ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2007, № 4, с. 444-453
=ФИЗИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА
УДК 502.084:591.121.3
НЕКОТОРЫЕ МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ТИПОВ УСТОЙЧИВОСТИ ОРГАНИЗМА К ОСТРОЙ ГИПОБАРИЧЕСКОЙ ГИПОКСИИ
© 2007 г. А. С. Штемберг*, М. Г. Узбеков**, Ю. В. Фарбер*
*Государственный научный центр РФ - Институт медико-биологических проблем РАИ,
123007 Москва, Хорошевское ш, 76А **Московский научно-исследовательский институт психиатрии Росздрава, 107076 Москва, ул. Потешная, 3 E-mail: a_s_shtemberg@rambler.ru Поступила в редакцию 17.07.2006 г.
Исследовали регуляторные механизмы индивидуальной устойчивости крыс к острой гипобариче-ской гипоксии по функциональным показателям центральной нервной системы (нейрохимическим и поведенческим) и системы кроветворения. Устойчивость к гипоксии оценивали по времени сохранения и восстановления рефлекса позы при подъеме крыс на "высоту" 11200 м. Показано, что у животных, относящихся к разным типам устойчивости к гипоксии, нейрохимические процессы протекают на различном метаболическом фоне (наиболее сбалансированы они у нормоустойчивых животных). Это согласуется с различиями в активном поведении и эффективностью адаптации этих животных к умеренно стрессовой ситуации "открытого поля". Установлена более высокая функциональная активность красного ростка кроветворения и ранняя реакция белой крови у крыс, устойчивых к гипоксии.
В предыдущих работах (Farber, Shtemberg, 1996; Штемберг и др., 1998; Штемберг, 2000; Штемберг, Фарбер, 2006) нами были описаны типы устойчивости и тактики адаптации животных к острой гипобарической гипоксии. Предметом настоящего сообщения является попытка выявить некоторые регуляторные механизмы различий в устойчивости животных к этому фактору.
Как известно, основной регуляторной системой организма является центральная нервная система (ЦНС). Целый ряд внешних факторов вызывает резкие нарушения в медиаторных системах мозга. Имеющиеся в литературе данные о нейрохимических изменениях, и, в частности, обмене медиаторов в головном мозге экспериментальных животных, подвергшихся тем или иным воздействиям, разноречивы и нередко взаимоисключающи (Markiewicz, Missiure, 1964; Moore, Lariviere, 1964; Carrodi et al, 1968; Smookler, Buckley, 1969 и др.). Можно предположить, что одним из факторов, обусловивших такое положение, явилось отсутствие учета индивидуальной вариабельности регуляторных процессов. В то же время на нейрохимическом уровне достаточно отчетливо прослеживаются индивидуальные особенности реакций основных нейромедиаторных систем на внешние воздействия (Громова и др., 1981; Исмайлова и др., 1992).
На интегративном уровне функционирования ЦНС (поведенческие реакции) индивидуальные различия животных по реактивности и устойчивости к внешним воздействиям также проявляются достаточно ярко (Саркисова, Куликов, 1994; Петров и др., 1996; Галеева, Жуков, 1996; Умрю-хин, 1996).
Другой системой организма, принимающей непосредственное участие в формировании устойчивости к гипоксии, является система крови. Показано, что диапазон колебаний содержания числа клеток в периферической крови и в кроветворной ткани у практически здоровых лиц колеблется в довольно широком диапазоне (Blackburn, 1947; Соколов и др., 1963; Соколов, Грибова, 1969; Гольдберг, Гольдберг, 1971; Кас-сирский, Деньщикова, 1974). Это подтверждает, с одной стороны, высокую чувствительность системы кроветворения к факторам окружающей среды, с другой - роль индивидуальных особенностей организма в регуляции реакций этой системы на данные воздействия.
В данной работе мы исследовали регуляторные механизмы, определяющие типы устойчивости организма к острой гипобарической гипоксии, с использованием показателей функционирования указанных систем.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Опыты были проведены на самцах крыс линии Вистар массой 180-200 г. В общей сложности было использовано 220 крыс.
Оценку индивидуальной устойчивости к острой гипобарической гипоксии проводили по описанной ранее методике (Фарбер и др., 1981; Farber, Shtemberg, 1996; Штемберг, 2000). Критериями устойчивости к ней служили показатели времени сохранения рефлекса позы (ВСРП) и времени восстановления рефлекса позы (ВВРП) при подъеме крыс на "высоту" 11200 м, а также разница величин ректальной температуры (РТ), измеренных до начала "подъема" и после "спуска" ЛРТ (степень гипоксической гипотермии).
Через две недели после тестирования на устойчивость к гипоксии и разделения на группы экспериментальных животных подвергали стандартному гипоксическому воздействию (подъем на "высоту" 10000 м) и проводили нейрохимические, поведенческие и гематологические исследования.
Методы нейрохимических исследований. В двигательной коре головного мозга контрольных крыс и крыс, подвергнутых воздействию гипоксии, исследовали содержание основных представителей моноаминов - норадреналина (НА), дофамина (ДА), адреналина (А), серотонина (СТ) и их метаболитов - диоксифенилуксусной (ДОФУК) и 5-оксииндолуксусной (5-ОИУК) кислот. Сразу после воздействия гипоксии крыс декапитирова-ли, извлекали мозг и выделяли двигательную область коры больших полушарий. Все операции с мозгом проводили при 0-4°С в течение не более 90 с. Ткань мозга взвешивали и гомогенизировали в 20 объемах 0.1 N HClO4, содержавшей диокси-бензиламин (ДОБА) в концентрации 100 мг/мл. ДОБА использовали в качестве внутреннего стандарта. Полученный гомогенат центрифугировали в течение 10 мин при 8000 об./мин на центрифуге К-24. Надосадочную жидкость фильтровали в специальных пробирках с микрофильтром MF-11 (диаметр пор 0.2 мкм) при помощи центрифугирования.
Содержание катехоламинов (ДА, НА, А) и ин-доламинов (СТ) определяли в надосадочной жидкости методом жидкостной хроматографии высокого давления на приборе фирмы "Биотроник" (Германия) с использованием электрохимического детектора фирмы "BAS" (США). Разделение исследуемых веществ проводилось на колонке RCM 100 C-18 (фирма "Ferva", Германия) (обращенная фаза). Мобильная фаза содержала следующие компоненты: KH2PO4 4.77 г; лимонная кислота 5.76 г; ЭДТА (динатриевая соль) 100 мг. Эти компоненты растворяли в 800 мл деионизирован-ной и дегазированной воды (рН 4.1) и добавляли 105 мл ацетонитрила в качестве органического модификатора. Ион-парным агентом служил ок-
тилсульфат натрия. Перед использованием раствор фильтровали через целлюлозный фильтр с диаметром пор 0.2 мкм; 20 мкл фильтрата надосадочной жидкости мозга наносили на колонку. Скорость элюции составляла 1.8 мл/мин. Потенциал рабочего электрода составлял 0.85 В относительно хлорсеребряного электрода сравнения.
Предварительно проводили калибровку по стандартным растворам исследуемых веществ, концентрация которых составляла 100 нг/мл. Результаты выражали в нг исследуемого моноамина на мг ткани мозга.
Методы поведенческих исследований. Поведение экспериментальных животных исследовали по методике "открытого поля" (ОП). ОП представляло собой круг диаметром 94 см, разделенный на 33 сектора с отверстием в центре каждого. Крысу помещали в центр ОП и в течение 4 мин тестирования (раздельно за первые и последующие 2 мин) регистрировали следующие показатели: горизонтальную двигательную активность (по числу пересеченных линий), вертикальную двигательную (ориентировочную) активность, исследовательскую активность (по числу загля-дываний в отверстия), число актов груминга и эмоциональную реактивность (по числу фекальных болюсов). Тестирование проводили при ярком искусственном свете. При обработке данных вычисляли показатель угашения (ПУ) активности в течение 4 мин тестирования по формуле:
А, + А2
ПУ = -т—т-2100%, (1)
А2-А,
где Ах - значение показателя за первые 2 мин тестирования, А2 - значение показателя за вторые 2 мин тестирования.
Методы гематологических исследований. Эксперименты были проведены на отдельной группе крыс-самцов массой 180-230 г, состоявшей из 40 животных. Оценку реакции системы крови проводили на основе анализа периферической крови, который включал в себя определение количества гемоглобина, числа эритроцитов, ре-тикулоцитов, тромбоцитов, лейкоцитов, подсчет лейкоцитарной формулы (Иванов, 1968). Кровь для анализа брали из хвостовой вены (после надреза кончика хвоста) 3 раза: до исследования устойчивости животного к гипоксии и дважды (через 5 мин и 3 ч) после "спуска".
Все экспериментальные данные обрабатывали с использованием критериев Стьюдента и Вил-коксона-Манна-Уитни.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
По результатам тестирования с помощью кластерного анализа подопытные крысы отчетливо разделились на 3 группы.
Таблица 1. Влияние гипоксии на содержание моноаминов и их метаболитов в двигательной коре мозга крыс, различающихся по устойчивости к гипоксии, нг/мг ткани
Низкоустойчивые
Нормоустойчивые
Высокоустойчивые
Показатель контроль опыт контроль опыт контроль опыт
НА 1.65 ± 0.18 1.41 ± 0.32 1.39 ± 0.43 2.07 ± 0.45 0.47 ± 0.12 1.32 ± 0.26*
А 1.26 ± 0.25 2.64 ± 0.54* 1.13 ± 0.31 2.36 ± 0.47* 0.64 ± 0.31 1.70 ± 0.21*
ДА 1.72 ± 0.12 1.69 ± 0.36 1.83 ± 0.38 2.74 ± 0.39 0.84 ± 0.38 1.89 ± 0.63
ДОФУК 0.56 ± 1.19 0.60 ± 0.33 0.58 ± 0.25 0.55 ± 0.20 0.65 ± 0.33 0.37 ± 0.35
5-ОИУК 1.33 ± 0.31 0.64 ± 0.14 1.56 ± 0.25 0.87 ± 0.09* 0.69 ± 0.15 0.10 ± 0.14
СТ 1.59 ± 0.46 0.78 ± 0.23 1.25 ± 0.27 0.98 ± 0.17 0.76 ± 0.22 1.01 ± 0.24
* p < 0.05.
Таблица 2. Влияние гипоксии на соотношения показателей обмена моноаминов в двигательной коре мозга крыс, различающихся по устойчивости к гипоксии
Низкоустойчивые Нормоустойчивые Высокоустойчивые
контроль опыт контроль опыт контроль опыт
0.96 0.83 0.76 0.75 0.56 0.70
0.32 0.36 0.31 0.20 0.78 0.20
0.84 0.82 1.24 0.88 0.90 0.98
0.76 1.87 0.82 1.14 1.36 1.28
Показатель
НА/ДА ДОФУК/ДА 5-ОИУК/СТ А/НА
1. Низкоустойчивые (НУ), характеризующиеся низкими показателями ВСРП и высокими ВВРП при малой величине дРТ (около 10-15% всей выборки).
2. Нормоустойчивые (СУ), у которых отношение ВСРП к ВВРП близко к 1 и нет устойчивой связи между этими показателями (65-80% популяции).
3. Высокоустойчивые (ВУ), отличающиеся высокими показателями ВСРП и низкими ВВРП при большей вел
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.