Автореферат и диссертация по медицине (14.00.32) на тему:Перекисное окисление липидов, система антиоксидантной защиты и активность диагностически значимых ферментов крови у человека и животных под воздействием факторов космического полета

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ -.ИНСТИТУТ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

Р Г Б ОД

на правах рукописи

МАРКИН АНДРЕЙ АРКАДЬЕВИЧ

Перекисное окисление липидов. система антиоксидантнон защиты и активность диагностически значимых ферментов крови у человека и животных под воздействием факторов космического полета.

14.00.32. - авиационная, космическая и морская медицина

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Москва. 1994

/У С/ / 1 /V/

Работа выполнена в Государственном научном центре - Инстит те медико-биологических проблем.

Научный руководитель -кандидат биологических наук И. А. Попова

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор Е.А. Коваленко кандидат медицинских наук Б. В. Давыдов Ведущее учреждение - Центр подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина

Защита состоится " " _ 1994 г. в _часов

заседании специализированного совета К 074.31.01 по присужде! ученой степени кандидата наук в Государственном научном центре Институте медико-биологических проблем (123007, Москва, Хо] шевское ш., 76-А).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государствен] го научного центра - Института медико-биологических проблем.

Автореферат разослан "_" _ 1994 г.

Ученый, секретарь специализированного•совета кандидат биологических наук

И. П. Пономар

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Экономика прикладного использования космонавтики требует неуклонного повышения продолжительности космических полетов. Однако физиологические (Воробьев Е.И., Газенко О.Г., Туровский H.H., 1976; Воробьев Е. И., Газенко О.Г.. Шульженко Е. Б.. и др.. 1986; Газенко 0.Г.. ЕгоровА.Д., 1984; Григорьев А.И., Егоров Д.. 1988), а также патофизиологические (Еремин A.B., Рудный Н.М., 1987; Коваленко Е.А. 1992) последствия длительного действия факторов орбитального полета, и в первую очередь невесомости, являются факторами риска возникновения самых различных заболеваний (Jessl г.. 1990).

Изучение особенностей обмена веществ в условиях космического по-гета (КП) является базисом для разработки критериев биохимической щагностики и прогноза состояния здоровья космонавтов как в ходе 1кспедиции. так и в течение реабилитационного периода. Важная ин-юрмация может быть получена при исследовании интенсивности свобод-:орадикальных процессов в организме, в частности одной из важнейших :х сторон - перекисного окисления липидов (ПОЛ).

Усиление процесса липопероксидации является универсальным неспе-ифическим патогенетическим звеном в развитии заболеваний и патоло-ических процессов (Владимиров Ю. А., Арчаков А.И., 1972). Регуляция ОЛ и репарация свободнорадикальных повреждений связаны с расходом акроэргов, метаболически важных кофакторов, пластических субстан-ий (Воскресенский О.Н., Жутаев И.А.. Бобырев В. Н. и др. 1982; oldberg A. L., St. John A.C.. 1976; Okabl Е., Hyama Е.. Oyama М., t al., 1982; Tanaka К., Waxam L.. Goldberry A. L., 1984., Tappel A. ,, 1982). Поэтому способность организма к контролю за интенсив-эстью липопероксидации в значительной мере определяется'его адап-геными потенциями.

К настоящему времени известно лишь несколько работ, посвященных ютоянию ПОЛ у человека после космических полетов различной про-шштельности (Зезеров А.Е.. Ушаков A.C.. Иванова С.М. и др., !87; Ушаков A.C., Иванова С. М., Атуллаханов Ф. И., и др., 1985; mzey S.L., Johnson P.S., Rltzman S.E. et al., 1976; Mengel C.E., >74). Из-за противоречивости полученных разными авторами данных и

небольшого числа обследованных экипажей результаты этих работ не 1 поддаются обобщению.

В наземных модельных экспериментах на животных (Зезеров А.Е., Иванова С. М., Ушаков A.C.. 1987; КухтаВ. К.. Морозкина Т. С., Лиси-цина Л.П. и др., 1988; Панасюк E.H., Скакун Л.Н., 1985; Шидловская Т.Е., 1985) и с участием испытателей-добровольцев (Аржакова Н.И., 1980; Зезеров А.Е., Иванова С.М.. Моруков Б. В. и др.. 1989; Крупина Т.Н., Маник А.П., 1980) показано наличие изменений в интенсивности ПОЛ, активности некоторых показателей антиоксидантной защиты (АОЗ). Однако систематического анализа, указывающего место реакций ПОЛ в метаболических сдвигах, обнаруженных в организме человека и животных под действием моделированных факторов КП, проведено не было. Остается также открытым вопрос о возможности применения данных об интенсивности ПОЛ в качестве диагностического и прогностического критерия состояния здоровья человека в ходе КП и после его завершения.

Цели и задачи исследования. Целью исследования явилось выяснение характера изменений ПОЛ и системы АОЗ при действии на организм факторов космического полета; изучение возможности использования показателей ПОЛ и системы АОЗ в качестве критериев оценки компенсаторных возможностей организма в условиях отсутствия явных признаков патологии при напряжении его адаптивных систем. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи.

1. Изучить интенсивность ПОЛ, состояние системы АОЗ и активность диагностически значимых органо- и тканеспецифичных ферментов в сыворотке крови космонавтов, участвовавших в полетах различной продолжительности.

2. Исследовать динамику интенсивности ПОЛ, показателей системы АОЗ и активности диагностически значимых ферментов в сыворотке крови человека в длительном эксперименте, моделирующем действие на организм факторов космического полета (370-суточная антиортостатичес-кая гипокинезия).

3. Исследовать интенсивность липопероксидации и состояние системы АОЗ в плазме крови и тканях крыс после космических полетов различной продолжительности.

4. Изучить динамику интенсивности ПОЛ и показателей системы АОЗ в плазме крови и тканях, соотношение интенсивности липопероксидации в тканях и плазме крови, а также плазменную активность диагностически значимых ферментов у крыс в ходе длительного эксперимента, моделирующего действие невесомости на организм животных (35-суточ-ная гипокинезия с вывешиванием).

5. Выяснить характер взаимосвязи между комплексом показателей ПОЛ, системы АОЗ с одной стороны и величинами активности диагностически значимых ферментов с другой путем математического анализа полученных данных.

Научная новизна. Впервые проведено определение начальных, промежуточного и конечных продуктов ПОЛ. а также показателей системы АОЗ в сыворотке крови космонавтов после полетов продолжительностью от 5 до 366 суток. Количество обследованных позволило распределить их по группам в зависимости от длительности полета и провести развернутый статистический анализ полученных данных. Установлено, что статистически достоверные изменения интенсивности ПОЛ и показателей АОЗ возникают после космических полетов большой продолжительности (свыше 125 суток) и связаны с реакцией организма на стресс реадаптации к земным условиям. Направленность и выраженность этих изменений определяется компенсаторными возможностями организма и зависит от длительности полета.

Впервые изучена динамика показателей ПОЛ и системы АОЗ у человека в ходе 370-суточной антиортостатической гипокинезии (АНОГ) и в периоде восстановления (ПВ). Значительное усиление липопероксидации, сопровождающееся гипофункцией системы АОЗ отмечено в ПВ и сохраняется вплоть до его 30-х суток.

Впервые исследовано состояние ПОЛ и системы АОЗ в плазме крови и тканях крыс после КП различной продолжительности на биоспутниках серии "Космос". Напряжение системы АОЗ, компенсирующее активацию свободнорадикальных процессов, обнаруженное в результате исследований, отражает реакцию организма животных на заключительную фазу космического полета и острую стадию гравитационного стресса реадаптации к земным условиям.

В эксперименте с вывешиванием крыс впервые исследована динамика

ПОЛ и системы АОЗ в тканях и плазме крови животных. Установлено, что изменение интенсивности ПОЛ носит фазовый характер. Усиление ПОЛ в отдельных тканях не сопровождается активацией липопероксида-ции в плазме крови.

На основании математического анализа полученных данных впервые для исследованных воздействий у космонавтов после полетов различной продолжительности, у испытателей-добровольцев в условиях 370-суточ-ной АНОГ, у крыс в ходе эксперимента с 35-суточным вывешиванием показана высокая достоверная степень корреляционной взаимосвязи между комплексом параметров ПОЛ, АОЗ и активностью органо- и тканеспеци-фичных ферментов в сыворотке (плазме) крови, традиционно применяемых в клинической лабораторной диагностике. Это обосновывает правомерность использования данных о состоянии ПОЛ и системы АОЗ в диагностических и прогностических целях в условиях отсутствия явных признаков патологии при напряжении адаптивных систем организма.

Практическая и научная значимость работы. Показано наличие коррелятивной связи между величинами плазменной активности диагностически значимых органо- и тканеспецифичных ферментов и комплексом параметров ПОЛ. системы АОЗ в условиях отсутствия явных признаков патологии при напряжении адаптивных систем организма. Это является обоснованием для применения параметров липопероксидацик, системы АОЗ в целях оценки и прогнозирования состояния здоровья человека, и в частности космонавтов при проведении клинико-физиологического обследования в период подготовки и после завершения космических полетов.

Комплекс микрометодов определения содержания продуктов ПОЛ и параметров системы АОЗ внедрен в практику здравоохранения (НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи, Российская медицинская академия последипломного образования).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. По завершении острого периода адаптации к невесомости действие комплекса факторов космического полета адекватно компенсируется организмом и не приводит к активации процесса ПОЛ непосредственно в ходе орбитальной фазы полета.

• 2. Активация ПОЛ и ослабление АОЗ может наблюдаться при реадап-

гации организма к земным условиям в послеполетном периоде и тем бо-чее вероятно, чем продолжительнее было действие невесомости.

3. Значения комплекса параметров, характеризующих интенсивность ЮЛ и АОЗ, тесно связаны с величинами активности комплекса диагнос-гически значимых органо- и тканеспецифичных ферментов в плазме кро-зи, что дает основание к их использованию, наряду с другими пара-«етрами. в космической биологии и медицине для оценки состояния )рганизма.

Апробация диссертации и публикации.

Диссертация апробирована на заседании секции Ученого Совета ИМБП 13 РФ 20 июня 1994 г.

Материалы диссертации доложены и обсуждены на международной конференции "Итоги исследований на биологическом спутнике "Космос 1887"" (Москва. 1988 г); на IX Всесоюзной конференции по космичес-сой биологии и авиакосмической медицине (Калуга, 1990 г); на XXI 'агаринских научных чтениях по авиации и космонавтике (Москва. 1991 на международном симпозиуме "Биоспутники "Космос"" (Ленинград. [991 г); на международном рабочем совещании ""Космос 2044". Предва-штельные результаты" (Эймс. США. 1990 г); на Юбилейных научных 1тениях и конференции, посвященных 90-летию со дня рождения акаде-шка В.В. Парина (Москва, 1993 г), на X Конференции по космической ¡иологии и авиакосмической медицине (Москва, 1994).

По материалам диссертации опубликовано 18 научных работ.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследований, полученных результатов и их обсуждения. заключения, выводов, практических рекомендаций. Библиографи-геский указатель включает 362 источника литературы. Работа изложена ¡а 216 страницах машинописного текста, содержит 23 таблицы и 4 схе-ш.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Материалы и методы исследований. В сыворотке крови у человека и 'епариновой плазме у крыс определяли концентрацию диеновых коньюга-'ов (ДК). шиффовых оснований (ШО), токоферола (ТФ) по методу Б.В.

Давыдова и П.П. Голикова. 1987, в нашей микромодификации; малонового диальдегида (МДА) - методом К. Yagl, 1976, общую антиокислительную активность (АОА) - по J. Stocks et al., 1974 в микромодификации. С помощью стандартных коммерческих наборов реактивов производства фирм "Technlcon", США. "Sigma", США, "Merck", ФРГ. "Boehrlnger Mannheim". Австрия проводили определение активности диагностически значимых органо- и тканеспецифичных ферментов: изоцит-ратдегидрогеназы (ИЦЦГ, К.Ф. 1.1.1.42.). глутаматдегидрогеназы (ГДЦГ, К.Ф. 1.4.1.3.), щелочной фосфатазы (ЩФ, К.Ф. 3.1.3.1.). кислой фосфатазы (КФ, К.Ф. 3.1.3.2.), аспартатаминотрансферазы (ACT, К.Ф. 2.6.1.1.), аланинаминотрансферазы (АЛТ, К. Ф. 2.6.1.2.), аце-тилхолинэстеразы (ХЭ. К.Ф. 3.1.1.7.), лактатдегидрогеназы и аль-фа-оксибутиратдегидрогеназы (ДДГ и ОБДГ, К.Ф. 1.1.1.27.), креатин-фосфокиназы (КФК, К.Ф. 2.7. 3.2.) ее изоферментов - мышечного (КФК ММ) и сердечного (КФК MB), гамма-глутамилтранспептидазы (ГГТ, К.Ф. 2.3.2.2.), 5*-нуклеотидазы (5'-НД, К.Ф. 3.1.3.5.. только в эксперименте с вывешиванием).

В гомогенатах печени, скелетных мышц задней группы бедра и миокарде крыс определяли концентрацию ДК, ШО и ТФ вышеуказанным методом, МДА - по методу Mlhara М. et al., 1980, а также активность антиокислительных ферментов - супероксидцисмутазы (СОД, К. Ф. 1.15.1.1.), глутатионпероксидазы (ГП, К.Ф. 1.11.1.9.). глутатионре-дуктазы (ГР, К.Ф. 1.6.4.2.) собственными автоматизированными методами (Маркин А. А., Журавлева 0.А., Деленян Н. В.. 1992), каталазы (К.Ф. 1.11.1.6.) по методу Королюк М.А. с соавт., 1988.

Измерения проводили на биохимическом анализаторе "Technlcon RA-1000". США, спектрофотометре "Beckman ГО-7". США и спектрофлуо-риметре "Hitachi 650-60", Япония.

Объем, структура и основные условия исследований представлены в Таблице 1.

Было обследовано 28 космонавтов, совершивших полеты продолжительностью от 5 до 366 суток в основных экспедициях и экспедициях посещения на орбитальной станции "Мир" в период с 1986 по 1992 г. Обследования проводили за 30 суток до старта, на 1 и 7 (только для длительных полетов) сутки после завершения КП.

Таблица 1.

ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ

NN Характер воздействия :Длительность Обследовано Кол-во иссле- Всего иссле-ш воздействия. довакий на даваний на

суток 1 объект группу

1. Космические полеты малой про-долгительности, 4 экспедиции (O.K. "Мир") 5 - 9 8 человек 36 288

2. Длительные космические полеты, 8 экспедиций (O.K. "Мир") 125 - 179 15 человек 54 810

3. Сверхдлительные космические полеты, 4 экспедиции (O.K. "Мир") 241 - 366 5 человек 54 270

4. Космический полет на биоспутнике 7 21 крыса 14 294

"Космос 1667"

5. Космический полет на биоспутнике ' 13 30 крыс 17 372

"Космос 1887"

6. Космический полет на биоспутнике 14 15 крыс 28 420

"Космос 2044"

7. 370-суточная АНОГ 370 9 человек 144 1296

8. 35-суточная гипокинезия с вывеши- 1 - 35 96 крыс 28 2688

вашей

Общее количество: 37 чел. и 162 крысы

Проведено обследование 9 испытателей-добровольцев в ходе эксперимента с 370-суточной АНОГ (угол наклона головного конца кровати -5° ). Обследования проводились за 20 суток до начала АНОГ, на 50, 110, 170. 230, 300, 350 сутки гипокинезии, на 1, 7 и 30 сутки ПВ.

Кровь у обследуемых отбиралась утром натощак из локтевой вены в положении лежа.

После полетов на биоспутниках серии "Космос" продолжительностью 7. 13 н 14 суток обследовано, с учетом контрольных групп. 66 крыс.

В эксперименте с вывешиванием обследовано 96 крыс, составивших 10 групп с продолжительностью воздействия 1. 2, 3, 5, 7, 14, 21. 23. 35 суток.

Крыс забивали декапитацией. Гомогенаты тканей готовили с помощью гомогенизатора Поттера (стекло-тефлон).

Полученные данные обрабатывали методами вариационной статистики с применением t-критерия Стьюдента. Исключение отдельных значений, не входящих в генеральную совокупность выборки, производили с помощью критерия Dixon (Закс, 1976). Вычисление величин характеристик канонической корреляции между кассивами данных, относящихся к показателям ПОЛ и системы АОЗ с одной стороны и величинами активности вышеперечисленных диагностически значимых ферментов с другой, осуществляли на персональном компьютере IBM РС/АТ-286. Программа составлена согласно описанию "Сборник научных программ на Фортране", М., 1974.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

1. Пивотируекыз полети.

После кратковременных полетов (группа 1, 5-9 суток,8 чел.) не найдено достоверных изменений величин ПОЛ и АОЗ в сыворотке крови космонавтов по сравнению с дополетными значениями (Табл. 2).

После длительных полетов (группа 2, 125-175 суток, 15 чел.) на 1 сутки ПВ обнаружено более чем двукратное снижение концентрации ДК. достоверное 13%-ное снижение содержания МДА. На 2655 понизилась по сравнению с дополетными величинами общая АОА (Табл. 2). К 7 суткам реадаптации концентрации МДА и ШО остались на достоверно пониженном уровне, значение АОА вернулось к дополетной величине, а концентра-

Таблица 2.

ПАРАМЕТРЫ ПОЛ. СИСТЕМЫ АОЗ И ВЕЛИЧИНЫ АКТИВНОСТИ ДИАГНОСТИЧЕСКИ ЗНАЧИМЫХ ФЕРМЕНТОВ В ПЛАЗМЕ И СЫВОРОТКЕ КРОВИ КОСМОНАВТОВ ПОСЛЕ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ РАЗЛИЧНОЙ ПРОДОЛЖИГЕЛЬНОСТМИ (М + м)

Показатель Группа -30 сут +1 сут +7 сут

дк 1 3, 85+0. 69 3, 54+1,28 -

:зкв/мг липида 2 2.39+0,88 1, 01+0,09**(14) 1,15+0,20**

3 3,91+1, 12 0, 87+0,23* 1,29+0.17*

МДА 1 3, 60+0, 24 3,17+0,29 -

нМ/мл 2 4.01+0.35 3,49+0,30* 3.33+0, 22*(14)

3 3.40+0.56 2.99+0,35(4) 3,13+0.33

ШО 1 10.70+1.80 12.70+2.40 -

Ед/мг липида 2 16.71+2,94 16. 62+2.47 17,31+2,65

3 7,41+1,27 9.10+2. И 14,88+3.88

ТФ 1 3.47+0,70 3, 94+0, 67 -

:г/мг липида 2 3,47+0.38 3,68+0. 22(13) 3,86+0,33

3 3,39+0. 80 3, 98+0,57(5) 5, 58+0.65

АОА 1 60, 2+3,8 59, 8+7,4 -

% 2 59,0+3.4 43,9+2.9*(14) 54.1+2.8

3 59,1+13. 5 43, 8+2, 0 44,0+6,8

иццг 1 1,34+0.47 3. 06+1,15 -

МЕ/л 2 1,60+0,20(13) 2,65+0.51 3,54+0,46**

3 1,94+0.24 1.95+0.54 1,85+0.10(4)

АСТ 1 19.8+13,0 20.6+1.6(7) -

МЕ/л 2 21.1+1.1(14) 25. 2+4. 8 27,2+1.1**(14)

3 23.4+2.0 25,0+5.4 23. 2+2. 2

АЛТ 1 18.3+2,8 23, 3+4,4 -

МЕ/л 2 21.2+1,7 27. 8+4,6 32. 4+4,3* (14)

3 24,8+4,8 34, 0+4.3 31,6+3.6

ЛДГ 1 165,6+7,9 181.9+12.2 -

МЕ/л 2 163.6+9,8 177.7+11,8 192.0+5,8*

3 214.0+22.0 148. 0+11.0* 206,0+6.0

КФК общ. 1 55.6+10.8 96. 8+15,2* -

МЕ/л 2 57.3+6.9(14) 120,6+16,9** 81,8+11.2

3 70.0+8.8 162. 0+44, 3 62.6+5.6

КФК ММ 1 52.9+11,2 82. 4+12.7 -

МЕ/л 2 54.6+6.7(14) 120. 3+16,7** 75.8+10.4

3 67.4+9,8 156, 0+47.4 60,6+6,3

КФК МВ 1 1,58+0.65(7) 14.38+5,88* -

МЕ/л 2 2.74+0.94 6.72+1,99(14) 3.15+0.68(14)

3 2.64+1,32 6,01 1. 92+0. 93

* - достоверное различие с фоновым периодом. р<0.05

** - достоверное различие с фоновым периодом. р<0.01 В скобках указано число обследуемых в группе, отличающееся от постоянного

Активность остальных исследованных ферментов достоверно не язменялась

ция ТФ достоверно возрасла. Практически неизменное содержание конечного продукта липопероксидации - ШО во все сроки обследования, свидетельствует о том. что непосредственной причиной обнаруженных изменений явились не факторы орбитального КП, а скорее всего стресс, связанный с воздействием посадочных перегрузок и реадаптацией к земным условиям.

При разных формах стресса ПОЛ характеризуется фазовым протеканием. Сначала происходит угнетение интенсивности липопероксидации. что обусловлено активацией защитных механизмов (Гуляева Н.В.. Лузина Н.Л.. Левшина И. П. и др., 1988; Барабой В. А., Брехман И. И., Го-лотин В.Г. и ДР., 1992). и лишь позднее, в случае невозможности компенсации организмом неблагоприятного воздействия, наблюдается активация липопероксидации. К концу первой недели ПВ достоверно более чем вдвое возрастала активность ключевого фермента цикла кребса ИЦДГ, на 18% - ЛДГ, важнейшего фермента гликолиза; повышалась активность трансаминаз, обеспечивающих переаминирование некоторых аминокислот, используемых в дальнейшем при покрытии энергозатрат организма (ACT- на 29%, АЛТ - на 53%).

Как известно, функционирование основных звеньев системы АОЗ обеспечивается за счет окисления восстановленного НАДФ, поставляемого реакциями биологического окисления с участием дегидрогеназ (Воскресенский О.Н., Жутаев И. А., Бобырев В. Н. и др., 1982; Воскресенский О.Н., 1977) и трансдегидрогеназными реакциями, восстанавливающими НАДФ за счет окисления НАДН (Уайт А.. Хендлер Ф., Смит Э. и др., 1981). Таким образом, у космонавтов после полетов продолжительностью 125-179 суток в течение первой недели ПВ отмечалась компенсация неблагоприятных явлений, сопровождающих процесс реадаптации к земным условиям. Это выражалось активацией ферментов прямо или косвенно связанных с энергообразующими процессами и напряжением системы АОЗ.

После сверхдлительных полетов (группа 3, 241-366 суток, 5 чел.) отмечалось отсутствие активации ферментов энергетического метаболизма. Более того, активность ЛДГ.на 1 сутки после посадки была достоверно снижена на 31% (Табл. 2). Показано, что на рубеже 6-7 месяцев полета формируются глубокие перестройки энергетического об-

:ена у человека (Ветрова Е. Г., 1990), что ведет к неспособности ор-анизма оперативно мобилизовывать процессы энергосинтеза в экстре-альных ситуациях. Это является фактором риска усиления ПОЛ, озникновения декомпенсаторных явлений. Действительно, на 1 сутки Б в группе 3 достоверно снижалась концентрация только ДК, а к 7 уткам ПВ отмечались первые признаки активации ПОЛ: прослеживалась енденция к увеличению в 2 раза содержания ШО на фоне стабильно шгаенной АОА.

При проведении канонического корреляционного анализа, учитываю-;его индивидуальную динамику показателей у каждого из обследуемых, бнаружена высокая степень достоверной взаимосвязи между значениями араметров ПОЛ, АОЗ и величинами активности диагностически значимых ерментов во всех группах космонавтов ( для группы 1 г=0,903. <0,05, для группы 2 г=0,883, р<0.01, для группы 3 г=0,998, <0,01). Это указывает на участие свободнорадикальных механизмов в абилизации клеточных мембран при исследованных воздействиях и слу-ит обоснованием для применения характеристик ПОЛ и АОЗ в диагнос-ических и прогностических целях применительно к условиям, связан-ым с действием факторов КП.

2. Эксперимент с 370-суточной АНОГ.

Заключения об особенностях обмена веществ космонавтов делаются, основном, на основании сопоставления до- и послеполетных данных, еконструкция динамики процесса, приведшего к обнаруженным феноме-ам, может быть осуществлена при наземном моделировании действия акторов КП на человека.

В эксперименте с 370-суточной АНОГ (-5*) испытателям группы А (4 еловека) с начала гипокинезии проводили комплекс профилактических ероприятий, направленных на нормализацию обмена веществ, включаю-ий . в себя прием фармпрепаратов, а также физическую тренировку в оризонтальном положении. Испытатели группы Б получали этот комп-екс начиная со 120 суток АНОГ.

Из-за того, что фоновое обследование включало в себя биопсии, наг-узочные пробы, исследования.с введением изотопов и т.п., величины оказателей ПОЛ и АОЗ у испытателей в 1,5-2 раза превышали анало-ичные у космонавтов, достигая верхних границ литературной нормы. К

50 суткам АНОГ значения всех показателей ПОЛ и АОЗ понизились. Согласно литературным данным, к концу первого месяца гипокинезии происходит стабилизация ПОЛ на уровне фоновых величин (Аржакова Н.И., 1980., Крупина Т.Н., Маник А.П., 1980). Поэтому в качестве контрольного уровня были приняты значения исследованных параметров на 50 сутки АНОГ.

В период с 50 по 170 сутки эксперимента в обеих группах наблюдалась стабилизация ПОЛ, которая достигалась на фоне увеличенной выше литературной нормы общей АОА (свыше 88,3% при нормальном диапазоне 55,2-76,8% по J. Stocks et al., 1974) и повышенной активности ферментов энергообмена - ЛДГ (группа А: 223 +_15 МЕ/л, р<0,01 на 110 сутки , 232+18 МЕ/л. р<0,01 на 170 сутки против 142,5 МЕ/л в конт-. роле; группа Б соответственно 223+15, р<0,01 и 183+32 против 134,3) и ИЦДГ (группа А: 1,2+0,1 МЕ/л на 110 сутки и 1,6+0,2 МЕ/л, р<0,05 на 170 сутки против 1,0+0,1 МЕ/ л в контроле; группа Б соответственно 4.2+1,4 и 1.5+0,2 против 1,5+0,2). Судя по всему, стабилизация гомеостаза у обследуемых была достигнута на отличном от исходного уровне за счет напряжения систем энергообмена и АОЗ.

В период с 230 по 300 сутки АНОГ (Рис. 1) отмечалось умеренное усиление ПОЛ, характеризующееся увеличением концентрации его лабильных продуктов - ДК и МДА, что было более выражено в группе А. Несмотря на тенденцию к снижению общей АОА в обеих группах, концентрация ШО в этот период снижалась в 1.3-1,5 раза что указывает на компенсированность усиления ПОЛ. Не исключено, что ведущим компенсирующим фактором явилось увеличение концентрации ТФ.

На 350 сутки гипокинезии в обеих группах отмечалась нормализация показателей ПОЛ при достоверно сниженном содержании ШО. Однако, в группе А общая АОА достоверно понизилась в 1,23 раза, а концентрация ТФ имела тенденцию к снижению.

Обнаруженные на 230-350 сутки изменения параметров ПОЛ и АОЗ явились, вероятно, следствием нарушения достигнутого ранее метаболического равновесия, т.к. в обеих группах отмечалась тенденция к понижению активности ферментов прямо, или косвенно участвующих в реакциях энергетического обмена: ОБДГ, ИЦДГ, ACT, АЛТ. МДГ.

В острой фазе ПВ на 1 сутки после завершения АНОГ не наблюдалось

Рисунок 1

Показатели ПОЛ и АОЗ в эксперименте с 370-суточной АНОГ

" ог контроля

ДК МДА ШО ТЧ> АОА

Г2Э 2зо ЕЗзоо СЗ 350 И + 1 ЕЭ * 7 □ + зо СУТКИ АНОГ СУТКИ ПЕРИОДА ВОССТАНОВЛЕНИЯ г * — достоверное различив с контролем, р<0,05

активации ферментов энергетического и пластического обмена, что сопровождалось достоверным снижением общей АОА в группе А в 3,72 раза, а в группе Б - в 2.24 раза. Несмотря на двукратное увеличение содержания ТФ в обеих группах, содержание ДК достоверно возросло в группе А в 2.6 раза, в группе Б - в 2 раза. Концентрация МДА при этом достоверно не менялась, что указывает на вероятное истощение субстратов липопероксидации в тканях обследуемых.

К 7 суткам ПВ активность большинства исследованных ферментов энергетического и пластического обмена не превышала контрольных значений. При этом в обеих группах концентрация ДК была достоверно повышена, а общая АОА, несмотря на увеличенное содержание ТФ, оставалась по-прежнему достоверно ниже контрольных величин. Тенденция к нормализации ПОЛ обнаружилась лишь на 30 сутки ПВ и только в группе Б, где параметры липопероксидации достигли контрольного уровня, а общая АОА, хотя и была достоверно ниже контрольных значений, все же превысила нижнюю границу литературной нормы.

- и -

В обеих группах обнаружена высокая степень корреляционной связи между комплексом показателей ПОЛ, АОЗ и активностью органо и тка-неспецифичных ферментов в сыворотке крови (группа А: г=0,962, р<0,001; группа Б: г=0,919. р<0,001). В связи с этим подтверждается возможность использования характеристик ПОЛ и АОЗ в качестве диагностических и прогностических критериев при воздействиях, связанных с длительным ограничением подвижности человека.

3. Эксперименты на биоспутниках "Космос"

Данные о состоянии ПОЛ и АОЗ в сыворотке крови дают общую, интегральную картину процесса в организме. Для выяснения особенностей протекания ПОЛ и его регуляции в органах и тканях были проведены эксперименты на крысах, экспонированных на борту биоспутников "Космос 1667" в течение 7 суток, "Космос 1887" - 13 суток и "Космос 2044" - 14 суток. Исследования в каждом эксперименте проводили на 3 группах крыс: полетной, синхронного контроля (воссоздание всех факторов КП за исключением невесомости) и виварного контроля.

В печени животных после 7-суточного полета отмечалось генерализованное усиление ПОЛ. выразившееся в дисбалансе активности антиокислительных ферментов СОД и ГП (Деленян Н.В., Маркин A.A., 1988) и достоверном увеличении концентрации ДК, МДА и ШО (Рис. 2). Однако, аналогичная картина в синхронном контроле свидетельствует о том, что усиление ПОЛ произошло не в результате действия невесомости. После 13- и 14-суточного полетов в печени крыс наблюдались однонаправленные изменения, указывающие на ферментативную инактивацию ранних стадий свободнорадикальных процессов: увеличение активности СОД, каталазы. ГП (Markln A.A.. Delenyan H.V.. Juravlyova 0.А., 1992) и снижение концентрации ШО при уменьшенном или неизменном содержании ДК и МДА. Одинаковая направленность изменений в полетных группах и группах синхронного контроля дает основания предполагать, что найденные отличия вызваны стресс-факторами, сопровождавшими посадку биоспутников, причем большая выраженность изменений у животных полетных групп связана, по-видимому, с влиянием процесса реадаптации после двухнедельного пребызания в невесомости.

В скелетных мышцах каких-либо изменений, .повлиявших на интенсивность ПОЛ. не наблюдалось.

Рисунок 2

Показатели ПОЛ и АОЗ в печени крыс после полетов на биоспутниках серии "Космос"

% ОТ кснгролч

• 3—Су', полет ЕЗ соотв. еинхр, контр

Значения, достоверно не отличающиеся'от контрольных, изображены равными 100%

В миокарде крыс полетных групп всех трех экспериментов (Рис. 3)

Рисунок 3

Показатели ПОЛ и АОЗ в миокарде крыс после полетов на биоспутниках серии "Космос" 332„

7-сут. поле* СГЗ 13-сут. полет

1 , -I 14-cyf. ПОЛ^Г S3 COOTS сиихр. КОНТ.

Значения, достоверно не отличающиеся от контрольных, изображены ровными 100ъ

отмечены однонаправленные эффекты: при неизменном или сниженном содержании продуктов ПОЛ значительно увеличилась концентрация ТФ и активность СОД (Markin A.A., Delenyan N.V.. Juravlyova O.A., 1992). По всей видимости, это явилось следствием компенсаторной реакции системы АОЗ в ответ на увеличение нагрузки на миокард при возвращении животных к нормальной силе тяжести.

Исследование параметров ПОЛ и АОЗ в плазме крови, дающее интегральную характеристику процесса липопероксидации в организме, указывает на напряжение системы АОЗ животных в ходе реадаптации к земным условиям, компенсирующее неблагоприятное влияние острой стадии гравитационного стресса реадаптации (Рис. 4). Обнаруженное увеличение общей АОА у крыс полетных групп при отсутствии повышения содержания конечного продукта ПОЛ - 120, свидетельствует о кратковременности процесса и его компенсации.

Рисунок 4

Показатели ПО/1 и АОЗ в плазме крови крыс после полетов на биоспутниках серии "Космос"

I—п

J

Iii

1

шо

ТФ

АОА

i_) 7

'ИЗ 14

_J 14 .у! ГК'Л'' COOTS СИмчр I

Значения, достоверно не отличающиеся от контроля, изображены равными 100 г

Результаты исследований показывают, что комплекс факторов орбитального КП и в первую очередь невесомость, не вызывает, по крайней

мере в течение первых 14 суток полета, значительной активации ПОЛ и тем самым не обладает стрессогенным действием.

4. Зхспзрккеит с 35-суточк1Э1 вьгзегнванием крыс.

Для исследования динамики ПОЛ и параметров АОЗ в тканях и плазме крови крыс, плазменной активности диагностически значимых органо- и тканеспецифичных ферментов, а также для выявления возможной взаимосвязи ме;;:ду этими группами параметров был проведен эксперимент с 35-суточнкм вызесиванием крыс. Животных вывешивали за хвост в индивидуальных клетках. Угол наклона составлял 35-45°, что исключало касание пола задними лапами. Данная модель хорошо воссоздает действие невесомости и обладает малой стрессогенностыо (Могеу Е. Л. .1979; Могеу-НоНоп Е., Мгопэку Т. Л., 1981).

В печени крыс интенсивность ПОЛ возрасла уже спустя сутки после начала вывешивания и стабилизировалась на контрольном уровне к 5 дню эксперимента. Равновесие обменных процессов у животных наблюдалось с конца 1 до конца 3 недели эксперимента, г. к. в этот период показатели ПОЛ оставались достоверно неизменными в пределах контрольных воличин. В период с 21 по 35 сутки это равновесие поддерживалось, по-видимому, уке за счет перестройки некоторых метаболических систем, т.к: концентрация ДК постоянно превышала контрольный уровень на 20% . К 5 неделе наблюдалось нарушение достигнутого равновесия, что Еыразилось в усилении ПОЛ и накоплении в печени лабильных продуктов липопероксидации. Однако, судя по достоверно сниженному содержанию ШО. функция печени у животных оставалась сохраненной.

В динамике эксперимента отмечено фазовое течение ПОЛ в мышцах, характеризовавшееся усилением на 1,2 и 28 сутки (повышение в 1,5-2, 9 раза концентрации всех исследованных продуктов липопероксидации по сравнению с контролем, .снижение в 1,76-3,0 раза содержания ТФ), нормализацией к 21 суткам и тенденцией к некоторому повышению на стабильном и, вероятно, компенсированном уровне на 3, 5 и 14 сутки вывешивания. Такое течение указывает на дестабилизацию обменных процессов в мышцах вплоть до возможного развитая декомпенсаторных явлений в ходе последней недели эксперимента.

Генерализованная активация ПОЛ в миокарде, компенсированная уве-

личением содержания ТФ наблюдалась на 1 сутки вывешивания (концентрация ДК достоверно возрасла в 2.23 раза. ШО - в 2.04 раза. ТФ - в 1.75 раза), после чего к началу второй недели эксперимента происходила нормализация процесса. Это достигалось, вероятно, за счет постоянного увеличения активности АОЗ: концентрация ТФ с 14 по 35 сутки была достоверно повышена в 1.43 - 3.48 раза.

Несмотря на периодическое увеличение интенсивности ПОЛ в отдельных тканях, на интегральном, организменном уровне процесс был компенсирован, что свидетельствует о сохранении адаптивных резервов у животных на протяжении всего эксперимента. С 1 по 35 сутки вывешивания содержание продуктов ПОЛ в плазме крови было либо достоверно пониженным, либо не отличалось от контрольных величин.

Активность органо- и тканеспецифичных ферментов в плазме крови животных изменялась двояко. Энзимы, прямо или косвенно участвующие в реакциях энергетического метаболизма (ЛДГ. КФК, ОБДГ) как правило снижали свою активность. Ферменты, катализирующие реакции других видов обмена веществ, в основном увеличивали свою активность в периоды усиления ПОЛ в соответствующих тканях.

Канонический анализ выявил наличие достоверной коррелятивной связи между показателями ПОЛ, АОЗ и активностью органо- и тканеспецифичных ферментов в плазме крови (г=0,755, р<0.001), а также между характеристиками ПОЛ в печени и активностью диагностически значимых ферментов в плазме крови крыс (г=0,674. р<0,01). Достоверной канонической корреляции для скелетных мышц и плазмы крови, миокарда и плазмы крови не обнаружено.

ВЫВОДЫ

1. У космонавтов после полетов различной продолжительности, у-испытателей-добровольцев в условиях наземного модельного эксперимента с 370-суточной АНОГ, у крыс в ходе эксперимента с 35-суточным вывешиванием в результате канонического анализа установлена высокая достоверная степень корреляционной взаимосвязи между величинами комплекса показателей перекисного окисления липидов, антиоксидант-ной защиты в плазме (сыворотке) крови с одной стороны и плазменной (сывороточной) активностью комплекса диагностически значимых органо

- и тканеспецифичных ферментов с другой. Это дает основания для использования показателей переки§ного окисления липидов и системы ан-тиоксидантной защиты в диагностических и прогностических целях применительно к состояниям, развивающимся при действии на организм комплекса факторов реального или моделируемого космического полета.

2. Изменения интенсивности перекисного окисления липидов наблюдаются в сыворотке крови космонавтов только после длительных орбитальных полетов. У членов экипажей 125-179-дневных экспедиций вплоть до седьмых суток реадаптации интенсивность перекисного окисления липидов сохраняется на пониженном уровне, а у космонавтов, совершивших полеты продолжительностью 240-366 суток, имеет тенденцию к увеличению по сравнению с фоновыми величинами.

После полетов продолжительностью 125-179 суток в крови космонавтов повышается в пределах клинической нормы активность ферментов, принадлежащих тканям, испытывающим максимальное функциональное напряжение в периоде послеполетной реадаптации - печени, скелетным мышцам, миокарду. У космонавтов, совершивших полеты длительностью 240-360 суток, таких изменений не происходит, причем в первые сутки реадаптации снижается активность основного фермента гликолиза -ЛДГ.

3. В ходе 370-суточной антиортостатической гипокинезии начиная с 230 суток воздействия происходит умеренная компенсированная активация перекисного окисления липидов, сменяющаяся резким усилением ли-попероксидации и гипофункцией антиоксидантной защиты в течение 1 недели периода восстановления. Относительная нормализация процесса наступает лишь к 30 суткам реадаптации.

Поддержание гомеостатического равновесия в период со 110 по 170 сутки антиортостатической гипокинезии обеспечивается напряжением систем энергетического метаболизма, что находит выражение в увеличении активности ЛДГ и ИЦДГ у обследуемых обеих групп. С 230 суток воздействия отмечается тенденция к понижению активности ферментов прямо или косвенно участвующих в реакциях энергообмена - ЛДГ, ОБДГ, ИЦДГ. КФК. ACT, АЛГ . В острой фазе периода реадаптации, на первые сутки после завершения гипокинезии, не отмечается активации ферментов энергетического и пластического обмена, что сопровождается уси-

лением липопероксидации и снижением у обследуемых показателей анти-оксидантной защиты.

4. После полетов на биоспутниках серии "Космос" продолжительностью 7, 13 и 14 суток в миокарде, скелетных мышцах печени и плазме крови крыс отмечается активация системы антиоксидантной защиты. Снижение или отсутствие повышения содержания конечных продуктов липопероксидации - шиффовых оснований отражает наличие оперативной мобилизации защитных систем организма в ответ на действие факторов заключительной фазы космического полета и острую стадию гравитационного стресса реадаптации к земным условиям.

5. Под действием 35-суточного вывешивания в печени, скелетных мышцах и миокарде крыс происходит усиление перекисного окисления липидов в течение первой недели эксперимента. Усиление липопероксидации компенсируется антиоксидантной системой на уровне организма и ингибированием перекисного окисления липидов в плазме крови животных на протяжении всего срока вывешивания. При этом активность в плазме органо- и тканеспецифичных ферментов, участвующих в реакциях энергетического метаболизма - ЛДГ, КФК. ОБДГ как правило снижается, а активность ферментов, катализирующих другие виды обмена веществ имеет тенденцию к увеличению, совпадая с периодами усиления перекисного окисления липидов в соответствующих тканях.

7. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Определение величин параметров перекисного окисления липидов и антиоксидантной защиты в сыворотке (плазме) крови применительно к реальным космическим полетам и наземным модельным экспериментам может быть использовано для оценки и прогноза состояния здоровья человека при отборе, подготовке к полету, а 1кже при проведении комплекса реабилитационных мероприятий.

2. Разработанный комплекс микрометодов определения параметров перекисного окисления липидов и системы антиоксидантной защиты. рекомендуется для применения в клинической и экспериментальной практике.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Состояние системы перекисного окисления липидов и активность ферментов антиоксидантной защиты тканей после 7-суточного полета на биоспутнике "Космос 1667"//Тез. докл. XXI постоянно действующей рабочей группы соцстран по космической биологии и медицине.-ПНР, 1988.-С. 27. /Соавт. Деленян Н.В.

2. Перекисное окисление липидов в условиях длительной антиортос-тагической гипокинезии//Тез. докл. XXII совещания постоянно действующей рабочей группы соцстран по космической биологии и медицине. -Варна, НРБ. 1989.-С. 158.

3. Гомеостатические реакции крови крыс в эксперименте на биоспутнике "Космос 1667"//Косм. биология и авиакосм. медицина. -1988.-Т. 22, No 5.-С. 39-42./Соавт. Попова И. А.. Афонин Б. В. и др.

4. Состояние системы перекисного окисления липидов тканей крыс после 7-суточного космического полета на биоспутнике "Космос 1667"/ /Космич, биология и авиакосмич. медицина.-1989,-Т. 23, No 4.-С. 34-37/Соацт. Деленян Н.В.

5. Перекисное окисление липидов у человека и животных после космических полетов и в наземных модельных экспериментах/Авиакосмическая, гипербарическая медицина и биология.-1990.-No 4.-С. 3-8.

6. Перекисное окисление липидов: годовой космический полет и его наземная модель//Тез. докл. IX Всесоюзной конф.-М.-Калуга, 1990.-С. 537-538.

7. Биохимические показатели крови крыс после космических полетов на биоспутниках "Космос 1887" и "Космос 2044"//Тез. докл. XXIII Совещания постоянно действующей рабочей группы по космической биологии и медицине. -Кошице, ЧСФР, 1990.-С. 116/Соавт. Ветрова Е.Г., Зайцева Л. Б.

8. Перекисное окисление липидов у крыс после 14-суточного полета на биоспутнике "Космос 2044"//Материалы XXI Гагаринских научных чтений по авиации и космонавтике.-М.. 1991.-С. 26-27/Соавт. Журавлева O.A.

9. Система перекисного окисления липидов у крыс после космических полетов различной продолжительности//Тез. докл. междунар. сим-

позиума "Биоспутники "Космос"".-Ленинград. 1991.-С. 88-89//Соавт. Деленян Н. В., Куравлева О.А.

10. Перекисное окисление липидов и система антиоксидангной защиты у крыс после 13-суточного космического полета на биоспутнике "Космос 1887""//Авиакосм. и эколог, медицина,- 1992.-Т. 26. Ко 1.-С. 43-45/Соавт. Деленян Н.В.

11. Перекисное окисление липидов у крыс после космических полетов различной продолжительности//Результаты исследований на биоспутниках.- М. , 1992.-С. 228-233/Соавт. Деленян Н.В.

12. Обмен веществ у космонавтов: итоги биохимического исследования крови у членов экипажей 7 основных экспедиций на орбитальном комплексе "Мир"//Авиакосм. и эколог, медицина.-1992.-Т. 26.No 4.-С. 35-39/Соавт. Попова И.А.. Ветрова Е.Г. и др.

13. Перекисное окисление липидов и состояние системы антиокси-дантной защиты у крыс после 14-суточного космического полета на биоспутнике "Космос 2044"//Авиакосм, и эколог, медицина,- 1993.-Т. 27.No 1.-С. 47-50/Соавт. Журавлева О.А.

14. Перекисное окисление липидов у крыс в динамике 35-суточной гипокинезии с вывешиванием. О взаимосвязи показателей липоперокси-дации и активности диагностически значимых ферментов//Космическая биология и авиакосмическая медицина. Тез. докл. X конф,- М.. 1994,-С.343/Соавт. Журавлева О.А., Балашов О.И.

15. Перекисное окисление липидов у космонавтов после полетов различной продолжительности. О диагностической и прогностической значимости показателей липопероксидации//Там же.- С. 355-356/Соавт. Попова И. А., Ветрова Е. Г., Журавлева О.А.. Балашов О.И.

16. Results of studies of the metabolism of cosmonauts after completion of a 166-day flight on board the "Mi/" orbital station// Proceedings special Canada/USSR space life sciences symposium held Oct. 30. 1990.- 1991.-P. З-10/Co-authors: Ivanova S.M.. Popova I. A. et al.

17. Metabolism in cosmonauts:results of blood biochemistry studies In crevraiembers of 7 prime missions to the orbital "Mir" station//The Physiologist.-1992.-Vol. 35. No l.-P. S240-S242/Coauthors: Popova I.A. Vetrova E.G.