Введение к работе
Актуальность темы. Проблема гипоксии в настоящее время является одной из актуальных проблем биологии и медицины. Считается, что в основе любой патологии лежит гипоксия, вызываемая расстройством окислительно-восстановительных систем. Важнейшим направлением в этой проблеме является контроль над возникновением и развитием состояния гипоксии, защитой от нее человека в экстремальных условиях (А.З. Колчинская, 1973; Б.Х. Хацуков и соавт. 1998; О.В. Пшикова, 1999; Ю.В. Медведев, А.Д. Толстой, 2000; А.Б. Иванов, 2002).
Ведущее место в профилактике сохранения гомеостаза при постоянно действующем неблагоприятном факторе занимает управление процессами адаптации с помощью природных соединений (Ж.И. Абрамова и др., 1985; А.Д. Цикуниб, 2006, 2007 и др.) К таким соединениям относятся антиоксиданты. Показано, что профилактическое применение антиоксидантов способствует снижению повреждающего эффекта стрессора на организм (Л.Е. Назарова, 2008). Многочисленными исследованиями доказано, что усиление окислительных процессов приводит к развитию клеточной патологии (Ю.А. Владимиров, 1972; В.И. Кулинский, 1993; В.Л. Воейков, 2001 и др.), что особенно выражено в условиях высокогорья (П.В. Белошицкий и соавт., 1995; А.Н. Красюк с соавт., 1995; А.З. Колчинская и др., 1999; А.Б. Иванов, 2001; Х.А. Курданов и др., 2010).
Гипоксия является одним из видов стрессорного воздействия, нарушающего гомеостаз организма. При гипоксических состояниях происходит ингибирование эндогенных антиоксидантов – супероксиддисмутазы, глутатиона, токоферола (L.M. Kats et al., 1998). При этом происходит усиление продукции свободных радикалов и как следствие развитие окислительного стресса (Р.Г. Биктемирова, А.Р. Мухамедиева, 2005; Л.Е. Назарова и др., 2005). Важную роль в противостоянии гипоксическому воздействию играют адаптационные возможности организма.
Адаптационные возможности это, прежде всего, запас функциональных резервов, которые постоянно расходуются на поддержание равновесия между организмом и средой (Р.М. Баевский и др., 1987). При этом происходит их постоянное восполнение, благодаря чему поддерживается гомеостаз организма. На фоне этих реакций представляется целесообразным восполнение антиоксидантной системы извне. Доказано, что адаптация организма к гипоксии возможна и с помощью природных антигипоксантов (М.Т. Шаов и др., 1996; О.В. Пшикова и др., 1997; О.В. Пшикова, М.Т. Шаов, 1997; И.И. Темботова, 2005; А.Ю. Аккизов, 2008). В некоторых случаях природные антигипоксанты могут превосходить по эффективности синтетические препараты.
Ранее было показано, что повышение энерго-адаптационного потенциала организма возможно с помощью антиоксидантов синтетического и природного происхождения (А.В. Смирнов и соавт., 1994; О.В.Пшикова, 1999, 2003 и др.). Природные антиоксиданты, которые обладают антигипоксическими свойствами и являются адаптогенами, активно используются в лечебной практике. В настоящее время в буквальном смысле слова начинается возврат к натуропатической медицине. В этом плане, особенно перспективными с целью ускоренного формирования состояния адаптации оказались антиоксиданты облепихи крушиновидной (-каротин, витамины С, Е), произрастающей в районе Приэльбрусья. В ряде исследований показано, что под влиянием облепихи крушиновидной повышается высотоустойчивость животных, происходит заметное усиление периферического кровообращения (М.Т. Шаов, 2004; А.Ю. Аккизов, 2008), увеличивается время жизни нервных клеток в бескислородной среде (М.Т. Шаов, О.В. Пшикова, 1996; 2003; М.Т. Шаов, Х.А. Курданов, О.В. Пшикова, 2010).
Вместе с тем, остается малоизученным вопрос о влиянии природного комплекса антиоксидантов на адаптационные механизмы системы крови. Действие неблагоприятных факторов среды, прежде всего, отражается на системе крови, обеспечивающей поддержание гомеостаза при изменениях параметров внутренней и внешней среды (включая гипоксическое воздействие). Наблюдая за изменениями функциональных показателей системы кровообращения можно определить «цену адаптации» (Р.М. Баевский и др., 1987). В этой связи актуальным является изучение действия биоантиоксидантов облепихи крушиновидной на кислородзависимые показатели крови и адаптационный потенциал организма человека.
Цель исследования: изучить влияние природных антигипоксантов на кислородзависимые показатели крови, оценить их роли в возрастании эффективности работы системы транспорта кислорода, повышении адаптационного потенциала организма.
Исходя из поставленной цели, решались следующие задачи:
- исследовать динамику сатурации кислорода (SaO2), ее флуктуаций, а также значения Р50 до и после приема облепихи крушиновидной;
- изучить влияние -каротина на динамику SaO2, ее флуктуаций, а также напряжения полунасыщения гемоглобина кислородом (Р50);
- сравнить антигипоксантное действие облепихи крушиновидной и -каротина на состояние системы транспорта кислорода;
- исследовать динамику АФК под воздействием облепихи крушиновидной и -каротина в модельных водно-электролитных системах;
- оценить действие плодов облепихи крушиновидной и -каротина на количественные характеристики состояния адаптационного потенциала организма человека.
Научная новизна. В работе впервые установлено:
- при действии биоантиоксидантов облепихи крушиновидной, произрастающей в районе Приэльбрусья, происходит усиление антигипоксической функции гемоглобина, на что указывает снижение флуктуаций SaO2 и возрастание Р50;
- под влиянием -каротина происходит усиление антиоксидантной функции гемоглобина, о чем свидетельствует снижение Р50 и возрастание флуктуаций SaO2;
- разнонаправленность действия плодов облепихи крушиновидной, содержащих комплекс биоантиоксидантов и моно препарата -каротина на процессы энергопродукции: облепиха инициирует биофизический путь энергопродукции, а -каротин стимулирует биохимический путь энергопродукции;
- испытуемые биоантиоксиданты повышают адаптационный потенциал системы кровообращения за короткий период времени (5 суток).
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Биоантиоксиданты облепихи крушиновидной повышают уровень SaO2 и Р50, а флуктуации SaO2 под их воздействием снижаются.
2. Прием -каротина снижает уровень SaO2 и Р50, при этом флуктуации SaO2 возрастают.
3. Биоантиоксиданты облепихи крушиновидной повышают содержание перекиси водорода и значительно уменьшают уровень гидроксильного радикала в физиологическом растворе.
4. Действие -каротина существенно снижает концентрации перекиси водорода и гидроксильного радикала в физиологическом растворе.
5. Как облепиха, так и -каротин поддерживают исходный уровень супероксидного анион-радикала кислорода.
6. Под воздействием биоантиоксидантов облепихи проявляется антигипоксическая функция гемоглобина, а -каротин способствует усилению антиоксидантной функции гемоглобина.
7. Биоантиоксиданты облепихи и -каротин значительно повышают адаптационный потенциал системы кровообращения за короткий период времени.
Теоретическая значимость работы. Результаты настоящей работы помогают с помощью антиоксидантов природного происхождения вскрыть физиологические и биоэнергетические механизмы формирования состояния адаптации в системе транспорта кислорода и всего организма в целом.
Расширены современные представления о физиологических механизмах повышения адаптационного потенциала посредством усиления антигипоксической функции гемоглобина (эритроцита) под влиянием облепихи крушиновидной и возрастания антиоксидантной функции гемоглобина под воздействием -каротина.
На основе модельных опытов по изучению динамики активных форм кислорода получены углубленные представления о биоэнергетических механизмах повышения резервов здоровья. В частности, показано инициирование биофизического пути энергопродукции биоантиоксидантами облепихи и стимулирование биохимического (митохондриального) пути энергопродукции молекулами -каротина.
Практическая значимость работы. Работа имеет практическое значение в первую очередь для систем образования, здравоохранения, физкультуры и спорта. Так, результаты исследования могут быть с успехом использованы в учебном процессе в различных разделах физиологии, биохимии и биофизики. В здравоохранении результаты настоящей работы помогут организовать на научной основе натуропатическое (немедикаментозное) лечение различных патологий путем ускоренного повышения резервов здоровья в организме. Работа имеет большое практическое значение для физкультуры и спорта, т.к. её результаты дают возможность спортсмену стимулировать за короткое время адаптационный потенциал системы кровообращения и организма в целом с помощью легкодоступных натуропатических средств, препятствующих развитию ацидоза при физических перегрузках, выступающих в роли биостимуляторов в ходе подготовки к соревнованиям, оказывающих антигипоксический и антистрессорный эффект.
Внедрение результатов исследования в практику. Работа выполнена в рамках НИР кафедры физиологии человека и животных биологического факультета Кабардино-Балкарского государственного университета «Кислородзависимые электро-физиологические механизмы адаптации нервных клеток к гипоксии» (номер государственной регистрации 0120.0804737).
Результаты исследования внедрены в учебный процесс при подготовке магистров (направление 020200.68 «Биология») на биологическом факультете Кабардино-Балкарского государственного университета. На основе полученных данных разработан и апробирован новый курс «Биофизические основы патологических процессов» с полным набором учебно-методической документации, лекций и лабораторных занятий. Результаты внедрены также в научно-исследовательскую работу, проводимую на кафедре технологии продуктов общественного питания (ТПОП) Кабардино-Балкарской сельскохозяйственной академии по теме «Технология приготовления продуктов питания специального назначения» и в практику отделения реанимации и анестезии республиканской клинической больницы КБР (г.Нальчик).
Апробация работы. Основные положения диссертации апробировались на III Всероссийской конференции "Гипоксия: механизмы, адаптация, коррекция" (Москва, 2002), на III Международной научно-практической конференции "Состояние биосферы и здоровье людей" (Пенза, 2003), на Международной конференции "Гомеостаз и эндоэкология" (Хургада, 2002), на XIX съезде физиологов РФ (Екатеринбург, 2004) на Международном конгрессе студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива 2007» (Нальчик, 2007), на XXI съезде физиологов РФ (Калуга, 2010) и на кафедральных и факультетских научных семинарах КБГУ (2001-2009).
Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ для публикации результатов исследований на соискание ученой степени доктора и кандидата наук.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов исследования и их анализа, обсуждения результатов, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. Работа иллюстрирована 19 рисунками и 2 таблицами, изложена на 118 страницах машинописного текста. Список литературы содержит 223 источника (119 отечественных и 104 иностранных авторов).
