Введение к работе
Актуальность темы. Среди биологически активных веществ природного происхождения одно из центральных мест занимают животные яды, или зоотоксины - уникальная по химической природе и физиологическому действии группа соединений. Зоотоксины нашли широкое применение в качестве высокоселективных "тест"-веществ в фундаментальных исследованиях в биологии и медицине, на их основе созданы эффективные лекарственные и диагностические средства. Зоотоксины являются предметом изучения 3 0 0-токсинологии (Б.Н.Орлов,Д.Б.Гелашвили,І985), в круг задач которой входит исследование механизмов физиологического и токсического действия яашотных ядов, разработка принципов и методов антидотной терапии, выяснение роли зоотонсинов в химической эволацин живых организмов, применение специфических свойств зоотоксинов для. моделирования физиологических и патологических процессов и др.
С общебиологической точки зрения зоотоксины являются химическими факторами, участвующими в межвидовых, или аллелохи-мических взаимодействиях. В то же время, являясь орудиями нападения или защиты, зоотоксины, в конечном счете, служат для поражения организма хищника или жертвы, выступая по отношению к нему в качестве мощных стресс-факторов. Острое стрессорное воздействие, оказываемое зоотоксинами, обусловленное внезапностью контакта и интенсивностью эффекта, является биологически целесообразным и эволюционно обоснованным. В рассматриваемом плане особую важность приобретают исследования физиологи-чесглх механизмов формирования интегральной реакции организма на острое стрессорное воздействие, определяющей устойчивость организма к действию стресс-факторов. Несмотря на обилие экспериментальных и клинических исследований в области зоотокси-
гологии, выполненных как в нашей стране, так и за рубежом, до настоящего времени фактически не были изучены нейрогуморальные механизмы нарушения и поддергшния гомеостаза при действии зоо-токсинов. В то не время, изучение динамики вовлечения физиологических систем организма и их участия в формировании ответной реакции дает возможность не только раскрытия интимных механизмов возникновения стресса, адаптации и функциональных нарушений, но и обоснования принципов коррекции повреждающих эффектов зоотоксинов.
Диссертационная работа является составной частью исследований по темам: "Сравнительно-физиологический и биохимический анализ механизмов действия ядов животного происхождения (№ гос. рег.81062913), выполняемой в рамках НТП ГКНТ СССР 0.74.05 (задание Н2, постановление ГКНТ СССР, Госплана СССР и АН СССР от 13.02.81, № 24/25/13); по плану экономического и социального развития РСФСР на 1982г. (постановление СМ РСФСР от 09.11. 81, № 606); по комплексной НТП Минвуза РСФСР "Биосистемы"; "Управление регуляторними механизмами биосистем путем воздействия на ферментный аппарат и мембранные структуры с целью повышения урожайности сельскохозяйственных растений, получения новых биопрепаратов и защиты промышленных материалов от биокорроэии", выполняемой в рамках общесоюзной НТП ГКНТ СССР 0.74.05 (задание ІЗН2, постановление ГКНТ СССР и АН СССР от 03.02.87 № 26/13).
Цель работы. Основная цель работы - исследование общих и специфических нейрогуморальних механизмов формирования интегральной реакции организма на острое стрессорное воздействие зоотоксинов, выявление ведущих нервных и гуморальных факторов, вызывающих субклеточные и клеточные, органные и системные реакции дезинтеграции физиологических функций и меха-
низмы их компенсации, разработка на основе полученных данных принципов коррекции повреддавдих эффектов зоотоксинов и обоснование путей их практического использования в биологии и медицине .
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
- Ведущим звеном в формировании интегральной реакции ор
ганизма на острое стрессоркое действие зоотоксинов является
гиперсекреция эндогенных физиологически активных веществ
(нейромедиатсров, кейромодуляторов, гормонов). Массивный выброс из физиологических депо нейромедиатсров и нейромодулято-роз обуславливает реализации их функций как по транс-, так и по парасинаптачеекому механизм, обеспечивая, в последнем случае, дистантный эффект.
Активация под влиянием зоотоксинов, наряду с гипотала-мо-гипсфпзарно-кадпочечниковой и симпато-адреналовой, эндогенной опиоидной систем1 (ЭОС) является важным физиологическим механизмом формирования стресс-реакции организма. При этом, в зависимости от интенсивности действующего стресс-фактора, 30G обеспечивает либо компенсацию возмущающего эффекта, либо выступает в роли триггерного звена "порочного круга" патологических реакций.
На внутриклеточном уровне стрессорное действие зоотоксинов реализуется с участием системы циклических нуклеотидов, выступавших в качестве звена быстрой адаптации к воздействию стресс-факторов. При использовании зоотоксинов в терапевтических дозах циклические нуклеотиды опосредуют восстановительные и регенерационные процессы в поврежденных тканях.
Эпилептиформные свойства нейротропных зоотоксинов обусловлены особенностями их химического строения и специфичностью первичного физиологического эффекта. Полипептидные
нейротоксины яда скорпиона при введении в обход ГЭБ вызывают генерализованный судорожный припадок за счет тотальной модификации натриевых каналов электрогенной мембраны и ее стойкой деполяризации. В основе судорожного действия алкалоидов яда саламандры, молекула которых содержит семичленный аэепиновый гетероцикл, лежит их способность взаимодействовать с бензоди-азепин-ГАМК-рецепторным комплексом.
В развитии и поддержании эпилептиформной реакции, вызванной нейротропными зоотоксинами, важную роль играют нейро-гуморальные механизмы, реализующиеся через циклазиуго, бензо-диазепиновуга и эндогенную опиоидную системы.
Уровень стресс-гормонов (АКТГ и инсулина) и бета-эндо-рфина имеет прогностическое значение в начальную фазу шокового состояния, вызванного ядом гюрзы. Опиатный антагонист на-локсон и ингибитор сериновых протеиназ контрикал (гордокс) в комбинации с моновалентной противозмеиной сывороткой потенцируют защитный эффект последней, что может служить основой для разработки эффективных методов антидотной терапии.
В зависимости от специфичности стрессорного действия зоотоксинов, обусловленных особенностями их химического строения и физиологического механизма действия, компенсация нарушений нейрогуморальной регуляции шкет протекать по механизму стабилизации, многопараметрической компенсации, либо по комбинированному типу.
Научная новизна«Комплексный физиолого-биохимический'и фармакологический анализ нейрогуморальных механизмов стрессорного действия зоотоксинов позволили получить ряд новых экспериментальных результатов и теоретических заключений.
Впервые изучены нейрогуморальные механизмы стрессорного
действия полипептидных нейротоксинов яда скорпиона. Экспери-
ментально доказано, что наблюдаемая в клинике неврологическая симптоматика связана с воздействием нейротоксинов на постганг-лионарные нервные терминала вегетативной нервной системы. Установлено, что тотальная модификация натриевых каналов в пре-скнаптических терминалах в периферической, вегетативной и центральной нервной системе является триггерным механизмом, ведущим к гиперсекреции нейромедиаторов, нейромодуляторов и гормонов.
Впервые доказано, что на внутриклеточном уровне дєйстеиє нейротоксинов реализуется с участием циклических нуклеотидов. Установлено, что полипептидные нейротонсины яда скорпиона вызывают нарушение количественных соотношений катехоламинов(адреналин и норацреналин) и циклических нуклеотидов (цАЛЭ и цГМ2). Особенностью указанных нарушений является преимущественное увеличение содержания норадреналина, а в системе циклических нуклеотидов - цШЗ.
Изучены особенности экзокринной и эндокринной функции поджелудочной железы в условиях стрессорного действия полипептидных нейротоксинов яда скорпиона. Выявлено нейрогённое звено (холинергическая активация), ведущее к развитии симптомов острого панкреатита, сопровождающегося гиперсекрецией трипсина и альфа-амилазы. Показано, что коррекция этого состояния дает оптимальные результаты при воздействии на нервное и гуморальное звено путем применения антихолинергических средств и ингибиторов протеиназ. Изучены нейрогуморальные механизмы регуляции глюкостаза в условиях воздействия полипептидных нейротоксинов. Показано, что развивающаяся при стрессорном действии нейротоксинов гипергликемия протекает по адреналиновому типу.
Установлено, что в генезе гипергензивных реакций, вызыва-
емых ядом скорпиона, ведущую роль играет гиперсекреция кате-холашнов из нервных окончаний и, в меньшей мере, из надпочечников. Показано, что ренин-ангиотензин-альдостероновая система также вносит свой вклад в поддеряание гипертензивной реакции.
Впервые изучены нейрогуыоральные механизмы развития и поддержания эпилепткформных состояний, вызванных кейротропными зоотоксинами. На модели судорожной реакции, вызываемой алкалоидными нейротоксина'ми яда саламандры, изучена взаимосвязь цик-лазной, бензодиазепиновой и эндогенной опиоидной систем в гене-зе эпилептиформных состояний. На основе структурно-функционального анализа молекулы алкалоидов, содержащих семичленный азепи-новый гетероцикл, сформулировано представление о наличии в яде саламандры природных лигандов бензодиазепин-ГАМК-рецепторкых комплексов.
Впервые изучена нейродинамика пик-волновой пароксизмаль-ной ЭЭГ-активности в стрио-таламо-кортикальной системе при внутрижедудочковом введении полипепгидных нейротоксинов яда скорпиона. Доказано, что экспериментально полученная модель малого эпилептического припадка близка по своим характеристикам к клиническому проявлению болезни. Новизна разработанного способа моделирования малого эпилептического припадка подтверждена авторским свидетельством (А.С.СССР №1326272).
Впервые установлена роль эндогенной опиоидной системы в развитии экзотоксинового шока, вызванного острым стрессорным действием яда гюрзы. Изучена динамика гиперсекреции бета-эн-дорфина и показан антидотный эффект опиатных антагонистов (налоксона и налорфина). Изучена роль активации гипоталамо-гипофизарного звена при остром воздействии ядом гюрзы и установлена противофазность в секреции АКТГ и его контр-гормона
инсулина, обеспечивающая гомеостатирование по механизму много-
параметрической компенсации. Изучена взаимосвязь рениновой активности плазмы и содержания в ней альдостерона с гемодина-шческими расстройствами в различные фазы шока, вызванного ядом гюрзы. Установлено, что ингибиторы сериновых протеиназ в виде лекарственных форм контрикала и гордокса существенно усиливают нейтрализующее действие моновалентной противозмеи-ной сыворотки "Антигюрза". На основе полученных данных разработана модифицированная сыворотка, превосходящая коммерческий препарат в два раза.
На основе полученных экспериментальных данных сформулирована концепция о роли гиперсекреции эндогенных физиологически активных веществ в формировании интегральной реакции организма на острое стрессорное действие зоотоксинов. Показано, что вызванные зоотоксинами нарушения нейрогуморальной регуляции могут носить, в зависимости от интенсивности стрессорного воздействия, обратимый или необратимый характер. Гомеостатирова-ние физиологических функций при остром стрессорном действии зоотоксинов может протекать по механизму стабилизации, многопараметрической компенсации, либо по комбинированному типу.
Теоретическое и практическое значение работы. Работа представляет собой комплексное исследование формирования интегральной реакции организма на действие стресс-факторов биотического происхождения. На системном, органном и клеточном уровнях установлена ведущая роль гиперсекреции эндогенных физиологически активных веществ з обеспечении нейрогуморальних механизмов стрессорного действия зоотоксинов. Экспериментально обоснованные универсальные функции эндогенной опиоидной и цик-лазной систем в механизмах стрессорного действия зоотоксинов
являются важными для понимания общих закономерностей формиро-
вания физиологических адаптации и создают предпосылки для поиска и разработки новых способов коррекции повреждающих эффектов биотических стресс-факторов.
Полученные результаты и положения работы включены в учебные пособия "Ядовитые беспозвоночные животные и их яды'Ч1931), "Ядовитые позвоночные животные и их яды"(1932), монографию п3оотоксинология"(1985), ряд обзорных работ, лекционный курс по нейрофизиологии в Горьковском университете. Методические подходы, обоснованные в работе, в том числе пакет прикладных программ автоматизированной системы статистического анализа ЭЭГ (АССА-ЭЭГ), а такке защищенные авторскими свидетельствами способы моделирования эпилептиформного состояния и получения модифицированной противозмеиной сыворотки "Антигюрза" используются в научных исследованиях в Горьковском медицинском институте, Горьковском НИИ травматологии и ортопедии, Горьков-ской специализированной клинической кардиохирургической больнице, на кафедре физиологии и биохимии человека и животных ГГУ. Разработанные в ходе выполнения работы технические средства, защищенные авторскими свидетельствами (А.С. СССР И677994, 728795, 886905), использованы для обеспечения исследований, проводимых в рамках целевых комплексных программ All СССР и ГКНТ СМ СССР "Нервный импульс" и "Ионный канал".
Публикации и апробация работы.По материалам диссертации опубликовано 33 статей, 2 учебных пособия, I монография, получено 5 авторских свидетельств СССР на изобретения. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на: Всесоюзном симпозиуме памяти акад.П.К.Анохина "Механизмы системной деятельности мозга" (Горький,1978), Всесоюзных герпетологических конференциях (У - Ашхабад,1981; УІ - Ташкент,1985; УП - Киев,1989),
I Всесоюзном биофизическом съезде (Москва,І98І), У Всесоюзном
совещании по целенаправленному изысканию физиологически активных веществ" (Рига,1983), УШ Всесоюзной конференции по нейро-кибернетике (Ростов, 1983), Всесоюзной конференции ''Метрологическое обеспечение измерений в биологии и медицине" (Таллинн, 1983), Всесоюзно?/! симпозиуме "Стриарная система в норме и патология" (Ялта,1983), Всесоюзной конференции "Ферменты в биохимических анализах" (Паланга,1984), ХП Всесоюзной конференции по физиологии и патологии кортико-висперальных взаимоотношений" (Ленинград,1986), ХП Всесоюзном совещании по транспортным АТО-азам (Иркутск,1987), П Всесоюзной конференции "Физиология, патофизиология и фармакология мозгового кровообращения" (Тбилиси, 1988), Международном симпозиуме "Центральная нервная система и постреанимационная патология организма" (Москва,1989).
Структура и объем работы.Диссертация содержит введение, б глав, заключение, выводы, приложение, рисунков, таблиц, библиография состоит из работ, изложенные на страницах машинописного текста.