Введение к работе
Актуальность проблемы. В последнее время изучение адаптации
человека и животных к среде обитания превратилось в серьезную
медико-биологическую и социально-экономическую задачу (Хаскин,
1975; Меерсон, 1981; Луиандия, 1984; Баженов, 1986; Иванов,1986;
Ellory, Willis, 1983), что вызвано освоением челове-
ком природных регионов с непривычным комплексом климато-геогра-фических факторов (Казначеев и др., 1978; Бабаева и др., 1979), а также интродукцией диких и сельскохозяйственных животных в но-; вуго среду обитания.
Среди"малоисследованных или лаже"остающихся неизвестными вопросов адаптации, к внешней'среде находится состояние ионного гомеостаза и функционирование катион-транспортных систем (Хайдар-лиу, 1984). По существу, это полностью относится к адаптации го-мойотермов к холоду.' Современные представления о функциях и роли ' На- и Са-насосов показывают, что сфера их, участия в энерго-масобмена далеко не ограничивается тем АТФ, На , К*", Са , которые прямо конвертируются молекулярными машинами насосов. Многочисленность связей На -насоса с широтам кругом явлений, который носят биологически важный характер (Болдырев, Твердислов, 1S85; Орлов, 1985; Веренинов, Марахова, 1986; Campbell, 1983), позволяет отнести наличие Na -насоса к йундаментальному принципу функционирования клетки ( Ling' ,1984). Поэтому полноценная адаптация, по-видимому, должна быть связана с работой систем, контролирующих ионный гомеостаз.
биологическая активность животных в той или иной мере подчинена суточным и сезонным ритмам изменения температуры ввейшей сведи. Деятельность человека почти не ограничена ятим Фактором, ко организм постоянно учитывает его влияние (Олоним, 1982;, Май-
страх, 1984; Якименко, 1984). Следовательно,изучение влияния х лода на системы активного транспорта катионов представляет впо не определенный научно-практический интерес (Катюхин, Маслова, 1984).
Цель работы. Выявить закономерности влияния акклимации к х лоду на на -насос как регулятор ионного гомеостаза и потенциальный источник теплообразования.
Основные эадачи исследования.
1. При акклимации гомойотермов к холоду изучение уабаин-чув-
ствительного дыхания термогенно- и ионогомеостатически ответст
венных органов и тканей в качестве критерия энергоемкости
На -насоса;
2. исследование активности и свойств фермента ( Na +К*)-АТФа:
( На,К-АТФазы) в качестве критерия потенциальной мощности
На -насоса;
-
изучение баланса катионов На+ и К1" в скелетных мышцах, бурой жировой ткани, печени;
-
изучение АТФ-гидролитической и Са-транспортной способности Са-насоса саркоплазматаческого ратикулума скелетных мышц;
5. выяснение роли эндогенного'трийодтиронина в регуляции
$а. -насоса.
6. Количественная оценка мощности и энергоемкости Na -насоса
клеток термогенно ответственных органов и тканей в базальных
условиях и после акклимации к холоду.
ручная новизна. В связи о проблемой состояния ионного гомеї отаза и термогвнной роли АТФ-гидролитических процессов при темп* ратурных адаптациях, выполнено комплаксное исследование Na--насоса и внутриклеточного баланса катионов На+ и 1С*" при акклимащ гомойотермов к холоду.
. 1. Установлено, что периодически действующий холод изменяет содержание н баланс на и К*" в плазма в период формирования по-
вшенной холодоустойчивости. В остальное время содержание катионов стойко сохраняется на доакклимационном уровне, что становится возможным благодаря увеличению мощности и ослаблению температурной чувствительности Na-насоса почек.
2. При акклимации к холоду изменение функциональной активнос
ти и свойств Па- насоса, а также концентраций Па+ и К1" в целом
тканево-специфично. Закономерно снижается мощность На- насоса и
соответственно изменяется баланс катионов в скелетных мышцах.
Это соответствует перестройке управляющего звена сократительного
механизма, приводящей к известному увеличении содержания в мыш
цах термогенко более важных медленных волокон, и дополнительно
подтверждается снижением АТФазпой активности и Са-транспортной
способности везикул саркоплазматического ретикулума. В бурой жи
ровой ткани мощность На- насоса возрастает, что в условиях по
вышенной адренергической стимуляции направлено на удержание вы
сокой концентрации К* в адипоцитах.
На основании критического анализа результатов собственных исследований и данных литературы формируется представление об общей для всех типов клеток тепловой функции На- насоса, ее значении в изменении теплообразования при температурных адапта-циях гомойотермов, а также возможных способах реализации.
-
На- насос в условиях холода обеспечивает прежде всего . главные функции клеток соответствующего типа. Поэтому он может участвовать в усилении теплообразования прямым путем - при стё-хиометрическом конвертировании АТФ в трансмембранные градиенты катионов и косвенно - через влияние на другие энергоемкие АТФ-зависшшз процессы или на окислительное фосфорилирование.
-
На едином базовом принципе - одинаковости стехиометрии транспортного процесса в разных клетках в физиологических условиях , выполнен количественный анализ ксщности и энергоемкости
На-насоса термогенно- и ионогомеостатически ответственных органов и тканей. Получена обоснованная оценка термогенного значения '."'иа- насоса б качезт~Бб .стехиомэтри'ааокого -источника для усиления несократительного теплоооразования у шилЕКйрованлвх. тг-хо-лоду гомойотермов.
Научно-практическая цонность. Результаты исследования баланса На+ и IT1" и функционирования На- насоса при экспериментальной акклимации к холоду в периодичеоком режиме необходимы для понимания закономерностей поведения, степени напряженности работы катион-транспортных механизмов и устойчивости ионного гомеостаза клеток при адаптации гомойотермов, включая человека, к условиям внешней среды.
Представление о тепловой функции На- насоса, ее значении и возможных путях реализации при акклимации к холоду,расширяет и углубляет биологическое значение активного транспорта катионов и ионного гомеостаза клеток.
В физиологии клеточной энергетики определение теплообразую-щей способности На- насоса, как стехиометрического конвертора АТФ, необходимо для установления структуры АТФ-гидролитических источников тепла в базальных условиях, а также при активации тер -могенеза после акклимации к холоду.
Исследование является частью общесоюзной программы "Изучение фундаментальных' механизмов развития, ликвидации и профилактики патологических процессов, лежащих в основе важнейших форм патологии человека" по обобщенной теме 1.4.1.6 "Адаптация организ-од к условиям высоких и низких температур". Его результаты использованы при планировании и проведении в Красноярском медицинском институте под руководством автора научно-исследовательской работы, покор государственной регистрации 80053115; при вштолне-. him научно-исследовательской работы "Биохимическая характеристи-
_4-
ка эритроцитов разного возраста у новорожденных коренного и пришлого населения Севера" в институте медицинских проблем Севера 30 АМН СССР. Результаты работы внедрены в лекционные курсы кафедр патологической физиологии Красноярского медицинского ин-зтитута и физиологии и биохимии человека и животных Красноярского университета. На кафедре общей биологии Красноярского медицинского института при чтении лекций и проведении семинарских : занятий «пользуется предложенная автором схема уровней регуляции На-на-зоса.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсужде-ш на 5-ой и 6-ой Всесоюзной конференции по экологической физио-югии, биохимии и "морфологии (Фрунзе, 1977; Сыктывкар, 1982), на всесоюзном симпозиуме "Стресс и адаптация" (Кишинев, 1978), на 1-ом Международном симпозиуме по приполярной медицине (Новосибирск, 1978), на 4-ом и 5-ом Всесоюзном биохимическом съезде [Ленинград, 1979; Киев, 1986), на 6-ой Всесоюзной конференции по йзиологии почек и водно-солевого обмена (Новосибирск, 1981), на шенумз Всесоюзной проблемной комиссии "Адаптация и профилакти-:а" при Научном совете по общей патологии АМН СССР (Москва, 982), на 1-ой и 2-ой Всесоюзной конференции " Важнейшие теорети-:эские и практические проблемы терморегуляции" (Новосибирск, 982; Минск, 1986), на 3-ей Всесоюзной школе "Теоретические и рактические проблемы терморегуляции человека и сельскохозяйст-енных животных" (Иваново, 1984), ка 16-ой конференции Федерации вропейскгх биохимических обществ (Москва, 1984), на 5-ой Есеоо-зной конференция по биохимии мышц (Тбилиси, 1985), на 4-ой Все-эюзной конференции по патологии клетки (Москва, 1987).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 научных" ібот, из них - 24 в центральной печати.
Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 299 страниц текста' , из них - 43 рисунка и 60 таблиц. Библиография включает 136 работ на русском языке и 287 работ на иностранных языках. Диссертация состоит из введения, главы методов исследова-'ния, 4 глав собственных результатов, главы обсуждения, заключения, выводов и списка библиографии.