Введение к работе
Актуальность проблемы. Поддержание здоровья и работоспособности человека невозможно без создания комплекса профилактических мер, опирающихся на знание закономерностей процессов адаптации. В основе первичной профилактики должно находиться рациональное питание, как одно из наиболее физиологичных средств, влияющих на адаптивные возможности организма. Однако проблема создания научно-обоснованных рационов до сих пор не является полностью решенной (Панин Л.Е., 1987; Волгарев М.Н. и др., 1989; Гаппаров М.М., 1989; Mo Cormic , 1989). Невозможно рекомендовать наиболее адекватный тип питания, основываясь только на таких традиционных критериях, как возраст, пол человека, его энергозатраты в связи с производственной деятельностью (Конышев В.А., 1985). Следует учитывать влияние конкретных климато-географических условий проживания человека и тип обмена, складывающихся под действием этих условий (Панин Л.Е., 1987). В то же время исследования, посвященные сравнительному изучению качественно различных рационов питания на эндок-ринно-метаболическое состояние здорового человека, проживающего на Крайнем Севере, практически отсутствуют.
Обмен веществ в организме во многом определяется характером питания (Панин Л.Е., 1978; Гаппаров М.М. и др., 1987; Okitolonda, 1988). Питание, выступая в качестве внешнего "обусловливающего" фактора (Селье Г., 1972), может изменять ответ организма на различные экстремальные воздействия (Волгарев М.Н. и др., 1988; Park et ai . 1986). В процессе адаптации происходит сложная перестройка биорегуляции, направленная на восстановление и поддержание го-меостаза. Важная роль в энергообеспечении организма и поддержании нормогликемии принадлежит глюконеогенезу.
Данные о влиянии алиментарных факторов на активность ключевых ферментов биосинтеза глюкозы - ФЕПКК, ФДФазы и Г-6-Фазы - немногочисленны и фрагментарны. Не изучено влияние стресса, в частности интенсивной физической нагрузки, на активность этих ферментов у крыс, получавших различные диеты. Неизвестны механизмы повышения активности ФЕПКК в ответ на мышечную деятельность.
Превращаясь из внешнего фактора во внутренний, пища способна влиять на обмен веществ через субстратное или эндокринное звено регуляции. В этом отношении большой интерес, как внутренние "обусловливающие" факторы, представляют такие соединения, как глюкоза и липопротеиды. В настоящее время установлено, что липопротеиды
участвуют в регуляции различных внутриклеточных процессов (Панин Л.Е., 1983; Attic et al , 1981; Chiselli et al , 1981). Показано существование кооперативного эффекта адаптивных гормонов и липопротеидов (Панин Д.Е., Ыаянская Н.Н., 1987). Однако роль липопротеидов и их взаимодействие с гормонами в регуляции активности ферментов ГНГ не изучена.
Функциональное состояние системы мононуклеарных фагоцитов также может выступать в качестве внутреннего "обусловливающего" фактора. Известно, что предварительная стимуляция CMS значительно повышает неспецифическую резистентность организма к экстремальным факторам (Ермольева З.В., Вайсберг Г.Е., 1976; Маянский Д.Н., 1983; Aitura , 1980). Сведения о зависимости интенсивности ГНГ от состояния СШ малочисленны и противоречивы ( Веггу, Shackieford , 1984; Knowl et al , 1987). Неизвестно влияние стимуляции СШ на активность ферментов ГНГ в тканях животных, выполняющих физическую нагрузку.
Универсальными внутриклеточными посредниками действия гормонов являются циклические нуклеотиды, однако механизмы регуляции их содержания в клетке весьма сложны и до сих пор полностью не ясны. Не исследовано влияние липопротеидов и их совместного действия с гормонами на содержание цАШ и цГ№.
Выяснение механизмов регуляции активности ключевых ферментов глюконеогенеза и содержания циклических нуклеотидов в тканях не только углубит наши недостаточные знания в этой области, но и позволит выявить пути направленной коррекции метаболизма в условиях стресса. Рациональное питание является одним из таких наиболее перспективных направлений.
Цель исследования. Изучить роль обусловливающих факторов в изменении эндокринно-метаболических взаимоотношений и активности ключевых ферментов глюконеогенеза в организме в условиях стресса. Часть исследований провести на людях, часть - в эксперименте на животных.
Для достижения поставленной цели решить следующие задачи:
-
Изучить изменение эндокринного фона и содержания ряда метаболитов в крови людей, получавших качественно различные рационы питания на Крайнем Севере. Оценить роль внешнего обусловливающего фактора (питание) в поддержании нормогликемии в условиях экологического напряжения.
-
Выяснить особенности и закономерности влияния алиментар-
ных факторов на активность ферментов глюконеогенеза в печени и почках крыс в состоянии физиологического покоя и при интенсивной физической нагрузке.
-
Раскрыть основные механизмы изменения активности ФЕПКК в печени крыс в ответ на физическую нагрузку и в динамике восстановительного периода после нее.
-
Изучить влияние некоторых гормонов, участвующих в адаптации организма к действию экстремальных факторов, а также кооперативного эффекта гормонов и сывороточных липопротеидов, на активность ФЕПКК в переживающих срезах печени и почек крыс.
-
Оценить роль циклических нуклеотидов и сывороточных липопротеидов (внутренний обусловливающий фактор) как посредников в механизме действия адаптивных гормонов на процессы ГНГ в опытах in vitro.
-
Показать, что возможным звеном в сопряжении внешнего (питание) и внутреннего (липопротеиды и гормоны) факторов может быть система мононуклеарных фагоцитов.
Научная новизна. Показано, что питание играет роль внешнего обусловливающего фактора, оказывающего большое влияние на эндок-ринно-метаболические взаимоотношения у человека, проживающего в условиях Крайнего Севера. Замена части углеводов в рационе на белки и жиры приводила к снижению кортизола, инсулина и общих ли-пидов в сыворотке крови, тогда как содержанке АКГГ, общего белка, суммарной фракции ЛПОНП и ЛПНП повышалось. Содержание глюкозы в крови при этом практически не изменялось. Полученные результаты позволили обосновать оптимальное соотношение основных нутриентов в рационах человека на Севере.
Впервые проведено комплексное изучение влияния алиментарных факторов на активность ключевых ферментов ГНГ в печени и почках крыс в состоянии физиологического покоя и при физической нагрузке. Установлено, что содержание крыс на белкоЕО-липидном рационе приводило к значительному повышению активности ФЕПКК в печени, а преобладание в пище углеводов вызывало обратный эффект. Ответ ГНГ на физнагрузку связан, преимущественно,'с активацией ФЕПКК в печени и зависел от характера питания животных.
Впервые установлено, что ответ ключевых ферментов ГНГ на ин-тенсивігую физическую нагрузку зависит от состояния системы мононуклеарных фагоцитов. Предварительная стимуляция СШ продигиоза-ном усиливала активацию ФЕПКК и ТАТ в печени в ответ на плавание. Важная роль в индукции ФЕПКК принадлежит активации лизосомального
аппарата клетки.
В опытах in vitro показано, что повышение активности ТАТ в срезах печени крыс в ответ на совместное действие адреналина, гидрокортизона и продигиозана происходило только при добавлении ЛПОНП, ЛПНП или ЛПЩ в среду инкубации. Повышение активности ФШКК в срезах печени происходило только в присутствии гидрокортизона и ЛПОНП или ЛПШ. Этот механизм получил название кооперативного эффекта. В нем липопротеиды играют роль внутреннего обусловливающего фактора, модулирующего действие гормонов.
Впервые показано влияние липопротеидов сыворотки крови на содержание цАШ в переживающих срезах печени крыс. Установлено, что ЛПОПН, ЛПНП или ЛПШ^ не влияли на базальний уровень цАШ, тогда как ЛПЕПд вызывали его достоверное снижение. Описан положительный кооперативный эффект ЛПОНП и адреналина или гидрокортизона в повышении содержания цАМ5 в срезах печени.
Выявлены конкурентные взаимоотноиения между адреналином и гидрокортизоном, тормозящие увеличение содержания цАМ в ответ на адреналин. Инсулин снижал базальний уровень цАШ? после небольшого лаг-периода.
Практическое значение. Работа представляет собой экспериментальное изучение молекулярных механизмов адаптации человека и животных к действию субэкстремальных и экстремальных факторов и носит преимущественно теоретический характер. Выяснение регуляторной роли липопротеидов сыворотки крови (кооперативный эффект липопротеидов и адаптивных гормонов ) позволило глубже понять механизмы поддержания углеводного гомеостаза при действии на организм чрезвычайных раздражителей и связь этих механизмов с факторами питания.
Установлено, что увеличение белков и жиров, при одновременном снижении углеводов, в рационах питания (оптимальный вариант) оказывает антистрессовое влияние на организм человека и является наиболее адекватным в экстремальных условиях Азиатского Севера.
Результаты данной работы использованы в монографиях: Панин Л.Е. "Биохимические механизмы стресса", Новосибирск, 1983; Панин Л.Е., Маянская Н.Н. "Лизосоыы: роль в адаптации и восстановлении", Новосибирск, 1987.
Положения, выносимые на защиту:
I. Питание играет роль внешнего обусловливающего фактора, изменяющего характер эндокринно-метаболических взаимоотношений в
организме человека. Соотношение белков, жиров и углеводов, равное 16 : 40 : 44, оказывает антистрессовый эффект и является оптимальным в условиях Крайнего Севера.
-
Характер питания изменяет активность ключевых ферментов ГНГ в печени и почках у интактных животных, влияет на изменение их активности при действии на организм чрезвычайных раздражителей. Наиболее чувствительным к действии пищевых факторов ферментом является ФЕПКК,.активность которого снижается при углеводном и повышается при белково-липидном типе питания.
-
Повышение активности ФЕПКК в печени крыс при интенсивной мышечной деятельности связано как с аллостерической модификацией фермента, так и с индукцией его синтеза. Стимуляция системы мо-нонуклеарных фагоцитов предварительным введением продигиозана усиливает ответ ФЕПКК и TAX в печени крыс при действии на организм экстремальных факторов.
-
Действие адаптивных гормонов на ГНГ в печени связано с повкзениен концентрации цАНЗ. Существует положительный кооперативный эффект з действия адреналина или гидрокортизона и ЛПОНП на содержание цАМЗ, а также гидрокортизона и ЛПОНП или ЛПНП ка активность ФЕПКК в печзки.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Конференции молодых ученых ИКЭМ (Новосибирск, 1984), У Всесопзном симпозиуме "Циклические нуклеотиды и система регуляции ферментативных реакций" (Рязань, 1985), Краевой научно-практической конференции иолодых ученых и специалистов "Здоровье человека в Сибири" (Красноярск, 1986),ІУ Всесоюзной конференции "Адаптация человека к кяикато-географическим условиям и первичная профилактика" (Новосибирск, 1986), У Всесоюзном сикпозиунз "Эколого-физиологн-ческие проблемы адаптации" (Москва, 1988).
Пуб ли капки. По токз диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Объем работы. Диссертация излозена ка 173 страницах иази-копиского текста. Состоит из введения, 3 глав (литературного обзора, материалов и методов исследования, собственных результатов), обсуждения, еыподов и списка использованной литературы ( & отечественных и 261 иностранных авторов). Работа содержит 17 таблиц и II рисунков.
Диссертация выполнена в .соответствии с планом научно-исследовательских работ Института биохимии СО АШ СССР по теме "Разрабо-
тать нормы и режимы питания производственных коллективов, работающих в субэкстремальных и экстремальных условиях, с целью профилактики стрессорно-обусловленной патологии", № государственной регистрации 01.8.90. 056644, проблема 37.11.