Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В последнее десятилетие при изучении цитологических и биохимических механизмов стрессорного повреждения, а также адаптационной защиты от стресса выяснилось, что активация свободнорадикального окисления составляет реальное звено патогенеза стрессорного повреждения, причем объектом повреждения являются прежде всего мембранные структуры клетки и активность мембранно-связанных ферментов. Эти важные положения, установленные исследованиями Ф.З.Меерсона и его сотрудников на уровне сердца, Г.Н.Крыжановского и его сотрудников на уровне головного мозга весьма важны, но вместе с тем оставляют ряд открытых вопросов.
Так например, до недавнего времени не было ясно, какова динамика перекисного окислення липидоз в клетках сердца и мозга в процессе реакции организма в ответ на стрессорную ситуацию. Всегда ли речь идет только об активации свободнорадикального процесса или бывают периоды его торможения. Во многих отношениях неизученным оставался также вопрос об активности при стрессе таких систем транспорта катионов как Na.K-АТФаза плазматической мембраны и Са-АТФаза саркоплазматического ретикулума сердца. Наконец, вообще не изучался важный вопрос, зависит ли повышение резистентности мембранных систем клетки при адаптации только от антиоксидантной защиты или в этом играют роль другие, не менее важные механизмы, например, резистентность к аутолитическим факторам, повышенным концентрациям внутриклеточного кальция, температуре. До самого последнего времени отсутствовали исследования, в которых были бы сопоставлены механизмы защиты мембранных катион-транспортирующих ферментов сердца при различных формах адаптации, например, к повторным стрессам и периодической гипоксии.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. В соответствии с этим цель настоящего исследования состояла, во-первых, в том, чтобы выяснить динамику процесса перекисного окисления липидов в сердце и головном мозге в процесс; развертывания стресс-реакции, а также механизмы нарушения активности мембранных ферментов во время стресса. Во-вторых, установить, как влияет предварительная адаптация к периодической гипоксии и кратковременным стрессорным воздействиям на стресс-индуцируемые нарушения активности Na,K-насоса плазматической мембраны и Са-насоса саркоплазматического ретикулума и устойчивость этих транспортных систем к свободнорадикальному окислению,
аутолизу и повышенным температурам.
В рамках этой общей цели экспериментально решались следующие конкретные задачи:
1. Выяснить динамику перекисного окисления липидов во время длительного
стрессорного воздействия в сердце, мозге и печени; как при этом меняется активность
систем катионного транспорта в мембранных структурах миокарда.
2. Провести изучение состояния при стрессе и адаптации к нему
устойчивости Na,K-Hacoca сарколеммы и Са-насоса саркоплазматического ретикулума
к индукции свободнорадикального окисления и повышению температуры.
3. Оценить роль нарушений липидов микроокружения и самих белковых
молекул переносчиков в механизме стрессорнои инактивации мембранных катионных
насосов.
-
Как влияет адаптация к повторным стрессорным воздействиям на активность мембранных Na,K- и Са-АТФаз миокарда, резистентность этих ферментов к индукции свободнорадикального окисления, высокой температуре и аутолизу?
-
Как влияет адаптация к периодической гипоксии на активность мембранных Na,K- и Са-АТФаз миокарда, резистентность этих ферментов к индукции свободнорадикального окистения, высокой температуре и аутолизу?
6. В какой мере предварительная адаптация к периодической гипоксии и
стрессорным воздействиям предупреждает стрессорную инактивацию катионных
насосов?
7. Оценить различия в защитном эффекте адаптации к гипоксии и
кратковременным стрессам на активность катионных насосов при аутолизе.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕЯОВАНИЯ. В результате проведенной работы установлено, что в раннем периоде длительного иммобилизационного стресса во внутренних органах наблюдается активация перекисного окисления липидов, а в головном мозгу - существенное снижение интенсивности этого процесса. Стресс подавлял активность Ыа,К-АТФазы сарколеммы миокарда, причем предварительное введение животным антиоксиданта предотвращало это явление, что свидетельствовало об участии в нем свободнорадихальных процессов. В мозгу стресс, напротив, приводил к активации Na.K-АТФазы, которая играет важную роль в функционировании мозга. В итоге, как у контрольных животных, так и при стрессе складывались реципрокные отношения между уровнем активности ИаД-АТФазы в плазматических мембранах и содержанием продуктов перекисного окисления липидов в тканях. Впервые показано, что активация перекисного окисления в организме при стрессорнои ситуации сочеталась с увеличением эффективности антиоксидантной защиты мозга. Биологическое значение обнаруженного явления состоит в том, что мозг, как орган управления поведением, способен продолжать выполнять свои функщш в экстремальных условиях.
Стресс сопровождался снижением активности Са-насоса
саркоплазматического ретикулума миокарда - скорости транспорта кальция и, в меньшей степени, активности Ca.Mg-АТФазы. Предварительное введение антиоксиданта ионола снижало выраженность эффектов стресса. Таким образом, ингибирование Са-насоса саркоплазматического ретикулума при стрессе в значительной мере является результатом активации перекисного окисления липидов.
В результате адаптации к кратковременным стрессорным воздействиям активность Са-насоса саркоплазматического ретикулума возрастала. Эта адаптация повышала устойчивость катионных насосов в мембранах миокарда к аутолизу и высоким температурам, а также предупреждала повреждение мембран и утечку кальция из саркоплазматического ретикулума при длительном стрессе. Таким образом, впервые установлено, что известный кардиопротекторный эффект адаптации к повторным стрессам связан со стабилизацией клеточных мембран и мембранных катионных насосов.
При адаптации к непрерывному действию гипоксии (в условиях среднегорья) наблюдалось падение активности ангиоксидантных ферментов каталазы и супероксиддсмутазы сердца, печени и мозга, что является предпосылкой для снижения устойчивости организма к действию стресса, активирующего перекисное окисление липидов. Эта своеобразная атрофия от бездействия сопровождалась снижением резистентности сердца к реперфузионным аритмиям. Адаптация к периодической гипоксии в условиях барокамеры, при которой каждый "подъем" завершается реоксигенацией при "спуске", привела к противоположному. результату, а именно, повысила активность каталазы и суперкосиддисмутазы во внутренних органах и устойчивость сердца к реперфузионным аритмиям. Таким образом, впервые показано, что в зависимости от режима адаптации к гипоксии активность антиоксидантнои системы сердца может меняться противоположным образом: адаптация к периодической гипоксии повышает ее, а длительное пребывание в условиях горной гипоксии, напротив - снижает.
Адаптация к периодической гипоксии, в отличие от адаптации к кратковременным стрессорным воздействиям, не ограничивала аутолитической инактивации Са-насоса и утечки ионов кальция из саркоплазматического ретикулума при хранении гомогената, а наоборот - ускоряла эти процессы. Этот факт сооветствует представлению о том, что защита сердца при адаптации к стрессу осуществляется не только за счет антиоксидантнои системы , но и благодаря иным факторам.
Адаптация к повторным стрессорным воздействиям и адаптация к периодической гипоксии являются эффективными способами защиты мембран сердечной мышцы и мембранно-связанных катион-транспортирующих ферментов, которые в перспективе могут быть применены в практике. При адаптации к периодической пгаоксии эта защита обеспечивается в основном увеличением активности антиоксидантнои системы, а при адаптации к повторным стрессам этот
механизм не играет решающей роли и защита определяется иным, не менее мощным механизмом, действующим на уровне клеток.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы определяется тем, что в ней впервые показан разнонаправленный характер изменений перекисного окисления лигшдов в мозгу и внутренних органах, а также установлено, что различные формы адаптации повышают резистентность мембранных структур клетки к аутолизу, повышенным температурам или перекисному окислению липидов.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы определяется тем, что в ней показан мембранопротекторный эффект адаптации к кратковременным повторным стрессорным воздействиям и периодической гипоксии от стрессорных повреждений и сердца и эндогенныхз повреждающих факторов, что может служить основой для развития новых адаптационных методов лечения и профилактики заболеваний человека.
