Дослідження штучного гіпобіозу допоможе ветеринарній медицині

     Розвиток стану штучного гіпобіозу у дрібних тварин відбувається за поєднання трьох чинників: гіпотермії (низької температури), гіпоксії (зниженої концентрації кисню) і гіперкапнії (високої концентрації вуглекислого газу). Для проведення експерименту тварин (щура) поміщають в герметично закриту камеру за температури довкілля 3–4ºС. Впродовж 3–3,5 год перебування у камері за таких умов у тварин спостерігається зниження ректальної температури з 37 до 16ºС; тварини повністю втрачають рухомість, реакцію на больовий подразник, зникає рефлекс на положення, що свідчить про розвиток гіпобіотичного стану. Здавалося, що такі умови несумісні з життям маленької тварини і вірогідніше призведуть до її загибелі. Натомість у тварин відмічається, зниження серцевої і дихальної активності, вони перестають реагувати на зовнішні подразники, тварини просто «засинають» і здатні знаходитись у такому стані тривалий час, а після зняття впливу досліджуваних чинників на організм, тварина доволі швидко (2-3 год) повертається до нормального стану.

     Зазвичай, дія будь-якого негативного чинника запускає в кожній клітині організму процеси, які супроводжуються утворенням вільних радикалів та активних форм кисню (АФК). Це, так званий, окисний стрес здатний призводити до пошкодження і навіть загибелі клітини і організму в цілому. На заваді цьому стоїть система антиоксидантного (АО) захисту клітин. Сценарій розвитку подальших подій залежатиме від інтенсивності і тривалості дії негативного чинника з одного боку, та швидкості утворення шкідливих вільних радикалів і їх знешкодження системою АО захисту організму.

Розвиток у щура стану штучного гіпобіозу за використання гіпобіотичної камери

     Складно уявити більш несумісні з життям умови, ніж дія низької температури у герметично закритій камері. Крім того, найбільш парадоксальним є те, що в стані штучного гіпобіозу у тварин не виявлено жодних ознак окисного стресу! Чому так відбувається? Чому не утворюються вільні радикали та не спостерігається загибель клітин? Пошуком відповідей на ці, та інші питання, стосовно біохімічних шляхів реакції на дію штучного гіпобіозу займаються науковці в рамках проведення науково-дослідної роботи.

     Останнім часом концентрується увага на функції АФК як сигнальних молекул, що беруть участь у регуляції імунних процесів, експресії генів, роботі кровоносної, ендокринної та інших фізіологічних систем. Тобто вільні радикали здатні не тільки ушкоджувати клітини (як це було показано раніше), але і запускати ряд важливих біохімічних процесів і захисних механізмів в організмі. Основним джерелом АФК в клітині є клітинні органели — мітохондрії, що забезпечують необхідною для функціонування клітин енергією. При порушенні їх роботи, тобто внаслідок «неправильної» роботи, чому сприяє в тому числі і дія гіпотермії, гіпоксії та гіперкапнії, клітини здатні накопичувати АФК.

     За результатами досліджень встановлено, що окисні процеси в крові і тканинах щурів за штучного гіпобіозу знаходяться під контролем системи АО захисту. Тобто вільні радикали утворюються, але на контрольованому рівні, коли вони здатні запускати регуляторні каскадні шляхи, що врешті решт відображається на функціональній активності мітохондрій, які адаптують енергетичний обмін до умов штучного гіпобіозу. Причому важливу роль в цьому складному механізмі адаптації відіграє вугільна кислота (вплив гіперкапнії). За умов дії лише гіпотермії (низька температура) та гіпоксії (знижена концентрація кисню) у щурів розвивається окисний стрес і термін їх життя за таких умов складає не більше 30 хв. Зроблено висновок про регуляторну роль гіперкапнії, що може бути обумовлено здатністю вуглекислого газу знешкоджувати АФК, безпосередньо впливати на активність ферментів АО захисту, підвищувати рівень кисню в тканинах. За гіперкапнічного ацидозу зменшується спорідненість гемоглобіну до кисню, що сприяє виділенню кисню в тканинах; також, гіперкапнія сприяє розширенню судин і відповідно покращує постачання кисню в тканинах. Можливо, за рахунок реоксигенації тканин, що має місце за гіперкапнії, не відбувається повне і незворотне пригнічення функціональної активності мітохондрій, що і забезпечує їх адаптацію до умов гіпотермічного і гіпоксичного середовища. Таким чином, стан штучного гіпобіозу розглядається, як один із видів стресорів, а зміни біохімічних показників носять адаптивний характер, які спрямовані на підтримання життєздатності організму.

     І, все ж таки, багато чого ще залишається незрозумілим, зокрема як саме і на які клітинні системи діють «контрольовані» АФК, які регуляторні шляхи вони запускають, чому це призводить до зміни активності ферментів внутрішньої мембрани мітохондрій і які ще зміни в клітинах та організмі при цьому відбуваються. Відповідь на ці питання дасть змогу зрозуміти механізм створення стану штучного гіпобіозу. Встановлення цих механізмів дасть змогу з’ясувати ряд проблемних питань, пов’язаних із впровадженням використання методу штучного вуглекислотного гіпобіозу на різних об’єктах дослідження, у тому числі, за впливу на людину.

Резекція легені у щура, що знаходиться у стані штучного гіпобіозу

     Дослідження проблеми формування у тварин стану штучного гіпобіозу започатковано в НУБіП України доктором біологічних наук, професором, академіком НАН і НААН України Д. О. Мельничуком та доктором біологічних наук, професором, член-кореспондентом НААН України С. Д. Мельничуком. Продовжують і надалі вивчення цього напряму ряд вчених-науковців — д.б.н., професор С. В. Хижняк, д.б.н., проф. В. М. Войціцький, к.б.н. В. С. Морозова, с.н.с. С. В. Сисолятін, к.вет.н. С. В. Мідик та ін.

     І, на останнє, варто відмітити, що актуальність дослідження стану штучного гіпобіозу обумовлена перспективами використання моделі вуглекислотного гіпобіозу в медицині, ветеринарії та тваринництві як способу загального знеболювання, консервування біологічного матеріалу, терапевтичного методу тощо. Слід відмітити, що за штучного гіпобіозу тварини не тільки не гинуть, але і вдало переносять хірургічні втручання.

     Робота направлена на пошук відповідей на ряд проблемних питань біохімічного характеру, пов’язаних із впровадженням використання стану штучного гіпобіозу в медицині, ветеринарії та тваринництві.

Відділ науково-технічної інформації, НДЧ