Автореферат и диссертация по медицине (14.00.16) на тему:Механизмы адаптации сурфактантной системы легких к физической нагрузке

<7 .Л д

) на правах рукописи

> ^ Ч> ■ • ' ■

........ •'>«""

ХОМИШИН Владимир Павлов»'

МЕХАНИЗМЫ АДАПТАЦИИ СУРФАКТАНТНОЙ СИСТЕМЫ ЛЕГКИХ К ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ

14.00.16 - патологическая физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 1997

Работа выполнена на:

кафедре патологической физиологии Российского Университета дружбы народов кафедре физического воспитания и здоровья с циклом ЛФК и ВК Львовского государственного медицинского Университета

Научные руководители:

член кор. РАН, доктор медицинских наук, профессор Дроздова Г.А. доктор медицинских наук, профессор Башмаков Ю.К.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Кислицин Ю.Л. доктор медицинских наук, профессор Воинов В.А.

Ведущая организация:

Российский Государственный медицинский Университет

диссертационного совета Д Университете дружбы

народов (117198, Москва, ул. Миклухо - Маклая, д.8, корпус теоретических кафедр медицинского факультета)

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского Университета дружбы народов (117198, Москва, ул. Миклухо - Маклая, д.6) Автореферат разослан «_» марта 1997г.

Защита состоится «^/3 >

»

часов на заседании

Ученый секретарь диссертациолнного совета,

член кор. РАН, доктор медицинских наук, профессор Г.А. Дроздова

- • .1

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Адаптация организма к физическим нагрузкам постоянно привлекает внимание исследователей, и в настоящее время остается одной из актуальных проблем биологии и. медицины. Правильное понимание механизмов работоспособности делает возможным активное управление этим процессом, что в свою очередь создает предпосылку для наиболее рационального использования преимуществ адаптации.

В это же время изучению системы внешнего дыхания, и в особенности сурфактантной системы легких, как ее структурно-функциональной единицы при выполнении организмом двигательных циклов, посвящены единичные исследования. Действительно, несмотря на увеличение удельного веса заболеваний системы внешнего дыхания, существование гиперреактивностн дыхательных путей у спортсменов тренирующих качество выносливости (Ramboldi С. 1987, Morley J. 1992) и осознание чрезвычайной роли системы внешнего дыхания в формировании уровня работоспособности (Карпман В. 1993, Магльованый А. 1993), внимание исследователей в области спортивной физиологии и медицины и до настоящего времени направлено на изучение физиологии и патологии сердечно-сосудистой системы. Однако следует осознавать, что степень вовлеченности дыхательной системы в физиологические механизмы адаптации организма зависит от мощности и продолжительности физической нагрузки (Nava S. 1995). Если значение дыхательной системы в адаптации организма к нагрузке средней мощности не является основополагающим, то нагрузка максимальной мощности всецело зависима от параметров легочной вентиляции (Norton К. 1992). -

Можно предполагать, что сурфактантная система легких позволяет организму эффективно адаптироваться к ситуациям, требующим изменения вентиляторной функции легких и напряженной работы аппарата внешнего дыхания. Это предположение основывается на многочисленных сведениях литературы показывающих ведущую роль выстилающего комплекса легких в формировании и поддержании внутреннего объема альвеол и мелких дыхательных ходов (Harwood J. 1987, Seeger W. 1995). Именно с нарушением функции сурфактантного комплекса связывается (Ramboldi С. 1987) также развитие хронических заболеваний системы внешнего дыхания у спортсменов (эмфизема легких, пневмосклсроз).

Несмотря на принципиально важные функции, выполняемые альвеолярным сурфактантом в систдме регуляции биохимических процессов в органах внешнего дыхания, патофизиологические аспекты нарушений выстилающего комплекса легких, его участие в развитии тяжелых, порой необратимых состояний аппарата внешнего дыхания у спортсменов (респираторный дисстресс синдром, обтурационный синдром, синдром мукоцилиарной дисфункции) остаются неизвестными.

Крайне важными представляются вопросы изучения мембранозависимых процессов в легких, в частности состояние процессов перекисного окисления липидов и системы антиоксидантной защиты. В частности, сурфактантная система легких находится в постоянном контакте и под постоянным влиянием атмосферных индукторов перекисного окисления липидов - озона, сернистого газа, атомарного кислорода и пр. (Di Benedetto G. 1989). С другой стороны, сурфактантный комплекс легкого является важнейшей коммуникативной средой, обеспечивающей генерализацию биологически активных веществ на клетки-

мишени бронхоальвеоляриого пространства.

В этой связи представляется весьма вероятным участие выстилающего комплекса легких в механизмах регуляции проводимости бронхоальвеолярного пространства. За время прошедшее с момента установления эндоперекисной природы медленно-реагирующей субстанции и описания химической структуры лейкотриенов, лшшдогенные индукторы бронхоспазма признаны наиболее мощными медиаторами бронхиальной реактивности, чьи бронхокопстриктивные свойства в сотни раз превышают таковые у гистамина (Ingénito Е. 1990) Предполагается, что именно сурфактантная система легких принимает участие в регуляции процессов эйкозаноидного метаболизма в системе внешнего дыхания, поскольку сурфактантные фосфолипиды содержат чрезвычайно большие количества резервированной арахидоповой кислоты (Miles Р. 1988).Несмотря на достаточно глубокий уровень понимания механизма метаболической трансформации эйкозаноидов по липоксигеназному пути и идентификацию клеток-продуцентов бронхоконстриктлвных гидроперекисей липидов в бронхоальвеолярном пространтстве (Barnes Р. 1991), вопрос о их роли в формировании дыхательной недостаточности при физических нагрузках изучен недостаточно. Следует особо подчеркнуть, что от уровня обеспесченпости организма антиоксидантами, чьи регулирующие функции по отношению к эйкозаноидному метаболизму известны давно, зависит реакция целостного организма на физическую нагрузку и спектр возникающих в нем патологических изменений (Gillam I. 1994).

В звязи с вышеизложенным актуальность и научная новизна настоящего исследования, посвященного изучению функционального состояния выстилающего комплекса легких при физических нагрузках не вызывает сомнений.

В ходе исследований нами впернме показано, что процесс адаптации к физической нагрузке сопряжен с изменением поверхностно-активных свойств альвеолярного сурфактанта. Цикличность изменения поверхностной активности сурфактантного комплекса выражалась в первоначальном повышении, а потом и нормализацией поверхностного натяжения сурфактантного комплекса, и отражало динамику изменения липидного спектра выстилающего комплекса. В частности возрастание поверхностной активности сурфактанта у животных адаптирующихся в физической нагрузке можно связывать с усилением биосинтеза и /или/ секреции легочных поверхностно-активных веществ - фосфолипидов и ,отчасти, холестерина. Их увеличенная концентрация коррелировала с изменением поверхностно-активных свойств выстилающего комплекса легких у тренированных животных..

Среди тех систем, чье значение в формировании уровня физической работоспособности еще только предстоит исследовать, является система альвеолярного сурфактанта. До настоящего времени неоспорим тот факт, что функционирование системы альвеолярного сурфактанта тесно связано с процессами липидного метаболизма в организме кислорода (Селезнев С. 1993). Несмотря на то, что с момента открытия системы альвеолярного сурфактанта в работах Pettle R. (1955 ), прошло свыше трех десятилетий, интенсивное изучение сурфактантной системы и се роли в жизнедеятельности организма начато только й последнее десятилетие. Сведений о ее значении в механизмах адаптации организма к физическим нагрузкам в литературе пет. Проблемой самостоятельной важности является вопрос о состоянии

окислительно-восстановительных процессов при гиперкинетическом стрессе, чье значение в процессах повреждения биологических мембран является достоверно установленным фактом (Владимиров 10. 1972, Дубинина 1993).

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целыо настоящей работы явилось исследование физико-химических свойств альвеолярного сурфактанта в , механизмах адаптации организма к физическим нагрузкам. Для реализации цели были поставлены следующие задачи:

[.Исследовать физико-химические свойства альвеолярного сурфактанта в динамике адаптации экспериментальных животных к модельной физической нагрузке.

2. Исследовать изменения физико-химических свойств сурфактантного , комплекса легких при остром физическом перенапряжении.

3. Выявить роль процессов липопероксидации в альвеолярном сурфактанте экспериментальных животных при моделировании состояния острого физического перенапряжения.

4. Исследовать состояние сурфактантной системы у спортсменов при модельной физической нагрузке. '

НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ ДИССЕРТАЦИИ. В работе впервые:

— проведено комплексное изучение физико-химических свойств альвеолярного" сурфактанта в динамике адаптации организма к модельной физической нагрузке

— выявлены основные тенденции изменения свойств ^альвеолярного сурфактанта экспериментальных животных при остром физическом перенапряжении

— установлены основные изменения процессов липопероксидации в альвеолярном сурфактанте экспериментальных животных при модельном состоянии острого физического перенапряжения

— определены основные функциональные характеристики при модельных физических нагрузках у спортсменов.

Вскрытые закономерности изменения свойств сурфактантной системы легких определяют практическую ценность исследований, что может иметь значение дополнительного функционального приема исследования функции аппарата внешнего дыхания и прогнозирования состояния острой дыхательной" недостаточности у спортсменов.

В работе впервые показано, что состояние острого физического перенапряжения сопровождается инактивацией сурфактатпого комплекса легких, а также активацией процессов липопероксидации в сурфактантной системе легких, усилением в ней 5-липоксигеназного метаболизма циклических гидроперекисей липидов. Определено, что функциональные параметры сурфактантной системы легких' реактивны по отношению к физической нагрузке, моделируемой у спортсменов. Изменения функциональных параметров выстилающего комплекса легких у спортсменов принципиально соответствуют изменениям, выявленным в условиях эксперимента на животных.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на I и II Международной региональной научно-практической конференции "Роль физической культурькв здоровом образе жизни" (Львов, 1995 г., 1997 г.), совещании кафедры физической культуры и здоровья с

циклом ЛФК и кафедры патологической физиологии ЛГМУ (Львов, 1997 г.)

ПУБЛИКА ЦП И. По теме диссертации опубликовано 19 работ, 2 рукописи приняты в печать. Перечень основных научных работ приведен в конце автореферата диссертации.

СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, методической главы, пяти глав результатов собственных исследований, их обсуждения, выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 132 Страницах, иллюстрирована 20 таблицами, 13 фотографиями, библиография содержит 149 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ:

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Работа выполнена на основании результатов острых и хронических опытов. Исследования проведешь на 69 крысах-самцах массой 0,18-0,20 кг. Также наблюдения проводились в группе 26 спортсменов-добровольцев различной квалификации, в возрасте 1823 лет, контрольную группу составили 10 здоровых мужчин, не занимающихся спортом, аналогичного возраста. Работа выполнена на кафедрах патологической физиологии Университета Дружбы народов, физической культуры и лечебного контроля Львовского медицинского Университета, В связи с разнообразием задач исследования, отдельные фрагменты работы выполнены на базе специализированных научных учреждений в рамках договоров о творческом сотрудничестве.

Для моделирования физической нагрузки у яушотных использовали плавательную пробу (Меерсон Ф., 1989 ). Гиперкинезию моделировали в , проводимой однократно плавательной пробе, до момента затонения животных. С целью изучения роли системы фосфоли'пазы А2 моделирование максимальной физической нагрузки проводилось, также, в группе адаптированных животных после однократного введения мепакрина, в дозировке 0,1 мг/0,1 кг массы тела (Datsu J. 1985). Контролем служили интактные крысы. П р и лабораторном тестировании спортсменов-добровольцев моделирование гиперкинезии проводилось посредством выполнения испытуемыми физической нагрузки ступенчасто возрастающей мощности на велоергометре "Тунтури" градиент нарастания мощности составил 1,25 кгМ/мин/кг каждые три минуты.

Солевые экстракты альвеолярного сурфактанта выделяли методом дифференциального центрифугирования (Robertson 1., 1972). Все манипуляции с легочной тканыо, либо солевыми екстрактами проводилось при — "4" С либо на льду.

Забор експиратов выдыхаемого воздуха у испытуемых проводили непосредственно до и после выполнения максимальной физической нагрузки, по методу Сидоренко (1979). Супернатант сохранялся замороженым до проведения биохимического анализа.

Основная часть биохимических исследований проведена на комплексе аппаратуры микроанализатора ФП-900 (Лабсистем, Финляндия) с комплектующими реактивами, либо с использованием наборов реактивов фирмы Ланхема (Чехословакия) в диагностической лаборатории научно-производственного объединения ЛОРТА (Львов), в соответствии с общепринятыми методиками.

Изучение физической активности препаратов альвеолярного сурфактанта

проводилось на базе СКТБ Львовского физмко-механпческого пнетитутат ЛИ Украины. Определение поверхностного1 натяжения проводилось по методу Ребиндера, исследование смачивающей активности проводилось путем измерения краевого угла смачивания.

Электронно -микроскопическое исследование проведено в лаборатории электронной микроскопии Ростовского патологоанатомического цетра. Кусочки паренхимы легочной ткани префиксировали в глютаровом альдегиде с последующей промывкой в растворе фосфатного буфера. После этого фиксировали в р-ре осмиевой кислоты приготовленой на буфере Ммлонга. Образцы пропитывались эпопово-аралдитной к-той с последующей заливкой эпоново-алардитной смесыо. Серийные ультра тонкие срезы готовились на микротоме УМТ11-6, контрастировались цитратом свинца по Рейнольдсу, после чего изучались в электронном микроскопе ПЕМ-100.

Все полученные данные обрабатывали методами вариационной статистики: проверочным методом Стыодента-Фишера, методом корреляционного анализа, непараметрическим методом Вилкоксона-Мапна-Уитпн.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЬВЕОЛЯРНОГО

СУРФАКТАНТА В ДИНАМИКЕ АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМА К ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ.

Как следует из материалов исследования по прошествии 10 и 20 сеансов адаптации к физической нагрузке в сурфактантной системе регистрируются существенные изменения физико-химических показателей. Поверхностное натяжение снижается через 10 суток на 12,6%, однако нормализуется спустя 20 суток. Па всем протяжении эксперимента увеличено содержание общего белка, количество холестерина возрастало на 10 сутки па 85,4%, однако к 20 дню опыта нормализовалось. Диалсн ичная динамика прослеживалась в содержании фосфолигшдов сурфактапта: в начальную фазу эксперимента их уровень возрастал на 55,5% относительно контрольного и падал до субкот рольного уровня через 20 сеансов. Уровень сывороточных липопротеидов увеличивался лиш в конечную фазу эксперимента. Дискордантные изменения отмечались и в показателях, содержания триглицеридов их содержание вначале уменьшалось на 31,4%, хотя и возрастало до субконтрольного уровня к 20 дню адаптации. Анализ этих данных, с помощью методов вариационной статистики евндетельтвует об их высокой варнативпной достоверности.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АЛЬВЕОЛЯРНОГО СУРФАКТАНТА ПРИ МАКСИМАЛЬНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ.

Максимальная физическая нагрузка сопровождается значительным увеличением поверхностного натяжения (на 11% от контрольного уровня) у неадаптированной группы, тогда как у адаптированых животных его возрастание не столь существенно (при математичеком анализе нами использовался непараметрический метод Вилкоксопа-Манна-Уитни). Наблюдалось существенные отклонения от контрольного уровня биохимических параметров: возрастало содержание белка и фракции бета-липопротеидов причем у неадаптированных животных их уровень увеличился и соответственно составил 48,9% и 33,3%,

тогда как в сурфактанте адаптированной группы возрастание не было столь значительным: содержание общего белка превышало контроль всего на 34,1%, уровень же бета-липопротеидов оставался неизменным.

Содержание холестерина в сурфактанте животных обоих экспериментальных групп было увеличенным причем у адаптированных крыс существенней (па » 85,8%), падение общего содержания фосфолипидов максимальная физическая нагрузка вызвала только у неадаптированных животных на 59,2%.

Моделирование максимальной физической нагрузки после предварительного введения мепакрина не приводило к нормализации поверхностного натяжения сурфактанта . Только применение непараметрического критерия Вилкоксона-Манна-Уитни позволило нам выявить тенденцию к его нормализации. Ингибитор фосфолипазы А2 не оказывал достоверного влияния на уровень содержания в сурфактанте белка и стимулировал при этом накопление сывороточных липолротеидов. Однако введение мепакрина сопровождалось нормализующим эффектом па количество общих лшшдов (Р< 0,05) и триглицерпдов (Р< 0,05). Уровень фосфолипидов возрастал до сверхконтролыгого уровня на 50,4% (Р< 0,05).

СИСТЕМА ЛИПОПЕРОКСИДАЦИИ В АЛЬВЕОЛЯРНОМ СУРФАКТАНТЕ ПРИ МАКСИМАЛЬНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ

НАГРУЗКЕ.

В альвеолярном сурфактанте при гиперкинезии происходит 7- кратное увеличение концентрации малонового диальдегида (Р<0,05), которое сочетается с возрастанием на 609,0% активности 5-липоксигеназы (в сравнении с величиной контроля). На этом фоне было выявлено снижение активности глутатнонредуктазы на 44,3%, и глутатионпероксидазы на 78,9% соответственно , от величины контроля (Р< 0,05). Чрезвычайно высокий уровень активности в альвеолярном сурфактанте при максимальной физической нагрузке был найден для показателей супероксиддисмутазы, который превышал контроль в 5 раз (Р< 0,05).

УЛЬТРАСТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АЭРОГЕМАТИЧЕСКОГО БАРЬЕРА ПРИ МАКСИМАЛЬНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ.

.В норме основная часть рабочей зоны аэрогематического барьера покрыта неповрежденными альвеолоцитами 1 типа. Клетки рабочей зоны аэрогематического барьера соединяются между собой при пЬмощи плотных контактов - пятен зон облитерации. При изучении структуры больших пневмоцитов пли альвеолоцитов 2 типа у интактных животных ультраструктурных повреждений не выявлено. Их нормальная структура характеризуется большим количеством полисомальных розеток, крупными митохондриями, а также хорошо развитым пластинчастым комплексом. Отличительной чертой альвеолоцитов 2 типа является наличие в их цитоплазме осмиофильных пластинчатых телец. Установленные характеристики структуры рабочей зоны позволили провести сравнительный морфологический анализ изменений вызванных максимальной физической нагрузкой. У экспериментальных животных наибольшим изменениям подвергаются эпителиальная выстилка

межальвеолярной перегородки. Альнеолоциты 1 типа значительно вакуолизированы. В некоторых случаях клетки подвергались клазмацитозу, кроме того гиперкинезия сочеталась с уплощением отростков цитоплазмы.

Однако наиболее серьезные изменения максимальная физическая нагрузка вызывала в структуре альвеолоцитоп 2 типа особенно п ультраструктуре пластинчатых телец. Осмиофильные пластинчатые тельца были не только увеличены но и лакуолпзироачпы и разделены светлыми перегородками. В некоторых случаях на их месте образовывалась крупная вакуоль. Деструктивные изменения апикальных отделов альвеолоцитоп 2 типа сопровождались накоплением незрелых сетчатых структур сурфактанта в альвеолярном просвете. Впутриальвеоляриое содержимое было представлено конгломератными скоплениями содержащими осмиофильные пластинчатые тельца и клеточный дендрит. В полости альвеол животных после максимальной физической нагрузки определяются активированные макрофаги, содержащие в своей цитоплазме многочисленные вакуоли, лнзосомоподобные структуры и клеточный дендрит.

ПОКАЗАТЕЛИ ФУНКЦИЙ СУРФАКТАНТНОЙ СИСТЕМЫ У ВЫСОКОКВАЛИФИЦИРОВАННЫХ СПОРТСМЕНОВ.

Как следует из таблицы 1 величина поверхностного натяжения легочных экегшратов у спортсменов и нетренированых лиц до физической нагрузки достоверно не различается, хотя уровень содержания фосфолипндов у спортсменов как и уровень общего белка выше.

Таблица /.Физико-химические показатели легочных экспиритоп у спортсменов и липкие занимающихся спортом.

Исследуемы» мок тигель спортсмены нечанимлющпеся спортом

Форма наблюдения

до нагрузки после нагручки до нагручки после нагрузки

1 Кжерхноспюе натяжение (ерг/см) З6.<)4 ±1.29 40.2513.54* 35.0012.41 44.2011.59*

Общим белок (г/л) 0.8210.05 0.7910.04 0,3610.07 0.5210.06*

Л1101111 +Л11НН (нмоль/л) 1.1010.27 0.6910.15* 1.9510.16 1.5210.14*

Фосфолипиды (ммоль/л) 1.0910.0« 1.3110.09* 0.7710.06 2.3610.17*

* - показатель достоверности различия в сравнении с контролем

После однократной максимальной физической нагрузки происходит увеличение коеффициента поверхностного натяжения экспиратов, причем у спортсменов степень возрастания менее значительна по сравнению с лицами не занимающимися спортом. Испытуемые теряют с экспирируемон влагой фосфолипиды а также сывороточные липопротеиды, причем у нетренированных лиц потери фосфолипндов больше (табл.1) . В легочных экспиратах лиц пезанимающихся спортом после физической нагрузка тестируется большее количество белка.

Экспнраты спортсменов характеризуются уровнем активности гаммаглутамилтранспептидазы, который превышает практически в 6 раз уровень активности этого фермента в экспнратах нетренированных лиц (табл.2). В посленагрузочный период активность этого фермента остается.неизменной у спортсменов, тогда как у нетренированных лиц этот показатель снижается более чем на 30%. Уровень активности щелочной фосфатазы более высокий у тренированных лиц, остается неизменным в посленагрузочный период, тогда как у лиц нетренированых он снижается

после физической нагрузки на 67,7%

Таблица 2. Показатели ферментативной активности экспнратов у спортсменов и лиц нсзанимающихся спортом.

Исследуемым показатель (IU/mg prot) спортсмены незанимающиеся спортом

Форма наблюдения

до нагрузки после нагрузки до нагрузки после нагрузки

Щелочная фосфатаза ■ 42.92 ±3.66 38.36±2.26 . 14.02±3.03 4.5210.96*

Гамма-глутамил-траиспепсидаза 45.89±8.14 35.66±2.98 7.22±0.13 4.80±0.29*

* - показатель достоверности различия в сравнении с контролем

ОБСУЖДЕНИЕ

В ходе исследований нами впервые показано, что процесс адаптации к физической нагрузке сопряжен с изменением поверхностно-активных свойств альвеолярного сурфактанта.

Цикличность изменения поверхностной активности сурфактантного комплекса выражалась в первоначальном повышении, а потом и нормализацией поверхностного натяжения сурфактантного комплекса, и отражало динамику изменения липидного спектра выстилающего комплекса. В частности возрастание поверхностной активности сурфактанта у животных адаптирующихся в физической нагрузке можно связывать с усилением биосинтеза и /или/ секреции легочных поверхностно-активных веществ - фосфолипидов и, отчасти, холестерина. Их увеличенная концентрация коррелировала с изменением поверхностно-активных свойств выстилающего комплекса легких у тренированных животных.

Важной закономерностью выявленной в ходе исследования следует считать независимость изменения липидного спектра выстилающего комплекса относительно лигшдограммы крови адаптирующихся животных. Автономность определенного явления согласуется с тенденциями изменения активности ферментов: активация поверхностно-активных свойств сурфактанта формируется на фоне региональной активации процессов аэробного окисления в системе лактатдепздрогеназы. Полученные данные согласуются с современными данными литературы, рассматривающими процесс биосинтеза легочных сурфактантов локальным процессом, за который ответственны преимущественно альвеолоциты II типа (Wright J. 1989). Существенное значение в понимании развития дыхательной недостаточности могут иметь обнаруженные нами в альвеолярном сурфактанте изменения активности гамма-глутаминтранспептидазы при адаптации к физической нагрузке. Показатель активности этого фермента возрастал в сурфактанте тренированных животных. Активация в сурфактанте гамма-глутамилтранспептидазы, расщепляющей бронхоконстриктивные гидроперекиси липидов, может рассматриваться адаптационным механизмом, препятствующим генерализации эффектов лейкотриенов в выстилающем комплексе тренированного организма.

Существенный биологический смысл может заключаться также в обнаруженном нами в ходе адаптации к дозированной физической нагрузке, возрастании в альвеолярном сурфактанте .активности щелочной фосфатазы, принимающей участие в неспецифических механизмах защиты биологических

сред (Widdicombe J. 1988). Это может свидетельствовать об увеличении защитных механизмов в выстилающем комплексе легких. В связи с вышеизложенным можно считать, что в ходе адаптации организма к физической нагрузке происходит активация поверхностно-активных свойств выстилающего комплекса легких, что вызвано усилением процессов биосинтеза поверхностно-активных веществ в аэрогематическом барьере и сочетается с увеличением нротективных свойств легочного секрета и активацией процесса распада циклических гидроперекисей лнпидов.

Новые патогенетические закономерности изменения функции выстилающего комплекса легких выявлены нами в ходе изучения физико-химических свойств альвеолярного сурфактанта при максимальной физической нагрузке. В отличие с5т дозированной физической нагрузки, использованной в режиме тренирующего воздействия, максимальная физическая нагрузка сопряжена со снижением поверхностно-активных свойств выстилающего комплекса легких. Исследования проведенные нами с использованием животных, имеющих различную степень адаптации к гиперкинезии позволили установить на наш взгляд типовые механизмы инактивации сурфактантного комплекса легких при гиперкинезии.

Во-первых, при выполнении максимальной физической нагрузки происходит накопление в альвеолярном сурфактаите неполярных соединений - белка и сывороточных липопротеидов низкой и очень низкой плотности, что приводит к падению его поверхностной активности и смачивающей способности. Эти изменения когезивпо-адгезипных свойств альвеолярного сурфактанта могут способствовать нарушению оттока бронхоальвеолярного секрета и формированию обтурационного синдрома при гиперкинезии.

. Высказанное предположение согласуется со сведениями о ведущей роли процессов экссудации в механизмах инактивации поверхностно-активных веществ в аэрогематическом барьере (Persson С. 1986) . Следует также отметить, что при предварительной адаптации к гиперкинезии отрицательный эффект максимальной физической нагрузки значительно снижается о чем свидетельствовал нормальный показатель смачивающей активности сурфактанта. Физико-химические свойства сурфактантпой системы в организме адаптированных животных носят компенсированный характер.

Во-вторых, важной закономерностью изменения лнппдного спектра альвеолярного сурфактанта при максимальной физической нагрузке явилось уменьшение содержания фосфолигшдов, рассматривающихся основным классом поверхностио-активных веществ в аэрогематическом барьере (Power J. 1987). Этот факт может рассматриваться самостоятельным патогенетическим механизмом инактивации сурфактанткого комплекса. Упомянутые выше изменения не наблюдались при моделировании максимальной физической нагрузки у адаптированных животных.

В-третьих существенное значение для понимания патогенеза нарушений дыхательной системы при максимальной физической нагрузке имеет выявленное нами увеличение активности окислительно-восстановительных процессов в аэрогематическом барьере. Таким образом, изменение активности окислительно-восстановительных ферментов не является органоспецифическим явлением и отражает основные тенденции изменений показателей ферментативной активности в сыворотке крови при гиперкинезии. Результаты проведенного анализа показали также, что для максимальной физической нагрузки характерна

активация процессов аэробного окисления в системе лактатдегидрогеназы. при ограничении процессов фосфорплироваиия креатина, вне зависимости от степени адаптации к гиперкииезии.

Важные факты выявлены при использовании метода ингнбиторного анализа "in vivo". Превентивное введение ингибитора фосфолипазы Л2-менакрипа позволило выявить патогенетическую роль ' фосфолипазной системы в инактивации сурфактантного комплекса. Наиболее важным результатом этого фрагмента исследования является факт нормализации уровня фосфолипидов в сурфактанте у животных при максимальной физической нагрузке, и даже увеличение этого показателя до сверхконтрольного диапазона. Тогда как при максимальной нагрузке без предварительного введения мепакрина наблюдалось значительное снижение их уровня. Следовательно можно считать, что предварительная блокада фосфолипидного гидролиза мепакрином активирует процесс секреции сурфактаптпых мицелл аэрогематического барьера и предотвращает процесс разрушения фосфолипидов.

Таким образом система фосфолипазы А2 может считаться одним из инициаторов нарушений функций сурфактантного комплекса при гиперкииезии. Полученные результаты находятся и соответствии со сведениями Niewoehner (1989) отмстивших ведущую роль механизмов фосфолипазпого гидролиза в механизмах острого повереждения легочной ткани. Не зависимо от характера патологического состояния, фосфолипаза А2 и продукты фосфолипазпого гидролиза - лизофосфатидилхолин и. ненасыщенные жирные кислоты существенно повышают проницаемость аэрогематического барьера и вызывают отек легочного иптерстиция. Эти изменения затрагивают также структуру альиеолоцитов 'II тина.

Вопрос об изменении активости гамма-глузамилтрансиептидазы в сурфактанте при максимальной физической нагрузке заслуживает отдельного внимания. Снижение активности этого фермента у неадаптированных крыс свидетельствует о замедлении процессов инактивации циклических гидроперекисей липидов, тогда как предвари тельная адаптация снижает отрицательный эффект воздействия на показатели активности гамма-глутамилтранепептидазы. Сведения представленные нами позволяют предположить, что характер изменений физико-химических характеристик в аэрогематическом барьере при гиперкииезии зависит от степени адаптации организма к физическим нагрузкам. Инактивация выстилающего комплекса при максимальных физических нагрузках выражается r накоплении белка и падении •'уровня фосфолипидов что ведет к снижению смачивающей активности. С другой стороны система фосфолипазы А2 инициирует распад фосфолипидов в сурфактантной системе и падение ее функциональной активности.

К числу ранее неизвестных механизмов патологии сурфактантной системы при гиперкииезии следует отнести активацию процессов липопероксидации при максимальной физической нагрузке. Хотя патогентическая роль процессов перекисного окисления липидов при гиперкииезии предполагалась и ранее (Гукасов В. 1987, Heffner J. 1989), нами впервые показана активация процессов перекисного окисления липидов в аэрогематическом барьере при гиперкииезии. Их резкое возрастание проявляется в возрастании активности 5-линоксигеназы и накоплении малонового диальдегида, что может быть расценено признаком усиления биосинтеза лейкотрисиов. Следует учитывать что эти изменения

существуют на фоне угнетения ферментативного механизма инактивации производных арахидоновой кислоты в системе глутатионнероксидаза-глутатионредуктаза. Полученные данные хорошо согласуются со сведениями Muller D. с соавт.( 1989 ) отмстившими, что в плазме крови квалифицрованных спортсменов отмечается снижение базальной концентрации глутатиона, что существенно усиливается после перенесения однократной физической нагрузки. Чем выше мощность переносимой физической нагрузки, тем выше степень падения концентрации глутатиона в сыворотке крови. Принимая во внимание коферментные функции глутатиона по отношению к глутатионпероксидазе и глутатионредуктазе, приведенные сведения литературы позволяют понять механизм недостаточности процесса ферментативной инактивации липоперекисных соединений в системе глутатион-зависимых ферментов который может быть объяснен дефицитом восстановленного глутатиона. К числу ферментативных антиоксидантных систем, чья функция по-видимому не изменена при максимальной физической нагрузке следует отнести систему суперокси/щисмутазы. Полученные нами данные позволяют утверждать , что максимальная физическая нагрузка не сопровождается ограничением механизма инактивации супероксидных радикалов в сурфактанте.

В связи с полученными сведениями можно сформулировать новые представления о механизмах дыхательной недостаточности при максимальной физической нагрузке. Максимальная физическая нагрузка сопровождается снижением смачивающей активности альвеолярного комплекса и повышением его вязкости, на фоне активизации процессов генерации циклических эндоперекисей.

Очевидно, что замедление процесса метаболизации гидроперекисей липидов, и накопление продуктов липопероксндации в аэрогематическом барьере, может приводить к дестабилизации и разрушению поверхностно-активных монослоев фосфолипидов и формировать механизм пролонгации действия индукторов бронхосчазма липидогенного происхождения. Роль предполагаемого механизма в формировании нарушений функции дыхания при гиперкинезии нуждается в дальнейшем детальном изучении.

Предлагаемое нами исследование не было бы достаточно полным без изучения ультраструктурных характеристик аэрогематического барьера при максимальной физической нагрузке. Гиперкинезия приводит к значительным структурным изменениям структуры альвеолярного эпителия. Максимальная физическая нагрузка приводит к отеку и набуханию альвеолоцитов 1 типа, клазмоцитозу отдельных участков клеток в альвеолярное пространство. В альвеолоцитах II типа наблюдается вымывание незрелых масс альвеолярного сурфактанта, дезорганизация пластинчастых телец. Образование подобных структур может быть связано с активацией секреторных процессов, что согласуется с ранее высказанным предположением об активации секреторных процессов при гиперкинезии. Вышеизложенное позволяет предположить возможность нарушения процессов газообмена в аэрогематическом' барьере при максимальной физической нагрузке.

Заключительным этапом наших исследований явилось изучение биохимического анализа экспнратов спортсменов в условиях динамической нагрузки. При сопоставлении показателей в "до" и "после" нагрузочных периодах, выявлено снижение поверхностной активности альвеолярных

экспиратов, что является свидетельством инактивации выстилающего комплекса после модельной физической нагрузки. Следует особо подчеркнуть,-что степень возрастания поверхностного натяжения легочных экспирагов была наиболее высока у лиц незапимающихся спортом. Увеличение поверхностного натяжения легочных экспиратов после физической нагрузки у нетренированных лиц было связано со значительным возрастанием количества белка, тогда как в экспиратах спортсменов его уровень остается неизменным.

Возникновение подобных изменений может быть связано с особенностями процесса термодинамики слизистой оболочки дыхательных путей при максимальной физической нагрузке. Помимо активации секреторной функции клеток аэрогематического барьера, доказанной нами электронно-микроскопическим фрагментом исследований па животных, перенесение максимальной физической нагрузки может сопровождаться охлаждением слизистой оболочки дыхательных путей (Тли М. 1989), и влечет развитие обтурационпого синдрома дыхательных путей. Нами отмечена также значительная ■ потеря фосфолпгшдов с экспирнруемой влагой у лиц неадаптированых к физической нагрузке, тогда как у занимающихся спортом эти потери были незначительными. Полученные факты позволяют утверждать, что перенесение модельной физической нагрузки вызывает изменение функции выстилающего комплекса легких, причем степень его повреждения определяется уровнем тренированности организма.

Повышеш.и! в 6 раз уровень активности гамма-глутамнлтранспептидазы в экспиратах спортсменов по сравнению с нетренированными лицами в лреднагрузочный период, и практически неизменяющаяся активность этого .фермента после нагрузки у спортсменов, является важной предпосылкой эффективной детоксикацпи циклических гидроперекисей арахидопопой кислоты в бронхоальвеолярном пространстве тренированных лиц. С другой стороны лабильный уровень активности фермента и тенденция к снижению ак тивности гамма-глутамилтрапспептидазы у нетренированных лиц может рассматриваться патогенетическим фактором формирования дыхательной недостаточности в исходе гиперкинезии у нетренированных лиц. Столь же неблагоприятным фактором изменения физико-химических свойств альвеолярного сурфактанта у нетренированных лиц является снижение активности щелочной фосфатазы у неадаптированных лиц на 67,7% , что является свидетельством низкой протективной способности'легочных экспиратов, тогда как у адаптированных лиц уровень активности этого фермента остается неизменным. Подобный вывод возможен на основе современных представлений о ведущей роли сурфактаптного комплекса легких в неспецифических механизмах иммунореактивности дыхательной системы (ЗИеппап М. 1992). Уровень естественной резистентности дыхательной системы к инфекционным факторам определяется нетолько функцией клеточных элементов бронхоальвеолярного пространства (Воронина II. 1991), по и химическим составом внутриальвеоляриого секрета (ЯЬеппап М. 1992).

. Таким образом, изменении физико-химических свойств выстилающего комплекса легких зависит от уровня тренированности организма. Изменения функции сурфактаптного комплекса легких при гиперкинезии подается коррекции систематическим воздействием на организм тренирующих физических нагрузок и могут рассматриваться косвенным критерием тренированности целостного организма.

_выводы_

1. В динамике адаптации к дозированной физической нагрузке происходят цикличные изменения физических свойств альвеолярного сурфактапта, отражающие изменения его биохимических характеристик. Повышение поверхностной активности сурфактанта у тренированных животных предопределено возрастанием содержания полярных липидов (фосфолипидов и холестерина) в выстилающем комплексе легких.

2.Изменение физико-химических свойств выстилающего комплекса легких зависит от степени адаптированности организма к физической нагрузке. Максимальная физическая нагрузка "до отказа", сопровождается падением функциональной активности сурфактантного компекса легких только у нетренированных животных. Патогенетическими механизмами инактивации сурфактантной системы, приводящим к увеличению ее вязкости и когезивно-адгезивных свойств являются:

— накопление в сурфактанте белка и сывороточных липопротеидов низкой и очень низкой плотности,

— снижение содержания фосфолипидов,

— активация системы фосфолнпазы А2 и процессов перекиспого окисления липидов. Предварительная адаптация животных к физической нагрузке упреждает инактивацию поверхностно-активных свойств выстилающего комплекса легких при максимальной физической нагрузке.

3. Максимальная физическая нагрузка у неадаптированных животных сопровождалась ультраструктурными изменениями легочного интерстиция в виде отека и набухания поврежденных альвеолоцитов I и II типов с вымыванием отечной жидкостью из их структуры незрелых сетчатых структур альвеолярного сурфактанта, что свидетельствует о активации секректорных процессов в аэрогематическом барьере при максимальной физической нагрузке.

4. Основной чертой активации процессов перекиспого окисления липидов в сурфактанте при максимальном физической нагрузке является усиленная генерация циклических эндоперекисей липидов в системе 5-липоксигеназы, сочетающаяся с угнетением расщепления гидроперекисей липидов в системе глутатионпероксидаза-глутатионредуктаза на фоне нормальной супероксиддисмутазной активности.

5. Превентивное введение селективного фармакологического ингибитора фосфолнпазы А2 - мепакрина способствует нормализации ряда физико-химических показателей альвеолярного сурфактанта при максимальной физической нагрузке, что свидетельствует о ведущей роли системы фосфолнпазы А2 в формировании физико-химических нарушений в выстилающем комплексе легких при гиперкинезии.

6. Изменения физико-химических свойств альвеолярных экспиратов выявленные после модельной физической нагрузки у высококвалифицированных спортсменов и нетренированных лиц, соответствуют физико-химическим изменениям выстилающего комплекса легких установленными в условиях эксперимента на животных. Признаки инактивации сурфактантного комплекса (повышение поверхностного натяжения легочных экспиратов и накопление в них неполярных соединений) были выражены в большей мере у нетренированных лиц, нежели у высококвалифицрованных "спортсменов.

. Список основных работ, опубликованных по теме диссертации:

Хомшпин В.П., Мухин В.Н., Башмаков Ю.К., Холин C.B. Гамма-глутамилтранспептидазная активность альвеолярного сурфактанта, как возможный критерий легочной вентиляции. // II Всесоюзный симпозиум .по физиологическому нормированию труда., Донецк, 1989 г., с.101-102

Башмаков Ю. К., Хомишин В.П. Система альвеолярного сурфактанта и механизмы неспецифической иммунологической реактивности при гиперкинезии // Всесоюзная конференция "Стресс и иммунитет", Ростов-на-Дону 1989, с.50-51

Башмаков 10. К., Хомишин В. П. Поверхностно-активные свойства альвеолярного сурфактанта как критерий адаптации организма к физической нагрузке. // Проблемы патологии в клинике и експерименте. Труды ЛГМИ, Львов, 1989 г. с.78-82

Хомишин В.П. Система лнпопериксидизации альвеолярного сурфактанта при максимальной физической нагрузке. // Всемирный конгрес по спортивной медицине. Амстердам, 1990 г. c.l 11

Мухин В.Н., Хомишин В.П., Башмаков Ю.К. Система липопериксидизации альвеолярного сурфактанта при адаптации организма к физической нагрузке. // Всемирный конгрес по спортивной медицине. Амстердам,. 1990 г. с.115

Мухин В.Н., Хомишин В.П., Башмаков .10.К., Влияние максимальной физической нагрузки на активность ферментов энергетического обмена. // Ï Региональная научно-практическая конференция «Роль физической"культуры в здоровом образе жизни.», Львов, 1990 г., с.78-79

Башмаков Ю.К., Хомишин В.П. Механизмы активации липолиза при максимальных физических нагрузках. // Всесоюзная конференция «Физическая культура и здоровый образ жизни»., Симферополь, 1990 г. с.81-83

Башмаков Ю.К., Хомишин В.П. Липоперекисные механизмы дыхательной недостаточности при гиперкинезии // Международный конгресс физиологов, Прага 1991, с.91

Мухин В.Н., Башмаков Ю.К., Хомишин В.П., Холин С.Е. Патогенетические механизмы дыхательной недостаточности при гиперкинезии // Учредительный конгресс Международной организации патофизиологов, Москва 1991, с.123-124

Башмаков Ю.К., Хомишин В.П., Петясв И.М. Система альвеолярного сурфактанта при аллергическом бронхоспазме и липоперекисные механизмы при максимальной физической нагрузке // Биология в спорте, Варшава 1991, т.8, вып.1„ с.140-147

Башмаков Ю.К., Хомишин В.П., Холин С.Е. Влияние процесса адаптации организма к физической нагрузке на содержание линидов в альвеолярном сурфактанте. // Проблемы паталогии в клинике и эксперименте. Труды ЛГМИ. т.ХН. Львов, 1990 г. с.25-27

Башмаков Ю.К,, Хоминиш П.П. Влияние ингибитора фосфолипазы А2 -мепакрина на биохимические показатели сыворотки кропи при гипердипамичсском стрессе // III Мсждупар. конф. "Экологическая патология и ее фармакокоррекция", Чита 1992, с.57-58 •

Хомишии В.П., Башмаков Ю.К. Влияние ингибитора фосфолипазы А2 -мепакрина на ферментативную активность альвеолярного сурфактапта при максимальной физической нагрузке. // П Региональная научно-практическая конференция «Роль физкультуры в здоровом способе жизни», Львов, 1992 г., с.89-91

Хомишии В.П. Поверхностно-активные свойства легочных экспиратов у спортсменов различной квалификации // II Всеукраинская научно-практическая конф. "Роль физ.культуры в здоровом образе жизни, Львов 1993, с.134-135

Хомишии В.П., Кухга О.Б. Величины фактической ЖЕЛ при максимальной физической нагрузке. // Материалы [ Международной научно-практической конференции «Роль физической культ\ры в здоровом образе жизни», Львов, 1995 г. с.81-83

Хомишии В.П., Новицкий О.О. Изменение показателей' физической активности альвеолярного сурфактапта при максимальной физической нагрузке. // Материалы II Международной научно-практической конференции «Роль физической культуры в здоровом образе жизни», Львов, 1995 г. с.57-58

Хомишин Владимир Павлович (Украина)

Механизмы адаптации сурфактантной системы легких к физической

нагрузке. }

В работе приведены результаты изучения физико-химических свойств альвеолярного сурфактанта-в динамике адаптации организма к физической нагрузке. Исследование выполнено на крысах-самцах, а также наблюдения проводились в группе спортсменов-добровольцев и группе здоровых мужчин.

Найдено, что состояние острого физического перенапряжения сопровождается инактивацией сурфактатного комплекса легких, а также активацией процессов липопероксидации в сурфактантной системе легких, усилением в ней 5-липоксигеназного метаболизма циклических гидроперекисей лииндов. Определено, что функциональные параметры сурфактантной системы легких реактивны по отношению к физической нагрузке, моделируемой у спортсменов. Изменения функциональных параметров выстилающего комплекса легких у спортсменов принципиально соответствуют изменениям, выявленным в условиях эксперимента на животных.

Полученные данные могут иметь значение дополнительного функционального приема исследования функции аппарата внешнего дыхания и прогнозирования состояния острой дыхательной недостаточности у спортсменов.

Vladimir P. Chomyshin ( Ukraine) Adaptations mechanisms of surfactant lung system to physical loading.

In this paper were leaded the studing results of physico-chemical characteristics of alveolar surfactant in dynamics of adaptation the organism to modelling physical loading. The researcher was made on male-rats, observations were leaded in" the group of voluntary sportsmen and healty men.

The state of acute physical overexertion is finded to accompanying by inacti-vation surfactant lung and also by inactivation of 5-lipoksigen metabblismus cyclitics hydrogen peroxide lipides alveolar surfactant. It is known that the functional parameters of surfactant lung system are reactive according to physical loading which modelling by sportsmen. Changing the functional parameters of sportsmen lung complex are corresponding to changing what has animals, according to experiment.

On receiving the facts may have the meaning of additional functional research of respiratory system's functions and prognosing the acute respiratory system insufficientia as for sportsmen.