Температурные пороги остановки дыхания у крыс при глубокой гипотермии

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Биология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Международный Научный Институт & quot-Educatio"- I (8), 2015
126
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПОРОГИ ОСТАНОВКИ ДЫХАНИЯ У КРЫС ПРИ ГЛУБОКОЙ
ГИПОТЕРМИИ
Арокина Надежда Константиновна
докт. биол. наук, старший научный сотрудник, Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН, Санкт-Петербург
TEMPERATURE THRESHOLDS AT APNEA IN RATS UNDER DEEP HYPOTHERMIA
Arokina Nadejda Konstantinovna, Prof. Biol. Sciences, senior researcher, Institute of Physiology. I. P. Pavlova Russian Academy of Sciences, St. Petersburg АННОТАЦИЯ
В экспериментах на крысах изучались индивидуальные различия температурных порогов остановки дыхания при охлаждении в воде. Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что холодоустойчивость разных крыс отличается. Показано, что крысы с более высокими значениями кровяного давления и частоты сердцебиений, наблюдавшимися в момент остановки дыхания, имели большую вероятность выживания после извлечения из воды. Снижение концентрации ионов кальция в крови с помощью внутривенного введения Ыа2ЭДТА способствовало восстановлению дыхания даже после длительной остановки.
Ключевые слова: крысы, гипотермия, дыхание, кровяное давление, частота сердечных сокращений, Ыа2ЭДТА ABSTRACT
In experiments on the rats investigated individual differences of the temperature limit stop of the breathing in cold water. The data obtained allow us to conclude that cold resistance the rats are different. It is shown that rats with higher values of blood pressure and heartbeat rate, observed at stop breathing, have a higher chance of survival after removing from the water. The decrease in the concentration of calcium ions in the blood with help intravenous injection Na2EDTA promo te to the restoration of breathing.
Keywords: rats, hypothermia, breathing, blood pressure, heart rate, Na2EDTA
При спасении людей, находящихся в состоянии глубокой гипотермии, важнейшим фактором является поддержание легочного дыхания. Известно, что наиболее быстро гипотермия развивается при охлаждении в воде. Температура тела и мозга быстро снижаются, после достижения определенного температурного порога наступает остановка дыхания, вслед за этим прекращается работа сердца. Конкретные значения температурных порогов наступления холодового паралича дыхательной функции значительно различаются у разных видов животных и у людей- имеются индивидуальные внутривидовые отличия. Известны случаи выживания людей, замерзших до очень низких температур тела- однако большинство жертв эксидентальной гипотермии погибают при более высоких значениях температуры тела и мозга. До настоящего времени остаются открытыми вопросы о том, что же влияет на температурные пороги развития холодового паралича дыхательной функции, возможно ли восстановить дыхание после его длительной остановки у незимнеспящих организмов. В последние время многие авторы полагают, что гомойотермные незимнеспящие организмы в определенных условиях могут поддерживать жизнедеятельность при низких температурах тела, подобно зимнеспящим животным [3, 6, 8].
При гипотермии замедляется синтез АТФ, в результате нарушается транспорт ионов кальция из клетки во внеклеточную среду, происходящий против большого градиента концентрации. Длительное повышение [Са"+] в цитоплазме клетки выше нормы ведет к нарушению функций и гибели клетки [5, 7]. Ранее мы показали, что внутривенные инъекции динатриевой соли этилендиаминтет-
рауксусной кислоты — № 20ДТА (вещества, связывающего ионы кальция) способствуют активизации легочного дыхания у крыс [1, 2, 4], когда оно при глубокой гипотермии было ослаблено, но не прекратилось совсем. Целью настоящей работы было определить факторы, влияющие на температурные пороги наступления холодового паралича дыхательной функции, а также восстановить дыхание у крыс с помощью № 20ДТА после его длительной остановки при низких температурах тела и мозга.
Исследование было выполнено на крысах-самцах породы Вистар, массой 280−320 г. Под уретановым наркозом (125 мг/100 г) вводили катетеры в бедренную вену и артерию. Регистрировали электрокардиограмму, температуру в прямой кишке (медно-константановая термопара) и в области продолговатого мозга- частоту дыхания, артериальное давление. Данные сохраняли с помощью аналогоцифрового преобразователя, аппаратно-программных средств автоматизации физиологического эксперимента.
Через 2. 5−3 часа после операции крыс в специальном станке погружали в ванну с водой (9−10°С), голова находилась над поверхностью воды. Охлаждение производили до остановки дыхания, затем крыс извлекали из воды. Контрольным животным инъекций не производили. Опытным крысам через 5−7 мин после извлечения из воды в бедренную вену начинали введение 1 мл 0. 5% раствора № 20ДТА- введение производили в течение 4−5 минут, температура раствора была 15−16°С. [Са2+] в пробах цельной крови определяли с помощью миниатюрных кальциевых ионоселективных электродов. Пробы крови объемом
0.3 мл брали из бедренной вены до охлаждения, до введения Na2•ЭДТА, на 8-й минуте от начала введения. После
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- I (8), 2015
127
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
извлечения из воды регистрацию физиологических параметров у выживших крыс продолжали в течение 1.5 часов. Обработка данных производилась с использованием программы Statistica.
В исходном состоянии у крыс (n=46) ректальная температура (Тр) была равна 36. 1±0. 3 °C, мозга (Тм) 36. 3±0. 2 °C, частота дыхания (ЧД) 92±4 циклов/мин, частота сердечных сокращений (ЧСС) 463±1 ударов/мин, артериальное давление (АД) 102±5 мм рт. ст., [Ca2+] -
0. 98±0. 02 мМ. После погружения в воду температура в прямой кишке начинала снижаться. Первые 10 минут скорость понижения ректальной температуры достигала
0. 7±0. 1°/мин, затем она постепенно уменьшалась до 0. 15±0. 02°/мин. В среднем время охлаждения крыс было 60−80 мин. Крыс извлекали из воды, когда происходила полная остановка дыхания.
У 24х контрольных животных дыхание не возобновилось. Анализ скорости угнетения дыхания и работы сердца позволил разделить этих крыс на две группы. У группы № 1 (n=14) остановка дыхания наблюдалась при Тр 15. 6±0. 2 °C и Тм 17. 0±0. 2 °C, а у группы № 2 — при 14. 3±0. 4 °C и 15. 7±0. 4 °C, соответственно (таблицы 1 и 2). За 30 мин до остановки дыхания Тр, Тм, ЧД, АД и ЧСС в группе № 1 имели более высокие значения, чем в группе № 2.
Таким образом, имеются значительные индивидуальные различия в скорости угнетения физиологических функций, в температуре наступления холодового паралича дыхательной функции в глубокой стадии гипотермии у разных крыс. Интересно, что у 1й группы крыс при остановке дыхания сохранялся более высокий уровень АД и ЧСС, однако все же эти крысы не восстановили дыхание после извлечения из воды.
Таблица 1
Изменение физиологических параметров у контрольных крыс группы № 1 до и после остановки дыхания
при глубокой гипотермии.
Показатель Время д к о остановки дыхания, рыса в воде 10° Извлечение из воды Время после остановки дыхания
30 мин 20 мин 10 мин 10 мин 20 мин
Тр, С° 22. 4±0.8 19. 6±0.4 17. 3±0.3 15. 6±0.2 14. 4±0.3 14. 1±0. 3
Тм, С° 24. 9±0.7 21. 7±0.5 18. 9±0.3 17. 0±0.2 15. 9±0.2 15. 7±0. 2
ЧД, циклов/мин 60. 2±4.8 41. 5±3.0 20. 3±3.3 0. 6±0.3 0 0
АД, мм рт. ст. 86. 1±2.3 83. 6±2.9 79. 1±4.2 42. 6±5.0 16. 4±5.0 2. 7±1. 0
ЧСС, ударов/мин 183.0 ±13.3 125.8 ±7.7 82. 6±2.4 51. 4±5.3 25. 6±4.1 11. 5±2. 1
Таблица 2
Изменение физиологических параметров у контрольных крыс группы № 2 до и после остановки дыхания ___________________________________при глубокой гипотермии_______________________________________
Показатель Время до остановки дыхания, крыса в воде 10° Извлечение из воды Время после остановки дыхания
30 мин 20 мин 10 мин 10 мин 20 мин
Тр, С° 19. 1±0.8 17. 1±0.6 15. 5±0.5 14. 3±0.4 13. 4±0.5 13. 0±0. 5
Тм, С° 20. 7±0.6 18. 4±0.6 16. 8±0.5 15. 7±0.4 14. 9±0.4 14. 7±0. 4
ЧД, циклов/мин 35. 1±5.8 21. 1±5.2 6. 4±2.2 0 0 0
АД, мм рт. ст. 73. 5±4.0 60. 2±5.3 43. 4±5.3 15. 6±3.2 0 0
ЧСС, ударов/мин 120. 2±4.7 89. 9±3.1 57. 9±5.1 32. 3±4.4 17. 3±2.7 6. 9±0. 9
В особую группу были выделены крысы, которые сами восстановили дыхание после его остановки. В группе № 3 (n=4) дыхание остановилось при Тр 14. 9±0. 8 °C и Тм 15. 7±0. 9 °C. Через 5−7 мин после извлечения из воды эти крысы восстановили дыхание. Через 40 мин после извлечения из воды при Тр 11. 6±0. 7 °C и Тм 14. 1±0. 6 °C ЧД повысилась до 8. 5±2. 4циклов/мин. При этом АД было 26±4 мм рт. ст., а ЧСС 38±5 ударов/мин. При дополнительном охлаждении тела до Тр 10. 8±0. 8 °C и Тм 13. 7±0. 3 °C эти крысы также погибли. В группе № 4 (n=3) животные были извлечены из воды, когда дыхание было очень редкое 1 цикл за 1−2 мин. При этом Тр 17. 4±0. 2 °C и Тм 18. 7±0. 3 °C, АД 80±5 мм рт. ст., ЧСС 82±4 ударов/мин. Важно отметить, что все эти значения в контрольной группе № 4 были достоверно выше, чем у предыдущих групп. У этих крыс на 20й мин от извлечения из воды ЧД было 5±2 цик-лов/мин, через 1.5 часа был — 11±2 циклов/мин (при Тр
15. 4±0. 4 °C и Тм 17. 1±0. 3°С). Надо подчеркнуть, что у этих крыс АД и ЧСС значительно не понижались: АД поддерживалось на уровне 50−60 мм рт. ст., а ЧСС — 70−80 уда-ров/мин. Можно полагать, что причина выживания крыс групп № 3 и № 4 после остановки дыхания состоит в меньшей степени холодового повреждения нейронов сердечнососудистого центра. Возможно, имелась большая холодоустойчивость кардиомиоцитов. Вероятно, что контрольные крысы группы № 3 и № 4 имели другие индивидуальные особенности, обеспечившие их повышенную холодоустойчивость.
Опытным группам крыс (группы № 5 и № 6) для стимуляции дыхания после его остановки внутривенно вводили Na2•ЭДТА. В группе № 5 (n=11) дыхание прекращалось при Тр 15. 0±0. 2 °C, Тм 16. 2±0. 1 °C. При этом наблюдались колебания АД от 10 до 40 мм рт. ст., возникали сердечные аритмии. Через 5−7 мин после извлечения
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- I (8), 2015
128
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
животных из воды им внутривенно вводили 0. 5% раствор № 20ДГА. На 20й мин после введения ЧД повысилась до 10. 6±2.0 циклов/мин. Через 1.5 часа после извлечения крыс из воды ЧД возросла до 43±4 цикла/мин., АД было 48±5 мм рт. ст., ЧСС 77±3 ударов/мин.
У крыс группы № 6 (n=4) дыхание остановилось при более низких температурах: Гр 14. 0±0. 9 °C и Гм 15. 3±0. 3 °C (при АД 22±3 мм рт. ст., ЧСС 38±5 ударов/мин). На 20й мин после введения Na2•ЭДТА ЧД стала 7±1 циклов/мин, через 1.5 часа ЧД достигла 24±5 цик-лов/мин (при АД 57±7мм рт. ст., ЧСС 69±8 ударов/мин). Измерение концентрации кальция в крови показало, что перед первым введением № 20ДГА [Ca2+] была 1. 22±0. 01 мМ, на 8-й минуте от начала введения препарата — 0. 80±0. 02 мМ.
Можно полагать, что понижение концентрации ионов кальция в крови способствовало активизации дыхательной функции при температуре развития ее холодового паралича. Эксперименты с введением № 20ДГА показали, что даже после остановки дыхания, длившейся 5−18 мин, оно может быть восстановлено без специального согревания животного. Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что холодоустойчивость разных крыс отличается. Кроме того, наши данные показали, что более высокий уровень АД и ЧСС в момент остановки дыхания является фактором, повышающим вероятность выживания крыс. Снижение концентрации ионов кальция в крови на 20−30% с помощью внутривенного введения № 20ДГА гипотермическим крысам повышает вероятность выживания животных, ускоряет восстановление легочного дыхания даже после его длительной остановки. У опытных групп крыс после внутривенного введения № 20ДГА наблюдалось более значительное повышение частоты дыхания, в сравнении с крысами, восстановившими дыхание самостоятельно при низкой температуре тела и мозга. Кроме того, следует подчеркнуть, что таким способом можно снижать температурную границу сохранения дыхательной функции организма при глубокой ги-
потермии. Результаты этих экспериментов могут быть использованы как для фундаментальных исследований, так и в реанимационной практике.
Список литературы
1. Арокина Н. К. Восстановление жизнедеятельности у глубоко охлажденных животных физиологическими методами без отогревания // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. — 2013. — Г. 99. № 10. — С. 1214−1222.
2. Арокина Н. К., Федоров Г. С. Определение минимальных доз ЭДГА, стимулирующих дыхание крыс при гипотермии. // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. — 2009. — Г. 95. № 7.- С. 779−785.
3. Крамарова Л. И., Зиганшин Р. Х., Гахова Э. Н. Эндогенные гипометаболические-гипотермические факторы и их возможное применение для жизни в холоде // Биоорганическая химия. — 2009. — Г. 35. № 5. — С. 597−609.
4. Федоров Г. С., Арокина Н. К., Иванов К. П. Механизмы угнетения физиологических функций при гипотермии и способ их стимуляции без отогревания тела // Росс. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. — 2006. — Г. 92. № 11. — С. 1373−1381.
5. Boutilier R.G. Mechanisms of cell survival in hypoxia and hypothermia // J. exper. biol. — 2001. — Vol. 204 (pt 18). — P. 3171−3181.
6. Breukelen F., Martin S.L. Molecular biology of Thermoregulation Invited review: molecular adaptations in mammalian hibernators: unique adaptations or generalized responses? // J. Appl. Physiol. — 2002. -Vol. 92.- P. 2640−2647.
7. Caracole E. // the calcium pumping ATPase of the plasma membrane. //Ann. Rev. Physiol. — 1991. -Vol. 53. — P. 531−547.
8. Hannah V. Carey H.V., Andrews M.T., Martin S.L. Mammalian hibernation: cellular and molecular responses to depressed metabolism and low temperature. // Physiol. Rev. — 2003. Vol. 83. — P. 1153−1181.
РОЛЬ ЛИПОКСИГЕНАЗНОГО ПУТИ ОКИСЛЕНИЯ АРАХИДОНОВОЙ КИСЛОТЫ В РЕГУЛЯЦИИ ГЛУТОКСИМОМ ТРАНСПОРТА Na+ В КОЖЕ ЛЯГУШКИ
Мельницкая Анастасия Валерьевна
канд. биол. наук, доцент Санкт-Петербургского государственного университета, Санкт-Петербург
Крутецкая Зоя Иринарховна
докт. биол. наук, профессор Санкт-Петербургского государственного университета, Санкт-Петербург
THE ROLE OF LIPOXYGENASE OXIDA TION PA THWA Y OF ARA CHIDONIC A CID IN GLUTOXIM REGULA TION OF Na+ TRANSPORT IN FROG SKIN
Melnitskaya Anastasiya, Candidate of Science, associate professor of Saint-Petersburg State University, Saint-Petersburg Krutetskaya Zoya, Doctor of Science, professor of Saint-Petersburg State University, Saint-Petersburg АННОТАЦИЯ
С применением метода фиксации потенциала показано, что блокатор 5- липоксигеназ каффеиковая кислота модулирует влияние иммуномодулятора глутоксима на транспорт Na+ в коже лягушки. Полученные данные свидетельствуют об участии липоксигеназного пути окисления арахидоновой кислоты в регуляции глутоксимом транспорта Na+ в коже лягушки.
ABSTRACT
With the use of the voltage-clamp technique it was shown that the lipoxygenase inhibitor caffeic acid modulates the stimulatory effect of immunomodulator glutoxim on Na+ transport in frog skin. The results suggest that the lipoxygenase oxidation pathway of arachidonic acid is involved in the regulatory effect of glutoxim on Na+ transport in frog skin.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой