ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ЭКСТРЕМАЛЬНОМ ХОЛОДОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Аннотация:

В сыворотке крови 6 испытателей-добровольцев мужского пола в возрасте от 23 до 35 лет накануне и после 3-х минутной экспозиции в воздушной криосауне при исходной температуре -70 °С, измеряли величины 45 биохимических показателей. Через 2 мин после окончания эксперимента в крови испытателей наблюдали увеличение активности глутаматдегидрогеназы в 3,4 раза, аспартатаминотрансферазы на 46%, липазы на 52%, лактатдегидро-геназы на 16%, холинэстеразы на 18%, лейцинаминопептидазы на 12%, простатического изофермен-та кислой фосфатазы на 45%. Кроме того, наблюдали повышение концентрации свободных жирных кислот в 2,8 раза, холестерина липопротеидов высокой плотности на 10%, креатинина на 21%, глюкозы и (3-гидроксибутирата на 11%, высокочувствительного С-реактивного белка на 12%, калия на 14% и хлоридов на 7%. Величина индекса атерогенности, напротив, снижалась на 14% относительно фоновых величин. Спустя 20, 60 и 180 мин после 3-х минутного пребывания в криосауне изменения большинства вышеназванных биохимических параметров в крови участников эксперимента нивелировались незначительно, не достигая исходных значений. Был сделан вывод о том, что при срочной адаптации человеческого организма к действию низких температур происходит усиление интенсификации обмена вдыхательной цепи митохондрий клеток, увеличение скорости метаболических реакций за счет повышенной продукции энергетических субстанций в результате активации процессов липолиза и гликолиза. Ключевые слова: воздушная криосауна, холодовая экспозиция, холодовой стресс, биохимические параметры крови, срочная адаптация к холоду. Холод является одним из естественных факторов среды обитания, воздействующих на организм человека, особенно в условиях полярных широт. Успешное решение стратегических и экономических задач освоения природных ресурсов арктических географических зон в настоящее время возможно лишь за счет трудовой миграции населения из регионов с умеренным климатом в районы Крайнего Севера. В связи со значительным риском негативного влияния на организм человека экстремального холодового воздействия возникает необходимость в разработке комплекса мер по формированию опережающей адаптации к холоду мигрантов, готовящихся работать в полярных широтах на постоянной основе или в экспедиционном режиме. Решение проблемы адаптации к температурным условиям окружающей среды возможно только на основе глубокого понимания естественных механизмов резистентности к охлаждению. Чаще всего исследователей интересует изучение механизмов формирования долговременных адаптивных реакций в ответ на длительное воздействие стресс-индуцирующих факторов . В то же время показано, чтс^холод, являясь одним из основополагающих адаптогенных факторов окружающей среды, может запускать приспособительные реакции организма даже после однократного кратковременного холодового воздействия. При этом изменения затрагивают, как правило, все системы и органы [5], многие из которых реагируют на действие холода практически мгновенно [6]. Данный факт делает актуальным изучение ранних изменений биохимических параметров, характеризующих формирование срочных приспособительных реакций к холодовому воздействию. Цель настоящего исследования — оценить влияние кратковременного экстремального холодового воздействия на биохимические показатели крови здорового человека в остром периоде адаптации.МЕТОДИКА. В исследовании участвовали 6 практически здоровых мужчин в возрасте от 23 до 35 лет, прошедших предварительный отбор и подписавших информированное согласие. Протокол эксперимента был утвержден комиссией по биомедицинской этике ГНЦ РФ — И МБП РАН. Холодовая экспозиция осуществлялась в воздушной криосауне Сп'Ы/г(Германия) при исходной температуре —70 °С в течение 3-х мин. Отбор крови для анализа проводился из локтевой вены натощак за 30 мин до начала эксперимента, а также через 2,20,60 и 180 мин после его окончания. В пробах венозной крови с помощью коммерческих наборов фирмы "DiaSys" (Германия) определяли величины активности аспартатаминотрансферазы (ACT), аланинаминотрансферазы (AЛT), гамма-глутамилтрансферазы (ГГТ), щелочной фосфатазы (ЩФ), глутамат-дегидрогеназы (ГЛДГ), холинэстеразы (ХЭ), а-амилазы и ее панкреатического изофермента, панкреатической липазы, креатинфосфокиназы (КФК) и ее сердечного изофермента (КФК-MB), лактатдегидрогеназы (ЛДГ), а-гидроксибутиратде-гидрогеназы (ГБДГ), лактатдегидрогеназы (ЛДГ), а также концентрации общего белка, альбумина, глюкозы, креатинина, мочевины, мочевой кислоты, холестерина, холестерина липопротеидов высокой плотности (ХС Л ПВП), триглицеридов (ТГ), свободных (неэстерифицированных) жирных кислот (СЖК), фосфолипидов (ФЛ), бета-гидроксибутирата, цистатина С, высокочувствительного С-реактивного белка, железа, кальция, магния, неорганического фосфора, хлоридов и бикарбоната. Концентрации общего и прямого билирубина измеряли с помощью коммерческих наборов фирмы "Эко-сервис" (Россия). Активность кислой фосфатазы (КФ) и ее простатического изоэнзима определяли с помощью наборов фирмы "Витал Диагностике" (Россия), а активность лейцинаминопептидазы и триацил-глицериновой липазы — с помощью наборов фирмы "Randox" (Великобритания). Измерения всех вышеназванных показателей проводили на биохимическом анализаторе " Targa ВТ3000" фирмы "Biotecnika Instruments''' (Италия). Уровень калия и натрия в сыворотке крови испытателей измеряли с помощью ион-селективного анализатора электролитов "EasyLite Na/Г фирмы "Medico" (США). Активность мышечного изофермента креатинфосфокиназы (КФК-АШ) рассчитывали как разность между активностями КФК и КФК-Л/Й. Концентрацию холестерина липопротеидов низкой плотности (ЛПНП), холестерина липопротеидов очень низкой плотности (ХС ЛПОНП) и индекса атерогенности вычисляли по формулам . Статистическую обработку данных проводили методами вариационной статистики с применением пакета прикладных программ Statistica for Windows, Kernel Release 6.0 фирмы StatSoft, Inc. (США). Экстремальные значения из генеральной совокупности исключали с помощью критерия Dixon . Результаты исследования представляли в виде медианы {Me) и верхней и нижней границ квартальных отрезков для каждой серии измерений. Достоверность различий с фоновыми значениями оценивали с помощью критерия Вилкоксона, принимая различия значимыми прир < 0.05 . РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.Из 45 измеренных и рассчитанных биохимических показателей величины 27, а именно АЛТ, ГГТ, ЩФ, общего и прямого билирубина, а-амилазы, панкреатической амилазы, панкреатической липазы, мочевины, мочевой кислоты, общего белка, альбумина, цистатина С, КФК и ее мышечного изофермента КФК -ММ, ГБДГ, КФ, холестерина, ХС ЛПНП, ХС ЛПОНП, ТГ, фосфолипидов, железа, кальция, неорганического фосфора, натрия и бикарбоната, достоверно не отличались от фоновых величин ни на одном из сроков обследования после экспериментального воздействия. Наряду с этим в крови испытателей наблюдались существенные изменения активности 7 исследованных ферментов уже спустя 2 мин после окончания холодовой экспозиции. Значительнее других повышалась активность тех из них, которые локализуются в митохондриях клеток (рис. 1). Так, активность ГЛДГ увеличилась в 3.4 раза, a ACT возросла на 46%, причем спустя 180 мин после окончания эксперимента их величины превышали исходные на 75% и 22% соответственно. Активность ЛДГ через 2 мин после воздействия достоверно увеличилась на 16% и оставалась повышенной практически до того же уровня во время всех последующих сроков обследования. Отмечалось так же достоверное увеличение активности ХЭ на 18% и ЛАП на 12% через 2 мин после холодовой экспозиции. Спустя 20 мин и 60 мин их значения превышали фоновые в среднем на 11 %, а спустя 180 мин достоверно не отличались от исходных величин. Обращает на себя внимание стойкое снижение активности КФК-МВ, а также разнонаправленные изменения активности простатического изофермента КФ. Спустя 20 мин после окончания эксперимента активность КФК-МВ уменьшилась относительно фоновых значений на 29%, через 60 мин она продолжила снижаться, достигнув уровня 31%, а спустя 180 мин наметилась тенденция к ее нормализации. Что касается простатического изоэнзима КФ, то через 2 мин после холодовой экспозиции его активность была выше исходной на 45%, через 20 мин на 21%, а спустя 60 мин она начала прогрессивно снижаться. Примечательно так же, что уже через 2 мин после окончания холодовой экспозиции в крови испытателей наблюдалось полутора-кратное увеличение активности триацилглицери-новой липазы, через 20 и 60 мин ее значения превышали фоновые на 22% и 23% соответственно, а через 180 мин практически вернулись к исходному уровню. У испытателей после холодовой экспозиции помимо сдвигов ферментативной активности наблюдались выраженные изменения показателей ли-пидного, углеводного и белкового обмена (рис. 2).Уже через 2 мин после окончания холодовой экспозиции в крови испытателей наблюдалось увеличение концентрации СЖК в 2.8 раза относительно исходных значений. Спустя 20 мин и 60 мин их уровень превышал фоновый в 2.5 и 2.2 раза соответственно, а спустя 180 мин — в 1.3 раза. Так же отмечалось достоверное увеличение на 10% уровня ХС ЛПВП и, соответственно, снижение на 14% величины индекса атерогенности. Через 20 и 60 мин после воздействия изменения вышеназванных показателей сохраняли свою направленность, а через 180 мин их значения были близки к фоновым. Наряду с показателями липидного обмена существенные изменения наблюдались и по параметрам углеводного обмена. Так, содержание глюкозы и (5-гидроксибутирата в крови испытателей через 2 мин после воздействия достоверно повысилось на 11% и продолжало прогрессивно нарастать, достигнув соответственно 122% и 120% от исходного уровня к 180-й мин острого периода адаптации. Концентрация высокочувствительного С-реак-тивного белка через 2 мин после холодового воздействия достоверно увеличилась на 12%, а спустя 20, 60 и 180 мин наблюдалось падение его уровня на 16%, 10% и 9% соответственно по сравнению с фоновыми величинами. Концентрация креати-нина через 2 мин достоверно увеличилась на 21%, возросла до 41% от контрольных значений через 20 мин, а затем начала снижаться, вернувшись к фоновым величинам через 180 мин после холодовой экспозиции. Наблюдалось так же повышение концентраций магния, калия и хлоридов (рис. 3). Содержание магния в крови участников эксперимента значимо повысилось на 10% спустя 20 мин после окончания холодовой экспозиции. В то же время концентрации калия и хлоридов уже через 2 мин были достоверно выше исходных величин на 14% и 7% соответственно и оставались примерно на том уровне и через 180 мин после воздействия. Таким образом, в остром периоде адаптации к холоду у здоровых мужчин возрастает синтез макроэргов, активируются процессы липолиза и гликолиза, а также изменяется трансмембранный потенциал клеток. Установлено, что при остром холодовом стрессе происходит увеличение скорости реакций вдыхательной цепи митохондрий клеток, за счет чего организм может быстро генерировать и аккумулировать энергетические субстанции . В исследовании A. Bignucoloetal. (2013) установлено, что при действии стресс-индуцирующего фактора на ранних сроках адаптации к нему происходит активация дегидрогеназ цитратного цикла. Являясь НАДФ-зависимыми ферментами биосинтетических реакций, они усиливают продукцию энергетических субстратов . Есть данные о повышении активности ACT при срочной адаптации к холодовому воздействию, причем активность AЛT начинает возрастать лишь по мере формирования долговременных приспособительных реакций . Показано так же повышение активности ЛДГ в острый период адаптации к холоду, причем больше при катализе прямой реакции с образованием пировиноградной кислоты . Как известно, ЛДГ способствует накоплению в клетке никотина-мид-адениндинуклеотида (НАД+), необходимого для гликолитической генерации АТФ . Не исключено,что резкий подъем активности ГЛДГ, ACT и ЛДГ в крови испытателей после экспериментального хо-лодового воздействия связан именно с необходимостью быстрого обеспечения организма энергией. Повышение активности ЛАП и ХЭ может быть обусловлено изменением под действием холода функционального состояния печени. Установлено, в частности, что при холодовом стрессе нарушается этерифицирующая функция гепатоцитов . Острый период адаптации к холоду характеризуется активацией процессов липолиза, преобладающими энергетическими субстратами становятся липидные субстанции . При холодовом стрессе возрастает активность триацилглицериновой липазы, которая расщепляет липиды до глицерина и свободных жирных кислот . Для сердечной мышцы, как известно, основным энергетическим ресурсом являются СЖК. За счет их быстрого метаболизма в процессе р-окисления вдыхательной цепи митохондрий миокард получает от 65% до 70% АТФ, а остальные 20—25% в результате гликолиза . Часть СЖК используется печенью для синтеза липопротеидов, а часть метаболизируется в цитратном цикле до образования ацетил-КоА, избыток которого превращается в кетоновые тела, в частности, бета-гидроксибутират. Кетоны наряду с глюкозой так же способствуют энергообеспечению организма. При острой адаптации к холоду наблюдается увеличение концентрации ХС ЛПВП и, как следствие, снижение величины индекса атерогенности. Кроме того, некоторые авторы отмечают уменьшение активности КФК при остром холодовом стрессе.Креатинкиназный механизм, в значительной мере ответственный за продукцию и утилизацию энергии субклеточными структурами, занимает ведущее место в энергетическом обеспечении функций миофи-брилл и саркоплазматического ретикулума сердечной мышцы .Обнаруженное нами у здоровых людей снижение активности КФК-МВ и величины индекса атерогенности при острой адаптации к холоду можно, по всей вероятности, рассматривать как кардиопро-тективные факторы, поскольку показано, что в первую очередь на экстремальное холодовое воздействие реагирует именно сердечно-сосудистая система. На начальном этапе адаптации к холоду в крови испытателей отмечено увеличение концентраций креатинина и высокочувствительного С-реактив-ного белка. Установлено, что после холодового воздействия в результате усиления реакций трансами-нирования и метилирования возрастает синтез креатина и креатинфосфата. Последний участвует в процессах сократительного термогенеза, обеспечивая энергией мышечную ткань. Образующийся из креатина креатинин, будучи беспороговым веществом, выводится почками .Что касается С-реактивного белка, измеренного в высокочувствительном диапазоне, то можно предположить, что при холодовом стрессе он выступает в качестве положительного реактанта острофазного ответа, поэтому на начальном этапе адаптации к холоду отмечается рост его концентрации. Повышение активности простатического изофермента КФ связано, по всей видимости, с изменением соотношения основных морфофункциональных типов клеток Лейдига при холодовом стрессе. Установлено, что у самцов крыс на ранних сроках адаптации к холоду возрастает относительное количество клеток Лейдига и уменьшаются их размеры. При длительном нахождении животных в низкотемпературных условиях обнаруженные изменения приобретают противоположную направленность. Повышение в крови испытателей содержания калия и магния характерно для реакций организма на стресс любой этиологии, в том числе и вызванных воздействием холода. Установлено, что под влиянием стресс-индуцирующих факторов усиливается синтез катехоламинов, происходит активация гликолитиче-ских процессов, что способствует выходу ионов калия из клеток во внеклеточное пространство и кровяное русло, а ионы натрия при этом накапливаются вну-триклеточно. Этот процесс регулируется Mg++-3a-висимой Nа+/К+-АТФ-азой, стремящейся стабилизировать трансмембранный потенциал клеток. Ионы магния, с непосредственным участием которых происходит регуляция электролитного баланса, способны увеличивать абсолютную и укорачивать относительную рефрактерность сердечной мышцы, что особенно важно для организма, находящегося в условиях стресса. На начальном этапе адаптации к холоду повышается кровенаполнение магистральных сосудов, что связано с периферической вазоконстрикцией.В условиях относительной центральной ги-перволемии возрастает концентрация электролитов и осмсцярность всех жидкостей организма, включая внутрисосудистую, внеклеточную и внутриклеточную .Хлориды, как известно, являются важной составляющей осмолярности и кислотно-основного баланса внеклеточной жидкости , поэтому их уровень в крови увеличивается уже в первые минуты после холодового воздействия. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. При острой адаптации к действию низких температур в организме здорового человека происходят метаболические перестройки, направленные на усиление синтеза макроэргов за счет активации процессов липолиза и гликолиза с целью обеспечения адекватного уровня теплопродукции и газообмена.Адаптация к условиям среды, связанная с периодическим влиянием стрессируюших факторов, распространена в окружающем мире гораздо шире, чем одномоментный перевод организма в новые условия на длительный срок . Примечателен тот факт, что при периодических холодовых воздействиях сократительный термогенез и периферическая вазокон-стрикция уменьшаются, а уровень теплопродукции в организме остается неизменным . В этой связи последовательную серию периодических холодовых экспозиций в воздушной криосауне целесообразно использовать для формирования опережающей адаптации организма к действию низких температур у здоровых лиц, готовящихся к работе в условиях полярных широт.

Авторы:

Издание: Физиология человека
Год издания: 2018
Объем: 12с.
Дополнительная информация: 2018.-N 3.-С.97-108. Библ. 67 назв.
Просмотров: 69