WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

АЛЕКСЕЕВА ОЛЬГА СЕРГЕЕВНА

МЕХАНИЗМЫ СОВМЕСТНОГО ДЕЙСТВИЯ ГИПОКСИЧЕСКОГО

СТИМУЛА И ПОВЫШЕННОГО ДАВЛЕНИЯ АЗОТА

НА ЖИВОТНЫХ

03.00.13 – Физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Санкт-Петербург - 2008

Работа выполнена в Институте эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Научный руководитель: доктор биологических наук

Ветош Александр Николаевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ

Сотников Олег Семенович

(Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН)

доктор биологических наук

Тараканов Игорь Анатольевич

(Научно-исследовательский институт

общей патологии и патофизиологии РАМН)

Ведущее научное учреждение: Военно-Медицинская Академия им. С.М.Кирова,

Санкт-Петербург.

Защита состоится «____» _______________2008 г. в ____ часов на заседании Диссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций

(Д 002.020.01) при Институте физиологии им. И.П.Павлова Российской Академии Наук по адресу: 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии им. И.П.Павлова Российской Академии Наук.

Автореферат разослан «____» _______________ 2008 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета,

доктор биологических наук Н.Э.ОРДЯН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Изучение физиологического действия основных компонентов воздуха – азота и кислорода – актуально в исследовательской и клинической практике в связи с тем, что недостаток кислорода в тканях является основным симптомом большинства патологических состояний, а повышенное давление азота приводит к нарушению состояния людей, работающих под водой – азотному наркозу. Кроме того, влияние на организм сочетанного действия этих газов при одновременном или последовательном изменении их парциального давления в дыхательной газовой среде практически не исследовано и является перспективным направлением развития подводной физиологии и медицины (Fenn, 1969; Зальцман с соавт., 1979; Bennett et al., 1982; Thom, 1992; Самойлов, 1999; Лукьянова, 2004; Буравкова с соавт., 2006).

Нарастание интенсивности дозированного гипоксического стимула приводит к изменениям функционального состояния животных, которые выражаются в потере рефлексов позы, активизации резервов систем дыхания и кровообращения, изменении потребления кислорода (Волохов, Образцова, 1950; Иванов, 1968). Эти изменения могут быть оценены количественно.

Наркотическое действие повышенного давления азота вызывает у человека обратимые эмоциональные, когнитивные, двигательные и сенсорные изменения (Bennett, Eliott, 1993). Аналогичные изменения регистрируются в организме млекопитающих (Ветош, 2003). Однако у животных в этих условиях имеет место преобладание нарушений двигательной активности и рефлексов позы. Количественное описание двигательных изменений в ходе развития азотного наркоза предполагает разработку специальной измерительной шкалы.

Исследование сочетанного действия гипоксического и гипербарического азотного стимулов на организм млекопитающих нуждается в поиске клеточного метаболического критерия оценки степени стрессорного воздействия. Одним из таких критериев является содержание в клетках головного мозга белков семейства HSP70, играющих ключевую роль в защите клеток организма от поражающего действия экстремальных факторов, в том числе гипоксии. Их можно отнести к универсальным эндогенным адаптогенам молекулярной природы, ответственным за восстановление третичной структуры продуцируемых клеткой белков de novo и после их частичной денатурации. Наиболее изучены в этом отношении белки семейства HSP70 (Schlesinger, Ashburner, 1982; Меерсон, Малышев, 1993; Маргулис, Гужова, 2000; Morimoto, Nollen, 2004; Пастухов, Екимова, 2005). Для анализа содержания белков семейства HSP70 в отдельных структурах и клеточных элементах головного мозга может быть применен иммуноцитохимический метод исследования, который позволяет количественно оценить топику распределения стресс-белков (Коржевский, 2005).

Цель работы: изучение совместного действия повышенного парциального давления азота и пониженного парциального давления кислорода на физиологические и биохимические характеристики организма крыс породы Wistar.

Задачи исследования:

1. Исследовать действие повышенного давления азота на динамику напряжения кислорода в моторной коре мозга крыс.

2. Изучить влияние параметров гипоксического прекондиционирования на чувствительность и устойчивость млекопитающих к действию гипербарического азота.

3. Оценить динамику чувствительности и устойчивости крыс к действию повышенного давления азота на фоне нарастающего гипоксического стимула.

4. Количественно описать изменения двигательной активности, рефлексов позы и характеристик кардиореспираторной системы крыс породы Wistar на фоне стабильно нарастающего гипоксического стимула в пределах 0,021-0,002 МПа кислорода в дыхательной газовой среде.

5. Определить содержание стресс-белков семейства HSP70 в клетках мозга крыс на фоне действия нормобарической гипоксии.

6. Провести исследование содержания белков семейства HSP70 в головном мозгу крыс при действии повышенного давления азота.

Научная новизна исследований.

Впервые показано, что напряжение кислорода в моторной коре мозга крыс в ходе компрессии азотом выходит за пределы значений, полученных при нормальном давлении этого газа, начиная с 7,1 МПа. Впервые установлено, что прекондиционирующее действие гипоксии (6 % кислорода в дыхательной газовой среде) приводит к уменьшению чувствительности и увеличению устойчивости крыс к действию повышенного давления азота. Впервые при совместном действии повышенного давления азота и пониженного давления кислорода выявлено увеличение чувствительности и уменьшение устойчивости крыс к азотному наркозу. Впервые удалось продемонстрировать увеличение содержания стресс-белков семейства HSP70 в клетках коры мозга крыс под влиянием повышенного давления азота.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Результаты работы расширяют теоретические представления о влиянии сочетанного действия азота и кислорода на метаболические процессы в нейронах мозга млекопитающих. Подтверждается предположение о том, что повышенное давление азота приводит к увеличению содержания стресс-белков семейства HSP70 в клетках мозга животных. Удалось показать участие HSP70 в механизме увеличения резистентности организма к действию повышенного давления азота в результате предварительных гипоксических тренировок. Экспериментальное использование измененной дыхательной газовой среды (повышенное парциальное давление азота в сочетании с пониженным парциальным давлением кислорода) позволило выявить снижение устойчивости к азотному наркозу, что свидетельствует о синергическом действии гипоксии и азота под давлением. Полученные в работе данные могут быть использованы при планировании экспериментов по исследованию процессов нейродегенерации, нейропротекции и нейрорепарации для широкого класса экспериментальных моделей.

Данные проведённых экспериментов могут способствовать дальнейшему поиску конкретных режимов гипоксической терапии и ставить вопрос о возможном терапевтическом использовании повышенных парциальных давлений индифферентных газов. Выявленное увеличение содержания стресс-белков семейства HSP70 в клетках мозга при гипоксии позволяет объяснить молекулярный механизм эффекта тренирующего действия гипербарического азота, используемого в водолазной практике, полученного еще в 50-е годы прошлого века. Обнаруженная в работе динамика HSP70 в клетках мозга при действии гипоксии и азота под давлением, даёт возможность обосновать и найти новые подходы к разработке методов диагностики и профилактики нарушений, связанных с воздействием на организм экстремальных факторов среды. Результаты исследования и вытекающие из них выводы могут быть использованы в лекциях по гипербарической физиологии и медицине в ВУЗах и организациях дополнительного последипломного образования.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. В ходе компрессии азотом вплоть до 7,1 МПа в условиях нормоксической, нормокапнической и нормотермической ДГС у крыс породы Wistar отсутствуют признаки вентиляторной, циркуляторной и гемической гипоксии клеток мозга.

2. Уменьшение парциального давления кислорода в ДГС приводит к двухфазному увеличению чувствительности и уменьшению устойчивости животных к действию

повышенного давления азота.

3. Содержание стресс-белков семейства HSP70 в клетках коры мозга крыс под влиянием повышенного парциального давления азота, пониженного парциального давления кислорода и их сочетанного действия увеличивается.

Апробация работы.

Основные результаты работы были представлены на международном симпозиуме по гипербарической и подводной медицине (Италия, Милан, 1996); на XXXIII международном конгрессе физиологических наук (Санкт-Петербург, 1997); на международной конференции, посвященной 150-летию акад. И.П.Павлова «Механизмы функционирования висцеральных систем» (Санкт-Петербург, 1999); на XI-XIII международных совещаниях по эволюционной физиологии (Санкт-Петербург, 1996, 2001, 2006); на Всероссийской конференции «Индифферентные газы в водолазной практике, биологии и медицине» (Москва, 2000); на Российской конференции «Проблемы обитаемости в гермообъектах» (Москва, 2001); на VIII международном симпозиуме по биологии высоких давлений (Москва, 2003); на четвертой Российской конференции (с международным участием) «Гипоксия: механизмы, адаптация, коррекция» (Москва, 2005); на 4-6-й Всеармейских научно-практических конференциях «Баротерапия в комплексном лечении и реабилитации раненых, больных и пораженных» (Санкт-Петербург, 2000, 2003, 2006); на конференции «Гипербарическая физиология и водолазная медицина» (Москва, 2005); на VII международном конгрессе “International society for adaptive medicine (ISAM)” (Москва, 2006); на международном симпозиуме «Актуальные проблемы биофизической медицины» (Украина, Киев, 2007); на XХ съезде физиологического общества им. И.П.Павлова (Москва, 2007); на Пятой Российской конференции «Гипоксия: механизмы, адаптация, коррекция» (Москва, 2008); на Всероссийской конференции «Научное наследие академика Л.А. Орбели. Структурные и функциональные основы эволюции функций, физиология экстремальных состояний» (Санкт-Петербург, 2008).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 28 печатных работ, включая 6 статей и 22 тезиса.

Структура о объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методики исследования, 4 глав экспериментальных данных, обсуждения полученных результатов, выводов и списка литературы, содержащего 341 источник. Работа изложена на 161 странице машинописного текста, иллюстрирована 39 рисунками и содержит 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Экспериментальные исследования проводились на 307 крысах-самцах породы Wistar (Рапполово), весом 205-247 г. Все опыты поставлены в барокамере объёмом 107 дм3. Максимальное давление, использовавшееся в опытах, составляло 11,6 МПа, а скорость компрессии равнялась 0,1 МПа в минуту. Все эксперименты производились с соблюдением «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных».

Исследуемые показатели:

Регистрация динамики поведенческих реакций. Двигательную активность и рефлексы позы животных регистрировали как при гипоксии, так и в условиях действия повышенного давления азота на основе классификации, предложенной Шеном, с нашими дополнениями и изменениями (Schoen, 1926; Вётош с соавт., 2000). Для побуждения к проявлению двигательной активности использовалось мягкое электрокожное воздействие (30 V, 1 mA, 1 сек).

Регистрация спонтанной биоэлектрической активности головного мозга крыс в условиях гипербарии проводилась у предварительно оперированных под нембуталовым наркозом животных, которым устанавливали стереотаксически платиновые электроды диаметром 200 мкм в головку хвостатого ядра, чёрную субстанцию, ретикулярную формацию среднего мозга, а также лобную и моторную зоны коры правого полушария. Спонтанная биоэлектрическая активность мозга животного в ходе компрессии азотом обрабатывалась по специально разработанной программе, позволяющей рассчитывать когерентные отношения между парами электрических сигналов, отводимых из различных точек мозга. Расчеты проводились для участков спектра шириной 0,3 – 0,4 гц.

Измерение напряжения кислорода в мозгу осуществляли полярографическим методом по методике И.Т.Демченко (Демченко, 1976) с незначительной модификацией, посредством платиновых электродов диаметром 200 мкм. Трепанационные отверстия для последующей установки электродов выполняли под нембуталовым наркозом (40 мг/кг) над поверхностью моторной коры мозга и в затылочной области коры. Электроды устанав-ливали в верхний слой коры мозга на глубину 0,5-1 мм перед началом эксперимента.

Измерение параметров температурного гомеостаза животных. Для изучения температурного гомеостаза у животных определяли ректальную температуру, температуру поверхности тела и головного мозга. Температуру поверхности коры мозга животных определяли с помощью терморезисторов типа МТ-54, которые имплантировали животным эпидурально под нембуталовым наркозом (в дозе 40 мг/кг) за 5-7 дней до опыта. Для измерения ректальной температуры использовали специальные датчики электротермометра типа ТПЭМ-1, которые вводили в прямую кишку животного на глубину 6 – 8 см. Температуру на поверхности тела измеряли терморезисторами типа МТ-54, которые приклеивались на выбритую поверхность кожи.

Определение потребления кислорода осуществляли общепринятым способом (Бреслав, 1970) по формуле

рО2 • Vсистемы

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»