1. Фиксация наркотизированного животного
2. Депиляция участка предполагаемой травмы
3. Нанесенный ожог
Этапы воспроизведения контактного ожога у крыс
Для воспроизведения термоингаляционного воздействия животных размещают в камере (эксикатор, имеющий в крышке отверстия) на керамической подставке около отверстий, расположенных над источником горения (древесина) на высоте 10-12 см от него.
В камере обеспечивают доступ воздуха через отверстия крышки. Поджигают источник горения, закрывают камеру. По окончании времени экспозиции (20-30 секунд) достают животных из камеры и перемещают в клетки.
Моделирование комбинированной термической травмы включает сочетание данных воздействий, что обеспечивает адекватные клиническим условиям термическое и ингаляционное поражения, в комплексе приводящие к синдрому взаимного отягощения и формированию модели ожоговой болезни.
Воспроизведение модели по приведенным выше условиям с экспозицией более 40 секунд сопровождается (вследствие развития крайне тяжелого синдрома взаимного отягощения) гибелью 50-60% животных на 1-3 сутки после нанесения комбинированной травмы.
Патогистологическое исследование, выполненное на 1-3 сутки с момента осуществления воздействия, свидетельствует о глубоких патоморфологических повреждениях тканей, аналогичных выявляемым у людей с крайне тяжелыми комбинированными ожогами.
Фактический материал, полученный при проведении исследований у всех изученных группы людей и животных, был обработан методом вариационной статистики (Тюрин Ю.Н., Макаров А.А., 1998; Наследов А.Д., 2004).
Вычисляли средние величины (М), их стандартную ошибку (т) и среднеквадратическое отклонение (а). Показатели считались достоверными при значениях р 0,05 (по t-критерию Стьюдента и U-критерия Манна-Уитни).
Зависимость между признаками оценивали при помощи коэффициента парной корреляции (г), его ошибки (mr) и уровня значимости различий (по t-критерию Стьюдента). Зависимость считалась сильной при г 0,7, средней в случае, если модуль значения парной корреляции лежит в пределах 0,3-0,7. При нахождении величины корреляции, меньшей по модальному значению 0,3, она принималась за слабую. Производилось также вычисление достоверности найденной парной корреляции (р).
Кроме того, для оценки воздействия нескольких факторов на кристаллогенез биологической среды использован дисперсионный анализ (ANOVA) (Наследов А. Д., 2004).
Элементы двоичного кодирования, математического и пространственного моделирования были разработаны на основании многомерного шкалирования (Дэйвисон М., 1998). Расчеты выполнялись в среде электронных таблиц Microsoft Excel 2003, а также с помощью специализированных статистических программных пакетов Primer of biostatistics 4.03 и SPSS 11.0.
Биокристаллоскопическая оценка динамики физико-химических свойств сыворотки крови животных при моделировании физиологического стресса
Известно, что в условиях чрезвычайной ситуации единой реакцией на раздражитель является общий адаптационный синдром, направленный на мобилизацию резервных возможностей и перестройку гомеостатических механизмов (Селье Г., 1979). Важно, что даже в рамках универсальной адаптационной реакции воздействие конкретных агентов несет в себе различные по выраженности черты специфичности, что детерминирует соответствующие особенности ответа организма, в той или иной степени трансформирующие проявления адаптационного синдрома. В связи с этим, целью данного фрагмента работы служило изучение влияния кратковременной физической нагрузки и адреналина на состояние системы крови крыс.
Исследование проведено на 30 нелинейных белых крысах-самках массой 200 – 250 г. Животные прошли карантин и акклиматизацию в условиях вивария в течение 14 суток.
Крысы были разделены на 3 равные по численности группы:
1 группа – интактные крысы;
2 группа – крысы, подвергнутые физической нагрузке в виде плавания продолжительностью 15 минут с грузом, составляющим 10% от массы тела животного (температура воды 26-28С);
3 группа – крысы, которым проводили внутрибрюшинное введение адреналина (однократная дозировка – 0,1 мг/кг).
Забор крови производили из подъязычной вены через 15, 30, 60, 120 минут после воздействия и через сутки.
В целях изучения кристаллогенных свойств сыворотки крови животных приготавливали ее кристаллоскопические микропрепараты (фации). В качестве наиболее информативных параметров оценки кристаллограмм применяли кристаллизуемость и степень деструкции структур фации.
Интегральным показателем, характеризующим физико-химические свойства жидких сред организма человека и животных, в том числе сыворотки крови, является их кристаллогенная стабильность, оцениваемая с применением технологий диагностической биокристалломики (Мартусевич А.К., Гришина А.А., 2009; Мартусевич А.К., 2012). Наиболее четкая визуализация сдвигов кристаллогенного потенциала биожидкости возможна при использовании количественных параметров описания результата ее собственного кристаллогенеза. Кристаллизуемость, являясь основным количественным маркером способности биологического субстрата к формированию кристаллов, отражает активность процесса кристаллогенеза (рис. 3.5.). Воздействие стрессирующих факторов на организм животного приводит к повышению уровня данного параметра в выполненном эксперименте относительно интактных крыс, причем менее значимое усиление кристаллогенеза наблюдается при моделировании адреналовой токсемии, что может быть объяснено с позиций суммации эффектов. Так, адреналин, способствуя развитию типичной адаптационной реакции системы крови на стрессирующее воздействие (адреналовую токсемию), одновременно обладает выраженным антиагрегационным действием, что вызывает умеренное повышение уровня кристаллизуемости рассматриваемой биосистемы по сравнению с аналогичным у интактных животных. Плавание в холодной воде привело к выраженному усилению кристаллизации, что может быть вызвано целым комплексом факторов, в числе которых общий адаптационный синдром; каскад реакций, ассоциированных с низкотемпературным стрессом, связанный с выделением белков холодового шока, способствующих структуризации биосреды (Мартусевич А.К., Гришина А.А., 2009), а также повышением двигательной активности крыс с нарастанием лактатемии. Последнее обусловлено тем обстоятельством, что лактат натрия оказывает стимулирующее действие на кристаллогенный потенциал биожидкостей (Мартусевич А.К., Зимин Ю.В., 2011). Правильность протекания процессов кристаллизации изучалась с помощью оценки степени деструкции кристаллоскопической фации (рис. 3.6). Данный параметр в экспериментальных группах (тест плавания и введение адреналина) оставался выше аналогичного показателя интактных животных на протяжении всего эксперимента. В группе, животные которой подверглись кратковременной физической нагрузке, максимальная деструкция образца регистрировалась на 30-60-й минутах эксперимента с последующим снижением уровня параметра к суткам с момента начала эксперимента. Введение адреналина вызывало резкое усиление процессов деструкции уже через 15 минут после воздействия с дальнейшей редукцией значений к окончанию суток с момента наблюдения, однако изучаемый показатель оставался в рассматриваемой группе самым высоким на протяжении всего эксперимента.
Особенности дегидратационной структуризации сыворотки крови человека при некоторых физиологических состояниях
Известно, что даже физиологические стрессоры способны вызвать существенные ответные реакции со стороны регуляторных (нейро-иммуно-гормональный контур) и эффекторных (кардиореспираторная надсистема) систем (Судаков К.В. с соавт., 2003). В то же время характер метаболических сдвигов, происходящих в организме при значимых физических нагрузках и психоэмоциональном стрессе изучен недостаточно подробно (Дерягина Л.Е., 2001; Дмитриева Т.Б., Воложин А.И. 2001; Мартусевич А.К., Сафарова Р.И., 2007). Нами проведена оценка изменения компонентного состава и физико-химических свойств сыворотки крови практически здоровых людей при физическом стрессе. В качестве модели физической нагрузки выбран тест PWC 170, а психоэмоционального напряжения – предэкзаменационная ситуация.
Экзаменационный стресс – достаточно сильный психофизиологический раздражитель для студента с социально-детерминированной значимостью и важностью результата, выводящий многие системы организма из состояния равновесия на длительное время, что сохраняется и после ответа по билету (Спицин А. П., 2001). В связи с этим, данная ситуация является удобной моделью для оценки психоэмоционального воздействия в том числе и на тезиокристаллоскопическую картину сыворотки крови. В настоящее время известен ряд стандартизированных тестов, позволяющих изучать физическую работоспособность индивида (Меерсон Ф.З., 1981; Воложин А.И., Субботин Ю.К., 1987). Одним из наиболее распространенных среди них является тест PWC 170, позволяющий с учетом возраста, пола и уровня физической тренированности человека оценивать функциональные резервы организма в целом и кардиореспираторной системы в частности (Епифанов В.А., 2007). Более того, проба Physical Working Capacity (PWC), разработанная в Каролинском университете в Стокгольме Шестрандом в 50-х годах XX в., еще в 1968 г. рекомендована ВОЗ для определения физической работоспособности человека Данный метод (от английского Phisicsl Working Capacity "физическая работоспособность") заключается в определении мощности стандартной нагрузки, при которой частота сердечных сокращений (ЧСС) достигает 170 ударов в минуту. Его стандартизированность и предопредила возможность его применения в качестве модели значимой индивидуализированной физической нагрузки. Нами проведена оценка кристаллогенной и инициирующей активности сыворотки крови 35 практически здоровых студентов-добровольцев (возраст 18-20 лет). У всех испытуемых производили забор крови в спокойном состоянии (в межсессионный период), после выполнения физической нагрузки и непосредственно перед сдачей курсового экзамена. В качестве модели физической нагрузки использовали тест PWC 170 в варианте велоэргометрической пробы. Мощность первой и второй нагрузок рассчитывали по таблицам с учетом антропометрических данных, возраста и пола испытуемых. Сыворотку крови получали стандартным методом путем центрифугирования непосредственно после получения крови. Для изучения кристаллогенных и инициирующих свойств биологической жидкости приготавливали микропрепараты по методике тезиокристаллоскопии (Мартусевич А.К., Гришина А.А., 2009). Базисным веществом в тезиграфическом тесте служил 0,9% раствор хлорида натрия. Описание результатов собственного и инициированного кристаллообразования биологического субстрата производили с использованием системы полуколичественных параметров (Мартусевич А.К., 2012).
На основании полученных результатов выполнен сравнительный анализ влияния физической нагрузки и психоэмоционального напряжения на кристаллогенные и инициирующие свойства сыворотки крови. В частности, установлено, что указанные физиологические стрессоры способствуют существенному преобразованию собственного кристаллообразования рассматриваемой биологической жидкости (рис. 4.2). При этом важно подчеркнуть, что направленность сдвигов по всем основным оценочным показателям при обоих вариантах воздействия аналогична, что обусловлено универсальностью стресс-ответа организма на раздражитель, однако выраженность смещения значения параметров неодинакова. Так, при выполнении теста PWC 170 изменения кристаллоскопической картины сыворотки крови были более отчетливыми и включали усложнение структурной организации кристаллических элементов (за счет преобладания дендритных кристаллических образований с минимальным количеством одиночных структур), увеличение их плотности в фации в сочетании с нарастанием степени их деструкции. Это проявилось в статистически значимом приросте уровня индекса структурности, кристаллизуемости и параметра СДФ соответственно (p 0,05). Кроме того, после осуществления велоэргометрической пробы наблюдали существенное расширение краевой зоны микропрепарата, приводящее к увеличению показателя выраженности последней (Кз), причем в этом случае указанная зона фации была шире не только по сравнению с фациями сыворотки крови, полученными в состоянии покоя, но и в условиях экзаменационного стресса (p 0,05). С учетом того, что краевая зона микропрепарата формируется белковыми макромолекулами, можно предположить нарастание концентрации протеинов в биологической жидкости, поступающих в кровь при интенсификации метаболизма в мышечной ткани.
Согласно полученным результатам, эмоциональная нагрузка вызывает формирование менее значительных сдвигов морфологии кристаллограмм сыворотки крови (рис. 4.2). В частности, в условиях экзаменационного стресса наблюдали умеренную, но статистически достоверную тенденцию к усложнению организации кристаллических структур (по индексу структурности фации; p 0,05), однако она была менее существенной, чем при выполнении физической нагрузки. В отношении кристаллизуемости биологической среды – показателя, характеризующего количественную сторону кристаллогенеза, – увеличение уровня параметра зарегистировано лишь на уровне тенденции (p 0,01). Сопоставимым с характерным для физического напряжения оказалось повышение степени деструкции фации, в предэкзаменационный период также превышающее 1,5 балла. При эмоциональном стрессе, как и после выполнения теста PWC 170, отмечали значимое расширение краевой зоны микропрепарата дегидратированной сыворотки крови (p 0,05), но в этом случае оно было менее выраженным, чем при физической нагрузке. По нашему мнению, это может быть обусловлено трансформациями белкового спектра биологической жидкости без существенного изменения уровня общего белка в сыворотке крови испытуемых в предэкзаменационный период.
