МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ТАВРІЙСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені В.І. ВЕРНАДСЬКОГО

РЕВЯКІНА Олена Геннадіївна

УДК 612.44+612.55+612.745.1

СТАН ГІПОФІЗАРНО-ТИРЕОЇДНОЇ СИСТЕМИ

І ФІЗІОЛОГІЧНОГО КАЛОРИГЕНЕЗУ У БІЛИХ ЩУРІВ

ПРИ ГОСТРІЙ ДІЇ ХОЛОДУ

03.00.13 – фізіологія людини і тварин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Сімферополь – 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Донецькому національному університеті

Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор

Соболєв Валерій Іванович

Донецький національний університет

завідувач кафедри фізіології людини і тварин

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Коренюк Іван Іванович

Таврійський національний університет

ім. В.І.Вернадського

професор кафедри фізіології людини

і тварин та біофізіки;

кандидат медичних наук, доцент

Родинський Олександр Георгійович

Дніпропетровська державна медична Академія

доцент кафедри фізіології

Провідна установа: Донецький державний медичний університет

ім. М.Горького

(кафедра фізіології)

Захист відбудеться 14.06. 2007 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 52.051.04 у Таврійському національному університеті ім. В.І. Вернадського за адресою: 95007, Крим, м. Сімферополь, пр. Вернадського, 4

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Таврійського національного університету ім. В. І. Вернадського за адресою:

95007, Україна, Крим, м. Сімферополь, пр. Вернадського, 4

Автореферат розісланий 12.05.2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради К 52.051.04 Д.Р.Хусаінов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Вивчення закономірностей нейрогуморальної регуляції функцій як і раніше залишається основною задачею сучасної фундаментальної фізіології і практичної медицини. Однією з фундаментальних характеристик живого організму є здібність до збереження сталості внутрішнього середовища і властивостей. Гомеостазіс забезпечується координованою діяльністю численних механізмів, що реалізуються на всіх рівнях організації – від молекулярного до рівня цілісного організму. Цей складний регуляторний процес забезпечується злагодженою роботою нервової і ендокринної систем, зокрема гіпофізарно-тиреоїдною і симпатоадреналовою [Алешин Б.В., Губский В.И, 1983; О.Г.Баклаваджян,1981; Hulbert,2000; Abrahamson,1986; Babenko, 2005; Sobolev,1981]. Відомо, що здібність до збереження сталості температури тіла є одним з фундаментальних явищ, яке багато в чому визначило еволюцію тваринного світу. У сучасній медико-біологічній науці важливе місце відводиться проблемам, пов'язаним з вивченням можливостей існування людини і тварин в несприятливих умовах зовнішнього середовища. Одним з чинників, що порушують стан гомеостазісу організму, є чинник температури. У останні 10-15 років у роботах ряду дослідників [Ю.И. Баженов,2002; В.Н. Гурин,1991; К.П. Іванов, 1992; Л.Н. Медведев,1990; В.В. Суворов,2002; Ф.Ф.Султанов, В.И.Соболев,1991; Jansky,1995; Sobolev,1991] встановлені основні закономірності реакції гомойотермного організму у відповідь на порушення температурного гомеостазісу. Проте багато аспектів даної проблеми залишилися маловивченими. В першу чергу це відноситься до фізіологічних механізмів гормональної регуляції температурного гомеостазісу, зокрема ролі тиреоїдних гормонів і катехоламінів в забезпеченні сталості температури тіла, зокрема при екстремальних (глибока гіпотермія) станах.

Експериментальній розробці ряду аспектів названої проблеми і присвячена дисертаційна робота.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі фізіології людини і тварин Донецького національного університету в межах держбюджетних тем: ''Фізіологічні механізми адаптації людини і тварин до температурних чинників середовища і виробництва" (номер держреєстрації - 01860099045), ''Енергетика м`язового скорочення при порушенні функції щитоподібної залози і дія катехоламінів'' (номер держреєстрації Г-02/45 0102U243), ''Дослідження та розробка заходів відновлення антропогенно трансформованих екосистем південного сходу України'' (номер держреєстрації №021 ВВ/17).

Об'єкт дослідження: нейрогуморальна регуляція функцій організму в умовах гострої гіпотермічної дії холоду.

Предмет дослідження: фізіологічні механізми терморегуляції: холодовий калоригенез, термогенна функція скелетного м'яза, гормони крові, ендокринні кореляції, морфометрія щитоподібної залози.

Методи дослідження: в умовах in vivo – вимірювання параметрів фізіологічного калоригенезу (термометрія, швидкість поглинання кисню); в умовах in situ – вимірювання температурного ефекту ізометричного скорочення переднього великогомілкового м'яза білого щура, визначення сили і швидкості його скорочення, величини (об'єму) ізометричної напруги, латентного періоду скорочення; в умовах in vitro – визначення концентрації циркулюючих гормонів: тиреотропного гормону гіпофіза, тироксину і трийодтироніну у вільній і загальній формах.

Метою роботи було виявлення якісних і кількісних взаємозв'язків між інтегральними параметрами системи терморегуляції, ефективністю її основних механізмів і станом секреторної функції аденогіпофізарно-тиреоїдної системи білих щурів в умовах нормотермії і при гострій дії холоду різної інтенсивності.

Для досягнення поставленої мети передбачалося рішення наступних задач:

Ш з'ясувати характер взаємозв'язку між інтенсивністю дії холоду, аж до розвитку глибокої гіпотермії, вираженістю холодового калоригенезу і параметрами енергетики великогомілкового м’яза білих щурів за ізометричного режиму скорочення в умовах in situ;

Ш провести порівняльний кількісний аналіз терморегуляційного ефекту адреналіну на інтенсивність холодового калоригенезу, енергетику скорочення в умовах in situ великогомілкового м'яза білих щурів за нормо- і гіпотермії різного ступеня виразності;

Ш шляхом паралельного визначення концентрації тиреотропного гормону і гормонів щитоподібної залози виявити закономірності в стані аденогіпофізарно-тиреоїдної системи білих щурів в нормі і за гіпотермічної дії холоду різної інтенсивності;

Ш провести порівняльний аналіз морфофункціонального стану щитоподібної залози білих щурів, що піддавалися дії холоду різної інтенсивності, аж до розвитку глибокої гіпотермії.

Вирішення поставлених задач дозволить дати комплексну кількісну оцінку функціонування системи терморегуляції у взаємозв'язку із станом її основних фізіологічних механізмів, включаючи аденогіпофізарно-тиреоїдну систему, в нормі і при розвитку гіпотермічного стану.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше проведена порівняльна кількісна і якісна оцінка реакції аденогіпофізарно-тиреоїдної системи і основних фізіологічних механізмів терморегуляції в умовах наростаючої інтенсивності дії холоду.

Вперше встановлено, що з наростанням сили гіпотермічної дії холоду нівелюється головний механізм теплоутворення у холоді – термогенна ефективність скелетної мускулатури.

Виявлено, що екзогенне введення адреналіну в умовах in situ підвищує теплотворну функцію великогомілкового м'яза білих щурів за рахунок зниження енергетичної ефективності скоротливого акту. Вказаний механізм підвищення термогенної вартості м'язового скорочення є найбільш ефективним за фізіологічної моделі охолоджування і разом з розвитком гіпотермічного стану поступово послаблюється і повністю зникає за глибокої гіпотермії. Показано, що разом з розвитком гіпотермії ослаблюється, а потім повністю втрачається здатність адреналіну стимулювати інтенсивність холодового калоригенезу у гомойотермного організму – білих щурів.

Наведені нові дані, що стосуються характеру взаємостосунків між різними складовими елементами аденогіпофізарно-тиреоїдної системи в умовах нормотермії і за гострого охолоджування. Встановлено, що в умовах термонейтральної зони у межах фізіологічних коливань тиреотропного гормону крові регуляція секреції гормонів щитоподібної залози за принципом “плюс-мінус взаємодія” значною мірою відносна, а регуляція здійснюється переважно за принципом позитивного зворотного зв'язку; на крайніх кордонах фізіологічної норми концентрацій ТТГ зворотний негативний зв'язок в системі, як принцип регуляції, активується.

Вперше за допомогою паралельного імуноферментного і морфометричного аналізів показано, що з наростанням ступеня виразності гіпотермічної дії активність аденогіпофізарно-тиреоїдної системи зазнає ряд закономірних фаз: початкова активація – гіперактивність і повне пригноблення секреторної функції. Одержані дані свідчать, що під впливом холодової дії різної інтенсивності і тривалості змінюється профіль секреторної функції щитоподібної залози на користь активнішого гормону – трийодтироніну.

Практичне значення одержаних результатів. Представлені в роботі результати можуть бути використані: а) у практиці фізіології і гігієни праці при розробці засобів і методів підвищення холодової стійкості організму; б) у фізіології спорту при прогнозуванні працездатності і силових характеристик скелетної мускулатури у зв'язку з сезонною адаптацією, біоритмами, переміщенням в інші часові пояси, кліматичні зони, характером психоемоційного стресу та в ін. випадках, які супроводжуються активацією функції гіпоталамо-гіпофізарно-тиреоїдної системи; в) у клінічній ендокринології і патофізіології при визначенні засобів і методів корекції тиреоїдного статусу; г) у фізіології екстремальних станів для корекції силових характеристик скорочення м'яза і стійкості до гіпотермії; д) у різних сферах кріобіології і кріомедицини при розробці методів “уведення” і “виведення” гомойотермного організму із стану глибокої гіпотермії; е) у Вузах при вивченні розділів фізіології людини, що стосуються ендокринної, нервово-м'язової систем, екологічної фізіології і фізіології терморегуляції.

Особистий внесок здобувача. Автор самостійно провів патентно-інформаційний пошук і аналіз наукової літератури з теми дисертаційної роботи.

Експериментальні дослідження (вимірювання параметрів фізіологічного калоригенезу, холодової стійкості тварин, вимірювання ерготропних параметрів м'язового скорочення, температурного ефекту скорочення м'яза, визначення концентрації гормонів крові, морфометрія щитоподібної залози), аналіз експериментальних даних і їх статистична обробка проведені автором самостійно.

Вибір теми дисертаційної роботи, постановка мети і задач дослідження, інтерпретація одержаних результатів і формулювання висновків виконана за участю наукового керівника.

Апробація результатів. Основні положення дисертаційної роботи були представлені на IV з'їзді Українського біофізичного товариства (м. Донецьк, 2007), Каразінській природознавчій студії (14-16 червня 2004 р., м. Харків), 9-му Міжнародному медичному конгресі студентів і молодих вчених (м. Тернопіль, 2005), Наукових конференціях професорсько-викладацького складу Донецького національного університету (м. Донецьк, 2003-2007 рр.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 8 наукових робіт: 5 статей в журналах і збірках наукових праць, рекомендованих ВАК України, і троє тез у матеріалах Українських наукових конференцій.

Структура та об'єм дисертації. Дисертаційна робота викладена на 209 сторінках комп’ютерного тексту і складається зі вступу, переліку умовних скорочень, огляду літератури, опису матеріалів і методів дослідження, результатів експериментів, обговорення результатів, висновків та списку літератури із 317 використаних джерел, у тому числі 126 англійською мовою. Дисертація ілюстрована 58 малюнками і містить 28 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ

Експерименти були виконані на 224 дорослих білих щурах-самцях. З використанням всіх тварин були проведені 4 серії дослідів. В кінці кожного температурного тесту проводилась декапітація тварин, кров використовувалася для подальшого аналізу, а щитоподібна залоза – для морфометричного дослідження. Визначення гормонів проводилося за допомогою методу імуноферментного аналізу з використанням системи фірми ''ThermoLabsystems'' і стандартним набором реагентів (ТироїдІФА-ТТГ-1, ТироїдІФА-тироксин-01, ТироїдІФА-вільний Т4, ТироїдІФА-трийодтиронін-01 і ТироїдІФА-трийодтиронін вільний). В ході досліду реєструвалася ректальна температура і швидкість поглинання кисню (“Radiometer”). У аналогічних експериментах в умовах in situ за допомогою тензометричної і термометричної установки, а також комп'ютерного аналізу записів міограм досліджувалася енергетика ізометричного скорочення великогомілкового м'яза, а також вплив на ці параметри адреналіну.

При вивченні енергетики ізометричного скорочення великогомілкового м'яза білих щурів аналізувалися наступні параметри:

Ш максимальна сила скорочення (напруги) м'яза при кожному скорочувальному акті, Ньютон;

Ш час, необхідний для розвитку максимальної сили скорочення м'яза, мс;

Ш латентний період скорочення, мс;

Ш об'єм ізометричної напруги за весь період скорочення - ?(dН·dс), який чисельно відповідав значенню площі під кривою “Час скорочення – Сила ізометричної напруги”;

Ш величина приросту температури м'яза, що була викликана його скороченням (+?Т0С).

Наведені параметри енергетики м'язового скорочення дозволяли розрахувати так звану температурну вартість скорочення м’яза (ТВСМ-1 і ТВСМ-2).

У першому випадку вона розраховувалася як відношення приросту температури м'яза до максимальної сили його скорочення, а в другому – як відношення до об'єму ізометричної напруги. Всі названі параметри розраховувалися для кожного окремого ізометричного скорочення м’яза у тварин всіх груп. Досліджувані показники реєструвалися за двох умов: без введення адреналіну і після його введення. М'яз заздалегідь розтягувався вантажем масою 100 г, тривалість скорочення складала 1 с. Адреналін вводився до м’яза протилежної кінцівки в дозі 0,2 мг/кг. Повторна реєстрація показників енергетики м'яза при його скороченні виконувалась через 15 хв. після введення гормону. У такий спосіб було можливо виявити характер дії адреналіну на параметри енергетики ізометричного м'язового скорочення за різної інтенсивності дії холоду.

У першій серії експериментів досліджувані показники реєструвалися в умовах термонейтральної зони (28…30 0С). У другій серії дослідів модель охолоджування характеризувалася наступними параметрами: 60 хвилин по дві тварини в клітинці при температурі камери -5 0С; ректальна температура в ході досліду не змінювалася (фізіологічне охолоджування). У третій серії дослідів використовувалася більш інтенсивна модель охолоджування: 1 година при -25 0С по дві тварини в клітинці; зниження ректальної температури складало в середньому 5,8±0,59 0С (середній ступінь гіпотермії). У четвертій серії дослідів модель охолоджування передбачала екстремальну дію холоду (-25 0С) доки ректальна температура не знижувалася до рівня 20,0 0С (глибока гіпотермія).

При виконанні експериментів дотримувалися Правил роботи із експериментальними тваринами з відповідним позитивним Висновком комісії із біоетики Донецького національного університету.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Результати експериментів показали, що виразність одного з найважливіших механізмів холодового калоригенезу – адреналін залежної теплопродукції – у значному ступені залежала від температури тіла тварин (табл.1). Так, в умовах нормотермії адреналін істотно підвищував як швидкість споживання кисню (калоригенний ефект +54%), так і температуру тіла (термогенний ефект +1,1±0,090С).

Таблиця 1.

Калоригенний ефект адреналіну у білих щурів в кінці гіпотермічної дії холоду в залежності від температури тіла

Умови | Умови гіпотермічної дії

Термонейтральна зона, 28…300С | Фізіологічне охолоджування | Гіпотермія середнього ступеня виразності | Глибока

гіпотермія

Рект. темпе-ратура, 0С | Спожи-вання 02, мл/кг/хв | Рект. темпе-ратура, 0С | Спожи-вання 02, мл/кг/хв | Рект. темпе-ратура, 0С | Спожи-вання 02, мл/кг/хв | Рект. темпе-ратура, 0С | Спожи-вання 02, мл/кг/хв“

До” адре-наліну | 37,9

±0,05 | 20,1

±0,14 | 38,1

±0,2 | 34,1

±1,1 | 32,1

±0,59 | 38,7

±3,3 | 18,0

±1,1 | 5,1

±1,2“

Після” адре-наліну | 39,0

±0,11 | 30,9

±0,89 | 40,0

±0,23 | 49,1

±1,4 | 32,6

±0,65 | 38,3

±4,1 | 18,03

±1,2 | 5,4

±1,7

Різниця |

+1,1

±0,09

p<0,05 | +10,8±0,2

+54%

p<0,05 | +1,9

±0,12

p<0,05 | +15±0,31

+44%

p<0,05 | +0,5

±0,21

p<0,05 | -0,4±1,23

-1%

p>0,05 | -0,03

±0,01

p>0,05 | +0,29±0,2

+5%

p>0,05

Таблиця 2

Порівняльна характеристика показників ерготропної функції великогомілкового м'яза при дії холоду різної інтенсивності

Показник ерготропної функції м’яза | Інтенсивність охолоджування

Термонейтральна зона

(контроль)

(1 серія дослідів) | Фізіологічне охолоджування

(2 серія дослідів) | Гіпотермія середнього ступеня виразності

(3 серія) | Глибока гіпотермія

(4 серія дослідів)

Макс. сила скорочення (напруги) м’яза, Н |

1,86±0,13 | 1,73±0,11

(-0,13±0,17)

-7%, p>0,05 | 1,28±0,09

(-0,58±0,16)

-31%, p<0,05 | 0,99±0,07

(-0,87±0,21)

-47%, p<0,05

Час

розвитку макс. сили м’яза, мс |

948±23 |

949±29

(+1±38)

+0,1%, p>0,05 | 939±39

(-9±45)

-1%, p>0,05 | 981±29

(+33±38)

+3%, p>0,05

Латентний період скорочення, мс |

32±1,6 | 30±1,3

(-2±2,1)

-6%, p>0,05 | 42±1,5

(+10±2,2)

+31%, p<0,05 | 49±1,9

(+17±2,5)

+53%, p<0,05

Об’єм ізомет-ричної напруги за весь період скорочення, ?(dH·dс) |

3,56±0,19 | 3,31±0,21

(-0,25±0,28)

-7%, p>0,05 | 1,28±0,09

(-2,28±0,21)

-64%, p<0,05 | 1,47±0,13

(-2,09±0,23)

-59%, p<0,05

Примітка: у дужках приведене значення різниці порівняно з умовами термонейтральної зони

Достатньо виражений калоригенний (+44%) і термогенний (+1,9±0,120С) ефекти були зафіксовані і у тварин, що піддавалися фізіологічному охолоджуванню, коли ректальна температура практично не знижувалася. За гіпотермічної дії середнього ступеня виразності адреналін не проявляв статистично достовірного ефекту на швидкість споживання кисню. Що ж до глибокої гіпотермії, то гормон повністю втрачав здібність до будь-якої калоригенної і термогенної дії.

Таблиця 3

Порівняльна характеристика ефекту адреналіну (у % від рівня “До введення адреналіну”) на показники енергетики скорочення м'яза у білих щурів при різній інтенсивності гострої дії холоду

Показник термогенної

функції м’яза | Інтенсивність охолоджування

Термонейт-ральна зона

(1 серія) | Фізіологічне

охолоджування

(2 серія) | Гіпотермічна дія середнього ступеня (3 серія) | Глибока гіпотермія

(4 серія)

Макс. сила скорочення (напруги) м’яза, Н | +0,09±0,20

+5%, p>0,05 | +0,10±0,21

+6%, p>0,05 | +0,30±0,14

+23%, p<0,05 | -0,11±0,09

-11%, p>0,05

Час розвитку макс. сили м’яза, мс | -134±35

-14%, p<0,05 | -92±39

-10%, p<0,05 | -105±42

-11%, p<0,05 | -21±40

-2%,p>0,05

Латентний період скорочення, мс | -8±1,6

-25%, p<0,05 | -9±1,7

-30%, p<0,05 | -10±1,9

-24%, p<0,05 | -4±2,3

-8,2%, p>0,05

Об’єм ізометричної напруги за весь період скорочення, ?(dH·dс) | +1,57±0,28

+44%

p<0,05 | +1,17±0,31

+35%

p<0,05 | +0,56±0,27

+21%

p<0,05 | +0,22±0,25

+14%

p>0,05

температурна вартість скорочення м’яза

(ТВСМ-1),

[+?Т0С/Н]10 -2 | +4,06±0,47

+52%

p<0,05 | +4,96±0,61

+44%

p<0,05 | +3,65±0,47

+39%

p<0,05 | +0,26±0,26

+5%

p>0,05

температурна вартість скорочення м’яза,

(ТВСМ-2)

[+?Т0С/(Н с)]10 -2 | +0,44±0,25

+11%

p<0,05 | +0,73±0,23

+12%

p<0,05 | +1,87±0,16

+42%

p<0,05 | -0,60±0,35

-18%

p>0,05

Примітка: у дужках приведене значення різниці порівняно з початковим періодом “До введення адреналіну”

Другим найважливішим механізмом холодового калоригенезу є термогенна функція скелетної мускулатури, одним із показників якої виступає температурна вартість м'язового скорочення. Порівняльний аналіз стану параметрів ерготропної функції великогомілкового м'яза білих щурів за різних температурних умов наведений у табл.2. Як видно, за умови фізіологічного охолоджування всі вивчені показники не змінювалися по відношенню до контрольних величин. У 3-ій серії дослідів, коли температура тіла істотно знижувалася (-5,8±0,59 0С), спостерігалися виражені зміни з боку латентного періоду скоротливого акту, а також з боку здібності м'яза до збереження високого рівня ізометричної напруги.

Однією з значущих задач дисертаційної роботи було з'ясування можливої ролі адреналіну в регуляції енергетики скелетного м'яза при його скороченні за різної інтенсивності дії холоду (табл. 3). Якісну характеристику скоротливого акту під впливом адреналіну в умовах нормотермії можна продемонструвати шляхом розрахунку швидкості його (скорочення) розвитку (Рис.1). Як видно, ефект адреналіну на швидкість розвитку ізометричного скорочення м'яза найчіткіше виявлявся у ранній стадії скоротливого акту. Надалі швидкість скорочення в обох випадках була приблизно однаковою.

При зростанні інтенсивності охолоджування закономірно наростає позитивний вплив адреналіну на максимальне значення сили, що розвиває м’яз при ізометричному скороченні, а ефект адреналіну на латентний період скорочення і загальний час досягнення максимальної сили скорочення позитивний і не залежить від інтенсивності холодової дії. Проте швидкість розвитку максимальної сили, зокрема на початку скорочення, під впливом адреналіну значно зростає. Позитивний ефект адреналіну на показник – “об'єм ізометричної напруги за всю фазу скорочення” - із зростанням інтенсивності охолоджування знижується. Оцінка термогенної вартості скорочення м'яза показала (табл.4), що стимулюючий вплив адреналіну на одиницю сили при максимальному скороченні (ТВСМ-1) з наростанням інтенсивності холодової дії слабшає, але завжди достатньо добре виражений. В той же час при холодовій дії середнього ступеня інтенсивності “сила” впливу адреналіну на температурну вартість м'язового скорочення, розрахованого на “об'єм” ізометричної напруги – ТВСМ-2, істотно вище (у 4 рази), ніж в умовах термонейтральної зони, або за фізіологічного рівня охолоджування. При глибокій гіпотермії ефект адреналіну на теплотворчу функцію м'яза зникає.

Зазначені принципові відмінності в реакції з боку фізіологічних механізмів холодового калоригенезу залежно від інтенсивності охолоджування простежуються і з боку реакції аденогіпофізарно-тиреоїдної системи. В табл.5 наведені порівняльні дані вимірювання концентрації тиреотропного гормону гіпофіза в різних серіях експериментів. Як видно, найбільша стимуляція секреції ТТГ аденогіпофізом відмічена в 3-й серії дослідів (помірна гіпотермія), коли рівень тиреотропного гормону крові зростав в 20 разів. При глибокій гіпотермії рівень ТТГ крові був на межі чутливості методу імуноферментного аналізу.

Таблиця 4.

Порівняльна характеристика температурної вартості скорочення м'яза білих щурів при гострій дії холоду різної інтенсивності

Показник термогенної

функції м’яза: | Інтенсивність холодової дії

Термонейт-ральна зона

(1 серія) | Фізіологічне

охолоджування

(2 серія) | Гіпотермічна дія середнього ступеня виразності

(3 серія) | Глибока гіпотермія

(4 серія дослідів)

температурна вартість скорочення м’яза (ТВСМ-1),

[+?Т0С/Н]10 -2 |

7,79±0,31 |

11,32±0,42

(+3,53±0,52)

+45%, p<0,05 | 9,45±0,31

(+1,66±0,44)

+21%, p<0,05 | 4,85±0,19

(-2,94±0,36)

-38%, p<0,05

температурна вартість скорочення м’яза, (ТВСМ-2)

[+?Т0С/(Н с)]10 -2 |

4,07±0,19 | 5,92±0,17

(+1,85±0,25)

+46%, p<0,05 | 4,44±0,11 (+0,37±0,22)

+9%, p>0,05 | 3,26±0,22

(-0,81±0,29)

-20%,p<0,05

Примітка: у дужках приведене значення різниці порівняно з умовами термонейтральної зони

Таблиця 5

Концентрація тиреотропного гормону гіпофіза крові у білих щурів в різних умовах гіпотермічної дії

Умови | Концентрація тиреотропного гормону гіпофиза (мкМЕ/мл)

Термонейтр. зона (1 серія) | Фізіологічне охолод-жування (2 серія) | Гіпотермічна дія серед-нього ступеня (3 серія) | Глибока гіпотермія

(4 серія)

Значення

показника |

0,154±0,04 |

1,39±0,2 |

3,29±0,27 |

0,018±0,005

Різниця до контролю |

- | +1,236±0,21

+802%

(8 разів), p<0,05 | +3,136±0,28

+2036%

(20 разів), p<0,05 | -0,136±0,04

-88%,

p<0,05

Кількість

тварин |

n = 18 |

n = 26 |

n = 14 |

n = 12

Аналіз характеру взаємозалежності між різними гормонами системи “аденогіпофіз-щитоподібна залоза” в рамках фізіологічних коливань за умов термонейтральної зони показав, що між ТТГ і загальним тироксином існує прямий позитивний зв'язок з дуже високим значенням коефіцієнта кореляції (0,994±0,0005, p<0,05).

Залежність між ТТГ і іншими формами йодтиронінів (вільний і загальний трийодтиронін, а також вільний тироксин) має S-образний характер. На прикладі рис.2 (пара “ТТГ-Т4 вільний”) видно, що спочатку зі збільшенням концентрації ТТГ (від рівня 0,13 до 0,15 мкМЕ/мл) зміст вільного Т4 статистично достовірно не змінювався. Далі, разом зі збільшенням рівня ТТГ (від 0,15 до 0,16 мкМЕ/мл), концентрація тироксину підвищувалася (p<0,05).

При подальшому зростанні концентрації ТТГ (від 0,16 до 0,18 мкМЕ/мл) рівень вільного Т4 вже статистично вірогідно не змінювалася. Отже, лише в рамках фізіологічних коливань ТТГ крові і у середині діапазону наростання концентрації ТТГ приводило до збільшення рівня тироксину. Аналогічна залежність мала місце і у відношенні до загальної форми тироксину, а також до різних форм циркулюючого трийодтироніну. Даний факт свідчить, на наш погляд, про відносність застосовності так званого принципу “плюс-мінус” взаємодії в регуляторних ендокринних контурах при стані еутиреозу.

Отже, в рамках фізіологічних коливань тиреотропного гормону і йодтиронінів в умовах термонейтральної зони і стані відносного спокою із збільшенням концентрації “регулятора” (ТТГ) секреція ефекторних гормонів (йодтиронінів) не зменшується, а навпаки – зростає. На межах норми регуляція секреції таких гормонів як вільний тироксин, а також загальний і вільний трийодтиронін знов підкоряється принципу “плюс-мінус взаємодії”, і підвищення або пониження концентрації ТТГ вже не приводять до зміни рівня циркулюючих йодтиронінів щитоподібної залози.

Таблиця 6

Концентрація йодтиронінів щитоподібної залози у білих щурів в різних умовах гіпотермічної дії холоду

Гормон | Концентрація тиреоїдних гормонів

Термонейтральна зона

(1 серія) | Фізіологічне охолоджування

(2 серія) | Гіпотермічна дія середнього ступеня (3 серія) | Глибока гіпотермія

(4 серія)

Тироксин

загальний,

Нмоль/л |

69,42.98 | 67.41.01

(-4%,

р>0,05) | 81.131.66

(+17%,

p<0.05) | 40,75±3,29

(-41%,

p<0,05)

Тироксин вільний,

Пмоль/л |

29,100.68 | 26.011.24

(-11%, р<0,05) | 39,311.44

(+17%,

p<0.05) | 18,57±1,52

(-36%,

p<0,05)

Загальний трийодтиро-нін, нмоль/л |

2,21±0,04 | 2,55±0,16

(+15%,

р<0,05) | 4,87±0,32

(+120%,

р<0.05) | 3,09±0,15

(+40%,

p<0,05)

Вільний

трийодтиро-нін, пмоль/л |

3,57±0,14 | 4,37±0,17

(+22%,

р<0.05) | 9,42±0,82

(+164%,

р<0.05) | 4,73±0,44

(+32%,

p<0,05)

Кількість

Тварин | n = 18 | n = 26 | n = 14 | n = 12

Примітка: у дужках приведена різниця до контрольної групи в умовах термонейтральної зони

Однією з центральних задач роботи було виявлення характеру реакції аденогіпофізарно-тиреоїдної системи білих щурів при охолоджуванні різної інтенсивності, аж до екстремального охолоджування, що викликає розвиток глибокої гіпотермії (табл.6). Аналіз одержаних свідчить:

Ш фізіологічне охолоджування, що не викликає розвиток гіпотермії, не змінює середнє значення концентрації всіх форм циркулюючого тироксину, проте істотно підвищує рівень секреції трийодтироніну (загального на 15% і вільного на 22%);

Ш при фізіологічному рівні охолоджування умовна границя ректальної температури тіла, після досягнення якої активується секреторна функція аденогіпофізу і щитоподібної залози, розташована у області 37,6 – 37,8 0С; вище за цю межу секреція гормонів знижується, а нижче, навпаки – багаторазово посилюється;

Ш при інтенсивності охолоджування фізіологічного порядку (ректальна температура в середньому не змінюється) усередині групи експериментальних тварин є чіткий негативний зв'язок між концентрацією йодтиронінів крові і виразністю холодового калоригенезу (швидкості споживання кисню);

Ш холодова дія, що не викликає глибокої гіпотермії, багатократно стимулює секрецію тиреотропного гормону гіпофіза, концентрація якого в крові зростає до 8 разів (фізіологічне охолоджування);

Ш гіпотермічна дія середнього ступеня виразності (ректальна температура знижувалася на 5,8±0,59 0С) викликає активацію секреторної функції гіпофіза і щитоподібної залози: концентрація ТТГ підвищується в 20 разів, рівень загального і вільного тироксину зростає на 17% і 35%, а трийодтироніну відповідно на 120% і 164%;

Ш при гіпотермічній дії середнього ступеня усередині групи експериментальних тварин висока концентрація циркулюючих йодтиронінів і ТТГ починає активно знижуватися, починаючи з рівня ректальної температури близької до 32 0С;

Ш за глибокої гіпотермії (ректальна температура близько 20 0С) концентрація ТТГ крові надзвичайно низька (на межі чутливості методу імуноферментного аналізу), а рівень йодтиронінів істотно різниться: загальний і вільний тироксин на 41% і 36% нижче за рівень у термонейтральній зоні, а загальний і вільний трийодтиронін, навпаки – на 40% і 32% вище за контроль.

Одержані результати свідчать, що у фізіологічних умовах охолоджування, коли ректальна температура тварин у середньому по групі не змінювалася, реакція щитоподібної залози виразилася в істотній активації секреції трийодтироніну. При цьому важливо підкреслити, що рівень приросту величини секреції трийодтироніну за своєю абсолютною величиною був фізіологічно значущим, складаючи +15% для загального і 22% для вільної форми гормону (Рис.3). Даний факт свідчить, що трийодтиронін є йодтироніном “першого ешелону”, секреція якого щитоподібною залозою навіть за легкого охолоджування істотно зростає.

Друга модель охолоджування, яка була використана в нашій роботі, характеризувалася зниженням ректальної температури на 5,8±0,59 0С. Результати експериментів показали, що за цих умов система “аденогіпофіз-щитоподібна залоза” максимально активована (табл.6, Рис.4).

Таким чином, перші дві моделі охолоджування (фізіологічне і гіпотермічне середнього ступеня виразності) характеризуються адекватною реакцією гіпофізарно-тиреоїдної системи білих щурів; при цьому, між окремими ланками даної ендокринної ланки утворюються специфічні взаємостосунки, які і забезпечують найвдалішу комбінацію гормональних чинників для здійснення адаптації організму до низької температури.

Для більш повної характеристики характеру реакції ендокринної системи на дію холоду в роботі була використана третя модель холодового тесту – екстремальне охолоджування з розвитком глибокої гіпотермії (до ректальної температури 20 0С). Результати досліджень показали, що за глибокої гіпотермії концентрація ТТГ крові надзвичайно низька, а рівень йодтиронінів щитоподібної залози істотно розрізняється (табл.6). Видно, співвідношення між концентраціями окремих гормонів аденогіпофізарно-тиреоїдної системи при глибокій гіпотермії якісно відрізняється від стану близького до нормотермії.

Що ж до рівня йодтиронінів щитоподібної залози, то в даному випадку, ми ще раз стикаємося з фактом вибірковості секреції щитоподібною залозою в умовах охолоджування більш активнішого йодтироніну – трийодтироніну. Дійсно, в кінці холодового тесту при стані глибокої гіпотермії рівень загального і вільного трийодтироніну істотно перевищував значення контролю (+40% і +32%), а рівень тироксину, навпаки – був істотно ниж-че за величини, зареєстровані в умовах термоней-тральної зони (-41% і -36%).

Для докладні-шої характеристики реакції аденогіпо-фізарно-тиреоїдної системи білих щурів у відповідь на дію холоду різної інтенсивнос-ті аж до розвитку глибокої гіпотермії в нашій роботі проводився морфо-метричний аналіз щитовидної залози. Результати такого аналізу показали, що у тварин за фізіологічного рівня охолоджування в щитоподібній залозі спостерігаються адаптаційні процеси, що направлені на посилення її функції; до них можна віднести активізацію кровообігу в залозі, поява у фолікулярних тиреоцитах морфологічних проявів, що свідчать про активацію їх функції (поява багаторядності епітелію, збільшення висоти тиреоцитів, дрібнодісперсний стан хроматіну в ядрах), наявність чітких резорбціонних вакуолей в колоїді, зменшення розмірів фолікулів за рахунок активної резорбції колоїду.

У тварин, що підлягали переохолодженню середнього ступеня виразності, в щитоподібній залозі спостерігаються як ознаки активних адаптаційних процесів, направлених на посилення її функції, так і початкові прояви дистрофічних змін епітеліоцитів, що приводять до злущення епітелію в просвіт фолікулів (Рис.5), а у щурів за глибокої гіпотермії в щитовидній залозі спостерігається різке порушення кровообігу, яке виявлялося артеріальним недокрів'ям в результаті периферичного ангіоспазму і венозним повнокров'ям внаслідок розвитку серцевої недостатності; такі порушення кровообігу приводили до розвитку різких дистрофічних змін в тканинах щитоподібної залози. При цьому було очевидним, що до розвитку цих порушень тканина залози знаходилася в актив-ному функціональ-ному стані. Як видно, щитоподібна залоза білих щурів при ходовій дії трьох використаних моделей лише в першому випадку функціонує без прояву деструктив-них ознак.

При посиленні інтенсивності холо-дової дії, коли ректальна темпера-тура у тварин знижувалася в середньому на 5,8±0,59 0С, структурні складові щитоподібної залози при високій функ-ціональній активності характеризувалися розвитком початкової стадії патології (деструктивні зміни). Якісно інша картина мала місце з боку реакції щитовидної залози при стані глибокої гіпотермії, при якій розвивалися дистрофічні зміни, не сумісні з функціональною активністю залози (рис.6). Таким чином, холодова дія в будь-якій комбінації із тривалістю і інтенсивністю завжди викликала на першому етапі активацію секреторної функції щитоподібної залози; і лише на пізнішій стадії гіпотермічної дії починали виявлятися дистрофічні зміни її структури, які при глибокій гіпотермії досягали несумісного зі секреторною функцією рівня.

ВИСНОВКИ

Принципи функціонування терморегуляторної системи білих щурів та її основних фізіологічних і ендокринних механізмів при гострій дії холоду різної інтенсивності аж до розвитку глибокої гіпотермії мають ряд особливостей і якісно відрізняються.

1. Термогенна функція великогомілкового м'яза білих щурів в умовах in situ визначається інтенсивністю холодової дії: при фізіологічному рівні охолоджування термогенна вартість ізометричного скорочення на одиницю сили і напруги істотно зростає (до +45%); при гіпотермії середнього ступеня виразності (-5,8±0,59 0С) залишається вище за контрольний рівень (від +9% до +21%), а за глибокої гіпотермії (ректальна температура 20 0С) значно знижується (від -20% до -38%).

2. Адреналін залежний калоригенез функціонально значимий лише за нормотермії; в умовах in vivo при відносній і глибокій гіпотермії гормон втрачає будь-яку здібність до активації холодового калоригенезу.

3. Ефект адреналіну на ерготропні і термогенні параметри скоротливого акту великогомілкового м'яза якісно залежить від інтенсивності гострого охолоджування:

v за фізіологічного охолоджування ефект адреналіну на швидкісні параметри ізометричного скорочення м'яза завжди позитивний: латентний період коротшає на 24%...30%, а час досягнення максимальної сили скорочення зменшується на 10%...14%;

v із зростанням інтенсивності охолоджування ефект адреналіну на показник – “об'єм ізометричної напруги за повну фазу скорочення”, залишаючись позитивним, закономірно знижується від +44% при нормотермії, до +35% при фізіологічному охолоджуванні, +21% при гіпотермії середнього ступеня виразності і до +14% у стані глибокої гіпотермії;

v стимулюючий вплив адреналіну на температурну вартість ізометричного скорочення їз розрахунку на одиницю сили при максимальному скороченні з наростанням інтенсивності дії холоду поволі слабшає (+52%, +44% і +39%), а при розрахунку на “об'єм” ізометричної напруги істотно (у 4 рази) зростає;

v за глибокої гіпотермії ефект адреналіну на всі показники енергетики скоротливого акту повністю зникає.

4. В умовах термонейтральної зони точність підтримки сталості концентрації гормонів системи “аденогіпофіз-щитоподібна залоза”, на підставі коефіцієнта варіації, істотно розрізняється (від 9,1% для загального трийодтироніну до 18,5% для загального тироксину); в рамках фізіологічних коливань між рівнем тиреотропного гормону гіпофіза (ТТГ) і йодтиронінами щитоподібної залози існує позитивний зв'язок, зникаючий на межах фізіологічної норми.

5. Реакція аденогіпофізарно-тиреоїдної системи білих щурів при охолоджуванні різної інтенсивності якісно відрізняється:

v фізіологічне охолоджування суттєво стимулює секрецію тиреотропного гормону гіпофіза (у 8 разів), не змінює середнє значення концентрації всіх форм циркулюючого тироксину, проте підвищує рівень секреції трийодтироніну (загального на 15% і вільного на 22%); умовна межа ректальної температури, після досягнення якої активується секреторна функція аденогіпофіза і щитоподібної залози, розташована у області 37,6 – 37,8 0С;

v гіпотермічна дія холоду середнього ступеня виразності викликає активацію секреторної функції гіпофіза і щитоподібної залози: концентрація ТТГ підвищується в 20 разів, рівень загального і вільного тироксину зростає на 17% і 35%, а трийодтироніну відповідно на 120% і 164%; висока концентрація йодтиронінів і ТТГ починає активно знижуватися, починаючи з рівня ректальної температури близької до 32 0С;

v за глибокої гіпотермії (ректальна температура 20 0С) концентрація ТТГ надзвичайно низька, а рівень гормонів щитоподібної залози істотно відрізняється: загальний і вільний тироксин на 41% і 36% нижче за рівень контролю, а загальний і вільний трийодтиронін, навпаки – на 40% і 32% вище.

6. За фізіологічного охолоджування в щитоподібній залозі, за даними морфометричного аналізу, спостерігаються адаптаційні процеси, що направлені на посилення її функції; при гіпотермії середнього ступеня виразності разом з ознаками активних адаптаційних процесів, направлених на посилення її функції, відзначені і початкові прояви дистрофічних змін епітеліоцитів; за глибокої гіпотермії в залозі спостерігається значне порушення кровообігу, яке служить причиною розвитку дистрофічних змін в тканинах залози; проте до розвитку цих порушень залоза знаходилася в активному функціональному стані.

СПИСОК ПРАЦЬ, ЩО ОПУБЛІКОВАНІ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ревякина Е.Г., Соболев В.И. Основные показатели терморегуляции у белых крыс в ходе развития глубокой гипотермии//Вісник Донецького університету. Сер.А: Природничі науки. – 2004. – Вип.1. – С.416-419. (Здобувачем отримано дані щодо стану системи терморегуляції тварин в умовах гіпотермії. В.І.Соболєв сформував мету роботи).

2. Ревякина Е.Г., Соболев В.И. Эндокринные корреляции в гипофизарно-тиреоидной системе белых крыс в условиях термонейтральной зоны// Проблемы экологии и охраны природы техногенного региона: Межведомственный сборник научных работ /Отв. Ред. С.В. Беспалова. – Донецк:ДонНУ, 2005. – Вып. 5. – С. 224-231. (Здобувачем визначено зміст гормонів крові білих щурів. В.І.Соболєв сформував мету роботи).

3. Ревякина Е.Г., Соболев В.И. Характер корреляционных отношений между тиреотропным гормоном гипофиза и гормонами щитовидной железы белых крыс в норме //Вісник Донецького університету. Сер.А: Природничi науки. – 2006. –Вип. – С.243-254. (Здобувачем визначено зміст гормонів крові білих щурів. В.І.Соболєв сформував мету роботи).

4. Соболев В.И., Ревякина Е.Г. Влияние острого охлаждения на реакцию гипофизарно-тиреоидной системы у белых крыс //Вестник неотложной и восстановительной медицины. – 2006. – Т.7, №4. – С.693-696. (Здобувачем отримано дані щодо впливу гострого охолоджування на зміст гормонів крові білих щурів. В.І.Соболєв сформував мету роботи).

5. Соболев В.И., Ревякина Е.Г. Реакция щитовидной железы и системы терморегуляции белых крыс в ответ на холодовое воздействие// Вісник проблем біології і медицини. – 2007. – Вип.1 – С. 172-177. (Здобувачем визначено зміст гормонів, проведені термометричні дослідження. В.І.Соболєв сформував мету роботи).

6. Соболев В.И., Ревякина Е.Г. Характер корреляционных связей в гипофизарно-тиреоидной системе белых крыс/ IV з’їзд Українського біофізичного товариства (м.Донецьк, 19-21 грудня). Тези доповідей. – Донецьк:ДонНУ,2006. – С.137-138. (Здобувачем визначено зміст гормонів крові білих щурів. В.І.Соболєв сформував мету роботи).

7. Ревякіна О.Г., Соболєв В.І. Закономірності реакції гіпофізарно-тиреоїдної системи білих щурів при гострому охолодженні /Каразінські природознавчі студії. Матеріали міжнародної наукової конференції 14-16 червня 2004 р., м. Харків / Харків: Харківський національний університет ім. В.Н.Каразіна, 2004. – С.239-240. (Здобувачем отримано дані щодо впливу гострого охолоджування на зміст гормонів крові білих щурів. В.І.Соболєв сформував мету роботи).

8. Ревякіна О. Г. Вплив гострого охолодження на концентрацію у крові білих щурів тиреотропного гормону гіпофізу і тироксину /9-й Міжнародний медичний конгрес студентів і молодих учених – Тернопіль, 2005. – С.145.

АНОТАЦІЇ

Ревякіна О.Г. Стан гіпофізарно-тиреоїдної системи і фізіологічного калоригенезу у білих щурів при гострій дії холоду. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю “03.00.13 – Фізіологія людини і тварин”. – Таврійський національний університет ім. В.І.Вернадського. – Сімферополь, 2007.

Дисертація присвячена виявленню якісних і кількісних взаємозв'язків між інтегральними параметрами системи терморегуляції, ефективністю її основних механізмів і станом секреторної функції аденогіпофізарно-тиреоїдної системи білих щурів в умовах нормотермії і при гострій дії холоду різної інтенсивності.

Встановлено, що з наростанням сили гіпотермічної дії холоду нівелюється головний механізм теплоутворення у холоді – термогенна ефективність скелетної мускулатури. Виявлено, що екзогенне введення адреналіну в умовах in situ підвищує теплотворну функцію великогомілкового м'яза білих щурів за рахунок зниження енергетичної ефективності скоротливого акту. Вказаний механізм підвищення термогенної вартості м'язового скорочення найбільш ефективний за фізіологічної моделі охолоджування і разом з розвитком гіпотермічного стану поступово послаблюється і повністю зникає за глибокої гіпотермії. Показано, що разом з розвитком гіпотермії ослаблюється, а потім повністю втрачається здатність адреналіну стимулювати інтенсивність холодового калоригенезу у гомойотермного організму – білих щурів.

Наводяться дані, що стосуються характеру взаємостосунків між різними складовими елементами аденогіпофізарно-тиреоїдної системи в умовах нормотермії і за гострого охолоджування. Встановлено, що в умовах термонейтральної зони у межах фізіологічних коливань тиреотропного гормону крові регуляція секреції гормонів щитоподібної залози за принципом “плюс-мінус взаємодія” значною мірою відносна, а регуляція здійснюється переважно за принципом позитивного зворотного зв'язку; на крайніх кордонах фізіологічної норми концентрацій ТТГ зворотний негативний зв'язок в системі, як принцип регуляції, поновлюється.

За допомогою паралельного імуноферментного і морфометричного аналізів показано, що з наростанням ступеня виразності гіпотермічної дії активність аденогіпофізарно-тиреоїдної системи зазнає наступних закономірних фаз: початкова активація – гіперактивність – повне пригноблення секреторної функції. Одержані дані свідчать, що під впливом холодової дії різної інтенсивності і тривалості змінюється профіль секреторної функції щитоподібної залози на користь активнішого гормону – трийодтироніну.

Ключові слова: терморегуляція, гіпотермія, енергетика скелетного м’яза, тиреотропний гормон, тиреоїдні гормони.

Ревякина Е.Г. Состояние гипофизарно-тиреоидной системы и физиологического калоригенеза у белых крыс при остром действии холода. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности “03.00.13 – физиология человека и животных”. – Таврический национальный университет им. В.И.Вернадского. – Симферополь, 2007.

В диссертационной работе показано, что принципы функционирования терморегуляторной системы белых крыс и ее основных физиологических и эндокринных механизмов при остром холодовом воздействии разной интенсивности вплоть до развития глубокой гипотермии имеют ряд особенностей и качественно различаются. Термогенная функция переднеберцовой мышцы белых крыс в условиях in situ определяется интенсивностью холодового воздействия: при физиологическом уровне охлаждения существенно возрастает термогенная стоимость изометрического сокращения на единицу силы и напряжения (+45%); при гипотермии средней степени выраженности (-5,8±0,590С) термогенная стоимость сократительного акта остается выше контрольного уровня (от +9% до +21%), а при глубокой гипотермии существенно снижается.

Адреналин зависимый калоригенез функционально значим лишь при нормотермии; в условиях in vivo при относительной и глубокой гипотермии гормон утрачивает способность к активации холодового калоригенеза.

Эффект