Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Адаптационные реакции в условиях разных высот и при воздействии нормобарической гипоксической газовой смеси (экспериментальное исследование)

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Адаптационные реакции в условиях разных высот и при воздействии нормобарической гипоксической газовой смеси (экспериментальное исследование)"

УДК 612.273. 2:57.017. 32:616-092.4

На правах рукописи

РГБ од

о 5 ФИО -Щ)

Шарипова Салимахан Тахтасыновна

АДАПТАЦИОННЫЕ РЕАКЦИИ В УСЛОВИЯХ РАЗНЫХ ВЫСОТ И ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НОРМОБАРИЧЕСКОЙ ГИПОКСИЧЕСКОЙ

ГАЗОВОЙ СМЕСИ

(экспериментальное исследование) 03.00.04. - Биохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Республика Казахстан Алматы 2000

Работа выполнена в Казахском Государственном Медицинском Университете им. С,Д.Асфендиярова.

Научные руководители:

кандидат медицинских наук

Мазакова А.Ж.

доктор медицинских наук, профессор Плешкова С.М.

Научный консультант:

доктор медицинских наук, профессор Казымбетов П.К.

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Утешев А.Б.

Ведущая организация:

доктор биологических наук, профессор Сарсенов A.C.

Институт физиологии МОиН PK

Защита состоится "_

. 2000 г. в

„часов на

заседании Объединенного Диссертационного Совета ОД. 53.28.01 ЗАО

"Институт питания РК"

по адресу: 480008 г. Алматы, ул. Клочкова 66

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЗАО "Институт питания РК".

Автореферат разослан ".

. 2000 г.

Ученый секретарь Объединенного диссертационного совета доктор медицинских наук, профессор ^_

Карсыбекова Н.М.

О г ,

) Ш, ^

к !

Актуальность проблемы

До начала научно-технической революции изменения природных и социальных условий были медленными и эволюционно соответствовали адаптационным возможностям организма. В настоящее время положение резко изменилось, темп количественных и качественных сдвигов в среде обитания человека значительно возрос. Характер современного производства и экологии предъявляет повышенные требования к здоровью человека, его способности сопротивляться разнообразным краткосрочным и длительным стрессовым воздействиям. В связи с чем проблема адаптации человека к различным стрессовым факторам, в частности к гипоксии, находится в центре внимания исследователей. Способность человека переносить различные степени кислородного голодания относится к числу эволюционно древних и совершенных средств адаптации человека. В условиях целостного организма гипоксия не является монопольной принадлежностью патологии. Это явление составляет необходимый элемент жизни здорового организма в форме относительной тканевой гипоксии. Оно периодически реализуется при значительных нагрузках на организм в целом или на определенные органы и системы. Содержание кислорода может быть снижено с 20 до 10 объемных процентов без ощутимых изменений интенсивности дыхания мозга/Макарова У.В., 1997/.

Многочисленными исследованиями было показано, что предварительная адаптация к гипоксии повышает устойчивость организма к различным патогенным факторам,, улучшает умственную и физическую работоспособность человека, положительно влияет на обменные процессы, повышает радиорезистентность организма, усиливает иммунный ответ, что расширяет возможности ее использования в клинической практике, спорте /Лукьянова Л.Д., 1997; Агаджанян H.A., 1990; Караш Ю.М., 1988; Матвеев М.Г., 1997/. Необходимо также отметить, что современный период характеризуется высокой миграционной подвижностью. Человек при этом испытывает влияние необычных факторов на организм и постоянное напряжение адаптационных регуляторных систем. Влияние природных факторов может быть как экстремальным, так и оздоравливающим, вызывая дезадаптационный или тренирующий эффект. Решение задач оздоровления, реабилитации требуют углубленных исследований, посвященных изучению особенностей восприимчивости к различным физико-географическим и погодно-климатическим условиям, выявлению количественных и качественных критериев для определения степени адаптированности и с целью профилактики возможных осложнений.

Актуальность проблемы связана также с поиском путей регуляции неспецифической резистентности организма, используя активацию собственных защитных сил организма, его физиологических резервов без привлечения медикаментозных средств. В современной медицине, общее число применяемых лекарственных препаратов превысило 50 j ысн ч наименований. Следствием такого "фармакологического взрыва" явилось прогрессирующее распространение аллергических заболеваний и

других побочных эффектов, свойственных медикаментозной терапии. Накопленные знания позволяют не только раскрыть механизмы адаптации и адаптивной патологии, но и разрабатывать пути целенаправленного управления процессами адаптации /Меерсон Ф.З., 1980; Полещук Ю.Р., 1998/. В настоящее время в адаптивной медицине широко используется три варианта гипоксического воздействия: 1) адаптация к условиям высокогорья; 2) барокамерные тренировки; 3) нормобарические гипоксические тренировки.

Дальнейшее изучение механизмов адаптации к гипоксии позволит более целенаправленно и широко внедрять в практическую медицину метод гипоксических тренировок.

В связи с вышеизложенным в настоящей работе была поставлена следующая цель: изучить адаптационные реакции у экспериментальных животных в условиях разных высот и при воздействии гипоксической газовой смеси в нормобарических условиях.

Для решения указанной цели нами были поставлены следующие задачи:

1. Выявить особенности реакции циклических нуклеотидов при мышечной гипоксии в условиях разных высот (низкогорья, среднегорья).

2. Определить зависимость изменений гормона щитовидной железы -трийодтиронина и надпочечной - кортизола от мышечных нагрузок в условиях разных высот.

3. Изучить имиунореактивность крыс при мышечной и гипоксической гипоксии в нормобарических условиях.

4. Изучить ультраструктурные изменения в органах (сердца, печени, легких, поджелудочной железы) экспериментальных животных при нормобарической гипоксической гипоксии.

Научная новизна проведенной работы заключается в следующем: Выявлены особенности изменения содержания циклических нуклеотидов при проживании и выполнении мышечных нагрузок в -уеловиях—ср£цщ£ГОЕья__Казахстана, заключающиеся в увеличении концентрации цАМФ и коэффициента пАМФ/гтРМФ—снижении. цГМФ и острый период адаптации, что отражает состояние первичной реакции на гипоксию. При формировании долговременной адаптации происходит снижение содержания цАМФ и коэффициента цАМФ/цГМФ до исходного уровня, что свидетельствует о повышении синтетических процессов. Сочетанное воздействие гипоксии и мышечной нагрузки в течение 3-х недель ведет к резкому снижению цГМФ и, вероятно, всех синтетических процессов в организме и преобладанию катаболических, отражая этап срыва адаптационных реакций.

особскностк ультр&структур.чы х изменений органов (сердца, легких, поджелудочной железы, печени) при воздействии нормобарической гипоксической газовой смеси, заключающиеся в

развитии компенсаторно-приспособительных реакций в более ранние сроки (на 15 сутки), чем в условиях горной и барокамерной гипоксии, деструктивные изменения же носят при этом в основном очаговый характер.

Показано, что при использовании нормобарической гипоксической смеси не происходит резкого напряжения глюкокортикоидной функции коры надпочечников. Концентрация кортизола в этих условиях была в 2 раза ниже, чем в условиях высотной гипоксии.

"Установлено, что при воздействии нормобарической газовой смеси сохраняется уровень антителопродуцирующих клеток на фоне снижения общего количества лимфоцитов, Т- лимфоцитов.

Научно-практическая ценность работы

Результаты проведенных исследований имеют теоретическое значение для понимания механизмов метаболических изменений при адаптации к гипоксии, а также в практической и спортивной медицине для определения степени адаптированносги и профилактики возможных осложнений при использовании гипоксических тренировок.

Положения диссертации, выносимые на защиту

В результате анализа полученных данных в качестве основных положений на защиту представлено следующее:

• циклические нуклеотиды могут быть использованы в качестве критерия для определения степени адаптированносги при выполнении мышечных нагрузок при адаптации к условиям среднегорья. При формировании состояния адаптированносги происходит снижение концентрации цАМФ, коэффициента цАМФ/цГМФ и повышение цГМФ до исходных значений;

• оценка количественных изменений кортизола, а также циклических нуклеотидов при выполнении длительных мышечных нагрузок в условиях адаптации к среднегорью позволяет говорить о нецелесообразности сочетания двух стрессорных факторов, так как преобладание катаболических процессов в организме способствует срыву адаптационных реакций у нетренированных животных;

• ультраструктурные изменения в органах (сердца, легких, поджелудочной железе, печени) при нормобарической гипоксии отражают высокий уровень биосинтетических и энергетических процессов в клетках и наступают в более ранние сроки;

• оценка гормональной реакции и морфологической картины при нормобарической гипоксии позволяет выделить данный метод гипоксической тренировки, как наиболее оптимальный для адаптации к гипоксии.

Апробация работы:

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-практической конференции по актуальным вопросам педиатрии и детской хирургии (Алматы, 1997 г.), заседании кафедры биохимии Каз

ГМУ (май 2000 г.), апробационном совете Института питания МОиН РК (июнь 2000 г.).

Публикации: По теме диссертации опубликовано 4 научных работ.

Структура и объем диссертации:

Работа изложена на 120 страницах машинописного текста и включает введение, обзор литературы, материалы и методы исследований, результаты собственных, исследований, заключение, выводы и список использованной литературы, содержащий 288 источников, иллюстрирована 28 рисунками и 11 таблицами.

Материалы и методы исследовании

Эксперименты были проведены на 154 половозрелых беспородных 'крысах-самцах массой 180-200 г. Животные получали стандартное питание (комбикорм - 50 г., творог - 10 г., капуста - 50 г., морковь - 50 г., семечки подсолнуха - 15 г.), находились в постоянных условиях освещенности, температуры и влажности воздуха в виварии Казахского государственного медицинского университета.

Было проведено 4 серии экспериментальных исследований. Все серии эксперимента проводились в летний период.

В первой серии исследований, для определения циклических нуклеотидов при выполнении больших мышечных нагрузок использованы 54 экспериментальных животных, которые были разделены на следующие группы: Первая группа - интактные;

Вторая группа -7 дней плавали в течение одного часа с грузом 5% от веса;

Третья группа - 21 день плавали в течение одного часа с грузом 5% от веса.

Эти группы животных находились в условиях Алматы.

Четыре группы (4-7) были подняты на высоту 1975 м над уровнем моря и находились на спортивной базе "Горельник": Четвертая группа - 7 дней на базе без нагрузки;

-Пятая-группа-- 7 пней ппяяяния по одному часу с грузом 5% от веса;

Шестая группа - 21 день пребывания на базе без нагрузки; Седьмая группа - 21 день плавания по одному часу с грузом 5% от веса.

Во второй серии экспериментальных исследований, для определения гормона коры надпочечников - кортизола и щитовидной железы -трийодтиронина при выполнении мышечных нагрузок в условиях низкогорья и среднегорья, экспериментальные животные также были разделены на 7 групп. Интенсивность и длительность нагрузки соответствовала вышеизложенной. Количество животных в этой серии составило 53.

Физическая нагрузка в виде плавания используется so многих методиках исследования гормональной реакции. Плавание с грузом 3%,

5% от массы тела при этом соответствует большим физическим нагрузкам.

В третьей серии экспериментальных исследований, для определения гормона коры надпочечников - кортизола и щитовидной железы -трийодтиронина при воздействии нормобарической гипоксической газовой смеси (содержание кислорода 12%), экспериментальные животные в количестве 24 были разделены на 3 группы. Гипоксическую нагрузку проводили непрерывно в течение 25 минут в первой половине дня в камере, через которую пропускали газовую смесь воздуха и азота с содержанием кислорода 12%. Постоянно проводился контроль процентного содержания кислорода с помощью газоанализатора "Холдена".

Таблица 1

Распределение животных по сериям и группам

Серии исследован ия Группы животных П родолжителыюсть воздействия, дни Количество животных

1- ая 1 К - 6

1Н 7

ЗН 21 У

4 С 7 8

5 Сп У 8

6С 21 9

У Сп 21 8

2-ая 1 К| - 5

2Н| У т

ЗН1 21 8

4С, У 6

5 СП| 7 9

6 С, 21 10

7 Сщ 21 «

3-ая 1 К - 8

21' 7 8

3 111 / 8

4-ая I11 15 8

2 Г 15 8

ЗШ 15 7

Всего 154

К - контроль; Сгт - плавание в условиях среднегорья;

Н - низкогорье; Г - нормобарическая гипоксия;

" С - среднегорье; П - плавание;

ГП - плавание в лормобарических гипоксических условиях.

Данная методика была разработана группой ученых и неоднократно апробирована. Концентрация кислорода в воздухе, соответствующая 12%, согласно классификации Колчинской А.З. (1981) способствует развитию компенсаторных реакций в организме.

1 группа - интактные;

2 группа - 7 дней находились в среде гипоксической смеси по 25 минут;

3 группа - 7 дней находились в среде гипоксической смеси и плавали по 25 минут.

В четвертой серии экспериментальных исследований, для исследования иммунологической реактивности организма крыс, а также для изучения ультраструктурных изменений в органах (сердца, печени, поджелудочной железы, легких) при воздействии гипоксической смеси, животные в количестве 23 были разделены на 3 группы:

1 группа - 15 дней плавали по 25 минут;

2 группа - 15 дней находились в среде гипоксической смеси по 25 минут;

3 группа -15 дней находились в среде гипоксической смеси и плавали по 25 минут.

Методы исследований:

В процессе работы были использованы следующие методы исследований:

1) Радиоиммунологические: исследование гормонов (трийодтиронина, кортизола) и циклических нуклеотидов в сыворотке крови с помощью радиоиммунологических методов проводилось в радиологическом отделении Центральной научной лаборатории Казахского медицинского университета. Материалом исследования служила кровь, полученная в результате декапитации животных. 5 мл крови центрифугировали при 3000 оборотов в 1 минуту. Плазму отделяли с помощью пипетки, запаивали в стеклянные ампулы и замораживали. Образцы сыворотки крови хранили при температуре -20 градусов в морозильной камере до начала серийного определения гормонов. Приготовление реагентов, проведение анализов и расчет проводили в соответствии с инструкцией, прилагаемой к наборам.

Активность изотопа J-125 определяли автоматическим счетчиком "Гамма" (Швейцария).

Были использованы следующие наборы реактивов: 1. РИ А-Тз-СТ (Беларусь) для определения трийодтиронина (нмоль/л); -(рррярусь) для определения кортизола (нмоль/л); •

3. Code: RJ012 (Чехословакия) для определения цАМФ (нмоль/л);

4. Code: RJ042 (Чехословакия) для определения цГМФ (нмоль/л).

2) Иммунологические:

а) общее количество лимфоцитов оценивали путем подсчета лейкоцитарной формулы в мазке крови и пересчета абсолютного количества;

б) количество Т-лимфоцитов оценивали реакцией Е-розеткообразования лимфоцитов с эритроцитами морской свинки по методу И.К. Большакова с соавт. (1986);

в) количество В-лимфоцитов исследовали реакцией ЕАС-розеткообразования лимфоцитов с эритроцитами барана, нагруженными

гемолитической сывороткой и комплементом (Адонкин Ф.С., Тарасюк И.В., 1992);

г) иммунорегуляторные Т-лимфоциты оценивали с помощью теофиллина (DamleN.K. ссоавт., 1982);

д) функциональную активность нейтрофилов крови оценивали в НСТ-тесте по восстановлению нитросинего тетразолия (Park В.Н. с соавт. 1968).

е) наличие аутоантител определяли реакцией микропреципитации Уанье. В качестве антигенов использовали стандартные водно-солевые экстракты водорастворимых белков печени, легкого, сердца.

3) Морфологические: для изучения морфологической картины в тканях при воздействии гипоксии использовали электронную микроскопию, так как она расширяет возможности выяснения механизмов развития и становления морфологических изменений, возникающих под влиянием физических нагрузок и гипоксии. Были использованы ткани сердца, легких, поджелудочной железы, печени.

Кусочки тканей фиксировали в забуференном растворе четырехокиси осмия по Паладе, заливали в весгопал "А" по методике, разработанной в лаборатории электронной микроскопии НИИ морфологии человека Москвы и в аралдит. Ультратонкие срезы приготовляли на ультратоме LKB типа 8800. Срезы просматривали в электронном микроскопе JEV -5V.

Электронную микроскопию проводили в лаборатории института хирургии им. Сызганова под руководством профессора, д.м.и. Федотовской Г.В.

4) Статистические: полученные данные были подвергнуты статистической обработке по общепринятой методике с применением критерия Стыодента, а также проведен корреляционный анализ.

Адаптационные реакции у экспериментальных животных при

выполнении физических нагрузок в условиях низкогорья

Процесс адаптации к физическим нагрузкам обеспечивается совокупностью многих факторов, которые выражаются во включении и усилении функциональной активности разнообразных физиологических систем организма. Немаловажное значение в формировании адаптации к физическим нагрузкам занимает эффективность гормональной регуляции обменных процессов. Последовательность и выраженность адаптивных реакций со стороны эндокринной системы зависит от интенсивности физического напряжения.

Как видно из таблицы 2, концентрация кортизола при выполнении физической нагрузки в течение недели и 3-х недель существенно не отличалась от данных контрольных животных.

Таблица 2

Концентрация кортизола, трийодтиронина в сыворотке крови крыс в условиях низкогорья (нмоль/л)

группы животных кол-во животных кортизол трийодтиронин

1 к 5 1100+87,1 1,81±0,5

2 Н 7 1145+124,1 2,11±0,24

3 Н 8 1009,5+110,9 1,94+0,4

Полученные нами результаты содержания кортизола к 7-му дню плавания свидетельствовали о том, что пик подъема количества гормона был, вероятно, в первые дни мышечной нагрузки.

Содержание трийодтиронина было также на уровне данных контрольных животных как в острый период адаптации, так и при увеличении длительности нагрузки.

Имеются сведения, что отсутствие значительных изменений сывороточных концентраций не исключает повышенной выработки этих гормонов, так как возрастание клеточного метаболизма при нагрузке усиливает процесс утилизации и деградации тиреоидных и стероидных гормонов.

Таблица 3

Содержание цАМФ, цГМФ в плазме крови крыс при выполнении мышечной нагрузки в условиях низкогорья (нмоль/л)

группа животных кол-во цАМФ цГМФ коэффициент

животных цАМФ/цГМФ

1 К 6 32,8±5,3 29,2+2,4 1,12

2 Н 8 35,9+2,4 22,1+3,1 1,58

ЗН 7 36,2±9,8 28,1±1,6 1,29

В условиях низкогорья (табл. 3) при выполнении физических нагрузок содержание цАМФ и цГМФ и коэффициент цАМФ/цГМФ не отличались гутгг-гпенип пт п;<иик|у^птп-рппг.-т.>у^-ийтн],^^1к- и течение недели. ТЭК и при увеличении длительности нагрузки в течение 3-х недель.

Адаптационные реакции при пребывании и выполнении физических нагрузок в условиях среднегорья

Нами были изучены особенности гормональной реакции коры надпочечников, щитовидной железы у крыс при выполнении больших мышечных нагрузок, а также динамика циклических нуклеотидов -вторичных мессенджеров в действии гормонов в условиях среднегорья на высоте 1975 м над уровнем моря.

Таблица 4

Концентрация трийодтиронина, кортизола в сыворотке крови крыс при пребывании и выполнении мышечных нагрузок в условиях среднегорья (нмоль/л)

группа животных кол-во животных трийодтиронин кортизол

1 к, 4 С, 5 Сп\ 6 С! 7 Ст 5 6 9 10 8 1,81+0,5 2,2+0,28 2,22+0,39 2,18±0,14 1,7+0,11 1110,0+87,1 1683,8+332,5 1493,0±105,5 2132,0±257,3 520,6±63,4

Достоверность различий Р Рм< 0,05 Р1-6 <0,05 Р4-6 <0,05 Р1-7 <0,05 Р5-7 <0,05

Концентрация триойдтиронина достоверно не отличалась от уровня контрольных данных, как при пребывании в среднегорье, так и при выполнении больших мышечных нагрузок в течение недели и трех недель (табл. 4). Однако в 4-6 группах уровень трийодтиронина был на 18-23% выше, а в 7 группе на 6% ниже контрольных цифр. Следовательно, полученные результаты свидетельствовали об отсутствии существенных функциональных сдвигов в условиях среднегорья со стороны гормона щитовидной железы - трийодтиронина.

Как видно из таблицы 4, наблюдалось достоверное повышение уровня кортизола к концу первой недели пребывания в горах (51%), а к концу третьей неделе на 92% по сравнению с контролем.

При выполнении мышечных нагрузок в виде плавания в течение одного часа с грузом 5% от массы тела, т.е. при сочетании двух факторов - гипоксии и физической нагрузки, уровень кортизола к 7-му дню пребывания в горах существенно не отличался от данных контрольных животных, а к третьей неделе плавания - достоверное уменьшение на 46% по сравнению с контролем и на 76% по сравнению с животными без нагрузки (рис. 1).

Таким образом, сочетание физической нагрузки и гипоксии вызывало активизацию адренокортикальной системы, но в меньшей степени, чем гипоксия, а в более поздних сроках происходило уменьшение содержания кортизола в 2 раза, которое в сочетание с некоторым уменьшением трийодтиронина свидетельствует о перенапряжении, о срыве адаптации.

Динамика концентрации кортизола в сыворотке крови у крыс в условиях среднегорья

2500

Ш

55$

Ш

1 4 5

Группы животных

1 - контрольная группа

4 - преоывавшие^^цней-в-уеловиях-среднегорья-

0 гипоксия

В гипоксия и физическая нагрузка

о о

ё£

5 - животные, плававшие 7 дней в условиях среднегорья

6 - животные, пребывавшие 21 день в условиях среднегорья

7 - животные, плававшие 21 день в условиях среднегорья

Рисунок 1.

Угнетение адренокортикальной активности при сочетанном воздействии стрессоров, по некоторым литературным данным, связывают с защитной реакцией, так как предотвращается фатальное исчерпывание ресурсов организма, за счет катаболичсского действия глюк ок орти к о и до в.

При исследовании уровня цАМФ в зависимости от длительности пребывания в среднегорье, обнаружено достоверное увеличение этого нуклеотида в среднегорье в периоде острой адаптации на седьмой день, которое имело тенденцию к нормализации к концу трехнедельного пребывания (таблица 5). Увеличение уровня цАМФ отмечалось на 7 день пребывания в горах на 67%, а на 21 день - на 32% по сравнению с контролем. Таким образом, стрессовое воздействие способствует усилению катаболических процессов.

При исследовании уровня цГМФ не отмечалось значительных различий с контрольными данными ни на седьмой, ни на двадцать первый день пребывания в горах.

Таблица 5

Концентрация цАМФ и цГМФ в плазме крови при пребывании и выполнении мышечных нагрузок в условиях среднегорья (нмоль/л)

группа животных кол-во животных цАМФ цГМФ коэффициент цАМФ/цГМФ

1 К, 4 С, 5 Сп) 6 о 7 Сп) 6 8 8 9 8 32,8+5,3 54,8±3,5 61,1±4,5 43,4±3,1 43,8+6,6 29,2±2,4 27,1+3,6 25,3±4,0 280±4,6 19,9+1,78 1,12 2,02 2,42 1,55 2,25

Достоверность различий Р Рм<0,05 Р1-5<0,02 Р4-б<0,05 Р1-7<0,01 Р5-т<0,05

Поскольку цГМФ в основном отвечает за синтетические процессы в клетке, можно сказать, что синтетические процессы в условиях пребывания ■ в горах не увеличиваются. Это подтверждается исследованием коэффициента цАМФ/цГМФ, которое отражает патогенетические и компенсаторные механизмы реакции организма на воздействие гипоксии. Сравнение коэффициента цАМФ/цГМФ, в зависимости от длительности проживания в среднегорье, выявило резкий подъем в течение 7 дней на 80%, с тенденцией нормализации к концу трехнедельного пребывания в среднегорье.

При сочетании гипоксии и физической, нагрузки отмечалось более резкое увеличение уровня цАМФ на седьмой день пребывания в горах на 86% по сравнению с контролем. С увеличением длительности нагрузки повышенный уровень цАМФ сохранялся, но в меньшей степени (на 33% по сравнению с контролем). Концентрация же цГМФ на седьмой день пребывания существенно не отличались от контрольных данных, но резко снижалась при физических нагрузках к концу трехнедельного пребывания в среднегорье (на 32%).

При выполнении физических нагрузок, коэффициент цАМФ/ цГМФ повышался в острый период адаптации на 116%, а к концу третьей недели пребывания в горах уже на 100%, т.е. наблюдалась тенденция к снижению (таблица 5).

Сочетание физической нагрузки и гипоксии вызывало более выраженное повышение концентрации цАМФ на седьмой день пребывания в горах, т.е. в период острой адаптации к гипоксии и показатели были на 20% выше, чем при гипоксии без нагрузки. При длительной нагрузке в течение 3-х недель, показатели цАМФ как при гипоксии, так и при сочетании физической нагрузки с гипоксией значительно не различались (рис. 2).

Таким образом, физическая нагрузка в начальный период адаптации к гипоксии вызывает усиление стрессорного воздействия и более значительное усиление катаболических процессов для обеспечения энергии необходимой для мышечной деятельности.

Содержание цГМФ при пребывании в среднегорье существенно не отличалось от данных контрольных животных как в острый период адаптации, так и при длительном воздействии гипоксии. Наблюдалось СИИ Ж£НИС коэффициента цАМФ/цГМФ в условиях длительной гипоксии. Многие исследователи связывают эти явления с развитием адаптивных реакций на нагрузку.

Более выраженное снижение цГМФ при сочетанном воздействии гипоксии и физической нагрузки в течение трех недель может свидетельствовать об отрицательных перекрестных эффектах такого воздействия, так как происходит снижение анаболических, синтетических процессов в организме при преобладании катаболических.

Отсутствие достоверных изменений кортизола, трийодтиронина при трехнедельной мышечной нагрузке в условиях низкогорья, мы связывали с тем, что в этот срок, период первичной реакции на физическую нагрузку завершился. Более выраженное снижение этих показателей в условиях среднегорья, по-видимому, связано с нарушением функциональной способности самих желез. Возможно, сочетанная физическая нагрузка с гипоксией у нетренированных животных приводила к развитию отрицательных перекрестных эффектов, т.е. к возникновению на'шлогического-ететтнияг-Это-подтверждалось-резким-снижением цГМФ при сочетанной нагрузке в течение трех недель на фоне повышенного уровня цАМФ и коэффициента цАМФ/цГМФ. Известно, что при развитии адаптации происходит нормализация содержания стрессорных гормонов в крови, а также усиление холинергических цГМФ зависимых метаболических реакций, (как это было отмечено при мышечной гипоксии в условиях низкогорья).

Таким образом, полученные нами данные, свидетельствовали об участии гормонов щитовидной железы, надпочечников и циклических нуклеотидов в становлении адаптивных реакций при мышечной нагрузки ;рзз>«ь!х высотах и пребывания в условиях сре

Динамика показателей цАМФ, цГМФ в плазме крови крыс в условиях

среднегорья

И контроль ц^М* • контроль цГМФ

О гипоксия ЦШФ О гипоксия цГМФ

Я гипоксия и физическая нагрузка цАМФ О гипоксия и физическая нагрузка цГ М ф

Группа животных

1 - контрольная группа

4 - животные, пребывавшие 7 дней в условиях среднегорья

5 - животные, плававшие 7 дней в условиях среднегорья

6 - животные, пребывавшие 21 день в условиях среднегорья

7 - животные, плававшие 21 день в условиях среднегорья

Рисунок 2.

Кортизол, трийодтиронин и циклические нуклеотиды, по нашему мнению, прямо или косвенно могут быть включены в предложенную схему формирования адаптации к стрессорному фактору (рис. 3).

Схема формирования адаптационных реакций

Действие фактора среды

I

Стресс - реакция

Рисунок 3.

Адаптационные реакции при нормобарической гипоксии

-В—наших_иг.г.пепованиях- недельная гипоксическая нагрузка в

нормобарических условиях не вызвала достоверного увеличения выработки кортизола. При действии гипоксической гипоксии в нормобарических условиях, недельная мышечная нагрузка также существенно не повлияла на уровень кортизола.

Концентрация трийодтиронина при воздействии гипоксической смеси в течение педели имела достоверное снижение при сочетанном воздействии гипоксии и мышечной нагрузки (на 30% по сравнению с контролем). При воздействии нормобарической гипоксической смеси показатель трийодтиронина был на уровне контрольных данных (таблица 5).

Таблица 5

Показатели кортизола, трийодтиронина в сыворотке крови при воздействии нормобарической гипоксической смеси (нмоль/л)

группа' животных кол-во животных кортизол трийодтиронин

1 К 8 59,85±7,3 1,81±0,18

ЗГ 8 60,2±8,6 1,64+0,25

2ПГ 8 58,3±5,5 1,28+0,18

Достоверность различий Р Р]-з<0,05

Таким образом, адаптация к нормобарической гипоксии в течение недели не показывала резкого напряжения системы надпочечники-щитовидная железа.

Иммунореактнвность организма крыс при воздействии

гипоксической и мышечной гипоксии

Общее количество лимфоцитов в относительных цифрах практически не различалось во всех, подверженных воздействию гипоксии группах, однако при пересчете в абсолютных цифрах оно было достоверно меньше при воздействии физической нагрузки и гипоксии (р < 0,05). Количество Т-клеток в процентном и абсолютном значениях было достоверно снижено в группе крыс, подверженных влиянию физической нагрузки в сочетании с гипоксией, нежели при воздействии только физической нагрузки, или только гипоксии (р < 0,05). Но и физическая нагрузка, и гипоксия сами по себе одинаково влияли на количественные показатели Т-клеток иммунной системы крыс (р > 0,05). Однако, при гипоксии показатель был выше (59,3%), чем при физической нагрузке (49,75%).

Количество клеток антителопродуцентов (В - лимфоцитов) и в процентном, и в абсолютном значениях оставалось на уровне одинаковых величин во всех трех группах крыс (р > 0,05) (табл. 6).

Относительно иммунорегуляторных Т-клеток можно отметить следующее. И уровень, и абсолютное количество теофиллинусгойчивых Т-лимфоцитов (хелперов) было заметно снижено в группе , крыс, подверженных сочетанному воздействию физической нагрузки и гипоксии (29,5% - (р < 0,05). В тоже время и физическая нагрузка, и гипоксия вызывали сходные изменения в количестве теофиллинусгойчивых Т-лимфоцитов, так как показатели этого пула субпопуляции находились в пределах одинаковых значений' (48,75%, 48,43% соответственно (р > 0,05). Количество теофиллинчувствительных Т-лимфоцитов (супрессоров) в группе крыс, подверженных сочетанному воздействию физической нагрузки и гипоксии также было значительно меньше (8,25%), нежели в других группах. Это касалось как абсолютных значений (р < 0,05), так и уровня (%) супрессорных Т-клеток. Но и

Таблица 6.

Количество отдельных популяций и субпопуляций лимфоцитов крыс при гипоксических условиях

группа животных лимфоциты Т-лимфоциты р - лимфоциты теофиллинрезисте нтные Т-лимфоциты теофиллинчувстви тельные Т-лимфоциты

% тыс/ мм3 % тыс/мм3 % тыс/мм3 % тыс/мм3 % тыс/мм3

1 ПГ бб,5±4,92 3,58i 0,42 35,0±1,48 1,2б±0,17 30,25+3,94 1,0610,19 29,512,46 0,40±0,08 8,2512,22 0,1110,03

2 П 58,0±1,48 4,37i 0,47 49,75+3,45 2,23±0,36 29,5+3,45 1,2810,18 48,7515,17 1,1510,32 19,5±4,19 0,4510,11

ЗГ 65,71±3,37 4,804 0,43 59,3±3,92 2,83±0,37 28,8б±3,08 1,3.510,18 48,4314,77 1,3910,24 14,5713,23 0,4210,02

Достоверность различий Р при 95% уровне значимости Р|-2,з >0,05 Р2.З>0,05' Р1-2> Рм<' Р2-3>< 0,05 ),05 1,05 Р1-2<0,05 Р1-з<0,05 Р2.3>0,05 Рку<0,05 Рм>0,05 Р1-м>0,05 Р2.з>0,05 Рьу>0,05 Р2-з>0,05 Рыз<0,05 Р2-з>0,05 Р1,2.з<0,05 Ры>0,05 Р!.2<0,05 Р].з<0,05 Р2.з>0,05 Р1-ад<0,05 Р2.з>0,05

физическая нагрузка, и гипоксия вызывали однотипные изменения количества теофиллинчувствигелькьгх Т-лимфоцитов (показатели находились в пределах одинаковых значений (р > 0,05).

Таким образом, исследование влияния нормобарической гипоксии, мышечной гипоксии на количественные показатели Т- и В- систем иммунитета позволило отметить снижение общего количества лимфоцитов, Т-лимфоцитов, а также иммунорегуляторных Т-клеток в крови крыс, подверженных сочегганному воздействию физической нагрузки и гипоксии в сравнении с аналогичными показателями, выявленными при раздельном воздействии гипоксии и физической нагрузки. Однако как физические нагрузки, так и гипоксия одинаково влияли на количественные показатели Т-системы иммунитета. Количество В- клеток оказалось более стабильным и находилось на одинаковом уровне во всех трех группах животных.

Оценка функциональной активности нейтрофилов по данным НСТ-теста представлена в таблице 7.

Таблица 7

НСТ-тест в крови крыс, подверженных влиянию нормобарической гипоксии, физической нагрузки

№ п/п группы животных показатели НСТ-теста (индекс)

спонтанный стимулированный

1. 1 ПГ 0,1610,02 0,16+0,01 Р>0.05

2. 2 П 0.14±0.01 0.20+0.01 Р<0.05

3. 3 Г 0.18±0.02 0.18+0.01 | Р>0.05

Достоверность различий Р при 95% уровне значимости Р 1-2,з >0,05 Рг-з >0,05 Р|.2,з >0,05 Рг-з >0,05

Анализируя данные следует отметить, что не удалось выявить различий показателей спонтанного и стимулированного НСТ-теста между исследуемыми группами животных (р>0,05), так как индекс был на уровне одинаковых значений. Анализ разницы показателей спонтанного и стимулированного НСТ-теста в каждой исследуемой группе позволил отметить достоверно значимое увеличение показателей последнего лишь в группе животных, подвергавшихся физической нагрузке (р<0,05). В двух других группах данные стимулированного НСТ-теста оставались на уровне показателей спонтанного НСТ-теста. Полученные результаты свидетельствуют о том, что только физическая нагрузка сохраняла резерв прочности функции нейтрофилов крыс, в то время, как гипоксия либо сочетанное воздействие гипоксии и физической нагрузки этот резерв прочности истощали.

Морфологическая картина формирования адаптационных

реакций при нормобарической и мышечной гипоксии

Нами были исследованы морфологические сдвиги, возникающие в сердечной мышце, печени, легких, поджелудочной железе при воздействии нормобарической гипоксической смеси, физической нагрузки, а также сочетании гипоксии и физической нагрузки.

Результаты, полученные при исследовании органов контрольных групп, в основном аналогичны литературным данным.

При воздействии нормобарической гипоксической смеси наблюдались следующие изменения. В сердечной мышце - увеличение количества митохондрий, их полиморфизм с нормальным соотношением плотности матрикса и мембранного пространства, гиперплазия саркоплазматического ретикулума. В стенках кровеносных сосудов в условиях гипоксии обнаруживались эндотелиальные клетки с уплотненным гиперосмированным матриксом, с большим количеством микропиноцитозных везикул и полисом. Количество эндотелиальных клеток было незначительно. Следует отметить очаговый характер внутриклеточного отека, а явления интерстициального отека были выражены умеренно и неравномерно.

Таким образом, ультраструктурные изменения митохондрий отражали высокий уровень биосинтетических и энергетических процессов в клетках. Эти данные совпадают с данными других авторов и являются весьма характерными признаками при кислородном голодании миокарда: изменения как сократительных элементов, так и органелл клетки, обеспечивающих трофическую функцию. Ф.З.Меерсон считает, что увеличение энергетических затрат при сгрессорном воздействии активизирует репликацию ДНК митохондрий и это явление может играть роль в увеличении их массы.

В печени на фоне дистрофии и некроза печеночных клеток также были отмечены регенерирующие печеночные клетки с

гипертрофированными митохондриями. Количество гликогена было снижено, что свидетельствовало о усилении анаэробного гликолиза, направленного на устранение дефицита АТФ. В то же время расширение

элементов гладкого эндоплазматического ретикулума расценивается многими авторами, как свидетельство усиления метаболизма печеночных клеток, в частности гликогенеза. Фрагментация и дегрануляция мембран зернистого эндоплазматического ретикулума не наблюдалась, что свидетельствовало об отсутствии нарушения белково-синтетической функции гепатоцитов.

В поджелудочной железе при воздействии нормобарической газовой смеси также наблюдались "энергизированные" митохондрии, гиперплазия гранулярного эндоплазматического ретикулума. Это отмечено и при чарокамерпои и высокогорной гипоксии.

В легких отмечалось увеличение количества митохондрий, гиперплазия эндоплазматического ретикулума, резко выраженная

регенерация осмиофильных пластинчатых телец. Интерстециальный отек был нерезко выражен. При барокамерной и высокогорной гипоксии в первые две недели адаптации к гипоксии преобладали деструктивные изменения, а компенсаторно-гипертрофические изменения развивались на 3-5 неделе адаптации.

Морфологические сдвиги, развивающиеся в органах при воздействии физической нагрузки в виде плавания, характеризовались преобладанием деструктивных изменений. В сердечной мышце внутриклеточный и интерстициальный отек был диффузного характера, преобладали митохондрии с деструктивно измененными кристами, исчезали цитогранулы и миофибриллы. В печени множество митохондрий было разрушено. Мембраны гладкого эндоплазматического ретикулума были размыты. Количество гликогена было снижено.

В поджелудочной железе также отмечалась гибель митохондрий, цистерны гранулярного эндоплазматического ретикулума были фрагментированы, резко расширены. Наблюдался отек эндотелиальных клеток кровеносных сосудов.

В легких деструктивные изменения преобладали в альвеолоцитах 2 типа. Компенсаторно-приспособительные реакции были умеренно выражены.

При сочетанном воздействии физической нагрузки и гипоксии выраженность дистрофически-деструктивных изменений были в меньшей степени, чем при изолированной физической нагрузке. Преобладали компенсаторно-приспособительные реакции.

Таким образом, анализ морфологических изменений показал, что при воздействии нормобарической гипоксической смеси выраженность деструктивных изменений была незначительной по сравнению с воздействием физической нагрузки, высокогорной и барокамерной гипоксии. Компенсаторно-приспособительные реакции отмечались в более ранние сроки.

Обнаруженные изменения в органах обусловлены усилением внутриклеточного метаболизма и являются морфологическим выражением приспособления органов к стрессорному воздействию, в частности к гипоксии.

Выводы

1. Пребывание в условиях среднегорья в течение недели приводит к увеличению концентрации цАМФ, коэффициента цАМФ/цГМФ. По мере увеличения длительности стрессорного воздействия, к концу третьей недели, показатели цАМФ, цГМФ и коэффициента цАМФ/цГМФ имеют тенденцию к восстановлению, что отражает развитие адаптационных процессов, характеризующихся усилением адрснергических механизмов в острый период адаптации с последующей активацией холинергических метаболических реакций по мере формирования состояния адаптированности.

2. Гипоксическая тренировка в течение трех недель в условиях среднегорья является недостаточной для формирования адаптированности, так как сохраняется повышенный уровень стрессорного гормона-кортизола.

3. В условиях среднегорья увеличение длительности мышечных нагрузок приводит к снижению резервных возможностей организма и к срыву адаптационных реакций, о чем свидетельствует падение уровня кортизсша в 2 раза, уменьшение концентрации цГМФ на фоне повышенного уровня цАМФ и коэффициента цАМФ/цГМФ.

4. Нормобарическая гипоксическая тренировка является биологически более рациональной, так как сохраняется число антителопродуцирующих клеток, гормональная реакция осуществляется эндогенными запасами гормонов, в частности кортизола, трийодтиронина, что подтверждается ультраструктурными изменениями в органах (сердце, печени, поджелудочной железе, легких), отражающих высокий уровень биосинтетических и энергетических процессов и наступающих в более ранние сроки на фоне отсутствия выраженных деструктивных изменений.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1.Мазакова А.Ж., Улукбекова А.О., Казымбетов П.К., Шарипова С.Т. Циклический гуанозим 3, 5 монофосфат при адаптации к гипоксии II Здравоохранение Казахстана. - 1995 г. - № 6. - С. 58.

_1 Мячякгжя А Ж Лзоз Л.С., Шарипова С.Т.. Нурпеисова И.К..

Таракова К.А. Иммунологические показатели у крыс в формировании ранней фазы адаптивной памяти к гипоксии / Сборник научных трудов АГМИ. - Алматы, 1996. - С. 107 - 108.

3. Шарипова С.Т. Морфологические механизмы адаптации миокарда к гипоксическим условиям / Сборник научных трудов АГМИ. -Алматы, 1996.-С. 102- 104.

4. Мазакова А.Ж., Казымбетов П.К., Шарипова С.Т., Нурпеисова К.А. и др. Гипоксия в формировании экономизации функции кардиореспираторной системы у детей и подростков // Материалы научно-практической конференции по актуальным вопросам педиатрии и детской хирургии. - Алматы, 1997. - С. 103 - 108.

Шарипова Салимахан Гахтасыновна

Эртурл1 Ghíktík жоне нормобарикалык гипоксиялык газ косындысы жагдайларындаш бешмделу реакциялары

Медицина галымынын кандидаты гылыми дэрежесш алу диссертациясы 03.00.04 - Биохимия ТУЖЫРЫМ

Осы жумыста орта таулы жерлер жагдайында eMÍp cypin, булшыкетке куш Tycipy кезшдеп гипоксияга алгаш реакцияныц жагдайын бейнелейтш, циклдк нуклеотидтер курамыныц цАМФ шогырыныц улгаюымен жэне цАМФ/цГМФ коэффициент! jjj'h езгеру^мен, бешмделудщ шиелеш'скен кезещндеп цГМФ темендеу1мен сипатгалатын ерекшел!ктер1 табылды. Узак Mep-iÍM/ii бешмделу дш калыптасуында цАМФ курамы жене цАМФ/цГМФ коэффициенттер1 бастапкы денгешне дейш темендейдо, ол синтетикалык процесстердщ жогарлауыныц айгагы болып габылады. 3 апта бойы гипоксия мен булпгьгкегке куш туарудщ TipKecin эсер eryi, бешмделу реакцияларынын олкылык кезешн бейнелей отырып, цГМФ-тыц жоне, cipa, агзадагы барлык синтетикалык процестердщ курт темендеуше жэне катаболикалык процестердщ басымдылыгына экелщ соктырады.

Нормобарикалык гипоксиялык газ косындысымен веер еткенде, таулы жене барокамералык гипоксия жагдайларынан Fepi анагурлътм ерте мер-пмдерде. компенсаторлык бешмделпш реакциялардыд дамуымен сипатгалатын, мушелердщ (журектш, екпенщ, уйвд безшщ, бауырдын) ультракурылымдык озгерютершщ epeKiuenifcrepi белгшендь Ал куйзелту 03repicTcpj бундайда кобшде ошактык сипатта болады.

Нормобарикалык гипоксиялык газ косындысын колдану кезшде буйрек yeri безшц uno ко ко рти ко и дт]' к кызметше зор куш туспейтйн корсет1лген.

Нормобарикалык гипоксиялык; газ косындысымен эсер еткенде, лимфоциттердщ, Т-лимфоциттердщ жалпы молшершш томендсу! жагдайында антиденелердь онд1рш шыгарушы клеткалардъщ денгеш сакталатыны белплендг

SAL1MAKHAN TOKHTASYNOVNA SHARIPOVA

Adaptation reaction in different height condition and under the influence of normobaric hypoxic gas mix.

Dissertation for Academic Degree of Candidate of Medical Science 03.00.04- Biochemistry RESUME

In this work it is shown up the feature of nucleotide content alteration during the dwelling and making of muscular burden in a middle mountain region, contained in increasing of cAMF concentration and cAMF/cGMF coefficient in sharp period of adaptation which reflects initial reaction state to hypoxia. On deformation of long-time adaptation it is happened the decrease of the content of cAMF concentration and cAMF/cGMF coefficient till initial level what is evidence of synthetically active condition increasing. Sogethanic effect of hypoxia and muscular burden during 3 weeks lead to abruptly decreasing of cAMF and probably all synthetically active condition in organism and the predominance of catabollic, reflecting the stage of derangement of adaptation reaction. It is determined the features of ultrastructural alteration of the internal (heart, lungs, pancreas, liver) during the influence of normobaric hypoxical gas mix, contained in developing of jacking and adapting reaction in earliest time than the hypoxia in maintain and pressure chamber condition. At that destructive alteration has nidal character mainly.

It has been shown that when using normobaric hypoxia mix it is happened abrupt effort of glucinorticoidic function of the adrenal cortex.

It is defined that wben influencing normobaric oil mix it is kept safe the level of antibody producing cells against a background of decreasing of lymphocytes and T- lymphocytes total quantity.