авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

СИБИРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ИНСТИТУТ ГИПЕРТЕРМИИ

ПУТИ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ИНТЕНСИВНОГО ТЕПЛОЛЕЧЕНИЯ

Научный

редактор

чл.-кор. РАМН, профессор А.В. Ефремов

НОВОСИБИРСК

АКАДЕМИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО “ГЕО”

2009

УДК 615.832.3

ББК 28.072

П901

А в т о р ы:

А.В. Сувернев, Г.В. Иванов, И.В. Василевич, В.Н. Гальченко,

Р.П. Алейников, С.Ю. Новожилов Пути практического использования интенсивного теплолечения (Второе сообщение) / А.В. Сувернев, Г.В. Иванов, И.В. Василевич и др. ;

Сиб. науч.-исслед. ин-т гипертермии. – Новосибирск : Ака демическое изд-во “Гео”, 2009. – 109 с. – ISBN 978-5-904682-03-3 (в пер.).

В книге обосновывается безопасность искусственной кратковре менной (пиковой) общей гипертермии высокого уровня (выше 43 °С) в отношении организма человека и животных для терапевтического применения.

Особое значение в изучении обратимости теплового шока уделено трипсину поджелудочной железы, как неспецифической поливалент ной протеиназе с многосторонним патологическим влиянием на жи вые белки, клетки, ткани и органы. Описана методика общей гипер термии, приведены примеры и некоторые результаты применения ин тенсивного теплового лечения у человека.

Для биологов, физиологов, патофизиологов и врачей.

© Коллектив авторов, © Оформление. Академическое ISBN 978-5-904682-03-3 изд-во “Гео”, В саду сжигают опавшие листья, в городах сжигают мусор;

гипертермические ванны сжигают органическую пыль, они подмета ют соединительные пути – капилляры – и чистят внеклеточные и интерстициальные жидкости. В этом тайна универсальной ши роты воздействия гипертермических ванн.

А.С. Залманов Give me the power to create fever and I will heal all illnesses.

Parmenides. Approx. 540–480 b. c.

Глава ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРЕДСТАВЛЕНИЯ 1.1. Тепло и живые структуры Метаболизм в клетках, тканях, органах и организме зависит от температуры. У гомойотермных температура является одной из ос новных констант, обеспечивающих функциональную активность и нормальную жизнедеятельность клетки и организма в целом.

Хорошо известно, что биологические системы, особенно жи вые клетки, более чувствительны к изменениям температуры, чем большинство химических процессов в небиологических системах, и это является отражением свойств ферментов, от действия кото рых зависит функционирование биологических систем [Диксон, Уэбб, 1961]. Более того, чувствительность клетки к внешним воз действиям связана с чувствительностью не только самих фермен тов, но и тех протоплазменных структур, на которых они смонти рованы [Опарин, 1961].

Любое отклонение от температурной константы обязательно вызывает изменение скорости обменных процессов как в физио логических параметрах, так и за их пределами, приводя к патоло гии. Благодаря механизмам теплорегуляции организм теплокров ного должен и будет «…бороться за температурный оптимум до конца» [Риккер, 1987].

За «первичной теплоустойчивостью клеток» скрывается чувст вительность белковых макромолекул к конформационным измене ниям в стереохимии [Александров, 1975]. Конформационная гиб кость белковых молекул является ключевой чертой метаболизма [Koshland, 1964], и эта гибкость напрямую определяет теплоустой чивость клеток, органов и всего организма. Выдающийся ученый ХХ века Владимир Яковлевич Александров в 1975 г. сформулиро вал принцип динамичной стабильности/лабильности основных молекулярных клеточных компонентов: белков, нуклеиновых кис лот и липидов. Он полагал, что речь идет о поддержании в проме жуточном состоянии стабильности конструкций, соединенных многочисленными слабыми связями [Александров, 1975]. В отноше нии белков и нуклеиновых кислот это поддержание вторичной, тре тичной и четвертичной структуры макромолекул в состоянии не слишком высокой и не слишком низкой конформационной гибкос ти. В отношении липидов – поддержание остатков жирных кислот в состоянии не слишком твердом и не слишком жидком. По мне нию В.Я. Александрова, состояние определенной семистабильнос ти необходимо для нормального выполнения этими компонентами возложенных на них функций, а также для регуляции их работы.

На многих белках показано, что при функционировании про исходят изменения конформации макромолекул. Такие же измене ния наблюдаются у нуклеиновых кислот при авторепродукции, транскрипции и трансляции. От степени «разжиженности» жирно кислотных остатков липидов зависит работа мембранных фермен тов. Уровень стабильности всех трех компонентов температурно за висим. Повышение температуры за пределы оптимума приводит к избыточному возрастанию лабильности, снижение температуры – к избыточной стабилизации. Значительное отклонение от установ ленного эволюцией уровня семистабильности компонентов клетки должно приводить к нарушению ее жизнедеятельности [Александ ров, 1975]. Связь высокой чувствительности к действию различных повреждающих факторов с интенсивностью обмена веществ живо го объекта многократно устанавливалась в различных разделах био логии. Наиболее полное развитие эта идея получила в классичес ких трудах Чайльда в первой половине прошлого века. На большом числе примеров из животного и растительного мира он показал, что у многих организмов, у различных тканей и клеток имеется прямая зависимость между чувствительностью к повреждению и интенсивностью обмена;

в частности, снижение повреждаемости сопровождает снижение метаболизма.

Таким образом, было установлено, что общее повышение ста бильности протоплазматических белков снижает темп клеточного метаболизма, а повышение их конформационной лабильности ус коряет метаболические процессы.

Очень вероятно, что с этими обстоятельствами связана более высокая термолабильность белков у быстро растущих клеток и тка ней, а высокая стабильность протоплазматических белков приво дит к переходу клеток в состояние покоя и повышает их теплоус тойчивость.

Для нас важно, что высокий метаболизм злокачественных кле ток, а также макромолекулярные структуры быстро размножаю щихся вирусов и бактерий сопряжены с низкой термотолерантнос тью этих объектов.

Первыми определили механические свойства живых раковых клеток, взятых непосредственно у больного, ученые из Калифор нийского университета [Bourzac, 2007].

Проверка раковых клеток на «прочность» выявила, что «злые», активные раковые клетки на 70 % менее устойчивы к внешним воздействиям. В отличие от здоровых клеток они не прочно соеди нены друг с другом, легко разъединяются и распространяются (ме тастазируют).

Учитывая разную теплоустойчивость различных биомакромоле кулярных соединений, можно предположить, что в одном и том же температурном диапазоне (у человека, например, при температуре 42,5–43,5 °С) степень денатурации термотолерантных и термонетоле рантных структур различается. Схематично это предположение можно представить следующим образом (рис. 1).

Если сформулированное предположение справедливо и факти чески подтверждается, то появляется возможность намечать облас ти практического применения искусственного теплолечения.

Рис. 1. Степень денатурации различных биоструктур при температуре тела 42,5–43,5 °С.

1.2. Денатурация Физические измерения показывают, что большинство фер ментов представляют собой глобулярные белки. Форма их молекул близка к сферической, причем пептидные цепи в нативных белках обычно свернуты в спираль (вторичная структура Эйринга). При сворачивании в спираль отдельные витки удерживаются водород ными связями, согласно известной модели альфа-спирали Полинга и Кори. Далее свернутые спиралью пептидные цепи упаковывают ся «бок о бок», несколькими цепями. Эта третичная структура под держивается связями трех типов – ионными, водородными и ди сульфидными, а также гидрофобными взаимодействиями. Именно при повреждении третичной структуры при денативации (денату рации) обычно утрачивается и функция белка. Таким образом, под денатурацией подразумевают повреждение или изменение стерео химической трехмерной конформации, присущей любой белковой молекуле. Эти изменения могут носить обратимый (временный) или необратимый (постоянный) характер, но и в том и в другом случае аминокислотная последовательность белка остается неизмен ной. Дальнейшее разрушение возможно только через реакции про теолиза, когда протеиназы разрывают пептидные связи в полипеп тидной цепи.

При денатурации молекула белка «развертывается» и теряет способность выполнять свою биологическую функцию.

Денатурирующими агентами могут служить химические и фи зические факторы. К химическим относятся кислоты, щелочи, лег ко гидратирующие соли, органические растворители, различные окислители. Физическими факторами являются действие высокого давления, многократное замораживание и оттаивание, ультразву ковые волны, УФ-лучи, ионизирующая радиация. Но наиболее распространенным физическим фактором денатурации белка явля ется повышение температуры.

Поскольку конформация белковой молекулы формируется при участии слабых типов связей, то она является подвижной, и белок может изменять свою структуру. В зависимости от условий внеш ней среды молекула может существовать в разных конформаци онных состояниях, которые легко переходят одно в другое. Энерге тически выгодными для реальных условий являются только одно или несколько конформационных состояний, между которыми су ществует равновесие. Переходы из одного конформационного со стояния в другое обеспечивают функционирование белковой моле кулы. При изменении конформации часть слабых связей разруша ется, и образуются новые связи слабого типа.

Конфигурационная подвижность макромолекулы зависит от температуры. Для разных белков характерна различная чувстви тельность к тепловому воздействию. Некоторые белки подвергают ся денатурации уже при 40–50 °С. Такие белки называют термола бильными (термонетолерантными). Другие белки денатурируют при гораздо более высоких температурах и являются термостабиль ными (термотолерантными).

1.3. Обратимость денатурации При денатурации возможны различные степени нарушений строения белковой молекулы. Относительно мягкие денатурирую щие агенты, например, растворы мочевины, приводят лишь к не которым изменениям в третичной структуре белковой глобулы.

Нарушение ферментативной активности при подобной денатура ции может явиться следствием пространственного разобщения функциональных групп белковой молекулы, принимающих учас тие в формировании активного центра фермента. Обычно этот вид денатурации допускает восстановление первоначальной структуры белковой глобулы и – после ренатурации – возобновление фер ментативной активности.

Таким образом, денатурация, при которой нативные белковые молекулы переходят в лишенную биологической активности фор му беспорядочно свернуто-развернутого клубка, не является необ ратимым процессом (рис. 2, 3).

Рис. 2.

Рис. 3.

Известно много примеров, когда в химической пробирке раз вернутые молекулы приобретают свою первоначальную форму в ре зультате процесса, называемого ренатурацией, ренативацией, фол дингом, повторным свертыванием или отжигом [Ленинджер, 1985].

Более того, если денатурированный белок является ферментом, то в процессе ренатурации его каталитическая активность также мо Рис. 4. Стадийная модель самоорганизации, из: [Птицин, 1973].

жет восстановиться, и притом без изменения специфичности ката лизируемой реакции. Таким образом, при ренатурации денатури рованного белка восстанавливается его исходная специфическая биологическая активность. Этот процесс не требует дополнитель ной химической энергии извне, происходит самопроизвольно, лишь бы окружающая рН и температура были оптимальны, т. е. макси мально обеспечивали стабильность нативной формы (рис. 4).

Денатурация многих белков кажется необратимой просто потому, что возвращение к нативному состоянию происходит во многих случа ях очень медленно. Причиной стремления восстановить нативную конформацию белковой молекулы является то, что в биологичес ких условиях эта форма наиболее энергетически стабильная, т. е.

обладает наименьшей свободной энергией.

1.4. Стабильность структуры белка и устойчивость к повреждению В организме человека 31 200 различных белков и среди них 9000 ферментов. Это макромолекулы, молекулярная масса которых колеблется от нескольких тысяч до нескольких миллионов дальтон.

Каждому белку свойственна своя стереохимическая конформа ция, определяющая, с одной стороны, специфическую функцию, а с другой – «индивидуальную» стабильность в отношении агрессии факторов внешней среды.

Убедительно показано, что альфа-спираль представляет собой относительно стабильную структуру, если R-группы полипептид ной цепи не заряжены, имеют сравнительно небольшие размеры и не образуют водородные связи.

Однако не все альфа-спиральные участки в белках обладают совершенно одинаковыми параметрами и характеризуются одинаковой стабильностью, что следует объяс нять различиями в аминокислотном составе и в последовательнос ти чередования аминокислотных остатков. Для альфа-спиральных участков в белках характерно наличие локальных неустойчивых то чек, в которых спираль должна обладать способностью изгибаться под действием других сил, в особенности под влиянием стремле ния всей полипептидной цепи принимать такую конформацию, при которой гидрофобные R-группы максимально защищены от соприкосновения с водой. Таким образом, характерная для данной полипептидной цепи третичная структура в водной среде опреде ляется, с одной стороны, влиянием водородных связей (внутри- и межцепочечных), а с другой – стремлением всей цепи изгибаться в точках, где стабильность альфа-спирали нарушена, и принимать такую конфигурацию, при которой молекулы воды могли бы нахо диться в условиях, обеспечивающих максимальное значение энтро пии системы (А. Ленинджер). Если в белке содержатся дисульфид ные мостики, то их число и расположение также являются очень важными факторами, поддерживающими характерную третичную структуру белка.

Белки обладают максимальной стабильностью при определен ной, оптимальной для каждого из них температуре. Большинство белков наиболее стабильно при температурах, поддерживаемых в холодильниках. Температура их нормального функционирования гораздо выше. В связи с тем, что температурный максимум ста бильности большинства белков лежит значительно ниже температу ры их жизненного оптимума, любое повышение температуры отно сительно максимума стабильности должно снижать стабильность структуры белковых молекул.

Действительно, при температурах, превышающих 40–50 °С, почти все белки утрачивают стабильность и начинается «разверты вание» полипептидных цепей. Чем выше температура и больше ее экспозиция, тем более беспорядочной становится конфигурация развернувшейся глобулы белка.

1.5. Возможности ренативации Если подвергнуть белок денатурации путем нагревания, т. е.

«развернуть» его полипептидную(ые) цепь(и), а затем быстро охла дить его, то исходная третичная структура обычно не восстанавли вается. Однако если нагретый раствор белка подвергнуть отжигу (очень медленному охлаждению до комнатной температуры), то нативная конфигурация белка часто восстанавливается (рис. 5).

Рис. 5.

В процессе отжига (ренатурации, ренативации) восстанавлива ется и каталитическая активность ферментов, инактивированных нагреванием. Длительный период, в течение которого происходит восстановление исходной структуры белка, необходим для того, чтобы дать возможность полипептидной цепи «перепробовать»

многие возможные конформации, прежде чем будет найдена (пу тем проб и ошибок) наиболее стабильная (энергетически выгод ная) из них. По мере того как каждый последующий аминокис лотный остаток находит конформацию, соответствующую мини мальной свободной энергии, стабильность уже свернувшейся части цепи и скорость ренатурации возрастают. Такое повышение ста бильности и скорости ренатурации является результатом многих последовательных кооперативных взаимодействий.

Шапероны Правильное сворачивание (фолдинг) полипептидных цепей некоторых белков в клетках эукариот обеспечивается специфичес кими белками, называемыми шаперонами, которые необходимы для эффективного формирования третичной структуры полипеп тидных цепей других белков, но не входят в состав конечной бел ковой структуры. Новосинтезированные белки после выхода с ри босом для правильного функционирования должны укладываться в стабильные трехмерные структуры и оставаться такими на протя жении всей функциональной жизни клетки. Таким образом, поддер жание контроля качества структуры белка осуществляется этими специальными белками, катализирующими укладку полипептидов.

Кроме укладки молекул шапероны способны «ремонтировать» не правильно скомпактифицированные белки, если их структура под влиянием каких-то внешних воздействий будет повреждена [Яро вая, 2003].

Гидрофобные области образуются на внешней поверхности мо лекул белков, формируя полости активных центров и места кон тактов субъединиц мультимерных белков друг с другом и биологи ческими мембранами. Увеличение гидрофобности поверхности бел ков снижает их внутриклеточную стабильность, так как множество протеолитических ферментов гидролизуют с большой скоростью пептидные связи, образуемые гидрофобными аминокислотами или находящиеся вблизи от них.

В то же время в организме (in vivo) внутриклеточно возможна быстрая ренатурация. Это связано с выработкой в живом организ ме специфических белков, которые «узнают» исходную структуру денатурированного белка, присоединяются к нему с помощью сла бых типов связи и создают оптимальные условия для ренативации.

Такие специфические белки, известные как «белки теплового шо ка» или «белки стресса», есть во всех клетках организма. Они вы полняют также функцию транспорта полипептидных цепей через биологические мембраны и участвуют в формировании третичной и четвертичной структур белковых молекул. Эти функции белков стресса называются шаперонными. При различных видах стресса – при перегреве организма до 40–44 °С, при вирусных инвазиях, от равлениях и др. – происходит индукция синтеза таких белков.

Hsp70 – первый белок, названный шапероном. Еще одна функ ция шаперонов в клетке заключается в том, что они связываются с поврежденными полипептидами и помогают им принять нативную конформацию;

шапероны также участвуют в доставке белков в оп ределенные органеллы. Шапероны способны находить в полипепти дах-мишенях гидрофобные участки, которые открыты у поврежден ных белков или могут открываться у нормальных, зрелых клеточных белков в момент изменения их конформации. Подобные конформа ционные изменения происходят, например, вследствие каскадных модификаций белков в процессе передачи клеточного сигнала. Бел ки семейства Hsp70 являются одними из основных элементов сис тем контроля качества белков и участвуют в работе всех систем жизнеобеспечения клетки.

Шаперонную активность обычно связывают с защитной функ цией Hsp70. To, что шаперон спасает клетки от огромного числа факторов, в том числе вызывающих апоптоз, было подтверждено в многочисленных опытах in vitro и in vivo с использованием широ кого спектра модельных организмов, находящихся на разных сту пенях эволюции.

Несмотря на огромное число исследований, посвященных раз личным аспектам функционирования Hsp70, нерешенным остается множество вопросов, имеющих принципиальное значение. Хотя Hsp70 и считается индуцибельным, что означает резкое возраста ние его экспрессии в ответ на стресс, в клетках человека его син тез, пусть на невысоком уровне, происходит и в нормальных ус ловиях. Надо отметить, что в разных тканях и клетках организма степень экспрессии Hsp70 различается. Например, она очень вы сока в тканях сердца и крайне низка (и не запускается в ответ на стресс) в некоторых типах нейронов головного мозга. Уровень экс прессии Hsp70 высок в опухолях, особенно злокачественных. В свя зи с этим возникает ряд вопросов. Каковы последствия высокого уровня экспрессии Hsp70 в опухолевых клетках? Не ясно, каким образом нервные клетки защищаются от неблагоприятных факто ров, к примеру, от формирования нерастворимых белковых агре гатов в нервных клетках головного мозга при некоторых наслед ственных нейродегенеративных заболеваниях, а также в клетках мозга пожилых людей.

Убиквитины Белок выполняет закрепленную за ним функцию, а затем, в определенный момент, клетке необходимо от него избавиться. По следнее обусловлено рядом причин: например, дальнейшая актив ность белка может навредить клетке – нужно синтезировать новые белки, а перегрузка цитоплазмы полипептидами является источни ком апоптоза. Перестав быть необходимыми, белки подвергаются протеолитической деградации.

Внутриклеточную деградацию белков долгое время считали не специфическим случайным процессом. Настоящим прорывом в данной области послужило открытие убиквитинового сигнального пути. В рамках этого пути деградации белка, которая осуществля ется крупным белковым комплексом – протеасомой, предшеству ет присоединение к нему «цепочки» молекул небольшого пептида убиквитина. Полиубиквитиновая цепочка навешивается в строго определенный момент и является сигналом, свидетельствующим о том, что данный белок подлежит деградации [Яровая, 2003]. Те перь ясно, что процесс внутриклеточного протеолиза жестко регу лируется и чрезвычайно важен для основных клеточных функций.

Среди субстратов специфического протеолиза – регуляторы клеточного цикла, компоненты различных сигнальных путей, а так же мутантные и поврежденные белки.

Система внутриклеточного протеолиза вовлечена в такие про цессы, как пролиферация клеток, развитие и дифференцировка, ре акция на стресс и патогены, репарация ДНК. Нарушение этой сложной системы является причиной многих заболеваний.

Итак, деградация белка по убиквитиновому пути включает ко валентное присоединение к подлежащему деградации белку поли убиквитиновой цепи и деградацию белка 26S-протеасомой. Белки класса Е3 представляют собой убиквитин-лигазы, способные специ фически связываться с подлежащими деградации белковыми суб стратами напрямую или посредством вспомогательного белка. Е «узнают» в составе субстрата определенный мотив, называемый де гроном, который на уровне Е3 обеспечивает специфичность протео лиза. В связи с тем, что специфическому протеолизу подвергается огромное количество белков, вариантов Е3 в клетке особенно мно го. Присутствие мотива, узнаваемого Е3 (дегрона в структуре бел ка), говорит о том, что при его презентации этот белок обязан де градировать. Обычно дегрон бывает спрятан соответствующей нативной структурой.

Деградация белков по убиквитиновому пути представлена на рис. 6 и включает следующие этапы: (1) активация УБ УБ-активи рующим ферментом Е1;

(2) связывание активированного УБ с УБ несущим ферментом Е2;

(3) образование специфического комплек са между УБ-белок-лигазой Е3 и белком;

(4) перенос активирован ного УБ на белок без участия Е3;

(5) связывание УБ с белком и формирование множественных УБ-цепей с освобождением свобод ного Е2;

(6) деградация убиквитинированного белка 26S-протеасо Рис. 6. Убиквитиновый и убиквитин-протеасомный пути деградации белков, по: [Яровая, 2003].

мой;

(7) удаление УБ из «ошибочно» убиквитинированных белков изопептидазой;

(8) освобождение УБ из деградированных белков.

Первый убиквитинактивирующий фермент Е1 активирует С терминальный остаток глицина в убиквитине перед его связывани ем с белком (1). Затем еще два фермента требуются для связывания убиквитина с белком: белок-носитель убиквитина Е2, который ак цептирует активированный убиквитин с Е1 путем трансацилиро вания (2) и затем переносит его на белковый субстрат в реакции, катализируемой убиквитин-белок-лигазой Е3 (3). Перенос убикви тина на некоторые белки, в частности гистоны, может осущест вляться и без участия Е3 (4). Е3 связывает соответствующие белко вые субстраты, что приводит к переносу убиквитина с Е2 на остат ки аминогрупп субстрата (5). Одним из сигналов в белковых субстратах, узнаваемых Е3, является остаток N-терминальной ами нокислоты. Е3 имеет два различных связующих центра для основ ных и гидрофобных N-терминальных остатков аминокислот (N концевое правило). Однако наиболее быстро деградируемые кле точные белки не содержат N-терминальных остатков, отвечающих N-концевому правилу. Некоторые из них могут быть деградирова ны, например, с участием особого вида Е3 (Е3) – фермента, кото рый узнает N-концевые остатки серина, треонина и аланина. По видимому, большинство клеточных белков, выявляемых для дегра дации, преимущественно связываются с убиквитином с помощью еще не идентифицированных видов Е3, которые узнают другие структурные сигналы в белках.

Изопептидная связь убиквитина с мультиубиквитинированным белком ((Уб)n-CO--NH-Lys-Уб-CO--NH-Lys-белок) образует по лиубиквитиновую структуру, присоединенную к белку, которая и служит сигналом для протеолитической атаки. Белки, связанные с множеством молекул убиквитина, в особенности с полиубиквити новыми цепями, эффективно деградируются большим (26S) АТФ зависимым протеиназным комплексом (6). Комплекс формируется ансамблем из трех компонентов. Один из них, известный как «по ликаталитический» 20S протеиназный комплекс или 20S-протеасо ма, содержит по крайней мере три типа протеолитической актив ности и имеет также АТФ-азную активность.

Последний этап убиквитин-протеолитического пути – это ре генерация свободного для дальнейшего использования убиквити на;

осуществляется убиквитин-C-терминальными гидролазами или изопептидазами. Их главная функция – разрушение полиубикви тиновой цепи на предназначенном для протеолиза белке, связан ном с 26S-протеасомой (7). При этом освобождение свободного убиквитина осуществляется только в присутствии АТФ (8) [Яро вая, 2003].

Таким образом, если белок правильно свернут и функционально востребован, дегрон будет пространственно недоступен, Е3 не смо жет с ним связаться и деградация не произойдет. Возможно, при температурном разворачивании белка дегрон может стать доступ ным, что приведет к деградации макромолекулы.

Процесс убиквитинзависимой деградации белков в клетке ле жит в основе сложной системы регуляции жизнедеятельности эука риотической клетки, так как позволяет в определенный момент подвергать специфическому протеолизу огромное количество разно образных белков, а также отменять деградацию, если белок все еще нужен клетке.

Время существования внутриклеточных белков может разли чаться на несколько порядков. Структурные и конститутивно экс прессирующиеся белки обычно обладают большой продолжитель ностью жизни, в то время как регуляторные белки распадаются быстро. Протеолитический гидролиз регуляторных белков позво ляет быстро переключаться с одной функциональной программы на другую.

Большинство внутриклеточных белков заканчивают существо вание в результате протеолитического гидролиза, превращаясь в не большие пептиды и свободные аминокислоты, которые могут ис пользоваться в синтезе новых белков.

Многие протеолитические ферменты используют в качестве субстратов индивидуальные белки. Система протеолитической де градации внутриклеточных белков с участием протеасом и уби квитина, обладая широкой субстратной специфичностью, безопас на для нативных белков и реагирует на регуляторные и стрессорные воздействия. В то же время имеется множество протеиназ широ кой субстратной специфичности, чья «неразборчивость» в субстра тах приводит к гидролизу любых белков, после их презентации.

Наиболее ярким представителем этой «неразборчивости» является трипсин.

1.6. Значение сериновых протеиназ трипсиназного типа за пределами клетки Для различных белков сыворотки крови и устойчивость к дена турации, и скорость ренатурации различны. Для некоторых белков, например, для трипсина, характерна способность к быстрой ренату рации после нагревания [Ленинджер, 1985]. Подобно растянутой пру жине или «застежке-молнии», эти белки мгновенно возвращают свою нативную конформацию. Их аминокислотная последовательность та кова, что цепь легко может найти положение, соответствующее минимальной свободной энергии.

Свойство ферментов, состоящих из одной полипептидной цепи (пепсин, трипсин, папаин, карбоксипептидаза, лизоцим, амилаза, ри бонуклеаза), быстро восстанавливать свою ферментативную актив ность представляет не только академический интерес, но, благодаря их гидролитической функции, имеет большое общепатологическое значение. Например, если подвергнуть нагреванию смешанный раствор сывороточного альбумина и трипсина, то после нормализации темпе ратуры альбумин еще долгое время (часы) будет в «развернутом» со стоянии, а трипсин, быстро (за минуты) восстановив свою протео литическую активность, неуправляемо и произвольно «нарежет» из разобщенных полипептидных цепей альбумина олигопептиды различ ной средней молекулярной массы. А известно, что среднемолекулярные олигопептиды весьма токсичны для организма и составляют сущест во таких понятий, как эндотоксикоз и эндотоксемия. Вот почему борьба с последствиями теплового шока при злокачественной гипер термии составляет труднейшую проблему патофизиологии и реани матологии.

1.7. Биологические аспекты действия гипертермии Гипертермия не является новым методом лечения. Тепло ис пользовалось для лечения заболеваний на протяжении многих ве ков. В Индии еще за 3000 лет до н. э. система Аюрведы предпола гала месячный курс с использованием диеты, слабительных средств и согревания тела с помощью паровых ванн. Примерно 3200 лет спустя, во втором веке н. э., Руфус из Эфеса отмечал, что появле ние лихорадки способствует разрешению многих заболеваний. Бо лее того, он заявлял: «…Я думаю, невозможно найти лекарство, ко торое обладало бы большей силой, чем лихорадка… и если бы на шелся такой врач, который был бы достаточно искусным, чтобы вызывать лихорадку, то не было бы нужды искать другие лекарства против болезней…»

Поскольку методы теплового воздействия хорошо известны и применялись веками у тысяч людей тысячами врачей, такой спо соб лечения не представляет никакой этической проблемы, равно как и не может идти речи о новом методе лечения или новой тех нологии, никогда ранее не применявшейся на людях.

Гипертермия рассматривается многими исследователями как один из перспективных методов профилактики и терапии ряда заболеваний. Однако пребывание организма в условиях теплового воздействия может приводить к метаболическим и функциональ ным изменениям.

Использование благоприятного влияния температуры на тече ние различных заболеваний, а также изыскание эффективных спо собов защиты организма от неблагоприятного воздействия высо кой внешней температуры возможно лишь при условии раскрытия механизмов и лечебного, и повреждающего действия теплового фактора, а также механизмов адаптации организма к высокой внешней температуре [Козлов, 1990].

Уровень предельной гипертермии для разных животных неоди наков и зависит от их нормальной температуры тела. По некото рым сведениям, верхняя температурная граница, которую организм не может превышать, составляет 43–44 °C, а точнее, это 6 °С, раз деляющих нормотермию и гибель организма от перегревания.

Анализ экспериментальных данных свидетельствует о фазнос ти изменений функционального состояния организма при гипер термии. Известно, что в процессе общего перегревания развивают ся последовательно одна за другой несколько стадий: двигательное возбуждение, поиск температурного комфорта, тепловой удар, пред агония и агония (Пугачев М.К., 1971). Стадия двигательного воз буждения характеризуется повышением ректальной температуры до 39,5–41 °С, а стадия теплового удара – до 42,5–43,5 °С (Бонда рев Д.П., 1986). Эти значения несколько отличаются от получен ных С.К. Кобяковым (1988), который определяет повышение рек тальной температуры на 1,6–2,0 и на 3,0–3,5 °С соответственно указанным стадиям гипертермии.

Тем не менее четко определен уровень умеренной гипертер мии, составляющий 41,5–42,5 °С (Multhoff G., 1977;

Heydari A.R.

et al., 1993;

Orlandi L. et al., 1996), тогда как критической для тка ней является температура свыше 43 °С (Delannoy J. et al., 1990).

Рассматривая действие тепла на гомойотермный организм, сле дует иметь в виду два возможных пути развития последующих из менений: во-первых, повышение температуры различных органов и тканей и, таким образом, непосредственное влияние температур ного фактора на их структуру и обмен веществ в них, на их функ цию, на структуру отдельных клеток и макромолекул [Александ ров, 1975];

а во-вторых, включение различных механизмов адап тации с последующим влиянием на организм тех сдвигов, которые происходят вследствие борьбы организма за постоянство темпе ратуры тела. Оба указанных пути могут реализовываться как при непосредственном влиянии тепла на соответствующие органы или ткани, так и при раздражении терморецепторов [Козлов, 1990].

В патогенезе гипертермии существенное значение имеет изме нение структуры и функции белков, нуклеиновых кислот, липи дов, а также скорости ферментативных реакций. Установлено, что высокая температура в основном влияет на структурную организа цию молекул белков, а именно на «слабые» химические связи – водородные, ионные связи, силы Ван-дер-Ваальса, гидрофобные взаимодействия.

В работе П. Хочачка и Дж. Сомеро [1977] приводится следую щий перечень биохимических структур и процессов, зависящих от слабых химических связей:

– высшие уровни структуры белков (вторичная, третичная, чет вертичная);

– структура мембран;

– комплексы ферментов с лигандами;

– взаимодействие между цепями нуклеиновых кислот;

– структура воды;

– взаимодействие между липидами;

– взаимодействие между нуклеиновыми кислотами и белками;

– связывание гормонов белками-рецепторами.

В ряде работ показано, что перегревание организма животных сопровождается изменением структуры и функции белков в различ ных тканях, в том числе и в мозге: в белках различных отделов моз га изменялось содержание амидных, аминных и сульфгидрильных групп;

варьировала выявляемость тирозина и триптофана;

отмеча лось также изменение характера УФ-спектров поглощения раство ров белков мозга. Данные нарушения могут быть обусловлены не только высокой температурой, но и изменениями параметров внут ренней среды, возникающими при перегревании (изменением pH и активности ферментов, нарушением водно-солевого обмена и др.).

Имеются сведения об изменении в процессе гипертермии структуры и функций нуклеиновых кислот. Отмечено снижение количества РНК в тканях мозга, печени, сердечной мышце, содер жания ДНК в печени, уменьшение скорости включения Р32 в со став нуклеиновых кислот сердечной и скелетных мышц.

В последнее время большое внимание уделяется исследованию специфических белков, которые синтезируются в клетке в ответ на действие высокой температуры среды. Кратковременное повыше ние температуры среды индуцирует синтез и РНК, и белков, тогда как образование большинства белков клетки резко подавляется.

Белки «теплового шока» выявляются в составе ядра, а также изо лированного ядерного матрикса (Акопов С.Б., 1985), что представ ляет особый интерес. Автор высказал предположение о тождест венности механизмов ингибирования белкового синтеза при ги пертермии в клетках печени крыс и тепловом шоке в клеточных культурах. Эти выводы согласуются с данными, полученными в опытах на кроликах (Insai, Brown, 1982) и свидетельствующими о том, что при повышении температуры тела происходит накопление белка теплового шока с молекулярной массой 74 кДа в клетках микроваскулярной системы мозга.

Представляется интересной мысль о роли некоторых белков теплового шока в неспецифической стабилизации внутриклеточ ных структур (Minton et al., 1982).

Физико-химическое состояние липидов в полной мере зависит от температуры окружающей среды. Для каждого вида липида ха рактерна своя точка плавления, зависящая главным образом от его жирнокислотного состава. Изменение фазового состояния липидов (от твердого к жидкому и наоборот) происходит в определенном диапазоне температур [Ленинджер, 1985].

Текучесть мембран прежде всего зависит от состава жирных кислот и содержания холестерина. В мембранном бислое цепи жир ных кислот молекулы липидов могут находиться в строго упорядо ченном (жестком) либо относительно дезорганизованном (жидком) состоянии. Переход от твердого к жидкому состоянию происходит при повышении температуры выше точки плавления (Bretcher, Raff, 1975).

Важным регулятором текучести мембран является холестерин.

Находясь между отдельными цепями, холестерин препятствует их кристаллизации. В сущности, из-за этого может исчезать фазовый переход. В то же время холестерин блокирует сильное перемеще ние ацильных цепей и тем самым снижает текучесть мембран. Бла годаря этим эффектам холестерина текучесть мембран поддержи вается на каком-то среднем уровне. Повышение температуры ведет к увеличению текучести липидов в мембране. При понижении вяз кости возрастает латеральное давление липидов, так как площадь мембранного каркаса фиксированна, а липиды стремятся занять больший объем. Последнее обстоятельство способствует повыше нию температуры фазового перехода. Рост давления в липидном бислое защищает нормальные клетки от слишком больших колеба ний вязкости липидов. При физиологической температуре липиды в мембране находятся в основном в жидком состоянии, но встре чаются и гелеобразные островки (Cullins, Kruijff, 1979;

Massicotte Nolan, 1981).

Отдельные функции мембран обеспечиваются специфически ми белками (Singer S.J., Nicolson G.L., 1972). Белки выполняют роль насосов, каналов, рецепторов и преобразователей энергии.

Белки мембран встроены в липидный бислой, который следует рассматривать как оптимальную среду для проявления их актив ности (Glynn I.M., Karlish S.J.D., 1975).

Исходя из изложенного, можно предполагать, что изменение температуры среды, способное вызывать изменение физико-хими ческого состояния липидов, неминуемо отразится на структуре и функциях клеточных мембран и приведет к дезорганизации функ ций клетки и в конечном счете к ее гибели (Волков Е.И., Полежа ев А.А., 1983;

Bowler K., 1981;

Lepock J.R., 1982).

Нарушение структуры мембран при действии температурного фактора может быть связано не только с изменением физико-хи мического состояния липидов, но и с усилением их перекисного окисления, которое, влияя на структуру клеточных мембран, дейст вует на многие внутриклеточные процессы (Владимиров Ю.А., Ар чаков А.И., 1972).

Образующиеся липидные перекиси способствуют нарушению целостности мембран, разобщению окислительного фосфорилиро вания вследствие повышения проницаемости мембран для ионов водорода, денатурации белков. Ингибируя многие ферменты, они вызывают деградацию и лизис субклеточных частиц, гибель клеток и появление очагов некроза в тканях, накопление биологически инертных полимеров.

Появление перекисных полярных групп в липидах может при водить к изменению силы гидрофобных взаимодействий и оказы вает существенное влияние на липид-белковые взаимоотношения.

Незначительное изменение концентрации свободных радикалов мо жет вызывать заметное нарушение структуры и функции клеточ ных мембран. По данным А.П. Шепелева (1976), перегревание ор ганизма сопровождается повышением в тканях уровня конъюгиро ванных диенов и гидроперекисей, причем некоторое увеличение содержания указанных соединений в мозге, печени, легких и ске летных мышцах отмечено автором уже на 2–3 минуте от начала перегревания;

при развитии теплового удара количество гидропе рекисей в тканях повышалось в 8–10 раз.

Содержание одного из постоянных продуктов перекисного окисления липидов – малонового диальдегида – достоверно увели чивалось на фоне хронической гипертермии (Мелихов О.Г., 1989).

Резкая интенсификация перекисного окисления в агональном периоде могла быть обусловлена не только прогрессивным сниже нием концентрации липидных антиоксидантов, но и изменением конформации клеточных мембран вследствие температурных пере ходов в липопротеидных мембранных комплексах (Шепелев А.П., 1976).

Стабилизация структуры мембран является одним из факто ров, лимитирующих скорость свободнорадикального окисления ли пидов. При повышении температуры тела до 40 °С в клеточных мембранах наблюдается вспышка хемилюминесценции, свидетель ствующая о резком усилении свободнорадикальных реакций и рас падов липопротеидных комплексов биологических мембран (Тару сов, 1972;

Тарусов, Веселовский, 1978).

Токсическое действие липидных перекисей проявляется глав ным образом не в момент действия высокой внешней температу ры, которое в ряде случаев бывает весьма кратковременным, а в более позднем периоде, как результат предшествующей высокой гипертермии, являющейся пусковой в цепи происходящих в орга низме изменений (Козлов, Забросаева, Лейтман, 1980).

Таким образом, в условиях гипертермии необходимо учиты вать в основном два фактора: возможность температурных фазовых переходов липидов и усиление перекисного окисления.

Энергетический обмен в организме при повышении темпера туры окружающей среды изучали многие исследователи (Быков, 1947;

Слоним, 1952;

Ахмедов, Каримов, 1980).

Характерной чертой биохимических процессов, протекающих в организме при воздействии неблагоприятных факторов внешней среды, является постепенное истощение ресурсов важнейших суб стратов метаболизма и энергетики. Наступает снижение насыщен ности тканей кислородом, что в свою очередь приводит к наруше ниям в системах энергообразования: разобщению процессов окис ления и фосфорилирования, уменьшению содержания в органах и тканях энергоемких субстратов (АТФ, креатинфосфата, глюкозы, гликогена), торможению цикла трикарбоновых кислот и переклю чению энергетического обмена на гликолитический путь.

Снижается эффективность антиоксидантной защиты, что при водит к активации свободнорадикальных процессов. Выявляются из менения в насыщенности тканей витаминами, кофакторами, мик роэлементами. Истощение ресурсов наблюдается и во многих других метаболических системах организма. В частности, изменя ется уровень восстановленного глутатиона и гистидина в различ ных органах и тканях. В условиях высокой температуры показатель гистидина в плазме крови заметно возрастает, что свидетельствует о наличии в стадии компенсации гипертермии резервов данного субстрата и их целенаправленной мобилизации в функциональные системы срочной и долговременной адаптации организма.

Скорость ферментативных реакций (в живом организме прак тически все химические реакции ферментативные) определяется прежде всего активностью ферментов. Поэтому, рассматривая воп рос о влиянии гипертермии на интенсивность реакции обмена в организме, нельзя не учитывать возможность изменения при этом активности ферментов. Было показано, что никакого однозначно го изменения активности ферментов в процессе перегревания ор ганизма не происходит. Активность одних ферментов в тех или иных органах может понижаться (моноаминоксидаза, липаза), дру гих – повышаться (амилаза, гексокиназа, глюкозо-6-фосфатдегид рогеназа, фосфорилаза), третьих – не изменяться (лактатдегидро геназа, альдолаза). При этом активность одних и тех же ферментов в различных тканях при одной и той же степени перегревания ор ганизма может изменяться по-разному.

Перегревание организма сопровождается достоверным повы шением активности амилазы в печени, а непосредственно перед гибелью животных активность амилазы увеличивается также в сер дечной мышце. В скелетных мышцах при незначительной степени перегревания отмечается повышение активности фосфорилазы при неизмененной активности фосфофруктокиназы;

при более силь ном перегревании (тепловой удар) активность фосфорилазы и фос фофруктокиназы снижается. Все это может свидетельствовать о том, что изменение активности ферментов в различных тканях в процессе перегревания организма в основном связано не с непо средственным влиянием температуры на белки-ферменты, а с об щей реакцией организма, включающей изменение функций нерв ной и эндокринной систем, других органов, нарушение структуры мембран, изменение состава внутренней среды организма.

Рассматривая биохимические основы патогенеза перегревания, нельзя не остановиться на изменении функционального состояния эндокринных желез, поскольку обмен веществ в организме нераз рывно связан с деятельностью эндокринной системы (Козлов Н.Б., 1978).

В опытах на белых мышах (Симпсон, 1937) было показано, что в зависимости от длительности нагревания изменяются число и площадь островков Лангерганса. Е.А. Кирст (1948), занимаясь определением массы эндокринных желез различных животных, ус тановил, что относительная масса щитовидной железы и гипофиза сезонно меняется. Щитовидная железа и надпочечники имеют ми нимум массы в самый жаркий период, а максимум – в холодный;

масса поджелудочной железы и гипофиза меняется в обратном на правлении. В опытах на морских свинках и белых крысах показа но, что нагревание животных приводит к дегрануляции клеток ост ровков Лангерганса (Тюков, 1970).

Усиление глюкокортикоидной функции надпочечников у лю дей, подвергнутых острому действию высокой внешней температу ры, наблюдали Gwozd D. (1962), Collins K.J., Few J.D. (1968, 1969).

Однако в ряде работ отрицается сколько-нибудь существенное из менение уровня кортизола в крови при остром действии тепла (Hellman et al., 1956;

Okada, Matsuoka et al., 1972;

Yashiaki, Torn et al., 1972). Более того, A.L. Lungu, F.L. Cocu (1968) пришли к за ключению, что высокая внешняя температура не только не усили вает, но даже тормозит секрецию глюкокортикоидов.

Считается, что в условиях влияния на организм высокой внеш ней температуры усиливается функция надпочечников и наряду с этим мобилизируются различные механизмы по снижению актив ности выделяемых гормонов.

Снижение функции щитовидной железы при действии умерен но высокой температуры или при адаптации животных к повышен ной температуре среды обнаруживали E.W. Dempsey, E.B. Astwood (1943), K. Hellman, K.J. Collins (1957), H.D. Johnson et al. (1964), R.J. Chaffee, J.С. Roberts (1971). Что касается действия более высо кой температуры окружающей среды, то литературные данные весь ма противоречивы.

В.Я. Быков, М.В. Константинов (1963) показали, что острое тепловое воздействие на крыс (40 °С) сопровождается признаками усиления функции щитовидной железы: выраженной гиперемией, увеличением объема эпителиальных клеток, явлениями десквама ции эпителия. Однако Ф.Ф. Султанов (1962) не обнаружил умень шения скорости и степени поглощения J131 клетками щитовидной железы в условиях перегревания животных, что расценивалось как снижение ее функциональной активности. Подобные же результа ты были получены И.З. Ахметовым (1973). О подавлении функции щитовидной железы при остром тепловом воздействии сообщали З.Я. Долгова и Ф.Д. Разяпова (1972).

В исследованиях Молоткова, Козлова (1975) показано, что при остром тепловом воздействии вначале – в силу увеличения крово тока – в щитовидной железе накапливается йод, однако усиления синтеза гормонов, по-видимому, не происходит. По мере увеличе ния степени перегревания животных содержание гормонов щито видной железы в периферической крови снижается. Развитие теп лового удара сопровождается выраженным изменением биосинтеза тиреоидных гормонов. В ткани железы существенно возрастает количество свободного J131 и заметно снижается содержание дийод тирозина.

Глава КОНТАКТНЫЙ ИММЕРСИОННО-КОНВЕКЦИОННЫЙ МЕТОД ОБЩЕЙ ИСКУССТВЕННОЙ ПИКОВОЙ ГИПЕРТЕРМИИ В КЛИНИКЕ.

ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ 2.1. Термодинамические основы метода Важнейшей функцией кровотока кожи является участие в ме ханизмах терморегуляции. Благодаря высокой теплопроводности кожи этот механизм служит чрезвычайно эффективным способом передачи тепла.

Разные участки кожи не одинаково воспринимают одно и то же раздражение. Считается, что на одном квадратном сантиметре кожи находится 100–200 болевых точек, 12–15 холодовых, 1–2 теп ловых и около 25 точек давления. Большинство кожных рецепто ров по своей функции поливалентны. Под влиянием различных факторов окружающей среды количество функционирующих чувст вительных рецепторов может изменяться. Развивается адаптация, особенно к температурным раздражениям.

Площадь поверхности тела человека равна 1,5–2 м2 (в зависи мости от роста, пола, возраста). Кожа состоит из эпидермиса, дер мы и подкожной клетчатки – гиподермы. Кожа богата различными воспринимающими нервными окончаниями. В ней находятся мно гочисленные вегетативные нервные волокна, иннервирующие кро веносные сосуды, гладкие мышцы и железы.

Как искусственно повысить температуру тела человека, причем максимально быстро?

Из термодинамики известно, что для быстрого нагрева необ ходимо, с одной стороны, обеспечить интенсивный подвод тепла к телу, а с другой – уменьшить его тепловые потери в окружающее пространство. Поскольку человек – животное теплокровное, и в его организме тепло вырабатывается непрерывно за счет химичес ких реакций, то соответственно имеются и механизмы сброса из лишков в окружающую среду.

Практически весь теплообмен с окружающей средой происхо дит через кожу. Важнейшую роль в этом процессе играет кровоток кожи, поскольку участие в механизмах терморегуляции – одна из важнейших его функций. При тепловом стрессе величина общего кровотока в коже может значительно возрасти. Увеличение кожно го кровотока в условиях высокой внешней температуры связано с закрытием множества артериовенозных анастомозов, по которым часть крови оттекает в вены, минуя капилляры. Управление крово током осуществляют соответствующие системы регуляции. С кро вью на кожу переносятся избытки тепла из сердцевины организма.


За счет теплопроводности тепло от капилляров транспортируется на поверхность кожи и далее в окружающую среду.

В данном изложении нас больше всего интересуют механизмы передачи излишков тепла от поверхности кожи в окружающую среду. Всего существует три таких механизма: радиационный, кон вективный и отвод тепла за счет парообразования.

Радиационный механизм заключается в потере энергии за счет фотонов, излученных с поверхности кожи, как с любого нагретого объекта. Излучаемая мощность в этом процессе пропорциональна четвертой степени температуры, зависит от площади и формы из лучающей поверхности и, конечно же, от ее оптических свойств.

Конвективный механизм предполагает непосредственный на грев окружающей среды и зависит от теплоемкости среды, скоро сти ее движения относительно охлаждаемой поверхности кожи и разности температур среда–поверхность. Необходимо отметить, что среда всегда приходит в движение, если в нее поместить нагре тое тело. Нагреваясь от тела, воздух начинает двигаться вверх, и при комнатной температуре скорость его движения может дости гать 0,5 м/с. Эта скорость и определяет эффективность сброса из лишков теплопродукции организма в окружающую среду.

Отвод тепла за счет парообразования – процесс образования пара при неощутимой перспирации и потоотделении. На переход воды из жидкого состояния в пар затрачивается энергия (2,4 кДж/г при 40 °С), что приводит к остыванию кожи. Этот процесс тепло отдачи очень эффективен, но возможен только при условии малой относительной влажности в окружающей среде. Если в среде отно сительная влажность достигла 100 %, то вода не испаряется и ох лаждения за счет парообразования не происходит.

Перечисленные процессы отвода тепла давно и хорошо изуче ны в практической медицине, и на данный момент известно, что в условиях комфорта (при температуре 20 °С и относительной влаж ности 40–60 %) из общих 120 Вт потерь тепла 62,9 Вт (52,4 %) отво дится излучением, 30,2 Вт (25,2 %) – конвекцией, включая кондук цию, и 26,8 Вт (22,3 %) – испарением (Бегун П.И., Шукейло Ю.А.

«Биомеханика»).

Таким образом, для эффективного снижения теплопотерь ор ганизма нужно остановить все три вышеуказанных процесса одно временно. Для снижения потерь тепла по радиационному механиз му достаточно поместить пациента в объем с температурой стенок, равной или более высокой, чем температура тела. Тогда мощность излучения поверхности кожи будет скомпенсирована за счет по глощения теплового излучения стенок. Установится баланс между излученной и поглощенной мощностями. Для уменьшения потерь по оставшимся двум механизмам нужно поднять температуру сре ды, окружающей пациента, до температуры его кожи и создать в ней 100%-ю влажность.

Оказывается, что обеспечить все эти условия одновременно можно поместив пациента в ванну с водой, нагретой до температу ры тела. При этом потери энергии излучением будут скомпенсиро ваны за счет поглощения кожей излучения ванны. Конвективные потери исчезнут, так как передача тепла без наличия градиента температуры между кожей и окружающей средой невозможна, а испарения пота в водной среде не происходит.

Если поднять температуру воды в ванне до 45–46 °С, то орга низм пациента будет нагреваться не только за счет собственного теплопроизводства, но и за счет контакта кожи с более горячей водой.

Следует заметить, что любая попытка нагреть пациента «всу хую» (термокостюм, бокс и др.) окончится тем, что сначала все пространство вокруг тела будет заполнено парами воды со 100%-й влажностью и продуктами работы потовых желез. Только после этого система терморегуляции организма перестанет справляться со своими функциями и начнется принудительный нагрев, так ска зать, «в собственном соку», в отличие от гигиеничного прогрева ния в ванне.

Теперь рассмотрим механизмы подвода тепла к организму в ванне с горячей водой. В общем случае поток тепла тем больше, чем больше разность температуры между теплоносителем и нагре ваемым объектом. Процесс нагрева характеризуется полем темпе ратур, которое зависит от распределения источников тепла, геомет рических размеров и формы объекта, а также механизмов теплопе редачи внутри него. Однако в случае живого организма существуют ограничения на локальную температуру. То есть в процессе нагре ва в поле температур не должно быть значений, превосходящих предельно допустимое. В случае нагрева теплоносителями (горячая вода, пар и др.) достаточно ограничить температуру последних, что бы заведомо оказаться в допустимых пределах. Последнее утверж дение, вообще говоря, справедливо только с точностью до собст венного теплопроизводства организма. Но, как мы убедимся впо следствии, собственная тепловая мощность организма чрезвычайно мала по сравнению с мощностью внешнего нагрева, осуществляе мого в ванне.

Совсем иначе обстоит дело с нагревом электромагнитным из лучением. Для быстрого нагрева необходимо использовать боль шие мощности излучения. Однако организм – среда заведомо не однородная, и поглощение энергии в разных его частях может оказаться неодинаковым. Это означает, что всегда есть опасность локальных перегревов (ожог) при фиксированной средней мощ ности излучения. Поэтому аппараты с электромагнитным нагревом типа «Яхта» имеют до 18 точек контроля локальной температуры пациента при относительно невысокой мощности нагревающего излучения (менее 1 кВт). К тому же в теле пациента могут оказать ся металлические протезы, осколки и др., о которых не знают ни пациент, ни врачи. Аппараты с электромагнитным нагревом удоб ны при проведении локальной гипертермии, но этот вопрос в дан ной публикации мы не рассматриваем.

Таким образом, мы достаточно логично и последовательно до казали, что нагрев пациентов при общей искусственной гипертер мии необходимо проводить в ванне с горячей водой и никак иначе.

Пионеров этого способа нет, так как его использовали и Гип пократ, и Парацельс, и Залманов. А вот у применения метода ги пертермии для лечения рака автор есть. Это физик Манфред фон Арденне, ученик Отто Варбурга.

Итак, рассмотрим процесс нагрева пациента в ванне. Непосред ственно с горячей водой контактирует только кожа человека. В ее поверхностных слоях (вплоть до сосочкового слоя) теплопередача может идти только за счет собственной теплопроводности. Глубже кожа насыщена капиллярами и теплопередача возможна не только за счет теплопроводности, но и за счет переноса тепла кровью, участвующей в периферическом кровообращении. Сразу оговорим ся, что теплоперенос периферическим кровообращением более эф фективен, чем теплопроводность. Радиационным нагревом мы то же пренебрегаем. Ниже будет понятно, что его роль в условиях на грева в ванне несущественна.

Существуют компьютерные модели теплообмена человека, но, чтобы не перегружать повествование вычислениями, мы ограни чимся простыми оценками. В нашей модели тепло за счет тепло проводности верхних слоев кожи достигает сосочкового слоя, от куда уносится периферическим кровотоком и распределяется по всему организму. Такие допущения оправданны, так как количест во капилляров на единицу площади велико и, соответственно, среднее расстояние между ними меньше или сопоставимо с тол щиной верхнего, неваскуляризованного, слоя кожи. В частности, при капилляроскопии ногтевого ложа наблюдают от 20 до 65 групп капиллярных петель на 1 мм2, а по данным, приводимым Болин жером и Фагрелом (1990), число видимых капилляров на 1 мм2 со ставляет 10–30.

Известно, что температура крови в капиллярах равна темпера туре окружающих тканей. Следовательно, можно принять темпера туру крови, поступающей в организм с периферии, равной темпе ратуре сосочкового слоя, в то время как на периферию поступает кровь со средней температурой «сердцевины организма». Таким об разом, поток тепла, вносимый в организм кровью, рассчитывается по формуле Q = CкVп(Tc – Tт), (1) где Q – поток тепла;

Cк – теплоемкость крови;

Vп – объемный рас ход периферийного кровотока;

– плотность крови;

Tc – темпера тура сосочкового слоя;

Tт – температура «сердцевины организма».

Тогда уравнение для температуры сердцевины организма выглядит следующим образом:

dTт /dt = Q/(MтCт) = (Cк /Cт ) (Vп/Mт) (Tc – Tт), (2) где Мт – масса тела;

Cт – средняя теплоемкость тела. Решением этого уравнения является экспонента с характерным временем = 1/[(Cк /Cт) (Vп/Mт)]. (3) Однако в уравнении (2) величина Vп зависит от времени, так как при нагреве включаются функции терморегуляции организма и периферийный кровоток может изменяться в разы. Для получе ния оценок зависимости температуры тела от времени эти измене ния можно считать медленными, и тогда можно пользоваться урав нением (2), подставляя в него конкретные значения Vп. В литера турных источниках нам не удалось найти зависимость значения Vп от температуры тела, приводятся только отдельные данные. Веро ятно, эта характеристика организма очень индивидуальна, а пря мые измерения крайне затруднительны.

Заметим, что, измеряя в ходе процедуры гипертермии зависи мость Tт от времени, можно вычислить текущее значение Vп и по строить интересующую нас зависимость периферического крово тока от температуры тела, что само по себе окажется весьма инте ресным следствием приведенных расчетов.

Как говорилось выше, на процесс нагрева влияет еще и тепло проводность поверхностного слоя кожи, лишенного кровеносной системы (от эпидермиса до сосочкового слоя). Для оценки влия ния этого процесса сделаем еще одно упрощение задачи. Будем считать, что весь поток тепла, поступающий через поверхность кожи, расходуется на нагревание сердцевины организма и не рас ходуется на нагрев поверхностного слоя кожи. Такое допущение не сильно повлияет на конечный результат, так как масса этого слоя составляет порядка одного килограмма, или около 1 %. Тогда пол ный поток тепла через поверхность кожи за счет теплопроводности должен быть равен потоку, переносимому с кровью к сердцевине организма (1). Соответствующие уравнения выглядят следующим образом:


Qпол. = Q, Q = CкVп (Tc – Tт ), Qпол. = (Тв – Тс) S/h, где – коэффициент теплопроводности кожи;

Тв – температура воды в ванне;

S – площадь поверхности кожи;

h – толщина верх него (неваскуляризированного) слоя кожи. Эти уравнения позволя ют определить температуру сосочкового слоя Тс, с тем чтобы под ставить ее в уравнение (2). Таким образом, мы получили уравнение для скорости нагрева пациента в ванне:

dTт /dt = (Cк/Cт) (Vп/Mт ) (Tв – Tт)/[1 + (CкVпh)/(S )]. (4) Его решением также является экспонента, но с несколько уве личенным показателем:

Тт = Тн + (Тв – Тн) (1 – Exp(–t/)), (5) где Тн – начальная температура тела, а = [1 + (CкVпh)/(S )]/[(Cк /Cт ) (Vп/Mт )]. (6) Приведем три графика зависимости температуры тела от вре мени, рассчитанные при разных значениях периферийного крово тока (рис. 7). При расчетах значения теплофизических констант организма взяты из книги П.И. Бегун и Ю.А. Шукейло «Биоме ханика». Толщина поверхностного (неваскуляризованного) слоя кожи принята равной 0,5 мм. Толщина эпидермиса, по данным И.В. Алмазова и Л.С. Сутулова [1978], достигает 0,25–0,35 мм на коже подушечек пальцев, а на остальных частях тела значительно меньше.

Рис. 7. Расчетная зависимость температуры тела от времени при ОУГ.

Масса пациента 80 кг;

начальная температура тела 37 °С;

средняя теплоем кость 0,83 ккал/(кг °С);

толщина и теплопроводность неваскуляризованно го слоя кожи 0,5 мм и 0,21 Вт/(м °С) соответственно;

площадь кожи 2,04 м2;

удельная теплоемкость крови 3850 Дж/(кг °С), а ее плотность 1050 кг/м3.

Значение периферического кровотока: 1 – 1,5 л/мин;

2 – 8 л/мин;

3 – 40 л/мин. Горизонтальная линия (4 ) соответствует 43,5 °С – предельно до стижимой температуре при ОУГ.

Как уже говорилось, важнейшей функцией кровотока кожи является участие в механизмах терморегуляции. При терморегуля ции периферический кровоток составляет 1,2–2 л/мин. В условиях экстремального теплового стресса общий кожный кровоток взросло го человека возрастает до 8 л/мин (3,5–4 л/м2/мин) (Rowell, 1977), но даже в этом случае не достигает предельных возможностей здорового человека (25–41 л/мин). Для графиков, приведенных на рис. 7, мы приняли значение кровотока равным 1,5 л/мин (нор мальные условия);

8 л/мин (условия экстремального теплового стресса);

40 л/мин (предельно возможное значение для здорового человека).

Рис. 8. Расчетная зависимость мощности тепловых потоков, подводи мых к пациенту при ОУГ.

Усл. обозн. и пояснения см. на рис. 7.

С ростом подкожного кровотока время достижения температу ры 43,5 °С сильно сокращается. Если при кровотоке 1,5 л/мин максимальная скорость нагрева не превышает 0,15 °С/мин, то при его величине 40 л/мин она составляет уже около 1 °С/мин, что го ворит о существенном увеличении эффективности нагрева.

Заметим, что время нагрева до одной и той же температуры для графиков с кровотоком 8 и 40 л/мин отличается не в 5 раз, как казалось бы должно быть в соответствии с уравнением (1), а менее чем в 2 раза. Этот факт связан с поверхностным, неваскуляризован ным, слоем кожи, который передает тепло только за счет теплопро водности. При больших потоках подводимого тепла перепад тем пературы на этом слое становится большим, в силу чего снижается температура сосочкового слоя и тем самым ограничивается поток тепла, переносимый периферическим кровотоком к сердцевине.

На рис. 8 приведены расчетные зависимости значений мощ ности подводимых к пациенту тепловых потоков в тех же услови ях, что и на рис. 7. На графиках мощность теплового потока до стигает 6 кВт, но нужно понимать, что в момент погружения паци ента в ванну величина кровотока не может составлять 40 л/мин.

Такое значение мощности может быть получено только в специ ально смоделированных условиях предельного кровотока. Очевид но, что при погружении пациента в ванну с температурой воды 46 °С тепловой стресс присутствует и кровоток на уровне 8 л/мин реален. По-видимому, при дальнейшем нагреве кровоток еще воз растет. Поэтому реальные кривые зависимостей, представленных на рис. 7 и рис. 8, должны лежать где-то между вторым и третьим расчетными графиками, но даже при тепловом стрессе (кривая 2) время достижения температуры 43,5 °С составляет около 17 мин.

При этом подводимая к пациенту мощность в начальный момент времени достигает 3 кВт! К моменту достижения пациентом тем пературы 43,5 °С подводимая мощность падает до 1 кВт, но даже тогда она намного превосходит неучтенные в наших расчетах про цессы, такие как собственное теплопроизводство организма, ради ационный нагрев и теплопроводность тканей сосочкового слоя, что делает принятые нами ранее допущения оправданными.

В наших расчетах не были учтены потери тепла, связанные с дыханием, и теплопотери через кожу головы, не погруженную в воду. Для полноты картины сделаем и эти оценки.

Дыхание. Предположим, что аппарат искусственного дыхания снабжает пациента абсолютно сухой кислородной смесью, а в вы дыхаемом газе устанавливается 100%-я влажность при температуре сердцевины организма. Расход кислородной смеси при проведении процедуры гипертермии составляет не более 30 л/мин. Абсолютная влажность при температуре 43,5 °С – около 0,06 г/л. То есть за се кунду в легких пациента может испаряться до 0,03 г воды, что при ведет к потерям около 75 Вт тепла. (Удельная теплота парообразо вания 2,4 кДж/г.) Кожа головы. Площадь поверхности головы составляет около 10 % от общей поверхности. Поскольку, как мы убедились ранее, мощность всех процессов тепловыделения человека пропорцио нальна площади кожи, участвующей в процессе, то следует пред положить, что потери также будут составлять 10 % от максималь ных возможностей тепловыделения здорового организма. Некото рые авторы считают, что собственная теплопродукция человека в тяжелых условиях может достигать 400 Вт. Следовательно, ожидае мые теплопотери через кожу головы составят около 40 Вт.

Как видно из приведенных оценок, неучтенные тепловые поте ри в сумме могут достигать примерно 115 Вт, что даже меньше теп лопродукции человека в комфортных условиях. В приведенных вы ше расчетах (см. рис. 7, 8) собственная теплопродукция вообще не учитывалась, что позволяет говорить о расчетах, как о достаточно точной и корректной оценке скорости нагрева пациента в ванне.

Таким образом, можно нагреть пациента в ванне до температу ры 43,5 °С менее чем за 20 мин. При этом температура воды в ванне вполне безопасна для организма.

Попутно отметим, что для других способов искусственной гипертермии (высокочастотной, экстракорпоральной и др.) время разогрева до 41,5–42 °С в среднем составляет 120 мин. Такую ско рость нагрева, как в ванне, не обеспечивает ни один метод.

Теоретические расчеты полностью согласуются с практичес ким применением способа ОПГ, выполненным нами при проведе нии более чем 2000 процедур гипертермии.

2.2. Методика искусственного согревания При проведении ОПГ гидромассажная ванна (типа «Хирана» 54) предварительно заполняется горячей водой с исходной темпе ратурой до 45 °С, повышающейся до 46 °С к середине сеанса на гревания.

Общая анестезия больного осуществляется внутривенным ме тодом. Проводится интубация больного и присоединение к аппа рату искусственной вентиляции легких (ИВЛ). После введения тер модатчика в пищевод больного погружают в воду. Общая пиковая гипертермия проводится с использованием тотальной внутривен ной анестезии с миоплегией и высокочастотной искусственной вен тиляцией легких кислородно-воздушной смесью.

После вводного наркоза и введения мышечных релаксантов пациента интубируют, переводят на установку ВЧ ИВЛ;

устанав ливаются термодатчики (два датчика в средней трети пищевода и один в носовом ходу) с точностью измерения 0,1 °С. Температура фиксируется по максимальному показателю. При необходимости устанавливается назогастральный зонд. После обезболивания па циента погружают в ванну с водой (температура воды 45–45,5 °С).

После периода адаптации (1–2 мин) начинается согревание паци ента с постоянной конвекцией теплоносителя. Постепенно темпе ратура воды доводится до 46–46,5 °С. Во время процедуры паци енту вводятся метаболические и симптоматические препараты. За 15–20 мин температура тела пациента доводится до 42 ± 1 °С, и нагревание прекращается. Устанавливается мочевой катетер, про водится инфузионная терапия для устранения волемических рас стройств. Пассивное охлаждение пациента и экстубация происхо дит в течение 30–50 мин.

Возможные осложнения. После процедуры возможно возникно вение у пациента тошноты и рвоты, которые купируются обычны ми способами.

2.3. Обеспечение безопасности 2.3.1. Обоснование необходимости клинического применения общей пиковой гипертермии высокого уровня Известно, что техническое проведение искусственной гипертер мии, а также обоснование оптимальных и рациональных ее темпе ратурно-экспозиционных режимов не имеют однозначных реше ний. При этом варианты локальной и общей гипертермии различ ными волновыми, иммерсионными и перфузионными методами не должны противопоставляться. Необходимо учитывать конкрет ные клинические ситуации и достигать максимального лечебного эффекта.

Ниже мы приводим аргументы, которые учитывались при изу чении и обосновании применения общей гипертермии высокого уровня (до 44,0 °С).

Прежде всего необходимо ответить на вопрос: почему нужна искусственная гипертермия выше 43 °С? Ответ на этот вопрос оче виден не только для онкологии, но и для тех областей медицин ской практики, где требуется селективный повреждающий эффект применяемого способа санации.

В частности, это актуально для он кологической, вирусологической и аллергологической практики, когда необходимо достичь некробиоза и апоптоза злокачественных клеток, подавить ВИЧ-инфекцию или разрушить парапротеины и патологические иммуноглобулины (циркулирующие иммунные комплексы). В этом отношении уже получены внушающие доверие результаты исследований некоторых авторов. Еще Е. Kano (1987) установил, что «…энергия активации тепловой гибели злокачест венной клетки при температурах свыше 43,0 °С и ниже 43,0 °С рав на 150 ккал/моль и 360 ккал/моль соответственно…» Таким обра зом, можно длительно, как это делают во всем мире, подвергать организм ракового больного перегреванию до 41 °С в течение 1– 3 ч, в надежде на то, что раковые клетки в его организме окажутся менее устойчивы к повышенной температуре. А возможен и другой вариант, когда искусственно, в условиях адекватной анестезиоло гической защиты, обеспечивается быстрый выход на уровень 43,0– 43,5–44,0 °С и запускается биологический механизм апоптоза в раковых клетках. Отметим, что доктор Е. Каnо с сотрудниками в течение последующих 10 лет неоднократно подтверждал достовер ность зарегистрированного феномена, принятого нами во внима ние. Следует также отметить, что известный европейский автори тет профессор Ж. Матэ на 24-м гипертермическом конгрессе в Риме (сентябрь 2001 г.) также подтвердил, что «…апоптоз в опухо левых клетках запускается только при достижении температуры в 43,0 °С…»

Авторитет этих и других известных ученых позволяет доста точно обоснованно считать использование высокой температуры (выше 43 °С) принципиальным для онкологической практики. Бо лее того, применение общей гипертермии в интервале 39–41 °С таит опасность диссеминации злокачественных клеток и стимуля ции их роста.

2.3.2. Факторы риска при осуществлении общей гипертермии выше 43 °С и патогенетическое обоснование возможности их преодоления Известно, что гомойотермные организмы «…приютились у са мого порога тепловой смерти». Искусственное воспроизведение фи зической общей гипертермии даже в интервале 41–42 °С сопряжено с риском развития опасных осложнений. Таковыми являются:

– тепловой шок;

– отек – набухание головного мозга;

– острая недостаточность кровообращения;

– гепаторенальный синдром;

– ARDS (острый респираторный дистресс-синдром);

– диссеминированное внутрисосудистое свертывание.

Вероятность возникновения указанных осложнений особенно велика у больных с онкологической патологией пожилого и стар ческого возраста, которым вынужденно применяют гипертермию на фоне уже существующих полиорганных дисфункций и общего плохого самочувствия.

В этой связи Окаяма (1994) справедливо заметил, что для кли нического эффекта необходимо использование общей гипертермии до уровня в 43 °С, но летальность при этом достигает 17 %.

Однако с учетом нашего опыта использования методики об щей пиковой гипертермии выше 43 °С, разработанной в Новосибир ске и примененной более 2000 раз, причем пациенты успешно и неоднократно переносили эту процедуру и у них не возникали ос ложнения и полиорганные дисфункции, есть основание утверж дать, что принципиально возможно безопасное применение общей гипертермии высокого уровня.

Ниже приводятся некоторые патогенетические положения, ко торыми мы руководствовались в процессе разработки и совершен ствования метода общей гипертермии высокого уровня (43,5– 44,0 °С).

Известно, что «…при реакциях клеток на действие повреждаю щих агентов и раздражителей белки протоплазмы претерпевают об ратимые структурные изменения, не связанные с изменением атом ного состава...» (Насонов Д.Н., 1964). Такие изменения осуществ ляются путем поворотов атомных групп вокруг одиночных связей.

Суть конформационных изменений белков заключается в пе рераспределении энергии связей и взаимодействий, которые могут приводить к разрывам существующих и установлению новых сла бых взаимодействий, поддерживающих вторичную, третичную и четвертичную структуру белковой молекулы [Koshland, 1964].

Пространственная структура белковой молекулы поддержива ется различными силами. Водородные мостики устанавливаются между кислородом карбонильной группы одной аминокислоты с иминным азотом другой (N–H…O=C). Они в основном поддержи вают вторичную структуру белковых молекул. В архитектонике тре тичной структуры могут участвовать ковалентные дисульфидные связи (–S–S–). Влияние гидрофильных и гидрофобных участков белковой молекулы на расположение воды в ближайшем их окру жении создает четвертичную структуру, определяющую стабиль ность белковой макромолекулы.

Также известно, что температурный максимум стабильности большинства белковых макромолекул лежит значительно ниже температуры их жизненного оптимума. Следовательно, повышение температуры относительно оптимума должно снижать стабиль ность белковых молекул. Причем повышение температуры в боль шей степени лабилизирует периферические, наиболее реактивные части макромолекулы, которые удалены от внутреннего гидрофоб ного ядра глобулы.

Процесс денатурации – это более или менее полное разруше ние четвертичной, третичной и вторичной структур без гидролити ческого расщепления пептидных связей. Повышенная температу ра, по сравнению с другими хорошо известными денатураторами (мочевина, спирт, ацетамид), является наиболее универсальным «разрушителем» макромолекулярной структуры. Конечно, при по вышении температуры, в зависимости от ее уровня и времени воз действия, изменения макромолекул происходят стадийно: от лег ких нарушений стереохимической конфигурации до образования более или менее беспорядочного клубка полипептидных цепей с полной потерей функции.

Если процесс нарушения структуры макромолекулы незначи телен, то прекращение нагревания и снижение температуры до ис ходного уровня дает возможность ренатурации. Восстановление исходной (нативной) структуры и возобновление функции – про цесс значительно более длительный, чем повреждение, и зависит как от глубины обратимой денатурации, так и от вида белковых макромолекул.

По нашему мнению, процесс восстановления функции у раз личных белковых структур после нагревания пациента до 43–44 °С длится от 2 до 8–16 ч. За этот срок (после гипертермии) при соб людении определенных условий постепенно восстанавливаются структура и функция всех здоровых белковых макромолекул. Од нако для указанной закономерности имеется исключение, касаю щееся фермента с уникальными свойствами – трипсина. Известно, что этот фермент с относительно простой структурой и небольшой молекулярной массой после нагревания до 43–44 °С способен пол ностью восстановить свою функцию за 10–20 мин(!) (рис. 9). При этом возникает опасная патогенетическая ситуация: с одной сторо ны, огромное поле частично денатурированных белков организма (субстрат) и, с другой – активная, неспецифичная экзо-эндопро теиназа трипсин (фермент), «готовый к бою». Недаром А. Ленинд жер и А. Сент-Гьерги сравнивали его с «пружиной» или с «застеж кой-молнией», поскольку протеиназы также являются денатура торами, причем они не ограничиваются нарушением структур высшего порядка и рвут пептидные связи, ломая первичную струк туру белка. Высокий уровень протеолиза в перегретом организме создает условия для накопления большого количества олигопепти дов средней молекулярной массы, что сопровождается развитием эндотоксемии. Другими словами, для многих белковых структур вы сокая температура вызывает частичную денатурацию макромолекул, а протеолиз их разрушает (рис. 10).

Отметим, что приведенная выше патогенетическая закономер ность, на наш взгляд, является одним из ключевых положений, которое необходимо учитывать при обеспечении безопасности об щей искусственной гипертермии.

Рис. 9.

Рис. 10.

Нами установлено, что феномен гипертрипсинемии является типовой, неспецифической реакцией организма на любые стрес сорные и шокогенные (включая тепловой шок) воздействия.

Трипсинемия – неспецифическая реакция организма на повреждение Активность трипсина в крови стрессированных крыс Задачей этого фрагмента исследования являлось установление феномена постагрессивной гипертрипсинемии как неспецифичес кой реакции организма на различные по характеру стрессорные и шокогенные воздействия. Установление существования этой зако номерности и степени выраженности гиперферментемии предо ставляет возможность выбора дальнейшего направления исследо ваний в существующей проблеме – «стресс и шок в медицинском аспекте».

Десять здоровых белых лабораторных крыс массой 200–400 г были наркотизированы, после чего производилась широкая лапаро томия и с помощью пункции брюшной аорты забиралась проба ар териальной крови для определения активности трипсина в крови.

Эта серия экспериментов служила контролем для опытных серий.

Результаты биохимических исследований крови у 10 крыс контроль ной серии экспериментов показали, что активность трипсина не превышала 1 миллиединицы (мед), а отклонения зарегистрирован ных значений находились в пределах от 0,3 до 0,7 мед. В среднем активность трипсина в крови крыс этой серии составила 0,5 ± ± 0,04 мед.

Активность трипсина в крови у крыс второй серии экспери ментов (10 животных) изучалась после того, как животные подвер гались наружному перегреванию в камере с температурой воздуха +50 °С в течение 1 ч. Результаты исследования крови показали, что через 1 ч после воздействия гипертермии активность трипсина в сыворотке возрастала с колебаниями в пределах от 3,4 до 6,0 мед и в среднем составила 4,6 ± 0,27 мед. Таким образом, гипертермия приводит к резкому (в 9,2 раза) увеличению уровня трипсинемии.

Третью серию экспериментов составили 10 крыс, для которых в качестве модели стресса использовали физическую нагрузку, в частности, принудительное плавание в течение 60 мин. В этой се рии экспериментов у животных после принудительного плавания активность трипсина в крови оказалась повышенной до 2,6–4,4 мед, составив в среднем 3,5 ± 0,22 мед, что в 7 раз (р 0,05) превышало значение, полученное у животных контрольной группы.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.