Особенности метаболизма кальция и его регуляция на различных этапах адаптации в условиях микрогравитации и при их наземном моделировании Бобровник, Евгений Владимирович

Введение к работе

Актуальность темы:

Изменения обмена кальция в организме человека под действием факторов невесомости находится под пристальным вниманием исследователей с самого начала эры пилотируемых космических полетов. Результаты, полученные при обследовании космонавтов и добровольцев в наземных модельных экспериментах, свидетельствуют о развитии отрицательного баланса кальция в организме человека, ведущего к снижению минеральной насыщенности костной ткани /Какурин Л.И,, Бирюков Е.Н., 1966; Vogel J., 1971; Whedon et al., 1973; Григорьев А.И., Дорохова Б.Р., 1990; Григорьев А.И., Воложин А.И., 1994 и др./.

В настоящее время накоплен обширный экспериментальный материал в области исследования обмена кальция и его регуляции в условиях, моделирующих физиологические эффекты невесомости. Однако выраженные индивидуальные различия, особенности космических полетов (КП) и используемых средств профилактики, небольшое число исследований, выполненных непосредственно в ходе космического полета, не позволяют сделать однозначных выводов о динамике и механизмах обнаруженных изменений. Поэтому проблема неблагоприятного влияния невесомости на минеральный обмен и состояние костной ткани является актуальной, и можно утверждать, что эти изменения остаются одним из факторов, лимитирующих продолжительность космических экспедиций.

Целью исследований являлось изучение особенностей обмена кальция и его регуляции на различных этапах адаптации в условиях микрогравитации и при их наземном моделировании.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

разработка и экспериментальная апробация метода исследования кинетики кальция с помощью стабильных изотопов;

исследования кинетики кальция в условиях длительного космического полета продолжительностью 115 суток и длительной антиортостатической гипокинезии (120 суток);

изучение обмена кальция и оценка гуморальных механизмов его регуляции при воздействии микрогравитации и ее наземном моделировании;

изучение особенностей регуляции обмена кальция кальцийсвязьшающими системами крови в остром периоде адаптации к условиям суточной ангиортостатической гипокинезии;

апробация новых экспериментальных схем применения бисфосфонатов как средств, воздействующих на ремоделирование костной ткани, в модельных исследованиях на животных (вывешивание).

Научная новизна:

Впервые для комплексной оценки метаболизма кальция в условиях космического полета была применена методика комбинированного введения стабильных изотопов кальция (^Са перорально и ⁴³Са внутривенно), которая позволяет оценить изменение процессов всасывания и выведения кальция, а также дает исходные данные для расчета баланса кальция в костной ткани. В эксперименте со 120-суточной гипокинезией для этих целей был использован изотоп ^Са, применение которого в будущем значительно упрощает выполнение методики в условиях космического полета. Впервые прямым методом в исследованиях с участием человека показано значение снижения абсорбции кальция в кишечнике для формирования его отрицательного баланса.

Методическая новизна исследования гуморальной регуляции кальция заключается в комплексном определении содерзкания остеокальцина и паратиреоидного гормона (по срединному и С-терминальному фрагменту) в сьшоротке крови, что позволяет оценить метаболизм данного полипептида органами и тканями организма.

В модельных экспериментах на крысах апробирована эффективность введения лодроната по новым схемам, включая их превентивное и циклическое введение.

Практическая значимость:

1. Разработанная и апробированная в эксперименте со 120-суточной гипокинезией методика исследования кинетики кальция с пероральным введением ""Са в виде метки в настоящее время проводится в условиях реального космического полета.

2. Несмотря на наличие тенденции к восстановлению основных биохимических показателей метаболизма кальция, его отрицательный баланс в костной ткани сохраняется в послеполетном периоде. В связи с этим целесообразно

контролировать основные параметры гомеостаза кальция в качестве показателей эффективности реабилитационных мероприятий. 3. Показана эффективность применения препаратов группы бисфосфонатов для предотвращения иммобилизащюнного остеопороза у крыс в условиях, моделирующих физиологические эффекты невесомости. При этом предпочтительной является схема с превентивным и циклическим введением препарата.

Основные положения, выносимые на защиту:

3. В условиях микрогравитации и длительной антиортостатической гипокинезии развитие отрицательного баланса кальция определяется в большей степени снижением абсорбции кальция в желудочно-кишечном тракте, в то же время увеличение экскреции кальция с мочой отображает мобилизацию кальция в костной ткани.

4. В периоде острой адаптации к антиоргостатическому воздействию изменение гомеостаза катьция обусловлено перераспределением фракций, связывающих этот ион в крови, компенсация данных сдвигов осуществляется за счет увеличения экскреции кальция почками.

5. Отклонения уровня параттормона в крови в ответ на изменение гравитационного воздействия не всегда отражают его секрецию, они могут быть обусловлены специфическим метаболизмом ПТГ. Изменения концентрации остеокалыдина в крови после завершения длительных космических полетов связаны со стимуляцией остеогенеза в послеполетном периоде.

6. Использование лодроната у крыс при циклическом и превентивном введении в условиях вывешивания эффективно для профилактики сдвигов метаболизма кальция, иммобшшзационного остеопороза, снижения прочностных свойств костной ткани.

Апробация работы и публикации:

Диссертация апробирована на заседании научной конференции отдела 05 ГНЦ-РФ ИМБП 14 августа 1998 г. Материалы работ доложены и обсуждены на Международном конгрессе по физиологическим наукам в С.-Петербурге в 1997 г., Международном симпозиуме по гравитационной физиологии в Риме в 1998 г., на Международной

конференции студентов и аспирантов "Ломоносов-98" в Москве. По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследований, полученных результатов и их обсуждения, заключения, выводов, практических рекомендаций. Работа изложена на 101 странице машинописного текста и содержит 12 рисунков, 17 таблиц, библиографический указатель включает 266 источников литературы, из них 149 зарубежных авторов.