Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Острая гипобарическая гипоксия в постнатальном периоде

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Балан, Полина Владиславовна, Москва

А'' и и " О - • ^ -

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

/

им. М.В.Ломоносова Биологический факультет

На правах рукописи

БАЛАН Полина Владиславовна

ОСТРАЯ ГИПОБАРИЧЕСКАЯ ГИПОКСИЯ В ПОСТНАТАЛЬНОМ ПЕРИОДЕ: ВЛИЯНИЕ РЕГУЛЯТОРНЫХ ПЕПТИДОВ

03.00.13 - физиология человека и животных

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент Н.А. Соколова

Москва, 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

I. Введение. 5

II. Обзор литературы. 9

1. Гипоксия новорожденных 13

2. Влияние перинатальной гипоксии на метаболизм новорожденных 16

3. Сердечно-сосудистые изменения, вызываемые острой гипоксией у новорожденных 18

4. Эндокринная система при гипоксии у новорожденных 20

5. Центральная нервная система при гипоксии у новорожденных 24

6. Отставленные эффекты гипоксии у новорожденных 27

7. Регуляторные пептиды 31

8. Опиоидная система 34

9. АКТГ и его фрагменты 41

10. Тиролиберин 44 Ш. Материалы и методы исследования. 50

1. Исследование резистентности животных разных возрастов к действию острой гипобарической гипоксии. 51

2. Определение уровня биогенных аминов в тканях крыс после острой гипобарической гипоксии: 52

а) определение содержания серотонина в селезенке; 53

б) определение содержания катехоламинов в тканях крыс;

Ч 54

в) определение кортикостероидов в надпочечниках.

3. Регистрация ЭКГ во время острой гипобарической гипоксии в

55

раннем и отставленном постгипоксических периодах.

4. Регистрация ориентировочно-исследовательской реакции животных:

57

а) тест "Открытое поле";

57

б) тест "Норковая камера".

59

5. Статистическая обработка данных.

IV. Результаты исследований. ^

Глава 1. Сравнение поведенческих реакций животных в процессе

60

взросления.

Глава 2. Возрастные изменения устойчивости к острой

гипобарической гипоксии. ^ *

Глава 3. Сравнение поведенческих реакций новорожденных и взрослых крыс в раннем, отставленном и позднем постгипоксических периодах. 96

Глава 4. Влияние Семакса в дозах 0.05 и 0.1 мг/кг на резистентность к острой гипобарической гипоксии в постнатальном периоде и ее отдаленные последствия. 112

A. Влияние Семакса в дозах 0.05 и 0.1 мг/кг на возрастные

характеристики поведения в постнатальном периоде. 112

Б. Влияние Семакса в дозах 0.05 и 0.1 мг/кг на резистентность крысят разных возрастов к острой гипобарической гипоксии. 119

B. Отставленные влияния гептапептида Семакс в дозах 0.05 и

0.1 мг/кг на крысят, перенесших острую гипобарическую гипоксию в 7-, 14- и 21- дневном возрасте. 126

Глава 5. Влияние пептидной констелляции ТРГ и Семакса на реакции новорожденных животных на острую гипобарическую гипоксию. 133

A. Влияние ТРГ и его констелляции с Семаксом, налоксона и его смеси с Семаксом на резистентность животных различного возраста к острой гипобарической гипоксии. 135

Б. Влияние пептидной констелляции ТРГ и Семакса и смеси налоксона и Семакса на возрастные характеристики в постнатальном периоде. 143

B. Влияние пептидной констелляции ТРГ и Семакса и смеси налоксона и Семакса на поведенческие характеристики в раннем, отставленном и позднем постгипоксических периодах. 150

V. Обсуждение результатов. 157

Заключение. 169

Выводы. 171

Список литературы. 173

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ЦНС - центральная нервная система

ЧСС - частота сердечных сокращений

АД - артериальное давление

ЭКГ - электрокардиограмма

ПОЛ - перекисное окисление липидов

КС - кортикостероиды

КА - катехоламины

НА - норадреналин

РП - регуляторные пептиды

АКТГ - аденокортикотропный гормон

ТРГ -тиролиберин

ВПП - время потери позы

ВЖ - время жизни

ВР - время реституции

ГДА - горизонтальная двигательная активность ВДА - вертикальная двигательная активность ВУ - высоустойчивые животные НУ - низкоустойчивые животные

ВВЕДЕНИЕ

Проблема гипоксии на протяжении многих десятилетий является чрезвычайно актуальной и привлекает внимание физиологов и клиницистов с точки зрения механизмов развития различных патологических состояний. Острую гипобарическую гипоксию относят к категории стрессорных воздействий высокой степени тяжести, т.к. она нередко приводит к летальным исходам. Особый интерес представляет развитие гипоксических состояний у детей в антенатальном и раннем постнатальном периоде. В основном это связано с тем, что в период внутриутробного развития, согласно общепринятым представлениям, большинство повреждающих факторов реализуют свой эффект в системе мать-плацента-плод именно через гипоксию. Дети, пережившие жизнеугрожающее событие, в частности гипоксию, гораздо чаще умирают от синдрома внезапной смерти (СВС), нежели другие новорожденные, и у всех них отмечаются явные респираторные нарушения (Trowitzsch Е. et al., 1992).

Хорошо известно, что гипоксия сопровождается возникновением сложного симптомокомплекса, приводящего к целому ряду заболеваний различного характера, в том числе и расстройствам поведения (Cooney G.I., 1981). В ряде случаев тяжелые изменения нервной системы у детей развиваются постепенно и становятся явными в отдаленном постгипоксическом периоде, когда лечение их уже оказывается чрезвычайно сложным и, как правило, недостаточно эффективным. Однако несмотря на обширный экспериментальный материал, полученный при изучении самой гипоксии, как ранние, так и отсроченные последствия ее влияния на поведенческие характеристики до сих пор остаются практически неосвещенными.

Одним из возможных путей если не полного устранения, то хотя бы облегчения негативных последствий гипоксии является использование с этой

целью пептидных комплексов, или, по терминологии И.П. Ашмарина (1998) -"констелляции регуляторных пептидов". Регуляторные пептиды - класс физиологически активных веществ протеиновой природы, играющих ключевую роль в регуляции и реализации разнообразных функций организма не только в норме, но и при патологических состояниях. Важной особенностью эффектов регуляторных пептидов является каскадный характер действия, приводящий к пролонгированию их влияний. Согласно концепции И.П.Ашмарина о функциональном континууме регуляторных пептидов, в процессе развития таких экстремальных состояний, как острая гипоксия, должны участвовать комплексы пептидов, объединенных общей задачей адаптивного управления. В организме в состав таких эндогенных пептидных комплексов, вероятнее всего, должны входить регуляторные пептиды, так или иначе связанные с опиоидной системой. Объясняется это тем, что при развитии гипоксии эндогенная опиоидная система играет важную, хотя и неоднозначную, роль. Если рассматривать роль опиоидной системы как возможного антагониста симпато-адреналовой системы, то на ранней стадии экстремального воздействия на организм она может быть отрицательной, а на поздней - положительной. Подтверждением этому могут служить хорошо известные данные о неоднозначном действии на развитие шоковых состояний, связанных с гипоксией (например, острого геморрагического шока), неспецифического антагониста опиоидных рецепторов - налоксона. Очевидно, что введение налоксона должно приводить к подавлению активности эндогенной опиоидной системы, однако в одних случаях такой эффект оказывается положительным, а в других - отрицательным.

С другой стороны, в пептидном континууме можно выделить целый ряд пептидов, не относящихся собственно к семейству опиоидов, но оказывающих несомненное влияние на эту систему. К таким пептидам относятся, например,

тиролиберин (ТРГ), РМЯРа, некоторые фрагменты АКТГ, МИФ и т.д. Эти регуляторные пептиды представляют особый интерес в связи с тем, что они могут оказывать и собственные влияния, не опосредованные через опиоидную систему. Возможность прямых эффектов не исключается и при введении налоксона; так, хорошо известно, что при увеличении дозы налоксон оказывает опиоидоподобное влияние.

Исходя из этого было высказано предположение, что в раннем постнатальном периоде положительное влияние на течение острой гипоксии и, как следствие, на состояние организма в постгипоксическом периоде может оказать введение смеси подпороговых доз соединений пептидной и непептидной природы, применяемых в клинической практике при терапии шоковых состояний, развивающихся на фоне гипоксии.

Таким образом, целью исследования явилось изучение возрастных особенностей резистентности к острой гипобарической гипоксии у новорожденных животных (белые нелинейные крысы), ее последствий в постгипоксическом периоде и возможности пептидергической коррекции вызванных гипоксией нарушений.

Задачи исследования:

1. Сравнить параметры спонтанного поведения животных в процессе онтогенеза. Оценить сопутствующие электрокардиографические и основные биохимические показатели, характеризующие состояние стресс-реализующей системы (СРС).

2. Сравнить резистентность к острой гипобарической гипоксии по поведенческим, электрокардиографическим и биохимическим показателям у новорожденных крысят различного возраста и взрослых животных.

3. Оценить влияние острой гипобарической гипоксии на поведение и деятельность сердца в раннем, отставленном и позднем постгипоксических периодах в разные сроки онтогенеза..

4. Изучить влияния аналога АКТГ^-РОР (Семакса), ТРГ и неселективного антагониста опиоидных рецепторов налоксона на устойчивость новорожденных крысят различного возраста к острой гипобарической гипоксии и ее отсроченные во времени (латентные) эффекты. Определить подпороговые дозы Семакса и тиролиберина по отношению к их влияниям на течение острой гипобарической гипоксии.

5. Сравнить влияния констелляций подпороговых доз Семакса и ТРГ, Семакса и налоксона на устойчивость новорожденных крысят различного возраста к острой гипобарической гипоксии и ее латентные эффекты.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Среди чрезвычайно опасных для организма воздействий гипоксия занимает особое место. Это обусловлено тем, что гипоксия и связанные с ней расстройства метаболизма часто наблюдаются в постреанимационном периоде, после травматических операций и кровопотери, при травматическом шоке и многих других тяжелых патологических состояниях, которые явились следствием экстремального воздействия (Жданов, Нодель, 1995). Глубина гипоксического повреждения во многих случаях определяет тяжесть и исход экстремального состояния.

Причиной развития гипоксии могут быть как физиологические ситуации, так и определенные нарушения нормальных процессов жизнедеятельности: дефицит О2 в окружающей среде, активная физическая нагрузка, блокада систем транспорта и утилизации Ог- Общим элементом всех форм гипоксии является снижение парциального давления О2 на различных этапах его транспорта. Ответные реакции на кислородное голодание определяются формой гипоксии, степенью ее выраженности, длительностью процесса и типом его развития. Чем медленнее развивается процесс, тем большее количество адаптивных механизмов может принять участие в ее компенсации и тем благоприятнее общий исход состояния.

К рефлекторным реакциям антигипоксической защиты относится увеличение частоты дыхания и пульса, возрастание минутного объема дыхания, сердечного выброса и минутного объема крови, увеличение объема циркулирующей крови и перераспределение ее в организме с увеличением кровотока в мозге и миокарде.

Рефлекторные реакции на снижение парциального давления кислорода вступают в действие в самом начале развития кислородного голодания. Все

ю

реакции начального периода антигипоксической защиты опосредованы нервной системой. При острой гипоксии снижение парциального давления СЪ в артериальной крови ниже 60 мм рт.ст. свидетельствует о том, что рефлекторные механизмы не в состоянии поддержать кислородный гомеостаз на физиологическом уровне. Включается ряд гуморальных механизмов антигипоксической защиты, происходит выброс биологически активных веществ, стимулирующих работу сердца, расширяющих сосуды жизненно важных органов и суживающих сосуды в других областях. Таким образом, основные механизмы рефлекторной и гуморальной компенсации кислородного голодания тканей в системе кровообращения заключаются в активации производительности сердца и изменении тонуса периферических сосудов. Реакции системы кровообращения на различные формы гипоксии определяются сочетанием действующих факторов, глубиной гипоксического состояния, скоростью его развития и состоянием общей и местной реактивности организма (Березовский, 1983).

В конечном итоге при гипоксии происходит перестройка механизмов регуляции микроциркуляции путем существенного повышения общего периферического сопротивления. Но по мере развития процесса эти изменения в интересах единого организма начинают подавляться все возрастающей активностью местных механизмов регуляции, что приводит к распаду целостности организма. Различные органы и ткани дифференцированно снабжаются кислородом и энергетическими ресурсами и переходят на индивидуальные режимы функционирования, ослабевает влияние нервной системы на регуляцию органов и тканей как вследствие истощения пула медиаторов, так и вследствие потери чувствительности клеток периферических тканей и органов к их действию (Забродин, 1984). Исходя из вышесказанного, встает вопрос о возможности восстановления синхронного функционирования различных физиологических

систем организма. Этот механизм формируется после устранения непосредственной опасности для жизни и характеризуется относительно быстрым восстановлением интегрирующего влияния высших регуляторных систем, повышением интенсивности физиологических процессов (Шерман, 1985).

Помимо кардио- и гемодинамических эффектов острая гипоксия может существенно изменять и неврологический статус организма. Действительно отмечается высокая частота послеродовых нарушений функционального состояния нервной системы, связанных с острой гипоксией. Многочисленные клинические данные свидетельствуют о том, что мозг оказывается одним из наиболее уязвимых органов, так как по интенсивности дыхания головной мозг занимает ведущее место среди всех органов и тканей (Берман B.C., 1973, Алексеева Г.В., 1987, Капелюшник Н.Л., 1988). Так, показано, что головной мозг потребляет до 25%, а у новорожденных животных или человека до 50% от общего количества кислорода, потребляемого организмом (Ашмарин И.П., 1996). Данные ряда экспериментальных работ последних лет (Choi D.W., 1990) свидетельствуют о том, что нейродеструктивные процессы при острых нарушениях мозгового кровообращения происходят не только во время прекращения кровоснабжения нервных клеток, но и позднее, при частичном и полном восстановлении кровотока (т.е. во время постгипоксической реоксигенации). Вместе с тем, некоторые авторы полагают, что к тяжелым и необратимым изменениям, особенно морфологических и функциональных свойств мозга, приводит лишь долговременная гипоксия (30 минут и более) (Rumpel Н. et al., 1995).

Вопрос регуляции функций организма при развитии гипоксии как экстремального состояния, как правило, рассматривают с позиций представлений о стрессреализующих и стресслимитирующих системах (Меерсон, Пшенникова, 1988). К первым относят, прежде всего, симпато-адреналовую систему, гипоталамо-

гипофизарно-надпочечниковую систему, а также некоторые эйкозаноиды, например тромбоксан А2, лейкотриены. Ключевую роль играет симпато-адреналовая система, однако наряду с выполнением адаптивной функции (централизацией кровообращения, поддержанием системного АД, мобилизацией энергетических ресурсов) реакция данной системы в случае ее чрезмерной выраженности и продолжительности играет патологическую роль. При стрессе показан значительный гистотоксический эффект симпато-адреналовой системы, в частности, в связи с активацией процессов перекисного окисления липидов, причем степень этой активации в значительной степени определяется типом кислородной недостаточности [например,, гемическая или гипоксическая] (Маньковская И.Н., Назаренко А.И., 1993). Уменьшение избыточной адренергической реакции антагонистами - одно из возможных направлений в терапии шока (Забродин, 1984). Показано, что адаптация к повторным воздействиям повышает резистентность организма к стрессорным повреждениям (Меерсон, 1985; Меерсон, Пшенникова, 1988), при этом решающую роль в протекторном действии адаптации играют стресслимитирующие системы организма: тормозные системы головного мозга и некоторые модуляторные системы исполнительных органов. Активаторы и метаболиты стресслимитирующей системы способны ограничивать проявления чрезмерно интенсивной стресс-реакции. Среди них наиболее изучены опиоидные пептиды, простагландины, антиоксиданты.

Немаловажное значение в процессе активации симпато-адреналовой системы имеет пептидный континуум, прежд