Эндокринные и мессенджерные системы при адаптации к условиям высокогорья

При действии на клетку-мишень гормональных и нейроме­диаторных стимулов наблюдается активация либо ингибирова­ние всех клеточных процессов - от энергетических до деления и дифференцировки [5, 8]. Основой механизмов сопряжения во многих случаях являются низкомолекулярные вторичные мес­сенджеры, образование которых индуцируется в клетке при воз­действии внешних, т. е. гормональных, стимулов [11].

Нейроэндокринные механизмы активно участвуют в адап­тации организма к физическим факторам гор - высотной ги­поксии и холоду [2, 8]. При этом в динамике адаптационного процесса можно выделить две фазы изменения уровня гормонов в организме. В начальном периоде адаптации происходит акти­вация гормональной системы, которая сопровождается повы­шением количества вырабатываемых гормонов. По достижении адаптации наступает вторая фаза, которая характеризуется сни­жением активности гормональной системы до исходного и даже более низкого уровня. Это снижение не связано с истощением желез внутренней секреции, так как при действии другого адап­тирующего фактора их активность вновь возрастает [8].

Причина такого возврата к исходному уровню остается не­выясненной. Вероятно, это изменение активности связано с со­ответствующей перестройкой чувствительности клеток-мише­ней, что в случае повышения их чувствительности должно за­кономерно вести к возврату активности гормональной системы к исходному уровню. При этом необходимо иметь в виду, что чувствительность клеток-мишеней определяется динамическим балансом активностей двух основных систем вторичных мес­сенджеров - фосфоинозитидной и аденилатциклазной [9]. Вот почему наблюдаемое в позднем периоде адаптации снижение активности гормональной системы - это не возврат к старым координационным отношениям между гормонами и клетками- мишенями, а своеобразный переход на новую ступень регуля­ции, обусловленную соответствующими перестройкам в систе­мах вторичных мессенджеров. С целью проверки этих логиче­ских построений была выполнена настоящая работа.

Материалы и методы

Первая серия экспериментов была посвящена выяснению характера взаимодействия гормонов и вторичных мессенджеров при адаптации к условиям высокогорья. Крысы находились го­рах (3200 м) в течение 30 дней. Для провокации нарушений гор­мональных элементов резистентности животных одной группы предварительно адреналэктомировали путем удаления правого надпочечника [10]. Во второй серии опытов исследовали фос­фоинозитидный ответ при экзогенном введении норадрена­лина.

В плазме крови крыс определяли содержание адреналина и норадреналина с помощью флюорометрического метода на спектрофлюориметре "Хитачи" MPF-4. В качестве стандартов использованы препараты фирмы "Реанал" (Венгрия). Уровни адренокортикотропного гормона (АКТГ), кортикостерона и ти­роксина - радиоиммунологическим методом [2].

Фосфоинозитиды - фосфатидилинозитол (PI); фосфатиди- линозитол-4-фосфат (PIP) и фосфатидилинозитол-4,5-дифос- фат (Р1Р₂) выделяли из полушарий мозга крыс и разделяли ме­тодом тонкослойной хроматографии (ТСХ) на пластинках Silu- fol UV-254 (Чехия). Идентифицировали фракции с помощью стандартных свидетелей "Sigma" (США). Количественное опре­деление проводили по содержанию инозитидного фосфора (в микрограммах фосфора на 1 г ткани) [3]. Циклический адено­зинмонофосфат (сАМР) в гомогенате мозга определяли после осаждения белков 6% трихлоруксусной кислотой с применени­ем ТСХ и идентификации радиоиммунологическими наборами "Institute for research, production and applications" (Чехия) [6]. Продукты перекисного окисления липидов (ПОЛ) и активность ферментов антиоксидантной защиты определяли по общепри­нятым методикам [3]. Данные для конкретных эксперименталь­ных точек в каждом независимом определении проводили в 5-кратной повторности. Статистическую обработку результатов осуществляли с помощью критерия t Стьюдента. Эксперимен­тальные данные представлены как М ± т.

Результаты и их обсуждение

Наиболее важными физиологическими механизмами адап­тации к физическим факторам гор, как известно, являются воз­буждение гипоталамо-гипофизарной системы и усиленная про­дукция глюкокортикоидов и катехоламинов [8]. Полученные результаты продемонстрировали подтверждение этой модели: в течение первых 3 сут адаптации к высокогорью в плазме крови крыс уровни кортикостерона и адреналина повышались в 2,6- 2,9 раза (рис. 1), содержание норадреналина повысилось на 7-е сутки. Отмечено достоверное увеличение концентрации АКТГ на 3-и сутки (р < 0,02).

Помимо указанных эндокринных каскадов, физические факторы гор в ранние сроки (до 3 сут) вызывали выраженный секреторный ответ щитовидной железы. Содержание тироксина в этот период превышало контрольный уровень в 1,3-1,5 раза.

Гормональный ответ адреналэктомированных крыс был од­нотипным с реакциями интактных животных, однако уступал последним по амплитуде на 22-29% (р < 0,05). У животных этой группы в отличие от интактных крыс на 7-е сутки наблю­далось компенсаторное увеличение массы оставшегося надпо­чечника с 12,2 ± 0,4 до 18,3 ± 0,8 мг.

Поскольку важнейшие эффекты гормонов и катехоламинов опосредуются системами вторичных мессенджеров, на следую­щем этапе реализация гормонального сигнала в клетке начина­ется образование сАМР и инозитолфосфатов [9, 11]. При этом не обнаружено пропорциональной зависимости образования сАМР от концентрации агониста. В течение исследуемого пе­риода содержание сАМР в полушариях мозга колебалось от 107 до 122%. Вероятно, обратные связи в системах вторичных мес-

Рис. 1. Уровень гормонов в плазме крови крыс при 30-днев­ной адаптации к условиям высокогорья (3200 м).

Рис. 2. Содержание полифосфоинозитидов в полушариях моз­га крыс при 14-дневном введении норадреналина.

По оси абсцисс - дни инъекций, по оси ординат - концентрация инозитидного фосфора (в мкг Р на 1 г ткани мозга). Суммарная доза 35 мг/кг. Заштрихованные столбики - PIP, столбики без штриховки - Р1Р₂. Одна звездочка - р < 0,05, две - р < 0,02 по сравнению с контролем.

По оси абсцисс - срок адаптации, дни; по оси ординат - содержание гормонов (в % от контроля). 1 - кортикостерон, 2 - адреналин, 3 - норадреналин, 4 - АКТГ.

сенджеров приводят к тому, что аденилатциклазный каскад стремится вернуться к начальному стационарному состоянию при отклонениях от него, возможны также временные переходы на новые устойчивые уровни [9]. Исходя из этих соображений, говорить о дозозависимом эффекте здесь следует с большей ос­торожностью (если вообще следует).

Перестройки в фосфоинозитидной мессенджерной системе заключались в повышении доли полифосфоинозитидов (poly- PI) PIP и Р1Р₂ в общей мембранной фракции инозитолсодержа­щих фосфолипидов, причем у адреналэктомированных живот­ных - в несколько большей степени (см. таблицу). Сдвиг от PI к poly-PI развивался во времени и достигал максимума к 14-м гуткам, когда активность эндокринных систем снижалась и на­ступала вторая фаза в динамике адаптационного процесса. Из­вестно, что именно poly-PI являются основными источниками вторичных мессенджеров - диацилглицерола и инозитолфос­фатов [12]. Это значит, что повышение чувствительности мем­бран в процессе адаптации может обеспечиваться за счет воз­никновения других количественных соотношений между PI и poly-PI. Кроме того, не исключается возможность адаптивных перестроек на рецепторном уровне [9]. Синергические процес­сы в этих звеньях передачи гормонального сигнала способны изменить масштаб чувствительности клеток-мишеней. Следова­тельно, указанные события ведут к переходу на новую ступень регуляции, обусловленную изменением характера взаимодейст­вия между эндокринными и мессенджерными системами.

Что произойдет на участке сопряжения эндокринных сиг­налов, если гормональная активность будет не снижаться, а на­растать? Для ответа на этот вопрос применили модель с поддер­жанием высокого уровня норадреналина путем инъекций в воз­растающих дозах. Препарат вводили в течение 14 дней (общая

Содержание полифосфоинозитидов (в мкг Р на 1 г ткани мозга) в полушариях мозга интактных и адреналэктомированных крыс (л = 5) при 30-днсвной адаптации к условиям высокогорья (3200 м)

Примечание. Звездочка - р < 0,05.

доза 35 мг/кг). К концу этого периода содержание норадрена­лина в крови повышалось в 4-6 раз.

Как и следовало ожидать [1, 4], эффект подобных нагрузок норадреналином выразился в инициации свободнорадикальных процессов и в повреждении миокарда. После 7 дней введения отмечались полнокровие и спазм сосудов, отек стромы, наблю­дали очаги гипертрофированных кардиомиоцитов с частичной ишемией и некрозом. Содержание продуктов ПОЛ - диеновых конъюгатов и оснований Шиффа повысилось на 36-55% (р < 0,02). Однако к 14-м суткам, несмотря на продолжение вве­дения препарата в возрастающих дозах, отмечены нормализа­ция уровня продуктов ПОЛ и усиление активности ферментов антиоксидантной защиты, особенно супероксиддисмутазы - на 25-32% (р < 0,02).

Высокий уровень норадреналина в крови привел к сниже­нию содержания мембранного PIР₂ на 3-и сутки с 21,8 ± 2,4 мкг Р на 1 г ткани мозга (в контроле) до 16,8 ± 2,0 мкг Р/г (р < 0,02). Эта динамика сохранялась до конца эксперимента (рис. 2). Уро­вень PIP существенно не изменялся.

Наблюдавшаяся для свободнорадикальных процессов тен­денция к восстановлению исходной интенсивности свидетель­ствовала о включении защитных систем, причем динамика со­держания poly-PI наводила на мысль об участии фосфоинози­тидов в формировании этих лимитирующих механизмов, сни­жающих деструктивные эффекты повреждающего агента - но­радреналина. При этом, кроме функциональной регуляции в виде активации ферментов антиоксидантной защиты [1], отри­цательное действие фактора, несмотря на его нарастание, могло блокироваться на участке проведения сигнала в клетку за счет снижения доли poly-PI.

Пока еще не отдифференцированы пороговые диапазоны концентраций гормонов и нейромедиаторов, при которых про­исходит адаптивное повышение или снижени содержания poly- PI, изменяющее чувствительность клеточных мембран. В то же время ясно, что фосфоинозитидная мессенджерная система мо­жет функционировать в различных "режимах". Находясь в од­ном из них, система обеспечивает определенную ступень регу­ляции, адекватную силе гормонального сигнала. Если этот сиг­нал становится больше некоторой пороговой величины, то в системе (очевидно, благодаря механизмам обратной связи) фор­мируется новый стационарный уровень, изменяющий чувстви­тельность клеточных мембран.

Выводы

1. Снижение активности эндокринных каскадов во второй фазе адаптации к высокогорью сопровождается увеличением доли полифосфоинозитидов в мембранах, что определяет воз­никновение новых координационных отношений между гормо­нами и вторичными мессенджерами.
2. Деструктивные эффекты норадреналина при его введении в возрастающих дозах могут снижаться в результате активации ферментов антиоксидантной защиты и блокады сигналов в клетку, обусловленной снижением содержания фосфатидил и- нозитол-4,5-дифосфата.