Влияние гипокинезии на реактивность животных

В настоящее время исследования влияния гипокинезии на организм животных проводятся преимущественно на крысах и кроликах. В экспериментальных условиях у этих животных изменения реактивности при гипокинезии имеют ряд особенностей. Крысы, помещенные в специальные клетки, резко ограничивающие их двигательную активность, развивают бурную деятельность, стремясь освободиться из клетки. Ограничение двигательной активности крысы в течение продолжительного времени сочетается с повышением силовых нагрузок на мышцы в связи с попытками раздвинуть стенки клетки. Эта деятельность протекает на фоне выраженной стрессорной реакции животного. Она находит отражение в показателях гормонального обмена и оказывает резкое влияние на общее состояние животных.

В экспериментах Л. Томашевской, Г. Кацьюбо-Устилко, С. Козловски с резким ограничением двигательной активности крыс показано, что у этих животных в течение первых 30—35 сут гипокинезии усиливается синтез и секреция кортикостерона. При этом содержание кортикостерона крови в течение первого месяца гипокинезии повышается более чем в 2 раза (с 10,8±0,6 до 27,58± ±0,71 мкг%), а в надпочечниках в 3 раза (с 8,3±0,15 до 25,7± 1,35 мкг%). Содержание в крови АКТГ и кортикостерона лишь на 2-м месяце гипокинезии нормализуется, а начиная с 3-го месяца — снижается. В течение первых 3—4 нед возрастает экскреция адреналина.

Согласно данным А. С. Ушакова с соавт., под влиянием гипокинезии у крыс снижается содержание ацетилхолина и активность холинэстеразы в тканях головного мозга и миокарда. Стрессовые реакции и активные попытки освободиться из тесной клетки оказывают выраженное влияние на энергетический и пластический обмен.

В работах М. С. Гаевской отмечено, что ограничение подвижности крыс в первые недели опыта вызывает резкое повышение физических усилий, предпринимаемых с целью освободиться из клетки. В эти сроки наблюдается уменьшение количества саркоплазматических и увеличение количества миофибриллярных белков в скелетных мышцах. Лишь по прошествии 1 мес подопытные крысы становятся малоподвижными, и, начиная с этого времени, у них резко снижается содержание миофибриллярных белков в скелетных мышцах и в миокарде. Однако при особенно жесткой фиксации животных в обездвиженном состоянии активные попытки освободиться из клетки прекращались значительно раньше, и в этих случаях уже по прошествии 3 нед эксперимента наблюдалось снижение содержания саркоплазматических белков и актомиозина как в скелетных мышцах, так и в миокарде.

При гипокинезии распад белков в скелетных мышцах и внутренних органах резко преобладает под их синтезом, в тканях мышц угнетается фосфорилирующая активность и снижается сопряженность окислительного фосфорилирования.

Кролики переносят пребывание в клетках, ограничивающих их двигательную активность, гораздо спокойнее, без резко выраженного повышения активности гормональных систем.

Однако и в опытах на кроликах очень важное значение имеет способ обездвиживания и тщательность ухода. Ограничение двигательной активности животных посредством фиксации их лап приводит к гибели в течение нескольких недель. Очень жесткий метод иммобилизации животных применил В. В. Тявокин. Он ограничивал подвижность кроликов с помощью специальной металлической сетки, облегавшей тело. У подопытных животных уже через 10 дней после начала опыта начали появляться язвы в аорте, инфаркты миокарда, признаки тяжелого атеросклероза. Однако есть основание предполагать, что результаты этих экспериментов в значительной степени связаны с грубостью методических приемов. В условиях гипокинезии, продолжавшейся до 30 дней, более половины кроликов погибло при явлениях нарушения дыхания. Отметим, что при деликатных методах ограничения подвижности и тщательном уходе за животными подопытные кролики сравнительно легко переносят гипокинезию в течение 2’/г мес. По-видимому, в опытах В. В. Тявокина чрезмерно жесткий метод иммобилизации вызывал очень быстрое появление дистрофических явлений. Это подтверждается наличием глубоких патологических изменений в нервных ганглиях.

Таким образом, гипокинезия в опытах на животных обусловливает возникновение разнообразных изменений. В происхождении этих изменений существенная роль может принадлежать не только снижению двигательной активности организма, но, кроме того, стрессорным реакциям и сопутствующим воздействиям. Исследуя влияние гипокинезии, важно свести до минимума воздействия побочных факторов. Эта задача выполнима в опытах на кроликах при применении специальных клеток. В наших опытах при тщательном уходе кролики находились в состоянии гипокинезии до 2’/г мес, сохраняя вполне удовлетворительное общее состояние.

Наши исследования с ограничением подвижности животных проведены на 550 кроликах. Для ограничения подвижности применяли клетки, имевшие передвижные стенки. Их сдвигали до положения, резко ограничивавшего подвижность животных в трех направлениях. По мере уменьшения размеров животных стенки клеток сдвигали дополнительно. В условиях гипокинезии кролики с исходной массой 3—3,5 кг теряли за месяц до 0,6 кг. Это происходило в основном в связи с уменьшением массы мышц, жира и костей.

Влияние гипокинезии на функциональное состояние различных структур головного мозга было исследовано нашим сотрудником Т. А. Каревой. В экспериментах, проведенных на 100 кроликах, животным в различные структуры головного мозга были имплантированы биполярные электроды, ориентированные с помощью стерео-таксического прибора. Локализацию электродов по окончании опытов контролировали гистологически. Кроликов содержали в помещении с естественной сменой освещения и обычным пищевым рационом. В опытах одновременно регистрировали электроэнцефалограмму с затылочных и моторных областей обоих полушарий, биоэлектрическую активность гипоталамуса, электрокардиограмму и дыхание. После адаптации животных к лабораторным условиям обычно происходила стабилизация фоновых показателей биоэлектрической активности головного мозга и сердечной деятельности. Вслед за этим животных брали в основной опыт. Их помещали в специальные клетки, резко ограничивавшие двигательную активность. Все физиологические исследования проводили, не извлекая животных из клеток.

В фоновом периоде, во время гипокинезии и после ее окончания исследовали изменения биоэлектрической активности коры и подкорковых структур головного мозга, а также изменения электровозбудимости структур гипоталамуса с использованием таких показателей, как восходящие влияния гипоталамуса на кору головного мозга и нисходящие влияния на сердце.

Исходная электроэнцефалограмма кроликов была относительно стабильной. В затылочных областях обоих полушарий в гипоталамусе преобладали медленные волны. В сенсомоторных областях преобладали высокочастотные низкоамплитудные колебания, на фоне которых периодически отмечались высокоамплитудные веретена. Частотный анализ показал, что в исходной электроэнцефалограмме затылочных областей коры преобладали преимущественно волны типа 62, б, 0, а.

Под влиянием гипокинезии биоэлектрическая активность головного мозга существенно изменялась.

В первые дни гипокинезии соотношение высокочастотных и медленночастотных компонентов изменялось в сторону первых. Эти изменения были выражены в затылочных областях коры головного мозга и в латеральном, заднем отделах гипоталамуса. Указанные изменения отмечались в первую неделю гипокинезии, отражая некоторую активацию состояния центральной нервной системы.

Начиная со 2-й нед гипокинезии высокочастотная биоэлектрическая активность снижалась. В дальнейшем она периодически усиливалась, однако в целом было характерно снижение амплитуды биопотенциалов и уменьшение процентного содержания высокочастотных колебаний как по сравнению с первой неделей гипокинезии, так и по сравнению с фоновым периодом до начала гипокинезии.

Раздражение различных структур гипоталамуса импульсами электрического тока (пороговая величина импульса 1—2 В, продолжительность 1 мс, частота 90 Гц, общая продолжительность стимуляции 10 с) вызывало

Типичную реакцию активации, выражавшуюся в появлении ритма напряжения в затылочных отведениях электроэнцефалограммы и десинхронизации активности в моторных областях коры обоих полушарий.

Пороги раздражения гипоталамуса определяли по изменениям электроэнцефалограммы (восходящие влияния) и ритма сердечной деятельности (нисходящие влияния).

При этом пороги восходящих влияний гипоталамуса на кору головного мозга были всегда ниже порогов нисходящих влияний на сердце. По ходу опытов с гипокинезией это соотношение сохранялось.

У контрольных животных на протяжении всего эксперимента, у опытных животных в исходном состоянии (до гипокинезии) пороги раздражения структур гипоталамуса импульсами электрического тока, вызывавшими реакцию активации в коре головного мозга и изменения частоты сокращений сердца, были устойчивыми. Для латеральной преоптической области и супраоптического ядра переднего отдела гипоталамуса пороговый вольтаж прямоугольных импульсов (0,5 мс, 90 Гц) соответствовал 0,5 В, для вентро-медиального и дорсо-медиального ядер среднего гипоталамуса у различных животных находился в пределах 1 —1,5 В, для задней гипоталамической области — 0,5—1 В. При стимуляции импульсами пороговой величины структур переднего отдела гипоталамуса возникало замедление сокращений сердца на 10—30 ударов в минуту, при стимуляции структур среднего отдела гипоталамуса — учащение на 10—25 ударов в минуту, при раздражении структур заднего отдела гипоталамуса были отмечены эффекты в виде как учащения, так и замедления сокращений сердца кролика.

Под влиянием гипокинезии возбудимость вегетативных центров гипоталамуса (преоптической области, супраоптического ядра, дорсо-медиального и вентро-медиального ядра, супрамамиллярного и мамиллярного ядра) четко снижалась, начиная с 7-х суток эксперимента. Пороги раздражений возрастали в 1,5-2 раза.

Заслуживает внимания тот факт, что по окончании гипокинезии возбудимость структур гипоталамуса восстанавливалась медленно. В частности, после 30-суточ- ной гипокинезии пороги раздражения структур гипоталамуса возвращались к исходному уровню не ранее чем по прошествии 18 сут пребывания животных в нормальных условиях, а после 58-суточной гипокинезии — не ранее чем через 30—36 сут пребывания животных в нормальных условиях.

С целью исследования механизмов нарушения функционального состояния аппарата регуляции вегетативных функций при гипокинезии нами была проведена серия экспериментов, в которой животным в различные сроки гипокинезии внутривенно вводили кокарбоксилазу. При этом выяснилось, что кокарбоксилаза не влияет на эффекты стимуляции структур гипоталамуса здоровых животных и в самые первые дни гипокинезии. Однако влияния кокарбоксилазы становятся резко выраженными в более поздние сроки гипокинезии, когда реактивность организма изменена. Например, на 3-й день гипокинезии пороги раздражений вентро-медиального ядра гипоталамуса были не изменены. Введение кокарбоксилазы в этот день не оказало влияния на эффекты раздражения гипоталамуса. Однако на 8-е сутки гипокинезии, когда пороги стимуляции для нисходящих влияний возросли с 1,5 до 4 В, внутривенное введение 2,5 мг кокарбоксилазы тому же кролику полностью нормализовало возбудимость гипоталамуса. У кроликов с электродами, имплантированными в структуры заднего отдела гипоталамуса, повышение порогов раздражения для нисходящих влияний на сердце (с 1 до 2—3,5 В) наблюдалось начиная с 7-х суток гипокинезии, а для восходящих влияний на кору головного мозга с 15-х суток гипокинезии. Введение кокарбоксилазы на 7-е, 16-е и 35-е сутки гипокинезии вызывало снижение порогов раздражения гипоталамуса до исходных величин.

Во всех наших опытах введение кокарбоксилазы вызывало снижение порогов раздражения гипоталамуса для восходящих влияний на кору головного мозга и нисходящих влияний на сердце. Это дает основание полагать, что одним из существенных факторов в механизмах нарушения состояния высших вегетативных центров головного мозга при гипокинезии является нарушение обменных процессов, гипоксия тканей, сопровождающаяся накоплением в организме недоокисленных субстратов тканевого метаболизма.

Исследования, проведенные нами совместно с В. С. Невструевой, показали, что уже в первые сутки ограничения двигательной активности возникают значительные изменения содержания катехоламинов в органах и тканях животных. При этом содержание адреналина и норадреналина в тканях животных изменяется неодновременно.

У кроликов содержание адреналина в надпочечниках и в миокарде в первые дни гипокинезии существенно не изменяется. Однако уже для первых суток опыта характерно снижение содержания норадреналина в миокарде и гипоталамусе. В дальнейшем уменьшение содержания в органах и тканях норадреналина прогрессирует, опережая на протяжении первых недель снижение адреналовой функции надпочечников.

В ранние сроки гипокинезии содержание адреналина в тканях надпочечников, гипоталамуса и миокарда существенно не изменено.

По прошествии 3 сут пребывания кроликов в состоянии гипокинезии содержание адреналина в надпочечниках (255 мкг/г) очень незначительно отличалось от контрольных величин (243 мкг/г). Эти различия недостоверны.

Через 12 сут гипокинезии содержание адреналина в надпочечниках снижалось в различных сериях наших опытов с 245 до 202—143 мкг/г. К 30-м суткам гипокинезии содержание адреналина в надпочечниках уменьшалось до 90 мкг/г.

Содержание адреналина в мышце сердца к 12-дневному сроку опыта не отличалось от нормальных величин (0,17 мкг/г) и умеренно снижалось к одномесячному сроку (0,12 мкг/г). К 2-месячному сроку отмечался значительный разброс этих величин.

В значительно более ранние сроки снижается содержание норадреналина в миокарде и гипоталамусе.

Содержание норадреналина уменьшалось под влиянием 24-часового ограничения подвижности в тканях миокарда с 0,88 ±0,057 до 0,49+148 мкг на 1 г сырой массы ткани (р=0,02), а в тканях гипоталамуса — с 0,2+0,0228 до 0,08+0,16 мкг/г (р<0,001). К 11 —14-му дню гипокинезии содержание норадреналина в тканях миокарда снижалось до 50% исходной величины, а к 2-месячному сроку — до 45% исходной величины.

Гипокинезия вызывает снижение кортикостероидной функции надпочечников. Содержание 11-оксикортикостероидов в плазме периферической крови к 12-му дню эксперимента снижалось в 1,5—2 раза, а к 30-му дню — более чем в 3 раза (с 10 до 2,9 мкг%; р<0,01). Кроме того, снижалось содержание тироксина в крови животных.

При ограничении двигательной активности подопытных кроликов содержание ацетилхолина в крови не только не снижалось, а возрастало. Однако возрастание содержания ацетилхолина и снижение активности холин-эстеразы крови не сопровождалось усилением парасимпатических влияний на сердечную деятельность. Таким образом, увеличение содержания ацетилхолина в крови при гипокинезии не может рассматриваться в качестве показателя усиления холинергических влияний, а является проявлением нарушения состояния системы регуляции.

Нашими сотрудниками Н. А. Подрезовой и Т. М. Синицыной для исследования изменений парасимпатической регуляции сердечной деятельности были использованы безусловные рефлексы на вдыхание паров аммиака. Анализируя результаты пробы, оценивали замедление темпа сокращений сердца, продолжительность периода асистолии и ряд изменений электрокардиограммы.

Определив фоновые показатели, животных помещали в клетки, ограничивавшие их двигательную активность. На протяжении последующих 6 нед гипокинезии не менее 4 раз с интервалами в 1,5 нед исследовали рефлексы на вдыхание паров аммиака. Результаты проведенного исследования показали, что при гипокинезии парасимпатические рефлексы, реализующиеся через тройничные и блуждающие нервы, сохраняются. Несмотря на возрастание содержания в крови ацетилхолина и снижение активности холинэстеразы, парасимпатические рефлексы не усиливаются, а становятся даже несколько менее выраженными по сравнению с исходными.

Заслуживает внимания тот факт, что при резком ограничении двигательной активности возникают некоторые особенности изменений сердечной деятельности, выявляющиеся под влиянием этих рефлексов. Они выражаются в том, что во время брадиаритмии появляются идиовентрикулярные сокращения.

Под влиянием гипокинезии у кроликов существенно изменялось состояние красной крови. В частности, изменялся качественный состав эритроцитов, возрастало содержание эритроцитов со сниженной осмотической резистентностью и уменьшалось содержание эритроцитов с высокой осмотической резистентностью. Это свидетельствовало о торможении процессов эритропоэза. К 2-месячному сроку гипокинезии содержание гемоглобина снижалось с 14 до 9,7 г % (р <0,001), а гематокрит — с 42 до 30 (р<0,001), существенно изменялся электролитный обмен организма и миокарда.

К 2-месячному сроку гипокинезии внутриклеточная концентрация ионов натрия повышалась во всех отделах желудочков сердца, особенно в тканях левого желудочка (с 21,7±3,4 до 33,5+2,7 ммол/р) (р<0,05).

Электронно-микроскопические исследования миокарда подопытных кроликов, проведенные Р. С. Морозовой и В. С. Романовым, выявили ряд существенных изменений, возникающих под влиянием ограничения двигательной активности. Эти изменения были мозаичны и отмечались в различных отделах миокарда. Они выражались в изменении состояния саркоплазмы, миофибрилл и митохондрий. К 12—14-му дню пребывания животных в условиях резкого ограничения двигательной активности отмечались полнокровие капилляров и явления отека саркоплазмы по периферии волокон. В отдельных участках миокарда миофибриллы были разрыхлены, отчасти разрушены. К этому сроку гипокинезии в митохондриях уменьшалось количество крист. В эндотелиальных клетках капилляров отмечались выраженные изменения ультраструктур. Было характерно уменьшение плотности эндотелиальных клеток и увеличение промежутков между ними. Происходило расслоение базальных мембран клеток капилляров. В эндотелиальных клетках возрастало количество пиноцитозных вакуолей.

К 30-м суткам гипокинезии изменения клеток миокарда и капилляров становились еще более выраженными. В клетках появилось значительное количество гранул липидов. К этому сроку отмечался лизис части миофибрилл. В этих условиях выраженные изменения мышечных клеток в значительной степени могут быть обусловлены нарушениями микроциркуляции.

Таким образом, в опытах на животных при резком ограничении двигательной активности возникает ряд выраженных физиологических и патологических изменений. Среди них наиболее существенными являются:

  1. резкие изменения функционального состояния нервной системы, в том числе коры головного мозга и высших вегетативных центров гипоталамуса;
  2. резкие изменения гормональных систем организма, в том числе снижение функций щитовидной железы, коркового и мозгового вещества надпочечников:
  3. угнетение гемопоэза и изменение качественного состава красной крови;
  4. нарушения электролитного обмена организма;
  5. нарушения энергетического и пластического обмена;
  6. нарушения микроциркуляции, трофического обеспечения и метаболизма тканей, в частности миокарда.

Анализируя механизмы этих явлений, отметим, что снижение активности и тонуса скелетной мускулатуры непосредственно отражается на функциональных системах организма и на определенных стадиях гипокинезии определяет снижение потребности в кислороде. Однако возникающая при этом глубокая разбалансированность регуляции вегетативных функций организма, нарушения трофики и микроциркуляции в конечном счете обусловливают резкое ухудшение питания тканей, нарушения тканевого метаболизма и гипоксию жизненно важных органов, в том числе головного мозга и сердца.

Adblock
detector