Введение к работе
Актуальность темы. Имеющиеся данные об изменении эндокринно-метаболических взаимоотношений у человека в условиях космического полета и в период реадаптации к земной гравитации (Леон Г.А. и др. 1979, Коваленко Е.А, 1980, Швец В.И. и др., 1984; Тигранян Р.А., 1985; Газенко О.Г., ГригорьевА;И., и др. 1986; Ушаков А.С. и др., 1986) свидетельствуют о необходимости изучения клеточных молекулярных механизмов адаптации, в основе которых лежит изменение метаболизма и физико-химических свойств мембран, играющих активную роль в передаче сигналов межклеточного взаимодействия, обеспечении ионного гомеостаза, поддержании иммунного статуса организма.
Форменные элементы крови, в том числе эритроциты, благодаря корреляционному единству с клеточными структурами других органов и тканей, являются удобной моделью для исследования сдвигов на мембранном уровне, выявлению механизмов клеточной адаптации к экстремальным воздействиям и разработки на этой основе средств, повышающих адаптационные возможности организма.
В настоящее время получены немногочисленные данные о влиянии факторов космического полета на эритроциты. Исследования Leach С. и Johnson Р., 1989, показали снижение количества эритроцитов и увеличение числа измененных форм эритроцитов у членов экипажа "Skylab". Dintcnfass Е., 1989, выявил увеличение агрегации суспензии эритроцитов в космическом полете. Исследования на животных, экспонированных на биоспутниках "Космос - 782" и "Космос - 936" ( Леон Г.А. и др. 1978; Серова Л.В. и др. 1982) выявили увеличение степени гемолиза эритроцитов. В исследованиях Ивановой СМ. с соавт. ( 1981, 1985, 1990, 1992) показано, что адаптация организма к условиям космического полета и последующему возвращению на Землю приводит к сдвигам в энергетическом обмене эритроцитов и 'возможному нарушению мембранных структур, о чем свидетельствуют изменения функциональной активности клетки.
В литературе имеются экспериментальные данные о влиянии на интегральную целостность и функциональную активность клеток отдельных факторов космического полета и модельных экспериментов - гипокинезии (Ушаков АС. и др., 1986; Иванова СМ. , Соминский В.Н. и др., 1990),
замкнутого пространства с повышенным содержанием аммиака (Мухамедиева Л.В. И др. 1981)
Известно, что форма клеток и их функциональное состояние в значительной мере определяются физико-химическими свойствами клеточной мембраны, которые, в свою очередь, зависят от липидной композиции мембраны. Липидный, фосфолипидный и жирнокислотный состав определяет фазовое состояние мембраны, её проницаемость ( Бурлакрва Е.Б. 1977), взаимодействие белковых и липидных компонентов ( Ворохов Х.А., 1979) активность ферментов ( Shinitzky М. et. al., 1978, 1979).
По мере увеличения длительности космических полетов выяснение причин снижения эритроцитарной массы и изменения функциональной активности клеточной мембраны приобретают все большее значение.
Принимая во внимание вышеизложенное, а также возможность использования эритроцитов в качестве удобной клеточной модели, становится понятным целесообразность исследования структурно-функционального состояния мембран эритроцитов, которое позволит не только оценить функциональное состояние красной крови, но и выявить возможные механизмы клеточной адаптации к влиянию факторов космического полета, степень дестабилизации мембран, что может стать основой для рекомендаций адекватных профилактических мероприятий.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось изучение структурно-функционального состояния мембран эритроцитов человека и животных при действии факторов космического полета и модельных экспериментов.
Для достижения поставленной цели предстояло решить следующие задачи:
1. Определить границы физиологической нормы для липидногр и
фосфолипидного состава мембран эритроцитов для категории людей,
проходящих подготовку к космическому полету, и сравнить эти величины со
среднестатистической клинической нормой .
2. Изучить изменение параметров липидного и фосфолипидного состава
эритроцитарных мембран космонавтов в ходе космического полета.
3. Исследовать показатели структурно-функционального состояния
мембран эритроцитов космонавтов после завершения длительных космических
полетов.
4. Исследовать динамику липидного, фосфолипидного и
жирнокислотного состава мембран эритроцитов и кислотную резистентность
клеток в экспериментах моделирующих действие факторов космического
полета (антаортостатическая 120-ти суточная гипокинезия с участием
женщин-испытателей с оценкой эффективности применения комплекса
профилактических мероприятий по изучаемым показателям; операторская
деятельность мужчин-испытателей . в условиях длительной, изоляции в
замкнутом гермообъеме).
5. Провести сравнительный анализ липидного и фосфолипидного состав
мембран эритроцитов у человека и животных в норме, после 14-ти суточного
космического полета (крысы) и 14-ти суточной антиортостатической
гипокинезии (обезьяны )
Научная новизна работы. В результате клинико-физиологического обследования космонавтов впервые получены границы нормальных значений показателей липидного и фосфолипидного состава мембран эритроцитов для данной группы обследуемых. Устаноплено, что липидный состав мембрзк эритроцитов космонавтоз характеризуется меньшим содержанием холестерина и повышенным уровнем триглицерндов, эфнров холестерина и фосфатидной кислоты по сравнению со среднестатистической нормой.
Впервые проведено изучение структурно-функционального состояния мембран эритроцитов у космонавтов после завершения длительных космических полетоз продолжительностью 125-438 суток. Выявлена зависимость обнаруженных сдвигов в состоянии мембран эритроцитов от продолжительности космических полетоз. После космического полета продолжительностью 4-5 месяцев в мембранах эритроцитов у хосмонавтов отмечали снижение относительного содержания холестерина на фоне повышенного уровня фосфолипидов. Напротив, после завершения более длительных полетов 5-7 месяцев относительное содержание холестерина в мембране было достоверно повышено, доля фосфолипидов - снижена по сравнению с фоновыми значениями. Активность транспортных АТФ-аз снижалась после полетов продолжительностью менее 5 и более 7 месяцев и наоборот увеличивалась после космических экспедиций продолжительностью 5-7 месяцев.
Проведено изучение липидной композиции мембран эритроцитов у космонавтов в ходе космического полета. Обнаружено, что сдвиги в
содержании липидных и фосфолипндных фракций у космонавтов в полете не имели одинаковой направленности с изменениями, выявленными в послеполетных обследованиях и выражались в снижении уровня холестерина и накоплении эфиров холестерина при неизменном уровне фосфолипидов.
Впервые исследована динамика показателей структурно-функционального состояния эритроцитарных мембран у женщин в ходе 120-ти суточной антиортостатической гипокинезии и в периоде восстановления.
Установлено, что длительное ограничение подвижности с антиортостатическим положением тела приводит к увеличению относительного содержания фосфолипидов и снижению холестерина в условиях эксперимента и возрастанию доли холестерина, триглицеридов и неэстерифицированных жирных кислот в периоде восстановления. На основании полученных данных показан корригирующий эффект применения комплекса профилактических мероприятий ( специальных физических упражнений и комплекса пищевых добавок ), выраженный в некотором снижении относительного содержания эфиров холестерина и триглицеридов в мембранах эритроцитов у испытателей в ходе эксперимента.
Изучение состояния мембран эритроцитов человека в ходе 135-ти суточной изоляции в макете орбитальной станции "Мир" позволило выявить коррелятивную связь между выраженностью изменений изучаемых параметров и развитием стресс-реакций при моделировании внештатных ситуаций
Практическая и научная значимость работы. Метод хроматографического определения липидного и фосфолипшшого состава мембран эритроцитов был использован для оценки структурно-функционального состояния клеток крови у космонавтов в ходе полетов на орбитальной станции "Мир" и в модельных экспериментах. В настоящее время оценка лилидной композиции проводится в комплексе с другими показателями состояния мембраны в рамках программы медико-биологического обеспечения пилотируемых орбитальных полетов.
Расчет физиологической' нормы для показателей липидного и фосфолипшшого состава мембран эритроцитов космонавтов имеет практическое значение при проведении клинико-физиологического обследования и оценки структурно-функционального состояния мембраны в период подготовки и после завершения космических полетов.
7 Выявленные особенности динамики липидного и фосфолипидного состава мембран эритроцитов у женшин в условиях 120-ти суточной антиортостатической гипокинезии свидетельствуют о корригирующем эффекте профилактических мероприятий, направленных на поддержание гомеостаза и функциональной активности клеток.
Основные положения, выносимые на зашиту.
-
Факторы длительных космических полетов и модельных экспериментов приводят к дестабилизации эритроцитарной мембраны, выражающейся в изменении липидного и фосфолипидного состава, активности мембраносвязанных ферментов, гемолитической стойкости клеток.
-
Комплекс физических тренировок и пищевых корригирующих добавок, применявшихся в одной группе испытателей в ходе 120-ти суточной антиортостатической гипокинезии, обладает мембранопротективным эффектом.
-
Изменения з липидной композиции мембраны связаны с изменениями гормонального статуса организма при стресс-реакциях, развивающихся в условиях экстремальных ситуаций, что нашло подтверждение в исследованиях по изучению операторской деятельности человека во время 135-ти суточной изоляции в макете орбитальной станции "Мир".
-
Обнаруженные сдвиги в показателях , характеризующих состояние мембран эритроцита при воздействии факторов реального космического полета и в условиях модельных экспериментов отражают компенсаторно-приспособительные реакций клетки, выраженность которых может зависеть от длительности воздействия изучаемых факторов, индивидуальных особенностей, глубины метаболических сдвигов з организме.
Апробация диссертации и публикации. Материалы диссертации доложены и обсуждены на XXI Гагаринских чтениях, на секции "Проблемы авиационной и космической медицины и психологии" ( Москва, 1990); на научной конференции, посвященной 90-летню со дня рождения академика Ц.В.Парина ( Москва, 1993); на симпозиуме стран СНГ "Клинические и экспериментальные аспекты клеточной сигнализации" ( Москва, 1993); На X конференции по космической биологии
8 и авиакосмической медицине ( Москва, 1994); На 30-м международном симпозиуме COSPAR ( Гамбург, 1994).
По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ.
Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследований, полученных результатов, их обсуждения, выводов. Библиографический указатель включает в себя 206 источников литературы, в том числе 129 зарубежных. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 4 таблицы и 30 рисунков. Цифровой материал приведен на 8 таблицах в приложении.