CC BY
42
The functional relationships of insular apparatus of the pancreas and medulla of the
adrenal glands during adaptation to the high altitude (3200m)
Matyushchenko N. , Zakirov Dzh. , Kuchuk Je.
(Republic of Kyrgyzstan)
Функциональные взаимоотношения инсулярного аппарата поджелудочной железы и мозгового слоя надпочечников при адаптации к условиям высокогорья (3200 м) Матющенко Н.С.1, Закиров Дж.З.2, Кучук Э.М.3 (Кыргызская Республика)
3Матющенко Наталья Сергеевна/Matyushchenko Natal'ja - кандидат биологических наук, доцент;
2Закиров Джеенбек Закирович/ Zakirov Dzheenbek - доктор медицинских наук, профессор;
3Кучук Энвер Мамудович/ Kuchuk Jenver - кандидат медицинских наук, доцент, кафедра химии и биохимии, медицинский факультет,
Кыргызско-Российский славянский университет, г. Бишкек, Кыргызская Республика
Аннотация: рассмотрен механизм действия факторов высокогорья на функциональные
взаимоотношения инсулярного аппарата поджелудочной железы и мозгового слоя надпочечников. Отмечены комплементарные изменения в симпатоадреналовой системе и инсулярном аппарате при продолжительных воздействиях неблагоприятных факторов высокогорья, приводящие к потере системной стойкости и надежности.
Abstract: the mechanism of action of highland factors on the functional relationships of insular apparatus of the pancreas and adrenal medulla is considerate. The complementary changes in the sympathetic-adrenal system and the insular apparatus observed in the time of prolonged effects of highland hostility resulting in a loss of system resilience and reliability.
Ключевые слова: высокогорье, поджелудочная железа, симпатоадреналовая система, инсулин, катехоламины.
Keywords: highlands, pancreas, sympathoadrenal system, insulin, catecholamines.
Пребывание в условиях высокогорья характеризуется включением и активацией в физиологических системах организма процессов долговременной адаптации, которые имеют специфическую временную организацию [1, 2].
В настоящее время можно считать установленным, что при адаптации к условиям высокогорья и у человека, и у животных происходит фазное изменение функции симпатоадреналовой системы (САС) [4 -6, 8, 9]. В ранние сроки адаптации уровень адреналина в крови у лабораторных крыс резко повышается, а через 60-90 дней адаптации содержание указанного гормона в крови падает. Эти изменения со стороны мозгового слоя надпочечников направлены на поддержание углеводного обмена при гипоксии. Известно, что при гипоксии резко возрастает роль углеводов как важнейших, а для некоторых органов единственных источников энергии. Изменение углеводного обмена является причиной нарушений других видов обмена, что может способствовать жировой инфильтрации тканей, накоплению в них разнообразных недоокисленных продуктов обмена и даже снижению потенциала макроэргических соединений. Выявлено, что характер участия в этом процессе одной из основных регуляторных систем - гормонов мозгового слоя надпочечников - состоит в изменениях активности биосинтетических процессов, что значимо отражается на адаптационном потенциале в целом [2, 3].
Степень обратимости этих процессов во многом, можно предположить, зависит от взаимоотношения инсулина и катехоламинов при адаптации к высокогорью. В связи с этим перед нами ставилась задача изучить взаимосвязь между инсулином и катехоламинами при адаптации к высокогорью (3200 м).
Материал и методы исследования. Эксперименты выполнены на белых беспородных лабораторных крысах-самцах массой 180-220 г. Опыты проводили на 3, 15 и 30 -й дни адаптации к условиям высокогорья (3200 м). Определение содержания в крови адреналина (А), норадреналина (НА), ДОФА и норметанефрина (НМН) проводили флюорометрическим методом по описанной стандартной методике [10,14]. Сахар крови определяли ортотолуидиновым методом, инсулин и глюкагон в плазме крови - радиоиммунологическим методом с помощью наборов фирмы Sea-Sorine для глюкозы и фирмы DRG International (США) для глюкагона.
Полученные результаты подвергнуты статистической обработке; различия между показателями оценивали по критерию Стьюдента, считая их достоверными при p<0,05.
Результаты и их обсуждение. Как следует из представленных данных (рис. 1, 2), отчетливо выделяются изменения активности симпатоадреналовой системы и инсулярного аппарата в процессе адаптации к условиям высокогорья (3200 м).
В первые дни адаптации (3 день) отмеченное резкое повышение в крови животных концентрации адреналина до 157,5% влияло на снижение уровня НА (87,3%), что в свою очередь изменяло
соотношение А/НА. Этот же эффект достигался активизацией секреции НМН (130,4%) и торможением выработки ДОФА (89,8%). На 15-й день адаптации по сравнению с фоновыми данными и данными 3 -го дня адаптации отмечалось увеличение содержания НА, ДОФА на 40% и 29,3% соответственно. В то же время рост содержания А в крови животных выявлялся как тенденция (рис. 1). Концентрация НМН (метилированного метаболита НА) достоверно увеличивалась по сравнению с фоном. Также отмечено снижение соотношения А/НА, что свидетельствует о падении активности гормонального звена симпатоадреналовой системы.
180%
160%
140%
120%
100%
80%
60%
40%
20%
0%
А НА ДОФА НМН
В Фон м3 день в15день вЗОдень
Рис. 1. Изменение концентрации катехоламинов в крови при адаптации к условиям высокогорья (3200 м)
На 30-й день адаптации к условиям высокогорья содержание в крови животных А, НА, ДОФА и НМН превышало фоновые показатели, установленные в условиях предгорья. Повышенный уровень НА вызывал признаки активизации медиаторного звена симпато -адреналовой системы. При этом изменение соотношения А/НА крови в сторону уменьшения могло достигаться, по -видимому, не за счет увеличения секреции НА, а вследствие избирательного увеличения активности метаболизма А.
Все выше перечисленные изменения уровня катехоламинов, являющихся контринсулиновыми, и их довольно длительное повышение (30 дней) не могло не повлиять и на эндокринную функцию поджелудочной железы.
Также стадийными изменениями определялось состояние инсулярного аппарата при адаптации животных к сложным факторам гор (рис. 2). Исследования показали, что у животных на 3 -й день исследования значительно понижен уровень глюкозы, глюкагона и инсулина в крови до 57,1%, 58,4% и 73,6% соответственно, по сравнению с данными, установленными в предгорье.
Концентрация глюкозы в крови животных на 15 -й день приближается к субконтрольным величинам и составляет 93% от фоновых данных. Хотя рост уровня глюкагона и инсулина в крови выявляется как тенденция, в тоже время остается ниже фона на 23,2% и 12,6% соответственно (рис. 2). На 30 -й день адаптации значительных изменений в содержании глюкозы, глюкагона и инсулина не отмечено по сравнению с 15 днем адаптации, хотя и характеризовалось незначительной тенденцией к снижению исследуемых параметров.
120%
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Рис. 2. Содержание глюкозы, инсулина, глюкагона, гемоглобина в крови при адаптации к условиям высокогорья
(3200 м)
Таким образом, в условиях высокогорья уровень глюкозы в начальный период адаптации (3 день) снижается, что, по-видимому, можно объяснить изменением чувствительности ткани к эндогенному инсулину [7] на фоне увеличения секреции адреналина, являющегося первым звеном неспецифической
адаптивной реакции организма на действие высокогорной гипоксии и способствующей мобилизации и рациональному использованию тканевых резервов. В поздние сроки адаптации (15 -30 день) у животных повышен уровень катехоламинов в крови, но содержание глюкозы приближается к исходному уровню. Следовательно, в данном случае гомеостаз поддерживается ценой перенапряжения эндокринной системы.
Катехоламины, чьи функции в основном сводятся к мобилизации тканевых резервов и к оптимизации использования последних, очевидно, не могут не реагировать на обеспеченность организма энергетическими и пластическими субстратами.
К эффектам катехоламинов и глюкагона относится усиление глюкогенолиза и глюконеогенеза [12, 16]. Поэтому под действием катехоламинов и глюкагона у животных возрастает содержание в крови сахара, молочной и пировиноградной кислот [15]. Метаболические эффекты катехоламинов, во многом противоположные действию инсулина, усиливаются еще и тем, что они по одним данным снижают величину секреторного ответа в -клеток поджелудочной железы на глюкозу, воздействуя через а-рецепторы на эти клетки [11], а по другим - уменьшают чувствительность тканей-мишеней к инсулину при пермиссивном действии глюкокортикоидов [13 ].
В норме инсулин находится в динамическом равновесии с симпато -адреналовой системой. Однако в условиях гипоксии при длительном повышении уровней контринсулиновых гормонов, а также в следствии оксидативного стресса может формироваться нарушение чувствительности тканей к разным гормонам, в том числе и к инсулину. За счет десенситизации инсулин зависимых рецепторов развивается дисбаланс между системами, что приводит к дезадаптационным нарушениям.
Катехоламинам принадлежит важная, но неоднозначная роль в регуляции пластического и энергетического обмена. Указанные гормоны усиливают мобилизацию тканевых резервов, но при избыточной секреции могут снижать доступность субстратов для клеток. Нужно учитывать, кроме всего прочего, и межгормональные взаимодействия - в частности, катехоламинов и глюкокортикоидов между собой, а также с инсулином - важнейшим их антагонистом.
Таким образом, можно предположить, что при продолжительных воздействиях неблагоприятных факторов высокогорья в симпатоадреналовой системе развиваются изменения комплементарные таковым в инсулярном аппарате, приводящие к потере системной стойкости и надежности.
Литература
1. Агаджанян Н.А. Очерки по экологии человека: адаптация и резервы здоровья. Москва-Астрахань, 1997,- 165 с.
2. Баевский Р.М. Временная организация функций и адаптационно -приспособительная деятельность организма// Теоретические и прикладные аспекты анализа временной организации биосистем. М.: Наука, 1976. - С.88.
3. Воробьев Д.В., Ларина И.М. Рецепция глюкокортикоидных гормонов в физиологических условиях и при экстремальных состояниях// Космич. биология и авиакосмич. медицина. 1990. Т. 24. № 6. - С.4.
4. Закиров Дж. З. Гуморально-гормональные механизмы адаптации в горах. - Фрунзе: Илим, 1983. -112 с.
5. Закиров Дж. З. Физиологические механизмы формирования функциональных взаимоотношений эндокринных комплексов в условиях высокогорья // Автореф. дисс. ... д.м..н. - Бишкек, 1996. - 55 с.
6. Закиров Дж.З., Кудрявцева Л.В. Нейрогормональные механизмы адаптации у зимоспящих. - Фрунзе: Илим, 1987. - 100 с.
7. Кучук Э.М. Содержание инсулина в крови, инсулинсвязывающая способность эритроцитов и чувствительность тканей к инсулину у интактных и аллоксандиабетических крыс в условиях высокогорья// Актуальные вопросы физиологии, морфологии, экспериментальной и клинической патологии организма в климатогеографических условиях Кыргызстана. Бишкек, 1999. - С. 98-113
8. Матющенко Н.С. Гипоталамо-гипофизарно-адреналовая система у животных при дегидратации в условиях высокогорья. // Автореф. дисс. . к.б.н. - Бишкек, 2000. - 23 с.
9. Турусбеков Б.Т., Максутов К.М., Кирьянова Р.И. Механизмы высокогорной адаптации при различных функциональных состояниях эндокринной системы. - Фрунзе: Илим, 1979.- 140 с.
10. Alekhina T.A., Gilinsky M.A., Kolpakov V. G. Catecholamines level in the brain of rats with a genetic predisposition to catatonia// Biogenic Amines/ 10: 443-450. 1994.
11. Bassett J.M. Metabolic effects of catecholamines in sheep //Austral. J. Biol. Sci. 1970. V. 23. № 4. P. 903-914.
12. Kumar N.G., Bahga H.S. Studies on epinephrine & carbachol induced metabolic changes in Bubalus bubalis // Indian J. Exp. Biol. 1975. V.13. № 4. P. 405-407.
13. Moriya K., Sasaki Y. Effects of simultaneous epinephrine and insulin injection on the changes of plasma glucose and NEFA levels in sheep // Jap. J .Zootechn. Sci. 1984. V.55. № 8. P. 562-568.
14. Schlumpf M., Lichtensteiger W., Langemann H. et al. A fluorimetric microteaching for simultaneous assay of 5-hudroxytryptamine, noradrenaline and dopamine in milligrams of brain tissue. // Biochem. Pharmacol, 32:2337-2446, 1974.
15. Slaw ski Z., Barej W., Wiechetek M. The participation of adrenal medullary hormones in the metabolic effects of hyperammonaemia // Zbl. Veterinarmed. 1984. V.A31. № 7. P.481 -488.
16. Turner M., Munday K. Hormonal control of muscle growth // Meat animals and growth productivity. 1976. P.197-216.
