CC BY
53
ПАТЕНТЫ, ИЗОБРЕТЕНИЯ, ОТКРЫТИЯ
ОТКРЫТИЕ: ЗАКОНОМЕРНОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ СТЕПЕНИ ГИДРАТАЦИИ БИОПОЛИМЕРОВ КРОВИ ЖИВОТНЫХ ВО ВРЕМЯ ИХ АДАПТАЦИИ К ВНЕШНИМ ФАКТОРАМ(ДИПЛОМ №252)
©Фаращук Н.Ф.
Смоленская государственная медицинская академия, Россия, 214019, Смоленск, ул. Крупской, 28
Формула открытия: Экспериментально установлена неизвестная ранее закономерность изменения степени гидратации биополимеров крови животных во время их адаптации к внешним факторам, заключающаяся в том, что при развитии стресс-реакции на различные по характеру воздействия внешней среды (температура, радиация, интоксикация, физическая перегрузка и др.) в период срочной адаптации степень гидратации биополимеров повышается в стадии резистентности и снижается в стадии истощения, устанавливается на более высоком уровне, чем в норме в результате долговременной адаптации и снижается при развитии дезадаптации.
Ключевые слова: гидратация, биополимеры, стресс, адаптация, дезадаптация
DISCOVERY: PATTERNS OF BIOPOLYMER HYDRATION DEGREE CHANGING IN ANIMAL BLOOD DURING THEIR ADAPTATION TO EXTERNAL FACTORS Faraschuk N.F.
Smolensk State Medical Academy, Russia, 214019, Smolensk, Krupskaya St., 28
Formula of discovery: Previously unknown pattern of biopolymer hydration degree change in the blood of animals has been established experimentally during their adaptation to external factors. It has been demonstrated that in the development of stress-reaction on different external influence (temperature, radiation, intoxication, physical hyperactivity and so forth) during period of fast adaptation the degree of biopolymers hydration increases in resistance and decreases in exhaustion, and reaches a higher level compared to a norm as a result of prolonged adaptation, being decreased during the period of desadaptation.
Key words: hydration, biopolymers, stress, adaptation, desadaptation
Российская академия естественных наук, Международная ассоциация авторов научных открытий, Международная академия авторов научных открытий и изобретений.
Заявка на открытие №А-302 от 18.04.2003 г.
В настоящее время все признают, что адаптационные механизмы обеспечивают эффективное приспособление организма к действующему чрезвычайному раздражителю за счет структурно-функциональных изменений в органах и тканях, вовлеченных в системную реакцию [1, 2]. Однако никто из исследователей не обосновал, что формирование системного структурного следа в тканях при адаптации связано не только с нуклеиновыми кислотами, белками и другими биополимерами, но и с качественными и количественными изменениями структуры воды, т.е. кристаллогидратной оболочки макромолекул и субклеточных образований. Таким образом, физиологические и биохимические механизмы процесса адаптации не получили до сих пор подтверждения или развития на молекулярном уровне, на уровне фундаментального процесса взаимодействия вещества с водой, на уровне первичной системы - белок/вода, которую нельзя разделить на компоненты без нарушения ее внутреннего содержания.
Кроме того, наличие противоречивых данных о содержании связанной воды при различных патологических состояниях и воздействии факторов окружающей среды не может быть объяснено,
если не рассматривать эти процессы в связи со стадиями развития общего адаптационного синдрома, срочной и долговременной адаптацией.
Нами в эксперименте на животных (125 линейных мышей и более 1000 белых крыс) обнаружено, что различные по своей природе факторы окружающей среды, вызывающие возмущения внутренней среды организма и изменения внешнего поведения животных, инициируют изменения процессов гидратации в крови и тканях организма, которые выражаются в количественных изменениях содержания структурных фракций воды. Характер этих изменений зависит от стадии развития стресс-реакции и, соответственно, срочной адаптации организма при однократном воздействии внешнего фактора и от развития механизмов долговременной адаптации или от их истощения в состоянии дезадаптации при длительном или многократном воздействии повреждающего фактора. При этом установлена следующая закономерность: содержание связанной воды повышается в стадии резистентности в результате включения физиологических и биохимических механизмов срочной адаптации. Если же воздействие на организм продолжается и наступает стадия истощения, когда адаптационные возможности организма исчерпаны, то содержание связанной воды снижается. Эти изменения в содержании связанной воды могут происходить при постоянном или измененном в любую сторону содержании общей воды. В любом случае идет перераспределение фракций: в стадии резистентности увеличивается содержание связанной воды и уменьшается содержание свободной, в стадии истощения уменьшается содержание связанной и увеличивается содержание свободной воды. Изменение содержания общей воды может влиять только на величину колебаний показателей свободной воды.
При длительном или многократном воздействии внешнего фактора в результате формирования механизмов долговременной адаптации содержание связанной воды в крови повышается. Однако, если воздействие на организм превышает адаптивные возможности организма, или как принято говорить - норму адаптации, наступает дезадаптация, которая сопровождается снижением содержания связанной воды.
Повышение степени гидратации биополимеров является неспецифической приспособительной реакцией организма в ответ она изменившиеся условия его существования. Установлено, что различные по своей физической природе факторы окружающей среды на различных видах животных вызывают примерно одинаковые по характеру изменения в содержании структурных фракций воды. Структурированная водная оболочка биополимеров, образующаяся в результате физико-химического процесса гидратации, выполняет защитную функцию и представляет собой барьер на молекулярном уровне на пути воздействия термических, химических и других внешних и эндогенных воздействий.
Пространственные структурные характеристики и функциональная активность биополимеров и субклеточных образований тесно связаны со структурой их гидратных оболочек. В процессе срочной адаптации в результате мобилизации функциональных резервов в организме происходят специфические физиологические, гормональные и биохимические изменения, которые в конечном итоге приводят к универсальной реакции неспецифического характера - количественному и структурному изменению гидратной оболочки макромолекул и субмолекулярных образований, что повышает их устойчивость к воздействию повреждающего фактора.
При формировании долговременной адаптации реализуется процесс, обеспечивающий фиксацию сложившихся адаптационных механизмов и увеличение их мощности до уровня, диктуемого средой. Таким процессом является активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, происходящая в клетках и субклеточных образованиях, ответственных за адаптацию, обеспечивающая формирование структурных адаптивных изменений в доминирующей функциональной системе. Однако формирование материальной основы долговременной адаптации, несомненно, будет сопряжено с изменениями процессов гидратации и в конечном итоге приводит к повышению содержания структурированной воды, связанной с биологическими субстратами.
При адаптации к некоторым факторам структурный след может быть локализован в определенных органах. Например, при адаптации к возрастающим дозам ядов закономерно развивается активация синтеза нуклеиновых кислот и белков в печени. Но эти локальные изменения всегда будут реализовываться через кровь и сопровождаться более или менее выраженным изменением процессов гидратации в крови. Как правило, при адаптации развиваются разветвленные и сложные структурные изменения в органах и тканях, обеспечивающие широкий спектр перекрестных защитных эффектов. Кровь как интегрирующая среда, безусловно, участвует в их развитии и поэтому структурно-функциональные изменения в любой доминирующей системе будут вызывать неспецифические, но адекватные изменения в крови, особенно в ее клеточных элементах. Высокая степень перекрестного защитного эффекта адаптации к стрессу приводит к заключению, что
47
«феномен адаптационной стабилизации структур», сформулированный Ф.З. Меерсоном [3, 4], находит объективное отражение в состоянии процессов гидратации в компонентах крови, что и доказано нами экспериментально на основе изучения количественного содержания структурных фракций воды в условиях развития срочной и долговременной адаптации. Выявленную нами закономерность изменения степени гидратации биополимеров крови животных во время их адаптации в внешним факторам Международная академия авторов научных открытий и изобретений признала научным открытием. Существо этой закономерности отражено в формуле открытия, которая изложена в предоставленной копии диплома.
В результате анализа экспериментального материала, установлен характер динамической взаимосвязи между фундаментальным физико-химическим процессом гидратации, который является универсальным для неорганических и органических веществ, и биологическим процессом адаптации, который присущ для всего животного мира. Обнаружение такой связи существенным образом расширяет представления об адаптивных механизмах организма в экстремальных условиях. Смысл этого расширения заключатся в том, что известные биохимические и физиологические механизмы при их напряжении в процессе адаптации приводят в конечном счете к изменениям на уровне межмолекулярного взаимодействия между водой и молекулой полимера и формированию более устойчивой гидратной оболочки.
Заключение
Таким образом, содержание связанной воды в крови является интегративной характеристикой организма, позволяющей судить о состоянии его адаптационных механизмов. Кроме того, расширяются представления о структурной основе адаптации организма.
Учитывая открытую закономерность, следует признать, что адаптационная стабилизация тканевых структур заключается не только в количественных изменениях, в частности в накоплении стресс-белков, но и одновременно в таком пространственном изменении важнейших биополимеров, которое соответствует наибольшей степени их гидратации. Образование структурированной гидратной оболочки биополимеров и субклеточных структур является универсальным неспецифическим приспособительным механизмом на уровне донорно-акцепторных, диполь-дипольных, ион-дипольных и водородных химических связей как между молекулами воды, так и между водой и макромолекулами при единстве их взаимного влияния. По нашему мнению, структурированная вода, формирующая гидратные оболочки биополимеров и субклеточных образований, является матрицей, на которой разворачивается вся сложная многокомпонентная и многоуровневая система механизмов адаптации животного организма.
Литература
1. Новиков В.С. Фундаментальные проблемы физиологии экстремальных воздействий // Вестник РАЕН. -2000. - Т.1, №4. - С.50-58.
2. Новиков В.С., Горанчук В.В., Шустов Е.Б. Физиология экстремальных состояний. - СПб.: Наука, 1998. -247 с.
3. Меерсон Ф.З. Адаптационная медицина: концепция долговременной адаптации. - М.: Дело, 1993. - 138 с.
4. Меерсон Ф.З., Пшенникова М.Г. Адаптация к стрессовым ситуациям и физическим нагрузкам. - М.: Наука, 1998. - 256 с.
Информация об авторе
Фаращук Николай Федорович - доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой общей и медицинской химии ГБОУ ВПО «Смоленская государственная медицинская академия» Минздрава России. E-mail: obmedhim@sgma.info
