Введение к работе
Актуальность проблемы. Изучение механизмов повреждения и адаптации при дейстрии на организм экстремальных факторов является одной из важнейших медико-биологических проблем, тесно сопряженной с пониманием развития самой разнообразной патологии, с углублением представлений об общих закономерностях поддержания и восстановления гомеостаза в организме, разработкой эффективных способов профилактики и лечения различных повреждений и заболеваний.
Значительную роль в развитии компенсаторно-приспособительных реакций при экстремальных воздействиях играют регенераторные процессы [Крыжаловский, 1974; Ястребов и др., 1988], поскольку они не только обес-печі^дтот восстановление дефекта ткани при ее повреждении, но и являются структурной основой усиления той или иной функции ткани и клетки [Саркнсов 1977, 1987]. Современные теоретические представления дают основание полагать, что интенсивность, характер и резервные возможности регенераторных процессов существенно влияют на резистентность организма к экстремальным факторам, действие которых сопровождается функциональными и структурными изменениями, а при продолжительной воздействии тесно связаны с формированием адаптации организма в новых условиях. С другой стороны, экстремальные факторы вызывают значительные сдвиги во внутренней среде организма и; тахим образом, могут трансформировать регенераторные процессы, т.е. структурную основу компенсации и адглтации.
Исследованию состояния регенераторных процессов при действии на организм различных экстремальных факторов посвящен целый ряд работ [Кириллов, 1977; Тимошин, 1983; Барбараш, Двуреченская, 1986; Карлысв, 1986; Вдовенко, 1987; Кодолова 1987; Мельник, 1987; Сазонов, 1990; Heroux, 1970; Holeckova, Baudysova, 1975; Ottani et a!., 1984; и др.]. Однако,приведенные данные о величине и направленности изменений зачастую противоречивы и не дают полного представления о закономерностях реагирования этих процессов в новых условиях. Ограничены снедения о механизмах наблюдаемых перестроек. Из многочисленных регуляторных факторов основное внимание в литературе уделено гормонам [Кириллов, 1977: Тимошин, 1983; Мельник, Тимошин, 1984; Меерсон, 1986; Шкурупнй, 1988; Streichhan, 1986]. В последние годы получены данные, свидетельствующие о важной роли в условиях экстремальных воздействий других механизмов, в том числе различных метаболитов [Ужипский, 1968; Ястребов и соавт., 1978; Макеев, 1981; Гольберг исоавт.,1983;
Юшков, 1984; Ястребов, 1984; Ястребов и соавт., 1988; Северин и соавт., 1989]. Необходимость дальнейших исследований в этом направлении связана с поисками эффе:<тивных средств целенаправленного влияния на пластические процессы с целью коррекции их нарушений.
В этом отношении первоочередного внимания заслуживает состояние метаболических процессов в ткани и,в частности.энергетического и лизосомально-го аппаратов, системы перекисного окисления липидов и антиокислительной активности (ПОЛ-АОА), которые,с одной стороны,вовлечены в превращение покоящихся клеток в пролиферирующие и активно синтезирующие [Меерсон, 1967; Бреслер и соавт., 1969; Исанин, Яковлев, 1977; Бурлакова, Пальмина, 1982; Волков, Мустафин, 1982; Епифанова и соавт. 1983;], а с другой стороны, закономерно трансформируются при экстремальных воздействиях [Владимиров, Арчаков, 1972; Бурлакова и соавт., 1975; Покровский, Тутельян, 1976; Кондрашова и соавт., 1977; Панин, 1978; 1983]. Не исключено, что перечисленные процессы не только тесно сопряжены с отдельными биосинтетическими реакциями и событиями клеточного цикла, но в условиях действия на организм экстремальных факторов могут выступать в роли индукторов адаптивного роста ткани. Следствием изменения внутриклеточного метаболизма может быть изменение микроокружения клеток, в частности гликозамн-ноглнканов (ГАГ), которое играет важную роль в пролиферации и функционировании клеток [Епифанова и соавт., 1983; Ястребов и соавт., 1988].
Уникальный материал, вскрывающий и детализирующий значение и механизмы регенераторных и метаболических перестроек в процессе адаптации к экстремальным факторам, может дать исследование животных из природных' популяций, обитающих в различных климато-географических регионах и обладающих эволюционно складывающимися наиболее оптимальными свойствами и реакциями, а также их реагирования ни действие экстремальных факторов.
Предпринятое в настоящей диссертационной работе изучение регенераторных и некоторьа обменных процессов в тканях послужило основанием для разработки концепции о том, что состояние метаболизма в клетке (ткани) играет роль конечного этапа формирования' интенсивности, а,возможно,и характера регенераторных процессов.
Цель работы. Исхода из вышеизложенного,состояла в выяснении изменений интенсивности и характера регенераторных процессов в тканях при воздейсгвии ;ia организм -ж-гремалы:ых факторов, a x&CKt ведущих механизмов влияния экстремальных факторов из процессы регенерации.
Задачи исследовании:
1). Охарактеризовать состояние процессов адаптивного роста (неиндуциро-ванной и индуцированной регенерации) в тканях различного типа - печени и костного мозга в динамике экстремальных воздействий на организм (холода и условий высокогорья).
2). Определить особенности состояния регенераторных процессов у животных из природных популяций, обитающих в различных климато-геогра-фпческих юнах.и их реакции на холодовое воздействие.
3). Изучить состояние энергетического метаболизма, лизосомального аппарата, перекисного окисления липидов, динамику содержания гликозаминогли-канов в тканях при эксгремальных воздействиях на организм и определить ух^ъ метаболических процессов в изменении регенерации в этих условиях.
4). Определить особенности метаболических процессов у животных природных популяций и их изменение при холодовом воздействии.
5). Выяснить характер взаимодействия указанных метаболических факторов в регуляции регенерации тканей.
Научная новизна и теоретическая значимость. В работе с помощью современных методов, в том числе разработанных и модифицированных автором, получены новые оригинальные данные, касающиеся изменения (активации) регенераторных процессов в печени при действии на организм холода и условий высокогорья и особенностей регенераторного ответа на повреждение ткани (резекцию органа) при действии холода различной длительности. Детально исследовано костномозговое кроветворение в динамике холодового воздействия на организм, а также особенности реагирования кроветворной ткани на регенераторный стимул в этих условиях. Впервые охарактеризованы состояние энергетического метаболизма, активность лизосомального аппарата и перекисного окисления липидов в костном мозге в динамике холодового воздействия. Получены новые оригинальные данные о со-стоянш! этих процессов при охлаждении в печени. Подтверждена роль глико-
заминогликанов как регуляторов регенераторных процессов при экстремальных воздействиях как в кроветворной ткани, так и в печени. Получены новые оригинальные данные о динамике некоторых важнейших метаболических процессов в печени и костном мозге при индукции регенерации как в обычных условиях, так и при действии на организм экстремальных факторов. Показана возможность влиять на активность регенерации путем направленных воздействий на метаболичесхие процессы в ткани. Впервые обнаружено, что введение хлороквина, изменяющего уровень лизосомальных процессов, ускоряет восстановление эритрона после кровопотери. Установлены механизмы взаимосвязи некоторых метаболических факторов в тканях при экстремальных воздействиях на организм. Впервые получены данные о роли митохондрий в поддержании антиокислительной активлости в ткани. Обнаружены особенности регенераторных процессов в печени и костном мозге, а также некоторых метаболических процессов в печени у животных, обитающих на Севере, их реакций на холод и на гипоксию, что позволило выделить механизмы оптимальной адаптации организма к экстремальным условиям Севера. Разработана новая концепция о роли состояния метаболических процессов в ткани в детерминировании интенсивности и характера регенерации.
Практическая ценность и пути реал и зации. Полученные данные расширяют представления об общих механизмах повреждения и компенсации в тканях при действии на организм экстремальных факторов. Результаты работы доказывают необходимость и возможность коррекции регенераторных процессов в тканях при их повреждении в условиях действия на организм экстремальных факторов. Проведенные исследования, дают теоретическое обоснование возможностей направленного влияния на регенерацию в тканях через метаболические факторы с учетом силы и времени воздействия на последние.
Установленные в работе особенности регенерации и метаболизма у животных из природных популяций, обитающих на Крайнем Севере, дают основание для выделения критериев оптимальных адаптивных перестроек при действии на организм экстремальных факторов как в эксперименте, гак и в условиях клиники.
На пути к достижению цели настоящей работы предложен и апробирован новый способ подготовки препаратов для радиоавтографического исследова-
ния печени, разработан способ определения свободнорадикалыюго окисления в биопрепаратах (авторское свидетельство № 1702319).
Результаты работы послужили основанием для обследования состояния окислительного метаболизма и гемопоэза у металлургов Заполярья, данные которого использованы при разработке "Санитарных правил для предприятий медно-никелевой промышленности".
Внедрение результатов исследований. Результаты исследований используются в лекционном курсе и практикуме по патологической физиологии, гистологии и биохимии на кафедрах Уральского медицинского института при преподавании разделов:
патофизиология экстремальных состояний, патофизиология системы крови, патофизиология печени, регенерация органов и тканей, тканевое дыхание, сво-боднорадикальнос окисление.
Способ подготовки препаратов для радноавтографического исследования печени внедрен в морфологическом отделе ЦНИЛ, кафедре гистологии, кафедре биологин Уральского медицинского института, и патофизиологическом отделе Института фармакологии Томского научного центра РАМН, в Уральском НИИ травматологии и ортопедии.
Способ определения свободнорадикального окисления внедрен в Областной детской клинической больнице N 1, в Свердловском областном психо-невро-логическом госпитале для инвалидов войн.
Комплексный эколого-физиологический подход в изучении регенераторных и метаболических процессов в тканях при воздействии на организм холода внедрен в научно-исследовательскую практику "Лаборатории экологических основ изменчивости" Института экологии растений и животных" УрО РАН.
Апробация работы. Результаты работы были доложены и представлены на 111 Всесоюзном съезде патофизиологов (Тбилиси, 1983), V Всесоюзном биохимическом съезде (Киев, 1986), IV Всесоюзном съезде патофизиолоіов (Кишинев, 1989), V съезде Всесоюзного Тігреологического Общества АН СССР (Москва, 1990). Учредительном конгрессе Мезкдународного общества по патофизиологии (Москва, 1991), на Всесоюзных конференциях: "Митохондрии. Механизмы сопряжения и регуляции" (Пущине, 1981), "Теоретические и клинические аспекты патофизиологии дыхания" (Куйбышев,
1983), "Метаболическая регуляция физиологического состояния" (Пущино, 1984), "Энергетические аспекты клеточной физиологии "(Пущино 1988), "Ускорение социально-экономического развития Урала" (Свердловск, 1989), "Система терморегуляции при адаптации организма к факторам среды" (Новосибирск, 1990), "Люминесцентный анализ в медицине и биологии и его аппаратное обеспечение" (Москва, 1992); II съезде физиологов Уральского региона (Свердловск, 1990), XI, ХП, Х!П, XIV научных конференциях патофизиологов Урала (Уфа, 1982, Пермь, 1986, Ижевск, 1989, Челябинск, 1991), на II и III конференциях биохимиков Урала и Западной Сибири (Томск, 1980, Тюмень, 1982), на I, II, IV Областных научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов (Свердловск, 1986, 1988, 1990), на годичных научных сессиях УрГМИ (Свердловск, 1987, 1989, 1990). По материалам диссертации сделаны сообщения на заседаниях научных обществ патофизиологов и биохимиков.
Публикации По теме диссертации опубликовано 26 работ.
На защиту выносятся следующие положения:
Действие экстремальных факторов на организм сопровождается активацией и перестройкой процессов неиндуцированной (физиологической) регенерации и формированием нового морфо-функционального состояния ткани. Регенераторный ответ тканей на повреждение в условиях действия экстремальных факторов нарушается.
Изменение регенераторных процессов в тканях при воздействии экстремальных факторов тесно связано с состоянием метаболизма, в частности окислительных энергетических процессов, перекисного окисления липидов и анти-окнелнтельной активности, активности литосомальных ферментов, содержания гликозамнногликанов.
Устойчивая адаптация животных к экстремальным факторам условий обитания на Крайнем Севере характеризуется формированием выраженных особенностей регенераторных и метаболических процессов в тканях.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 435 страницах .машинописного текста, содержит 90 таблиц и 25 рисунков. Состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследований, трех глав собственных исследований, общего заключения, выводов и списка литературы, включающего 398 работ на русском и 180 работ на иностранных языках.
