CC BY
22
УДК 616-001.35:612.867.2(636.028)
ВЛИЯНИЕ ЭКСТРЕМАЛЬНОЙ ГИПОКСИИ НА ГОРМОНАЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ И ДИНАМИКУ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ КРЫС С РАЗЛИЧНЫМ ФЕНОТИПОМ УСТОЙЧИВОСТИ К ГИПОКСИИ
Г.А. Байбурина1, Е.А. Нургалеева1, Г.А. Дроздова2
1ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России г. Уфа, Россия, 450000
2ФГАОУВО «Российскийуниверситет дружбы народов» г. Москва, Россия, 117198
Аннотация. Целью работы явилось изучение особенностей гормонального профиля и прооксидантых сдвигов в головном мозге крыс с различной резистентностью к гипоксии в восстановительном периоде после экстремальной гипоксии. У крыс с низкой устойчивостью к гипоксии после воздействия экстремальной гипоксии происходило нарушение функционирования механизмов обратной связи в гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной системе, что нашло отражение в дизрегуляции метаболических процессов в мозге. Максимальное напряжение адаптационно-приспособительных реакций наблюдалось к концу первых суток эксперимента. У животных высокоустойчивых к гипоксии адаптационно-приспособительные реакции не выходили из-под контроля нейроэндокринной системы, максимальное их напряжение отмечалось на 7 сутки.
Ключевые слова: устойчивость к гипоксии, глюкокортикоидные гормоны, мозг.
Введение. Общеизвестна роль гипоталамо-ги-пофизарно-адренокортикальной системы (ГГАС) в регуляции гомеостаза, формировании адаптивных реакций и реализации стресс-эффектов. Отклонения в функциональном состоянии системы, возникающие, в частности, при длительном стрессовом воздействии либо при действии раздражителя чрезвычайной силы, вызывают развитие дез-адаптивных состояний и могут привести к гибели организма. Поскольку глюкокортикоидные гормоны вовлечены в регуляцию огромного количества метаболических процессов, можно предположить, что многие особенности прооксидантных сдвигов, неизбежно возникающих при действии экстремальной гипоксии и развитии оксидативного стресса, будут обусловлены изменениями глюкокортико-идной регуляции.
Целью настоящего исследования является изучение особенностей гормонального профиля
и прооксидантых сдвигов в головном мозге крыс с различной резистентностью к гипоксии в восстановительном периоде после остановки системного кровообращения.
Материалы и методы исследования. Работа выполнена на 160 половозрелых самцах неинбред-ных белых крыс массой 150—180 г. После определения чувствительности к гипоксии [1] животные были разделены на 2 группы — неустойчивые (НУ) и высокоустойчивые (ВУ), включающие по 70 опытных и 10 контрольных крыс. Через неделю под общим эфирным наркозом моделировали 5-минутную аноксию интраторакальным пережатием сосудистого пучка сердца по методу [2] с последующей реанимацией. Контрольная группа крыс вводилась в наркоз без моделирования аноксии. Во временные отрезки на 1-е, 3-и, 5-е, 7-е, 14-е, 21-е, 35-е сутки после реанимации проводили забой животных. В гомогенатах мозга определяли
супероксиддисмутазу (СОД) (реактивы «RANSOD» фирмы «Randox Laboratories», Великобритания), содержание восстановленного глутатиона [3], продукты, реагирующие с тиобарбитуровой кислотой (ТБК-рп) (реактивы «ТБК-АГАТ»), активность ка-талазы [4]. Альдостерон, кортикостерон в плазме крови определяли радиоиммунологическим методом (стандартные тест-системы IMMUNOTECH, Чехия), адренокортикотропный гормон (АКТГ) им-мунорадиометрическим методом (стандартные тест-системы IMMUNOTECH, Франция). Статистическую обработку результатов проводили с использованием пакета прикладных программ Sta-tistica 6.0. Рассчитывали показатели описательной статистики (средние значения и стандартные отклонения), средние значения сравнивали с применением t-критерия Стьюдента, одновременно сопоставляли независимые группы, используя U-кри-терий Манна—Уитни. Оценка корреляционной связи проводилась с помощью коэффициента Спирмена. Критической величиной уровня значимости считали 0,05.
Результаты. Мощный стресс, вызванный остановкой кровообращения длительностью 5 мин и последующей реанимацией, повлек за собой значительные изменения в гормональном профиле экспериментальных животных. Динамика уровня АКТГ у ВУ животных значимо коррелировала с изменениями концентрации кортикостерона и альдостерона на временных отрезках 1-е (r = 0,63, p = 0,04), 3-и (r = 0,68, p = 0,01), 7-е (r = -0,61, p = = 0,04), 14-е (r = 0,77, p = 0,009), 21-е сутки (r = = -0,45, p = 0,04), что свидетельствует о сохранении в этой опытной группе механизма обратной связи, лежащего в основе гормональной регуляции гомеостатических процессов. К концу первых суток восстановительного периода у ВУ крыс наблюдался значительный выброс АКТГ (до 176% от уровня контроля, р = 0,026). К третьим суткам его уровень значимо снижался (до 63%, р = 0,032), параллельно с уменьшением содержания кортико-стерона до 86% (р = 0,0007) от базальных значений, что может свидетельствовать о повышенном расходе гормона в условиях гиперметаболизма, обусловленного окислительным стрессом и существенным усилением липопероксидации, а также об ускорении его метаболизма в печени [5]. Об интенсификации ПОЛ свидетельствовало повышение накопления ТБК-РП в гомогенатах мозга, которое было установлено начиная с 3-х суток эксперимента, достигало максимума на 14-е сутки (172%, р = = 0,023) и продолжало оставаться высоким вплоть до конца исследования. Следует отметить, что у жи-
вотных НУ уровень ТБК-рп весь период наблюдения не имел значимых различий с исходными данными.
К 5-м суткам концентрация АКТГ в плазме ВУ особей повышалась до максимума, который составил 345% (р = 0,012). Однако повторный рост АКТГ сопровождался лишь незначительным подъемом уровня кортикостерона, который достиг 93% от контрольных цифр (р = 0,012). В последующие дни активация механизма обратной связи приводила к снижению содержания АКТГ и, соответственно, кортикостерона.
Корреляционные взаимосвязи прослеживались также между содержанием гормонов ГГАС и показателями антиоксидантной защиты (АОЗ). В динамике уровня восстановленного глутатиона в гомо-генатах ткани мозга у ВУ животных отмечался существенный спад на 1-е — 3-и сутки наблюдения (до 44—52%, р < 0,001). Еще один минимум наблюдался на 14-е сутки (55% от контроля, р = = 0,041). Эти изменения представляются вполне закономерными, принимая во внимание высокую активность процессов липопероксидации в этой группе. К концу эксперимента содержание этого биосубстрата антиоксидантной защиты достигло контрольных цифр. Высокая интенсивность процессов липопероксидации сопровождалась адекватным повышением активности ферментов АОЗ, особенно каталазы, всплеск активности которой отмечался на 7-е сутки (328%, р = 0,0002). Несмотря на то, что этот фермент в мозге и представлен в относительно небольшом количестве, он является достаточно устойчивым к нарушениям свободно-радикального гомеостаза и в этой группе был значимо выше контроля в течение всего срока наблюдения. Активность СОД после закономерного снижения на 1-е сутки начинала расти и к 7-м суткам в 1,5 раза превышала базальные значения (р < 0,001). Таким образом, в группе ВУ животных ферментативные звенья антиоксидантной защиты мозга взаимодополняют и усиливают друг друга. Максимально этот механизм мобилизуется к 7-м суткам после реперфузии. Изменения активности СОД и каталазы на временном отрезке 7-е сутки коррелировали с изменениями уровней кортико-стерона и АКТГ (г = -0,61, р = 0,03 и г = -0,45, р = 0,04 соответственно).
У животных с низкой устойчивостью к гипоксии этот механизм дестабилизировался. В наших исследованиях в раннем постгипоксическом периоде (1-е сутки) не произошло достоверного повышения АКТГ, однако уровни глюкокортикоидных гормонов у НУ превышали аналогичные показате-
Байбурина Г.А., Нургалеева Е.А., Дроздова Г.А. Влияние экстремальной гипоксии на гормональный...
----—
ли ВУ (кортикостерон — 124%, р = 0,0002 и 110%, р = 0,007; альдостерон — 150%, р = 0,023 и 127%, р = 0,045 соответственно). Повышение концентрации АКТГ было отмечено только к 3-м суткам (до 239% от контроля, р = 0,001); это сопровождалось увеличением содержания кортикостерона и альдостерона в крови до максимальных значений, превысивших базальные в 1,6 (р = 0,0002) и 1,5 раза (р = 0,004) соответственно. На 5-е сутки на фоне тенденции к снижению АКТГ (до 79%) произошло резкое падение уровня кортикостерона до 75% (р = 0,0002), при этом уровень альдосте-рона сохранялся высоким. Такая волнообразная, по большей части однонаправленная, динамика уровней АКТГ и кортикостероидных гормонов отмечалась до 21 суток. Только к концу эксперимента наблюдалось восстановление функциональных взаимосвязей внутри ГГАС. Сильные корреляционные взаимосвязи между содержанием АКТГ и кортикостерона выявлялись на 21-е (г = -0,64, р = 0,03) и 35-е сутки (г = -0,5, р = 0,04).
Значительный подъем концентрации кортикостерона является показателем масштабности метаболических нарушений, при этом нейроэндокрин-ная система функционирует на пределе своих адаптационных возможностей [5]. Известно, что значительное повышение уровня глюкокортикои-дов оказывает токсическое влияние на головной мозг, особенно на гиппокамп, который богат глю-кокортикоидными рецепторами. Повышенный уровень кортикостерона приводит к «занятости» всех рецепторов, а дополнительный выброс кортикостерона в ответ на стресс оказывает повреждающее действие на мозг [6].
Динамика уровня восстановленного глута-тиона у НУ была волнообразной: снижение на 1-е (до 77%, р = 0,023), 7-е (59%, р < 0,001) и 21-е сутки (41%, р < 0,001); тенденция к повышению в остальные сроки постреанимационного периода. Такая кратковременная мобилизация механизмов антиоксидантной защиты на 3—5-е, 14-е сутки может быть обусловлена фазным характером гемодинамики после реперфузии.
Фермент СОД, осуществляющий первую линию защиты клеток от действия свободных радикалов, у животных с низкой устойчивостью к гипоксии угнетен весь срок наблюдения, что вполне объяснимо, учитывая его относительно низкую фоновую активность (ниже, чем у ВУ на 23%, р < 0,001). Минимальные значения показателя определяются в 1-е сутки после реперфузии (37% от контроля, р < 0,001). Каталазная активность
также была угнетена, в ее динамике определялся один пик, который приходился на 1-е сутки (267%, р < 0,001). Значимых корреляционных связей с исследуемыми гормонами обнаружено не было.
Таким образом, в группе НУ в целом невысокая активность неферментативного (глутатион) и ферментативного (СОД, каталаза) звеньев антиоксидантной защиты в мозге уравновешиваются невысоким уровнем липопероксидации, что может быть связано с критическими нарушениями мозговой гемодинамики. Максимальное напряжение адаптационно-приспособительных реакций наблюдается у этих животных к концу первых суток эксперимента.
Выводы. У крыс с низкой устойчивостью к гипоксии после воздействия экстремальной гипоксии происходило нарушение функционирования механизмов обратной связи в гипоталамо-ги-пофизарно-адренокортикальной системе, что нашло отражение в дизрегуляции метаболических процессов в мозге. У животных с высокой устойчивостью к гипоксии адаптационно-приспособительные реакции не выходили из-под контроля нейроэндокринной системы. Гормоны, воздействуя на мишени, вызывали метаболические и нейромо-дуляторные изменения, посогающие противостоять вызовам внешней среды.
ЛИТЕРАТУРА
1. Способ определения степени устойчивости к гипобарической гипоксии мелких лабораторных животных: пат. 2563059 Рос. Федерация, МПК G09B 23/28 / Г.А. Байбурина, Е.А. Нургалеева, Д.З. Шибкова [и др.]. № 20141377/14; заявл. 17.09.2014; опубл. 20.09.2015. Бюл. № 26.
2. Корпачев В.Г., Лысенков С.П., Телль Л.З. Моделирование клинической смерти и постреанимационной болезни у крыс // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 1982. № 3. С. 78—80.
3. Методы биохимических исследований / под ред. М.И. Прохоровой. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1982.
4. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г. Метод определения активности каталазы // Лабораторное дело. 1988. № 1. С. 16—18.
5. Ефремов А.В., Пахомова Ю.В., Мичурина С.В., Пахомов Е. А. Изменения гормонально-метаболических показателей плазмы крови крыс в остром периоде после общей управляемой гипертермии как проявление синдрома гмперметаболизма // Бюллетень сибирской медицины. 2006. Т. 5. № 2. С. 84—89.
6. Sapolsky R.M. Stress, glucocorticoids, and damage to the nervous system: the current state of confusion // Stress. 1996. № 1. Р. 1—19.
-----
INFLUENCE OF EXTREME HYPOXIA
ON HORMONAL PROFILE AND DYNAMICS
OF FREE RADICAL PROCESSES IN THE BRAIN OF RATS
WITH DIFFERENT PHENOTYPES OF RESISTANCE TO HYPOXIA
G.A. Bayburina1, E.A. Nurgaleeva1, G.A. Drozdova2
1 Bashkir State Medical University Ufa, Russia, 450000
2Peoples' Friendship University of Russia Moscow, Russia, 117198
Annotation. The aim of the work was to study the features of the hormonal profile and prooxidants changes in the brain of rats with different resistance to hypoxia in the recovery period after extreme hypoxia. In rats with low resistance to hypoxia after exposure to extreme hypoxia malfunction of feedback mechanisms occurred in the hypothalamic-pituitary-adrenocortical system, which is reflected in the deregulation of metabolic processes in the brain. The maximum voltage of adaptive reactions was observed at the end of the first day of the experiment. In animals with high resistance to hypoxia adaptive reactions did not come out from under the control of the neuroendocrine system, the maximum of the voltage was noted on the 7th day.
Key words: resistance to hypoxia, glucocorticoid hormones, brain.
REFERENCES
1. Bajburina G.A., Nurgaleeva E.A., Shibkova D.Z. et al. Sposob opredelenija stepeni ustojchivosti k gipobari-cheskoj gipoksii melkih laboratornyh zhivotnyh: Patent 2563059 RF, MPK G09B 23/28. № 20141377/14; zajavl. 17.09.2014; opubl. 20.09.2015. Bjul. № 26.
2. Korpachev V.G., Lysenkov S.P., Tell' L.Z. Modeli-rovanie klinicheskoj smerti i postreanimacionnoj bolezni u krys. Patologicheskaja fiziologija i jeksperimental'naja terapija, 1982, no. 3, pp. 78—80.
3. Metody biohimicheskih issledovanij. Ed. M.I. Pro-horovoj. Leningrad, Izd-vo Leningradskogo universiteta, 1982.
4. Koroljuk M.A., Ivanova L.I., Majorova I.G. Metod opredelenija aktivnosti katalazy. Laboratornoe delo, 1988, no. 1, pp. 16—18.
5. Efremov A.V., Pahomova Ju.V., Michurina S.V., Pahomov E.A. Izmenenija gormo-nal'no-metabolicheskih pokazatelej plazmy krovi krys v ostrom periode posle ob-shhej upravljaemoj gipertermii kak projavlenie sindroma gmpermetabolizma. Bjulleten' sibirskoj mediciny, 2006, vol. 5, no. 2, pp. 84—89.
6. Sapolsky R.M. Stress, glucocorticoids, and damage to the nervous system: the current state of confusion. Stress, 1996, no. 1, pp. 1—19.
