Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

ДИНАМИКА НЕКОТОРЫХ БИОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕМБРАН ЭРИТРОЦИТОВ У ВОЕННОСЛУЖАЩИХ СРОЧНОЙ СЛУЖБЫ В ПРОЦЕССЕ АДАПТАЦИИ К ВОЕННОЙ СЛУЖБЕ

Максим О.В. Терещенко В.П. Зайцева О.И.
С помощью зондовой флуоресцентной спектроскопии мембран с использованием флуоресцентных зондов пирена и АНС оценивали биофизические параметры мембран эритроцитов в процессе адаптации военнослужащих срочной службы к условиям военной службы. Для оценки накопления в мембранах ионов кальция, ответственного за основные параметры функционирования мембранных структур, использовали флуоресцентный зонд ХТЦ. Выявлено изменение биофизических параметров и повышение содержания ионов кальция в мембранах эритроцитов в период острой адаптации к новым условиям среды.
Проблема хронического стресса является одной из актуальнейших, причем она особенно важна для отдельных профессиональных групп, труд которых сопряжен с воздействием комплекса стрессорных факторов. В частности, для военнослужащих, для которых повышенные физические нагрузки, новый коллектив, специфические условия профессиональной деятельности и строгая регламентация жизни создают условия для нарушения адаптационных процессов [4]. Состояние клеточной мембраны во многом определяет протекание физиологических и биохимических процессов, являясь исходным звеном в сложной цепи приспособительных модификаций на всех уровнях: субклеточном, клеточном, тканевом, системном [1,5,6]. Подвижность структурных компонентов клеточной мембраны необходима для осуществления ее физиологических функций. Биофизические параметры клеточной мембраны, такие как вязкость и текучесть, а также трансмембранный транспорт и активность мембраносвязанных ферментных систем определяются ее липидными компонентами [1,2,3,5]. Дезорганизация липидного бислоя мембраны может быть обусловлена внутриклеточным накоплением ионов кальция за счет прямого взаимодействия кальция с липидными молекулами, а также повышения активности кальций - зависимой фосфолипазы А2 или нарушения трансбислойной асимметрии фосфолипидов [3].

Стресс-реакция оказывает мобилизующий эффект на организм путем увеличения концентрации ионов кальция в мембранах[6]. Кальций является «вторичным мессенджером», передающим внутрь клетки информацию о регуляторных сигналах. Выведение избытка кальция из клетки осуществляется посредством Ca-АТФазы[5,6]. Внутриклеточное кумулирование ионов кальция приводит к увеличению микровязкости липидного матрикса мембран[5,6]. Избыток кальция при затянувшейся стресс-реакции приводит к повреждающему действию на клеточную структуру, что может изменять действие гормонов и медиаторов[6].

Общая стратегия мембранной адаптации заключается в повышении ненасыщенности жирнокислотного состава мембранных фосфолипидов[1,2,3,5]. Однако накопление избыточно окисленных ненасыщенных фосфолипидов может приводить к образованию перекисных кластеров, между которыми образуются каналы ионной проводимости, что ведет к увеличению проницаемости и нарушению свойств мембраны [5]. Стрессовые гормоны прямо или опосредованно активируют липазы, фосфолипазы и увеличивают перекисное окисление липидов (ПОЛ), субстратом которого в мембране являются ненасыщенные жирные кислоты [1,5,6]. В частности, образуются лизофосфолипиды, которые за счет детергентных свойств снижают вязкость и повышают текучесть мембраны, увеличивая тем самым активность мембраносвязанных белков.

Параметры связывания флуоресцентных зондов пирена и АНС с мембраной эритроцита служат хорошим индикатором для оценки молекулярных перестроек в структуре мембраны. Неполярный зонд пирен диффундирует в гидрофобном компартменте мембраны, оценивая микровязкость липидной фазы [5]. Зонд АНС, напротив, обладает отрицательным зарядом и располагается в наиболее функционально активном поверхностном слое, который имеет отношение к рецепторной активности клетки и формированию ионных каналов[5]. Причем отмечено, что увеличение сродства мембраны эритроцита к зонду АНС (повышение анизотропии) сопровождается снижением степени эксимеризации пирена [5]. По данным литературы [5], проявления дизадаптации (в частности психической) способны повышать микровязкость мембран эритроцитов. Возрастание среднего значения анизотропии АНС свидетельствует об увеличении вязкости молекул в поверхностных слоях мембраны, что может негативно отражаться на функционировании мембраносвязанных рецепторов [5].

Целью исследования явилось изучение изменений биофизических свойств мембран эритроцитов у военнослужащих в период прохождения военной службы.

Материалы и методы. В исследовании принимали участие 165 военнослужащих срочной службы (мужчины в возрасте 18-25 лет, практически здоровые) в различные периоды адаптации к условиям службы: 1 группа - прибытие в часть, 2 - 1 месяц, 3 - 6 месяцев, 4 - 12 месяцев, 5 - 18 месяцев, 6 - 24 месяца военной службы. Исследовали суспензию мембран эритроцитов, выделенных из цельной венозной крови по методу J.T. Dodge. Исследование мембран проводили по методу Ю.А.Владимирова и Г.Е. Добрецова (1980) с помощью флуоресцентного зондирования на спектрофлуориметре МРF-4 «Hitachi». Определение текучести глубоких структур липидного бислоя проводили после добавления к 50 мкл суспензии мембран эритроцитов спиртового раствора пирена (5 мкл в концетрации 100 мкмоль/л). Измеряли спектры флуоресценции его эксимеров при длине волны флуоресценции - 400 нм, возбуждения 360 нм. Измерение микровязкости поверхностных слоев проводили по параметрам анизотропии флуоресцентного зонда 1 - анилинонафталин - 8 - сульфоната (АНС), который в концентрации 20 мкмоль/л водного раствора добавляли к 50 мкл суспензии мембран. Степень поляризации флуоресценции характеризовали по величине анизотропии. Возможность связывания мембраной положительно заряженных ионов кальция исследовали с помощью водного раствора флуоресцентного зонда хлортетрациклина (ХТЦ) в концентрации 1 ммоль/л. Результаты выражали в относительных единицах.

Результаты и обсуждение. Нами выявлено, что текучесть глубоких слоев мембран эритроцитов увеличивалась в период острой адаптации к условиям военной службы (табл.1) с 0,474±0,023 отн.ед. (p<0,001) в 1 группе до 0,552±0,02 отн.ед. (p<0,001) во 2 группе. В остальных группах величина этого показателя снижалась (табл.1), причем минимальные значения наблюдались в 5 группе - 0,458±0,024 отн.ед. (p<0,001). Микровязкость поверхностных слоев также увеличивалась в период острой адаптации, причем наименьшие показатели зарегистрированы в 1 группе - 0,54±0,026 отн.ед. (p<0,025), а наибольшие - в 3 (0,71±0,016 отн.ед.,p<0,001). В дальнейшем величина этого показателя уменьшалась (табл.1). Нами рассчитывался (по отношению уровня анизотропии АНС к уровню эксимеризации пирена) показатель коэффициента асимметрии текучести. Он оказался равным единице во 2 группе - 1,089±0,077 отн.ед. (p<0,005), а максимальным - в 5 группе (1,684±0,11 6отн.ед., p<0,001). Эти данные свидетельствуют о значительной модификации структуры мембран у военнослужащих в период острой адаптации (средние показатели текучести и микровязкости относительно равны) и стабилизации биофизических показателей в дальнейшем (табл.1).

Таблица 1. Показатели текучести поверхностных и глубоких слоев мембраны эритроцитов у военнослужащих срочной службы в зависимости от продолжительности службы

Группа

Текучесть*, отн.ед.

Микровязкость**, отн.ед.

КАТ***, отн.ед.

1(n=27)

0,474±

0,0231

0,54±

0,0262

1,194±

0,0731

2(n=30)

0,552±

0,021

0,563±

0,00275

1,089±

0,0775

3(n=28)

0,502±

0,0221

0,71±

0,0161

1,488±

0,0731

4(n=28)

0,499±

0,0251

0,668±

0,0311

1,479±

0,121

5(n=33)

0,458±

0,0241

0,689±

0,0171

1,684±

0,1161

6(n=28)

0,498±

0,0221

0,667±

0,0171

1,434±

0,0871

Контроль

(n=21)

0,693±

0,031

0,426±

0,014

0,642±

0,038

Примечания: различия с контролем достоверны при 1 p< 0,001,

2 0,025, 5 0,005; *- текучесть глубоких слоев,   ** - микровязкость поверхностных слоев,  *** - коэффициент асимметрии текучести.


Отмечено, что у обследованных достоверно различаются показатели флуоресценции комплексов Са-ХТЦ в мембранах эритроцитов (начальная флуоресценция и пик флуоресценции), что подтверждает различное содержание в мембранах ионов кальция, ответственного за основные параметры клеточного реагирования. Скорость достижения пика флуоресценции комплексов Са-ХТЦ увеличивалась (табл.2) в исследуемых группах с 0,119±0,02 отн.ед./мин.(nd) в 1 группе до 0,206±0,02 отн.ед./мин (p<0,05) в 6 группе, что подтверждает увеличение проницаемости мембран для ионов кальция в период адаптационных перестроек. Нами выявлено (табл.2), что показатели пика флуоресценции мембранных комплексов Са-ХТЦ имеют максимальные значения во 2 - 16,97±1,88 отн.ед. (p<0,01) и в 4 группе - 16,45±1,26 отн.ед. (p<0,05). Это соответствует увеличению показателей начальной флуоресценции (табл.2) в этих группах (12,63±0,74 отн.ед. (p<0,001) в 1 и 11,26±1,21 отн.ед. (nd) - в 4 группе), что свидетельствует о повышении содержания ионов кальция в мембранах эритроцитов у данных индивидов. Таким образом, отмечено, что в период острой адаптации происходит накопление в мембранах эритроцитов ионов кальция (что согласуется с данными литературы) [5]. В дальнейшем кальциевый гомеостаз изменяется, наиболее вероятно, под воздействием вегетативных и гуморальных влияний в течение адаптационного процесса [1,5,6,7].

Таблица 2. Показатели флуоресценции комплексов Са-ХТЦ в мембранах эритроцитов у военнослужащих срочной службы в зависимости от продолжительности военной службы

Группа

Показатели флуоресценции Са-ХТЦ

НФ, отн.ед.

ПФ,

отн.ед.

СДПФ,

отн.ед./

мин

1(n=27)

11,37±

0,754

15,11±

1,17

0,119±

0,02

2(n=30)

12,63±

0,741

16,97±

1,883

0,171±

0,03

3(n=28)

9,78±

0,85

13,62±

1,074

0,164±

0,02

4(n=28)

11,26±

1,21

16,45±

1,264

0,202±

0,03

5(n=33)

8,33±

0,494

15,93±

1,61

0,251±

0,04

6(n=28)

7,95±

0,693

13,66±

1,2

0,206±

0,024

Контроль

(n=21)

9,3±

0,42

13,53±

0,83

0,119±

0,01

Примечания: различия с контролем достоверны при 1 p<0,001,

30,01, 40,05; НФ - начальная флуоресценция, ПФ - пик флуоресценции, СДПФ - скорость достижения пика флуоресценции

Заключение. Выявлено, что в период острой адаптации у военнослужащих срочной службы наблюдаются максимальные изменения биофизических параметров мембран эритроцитов, что проявляется уменьшением коэффициента асимметрии текучести мембран и увеличением содержания мембраносвязанного кальция. Такие изменения, соответственно данным литературы [5,6], вызваны структурной модификацией мембран при остром адаптационном процессе. Увеличение содержания мембраносвязанного кальция в эритроцитах к концу первого года службы, вероятно, свидетельствует о включении других адаптационных регуляторных механизмов, в частности, вегетативных, оказывающих воздействие на метаболические процессы на уровне мембран.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Владимиров Ю.А. Роль нарушений свойств липидного слоя мембран в развитии патологического процесса//Патол. физиология и эксперим. терапия. 1989. №4. С.7-19.
  2. Заводник И.Б., Лапшина Е.А., Брышевска М. Эффект свободных жирных кислот на состояние липидного и белкового компонента мембран//Биол. мембраны. 1995. №5.С.516-523.
  3. Кешенов А.Н., Никусмячева Н.Г. Обмен липидов и липопротеидов и его нарушения. Руководство для врачей.- СПб: Питерком.- 1999.- 512 с.
  4. Махнев М.В., Махнев А.В. Медико-социальные аспекты адаптации военнослужащих//Военно-медицинский журнал. 2000.№9.С.57-64.
  5. Новицкий В.В., Рязанцева Н.В., Степовая Е.А. Физиология и патофизиология эритроцита. - Томск: Изд. ТГУ, 2004.- 202 с.
  6. Пшенникова М.Г. Феномен стресса: эмоциональный стресс и его роль в патологии//Патол. физиология и эксперим. терапия.№3.2000.С.20-26.

Библиографическая ссылка

Максим О.В., Терещенко В.П., Зайцева О.И. ДИНАМИКА НЕКОТОРЫХ БИОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕМБРАН ЭРИТРОЦИТОВ У ВОЕННОСЛУЖАЩИХ СРОЧНОЙ СЛУЖБЫ В ПРОЦЕССЕ АДАПТАЦИИ К ВОЕННОЙ СЛУЖБЕ // Современные наукоемкие технологии. – 2006. – № 1. – С. 14-17;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=22309 (дата обращения: 21.05.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074